背景資料
藝術家對火星環境地球化之後的火星殖民地景象的構想根據1964年以來從行星探測器和飛行器上傳送回來的圖片顯示，火星是一個荒涼、死氣沉沉的星球，似乎沒有什麼東西可供人類生存使用。火星只有一層薄薄的大氣，且沒有任何生命存在的跡象——但是火星確實為人類種族的延續提供了一些希望。地球上有60多億人口，而且這個數字的增長毫無減弱之勢。過度擁擠的人口或可能發生的行星災難，將迫使人類最終必須要考系中尋找新慮在太陽的家園。
近年來，美國國家航空和航天局的探測器發現了一些線索，這些線索表明火星曾經比現在更加溫暖，過去火星上可能存在流動的水和生命。河流沖刷留下的痕跡表明火星上可能仍然存在著冰凍形式的水。許多人都認為人類有一天可以把火星作為第二家園。
特徵分析
維持生命存在必需元素
雖然金星一直被稱為地球的姐妹星，但是這顆熾熱星球的環境太不適合人類居住。另一方面，火星是距離地球第二近的行星。雖然現在它還是一個寒冷乾燥的星球，但是它擁有維持生命存在的所有必需元素，其中包括：
水、可能以冰凍形式存在於火星的兩極冰蓋處碳和氧，以二氧化碳的形式存在 （CO2）、氮。火星目前的大氣與數十億年前地球的大氣有著驚人的相似之處。地球最初形成時並不存在氧氣，看起來也是一片荒涼的不毛之地。大氣層完全由二氧化碳和氮構成。直到地球上進化出了光合細菌，才產生了足夠的氧氣，從而進化出動物。同樣，現在火星上薄薄的大氣層幾乎完全由二氧化碳構成。
火星大氣層構成
火星地球化改造前後的火星對比95.3%的二氧化碳
2.7%的氮
1.6%的氬
0.2%的氧
相比之下，地球的大氣層由78.1%的氮、20.9%的氧、0.9%的氬以及0.1%的二氧化碳和其他氣體構成。從這份詳細對比中可以看出，現在所有訪問火星的人類都必須攜帶大量的氧氣和氮氣以維持生命。
溫度
火星的平均表面溫度低達-62.77攝氏度，最高溫度為23.88攝氏度，最低溫度低於-73.33攝氏度。相比之下，地球的平均表面溫度為14.4攝氏度左右。
相似特徵
不過，火星有幾個與地球非常相似的特徵使人們考慮將其作為居住地，其中包括：
自轉速率為24小時37分鐘（地球：23小時56分鐘）。
自轉軸傾斜度為24度（地球為23.5度）。
引力是地球引力的三分之一。
與太陽的距離足夠近，因此有季節之分。火星距太陽的距離比地球距太陽的距離遠50%左右。
總體方案
火星環境地球化工程的規模將無比龐大——科學家可能會改變彗星運轉軌道，令其撞擊火星以帶來海洋所需要的水澆灌水藻，提高火星大氣中的含氧量。其他方案還涉及將幾面巨大的鏡子安設在地球軌道，將陽光折射到火星極地冰蓋，從而釋放出液態水和二氧化碳氣體，啟動溫室效應。
早期地球與現代火星在大氣層上的相似性使得一些科學家做出推斷，地球大氣層從幾乎全部是二氧化碳轉變為可供呼吸的空氣這一過程可以在火星上得到重複。要想達到這一目的，需要使火星大氣層增厚並營造溫室效應以升高行星的溫度，從而提供一個適宜動植物生存的環境。
如果全部完成的話，火星的地球化改造將是一項非常龐大的事業。火星環境地球化的初級階段需要幾十年甚至上百年。將整個星球改造為類似於地球的居住地可能需要數千年的時間。有些人甚至認為這樣一項工程將持續數百萬年。
措施方法
人們已經提出了以下三種地球化的方法：
反射太陽光使火星表面升溫
火星環境地球化想像圖美國宇航局目前正致力於開發一種太陽帆推進系統，該系統通過巨大的反光鏡來利用太陽輻射，從而推動太空船在太空中的航行。這些巨大反光鏡的另外一個用途就是：將它們放置在距火星32萬公里處，利用這些鏡子反射太陽輻射從而提高火星的表面溫度。科學家提議製造直徑為250千米、覆蓋面積超過密西根湖的聚酯薄膜反光鏡。這些巨大反光鏡的重量將達200,000噸，這意味著它們體形太大而無法從地球發射。不過，人們有可能可以利用在太空中找到的材料來建造這些反光鏡。
如果把這樣大小的鏡子對準火星，它可以把小範圍內的表面溫度提高几攝氏度。想法是這樣的：通過反光鏡將陽光集中反射到火星兩極的冰蓋上，使那裡的冰融化，釋放出人們認為儲存在冰內的二氧化碳。多年之後，氣溫上升將導致氯氟烴（即CFC，一種空調或冰櫃中存在的溫室氣體）等溫室氣體的釋放。
生產溫室氣體留住太陽輻射
另一種增厚火星大氣層從而提高星球溫度的方法是：建立以太陽能為動力的溫室氣體生產廠。在過去的一個世紀裡，人類已經積累了許多製造溫室氣體的經驗。我們已經無意識地向自己的大氣層中排放了大量溫室氣體，一些人認為這些溫室氣體增加了地球的溫度。通過建立幾百個這樣的工廠，可以在火星上重現與地球上相同的加熱效應。這些工廠的唯一目的就是向大氣層中釋放氯氟烴、甲烷、二氧化碳和其他溫室氣體。
這些溫室氣體製造廠或者被運送到火星上，或者直接利用火星上現有的原材料製造出來，這將需要幾年的時間。為了把這些機器運輸到火星上，它們必須輕便高效。這些溫室機器會模擬大自然中植物的光合作用，吸入二氧化碳，並排放出氧氣。這需要很多年。但是火星大氣層的含氧量會緩慢增加，直到火星上的移民者只需要一個呼吸輔助器，而不再需要太空人所穿的增壓服。還可以利用光合細菌來代替或協助這些溫室機器。
小行星撞擊火星來增加溫室氣體的含量
火星太空科學家克里斯多福·麥凱和羅伯特·組布林（移民火星一書的作者）還提出了一個更加極端的方法來提高火星溫度。他們認為，用含有氨的巨大冰凍小行星猛烈撞擊這顆紅色星球，將會產生大量的溫室氣體和水。為了實現這一目標，需要在外太陽系的小行星上以某種方式安裝熱核火箭發動機。火箭將推動小行星以大約4千米/秒的速度運行，大約10年之後，火箭將停止運行，100億噸重的小行星可以在無動力的條件下向著火星滑行。撞擊時將產生大約1億3千萬兆瓦的能量。這些能量足夠地球使用十年。
如果有可能控制一顆如此巨大的小行星撞擊火星，那么一次碰撞產生的能量可以使火星的溫度上升3攝氏度。溫度的突然升高將造成大約一萬億噸的水融化，這些水足夠形成一個深1米、覆蓋面積超過康乃狄克州的湖泊。50年內通過幾次這樣的碰撞，將會創造出溫和的氣候，還可以製造出足以覆蓋星球表面25%的水。然而，每次小行星轟擊所釋放的能量相當於70,000兆噸當量的氫彈，這將使人類在該星球上安家落戶的時間推遲幾百年。
科研進展
人們也考慮過對其他星球進行地球化改造，其中包括金星、木衛二（木星的一顆衛星）和土衛六（土星的一顆衛星）。不過，木衛二和土衛六與太陽的距離太遠，而金星與太陽的距離又太近（金星的平均溫度為482.22攝氏度左右）。如此，只有火星是太陽系中除地球之外唯一可能提供生命支持的星球。
前景預測
雖然人類有方法在本世紀內就可以到達火星，但是火星環境地球化這一想法的完全實現卻需要幾千年的時間。地球用了幾十億年的時間才變成了一個生機蓬勃的星球。將火星環境改造成像地球一樣並不是一項簡單的工程。人類需要付出幾個世紀的智慧與勞動，才能建立一個適合居住的環境，並將生命送往寒冷乾燥的火星世界。
未來的工程奇蹟
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| 白令海峽生態橋 | 是為過往白令海峽的海洋哺乳動物和鯨類提供一個環形“通道”的建築設計。 |
| 大型強子對撞機 | 是一座位於瑞士日內瓦近郊歐洲核子研究組織CERN的對撞型粒子加速器，作為國際高能物理學研究之用。 |
| 哥達基線隧道 | 瑞士的鐵路隧道。單條隧道長度超過57公里（35英里），全長153.5公里（95.4英里），有豎井和通道。建成後將超過目前世界最長的隧道為日本的青函隧道（連結本州和北海道）成為世界最長的隧道（含鐵路隧道和公路隧道）。 |
| 日韓海底隧道 | 是一條長79英里(約合128公里)、連線日本西南部城市唐津和韓國港口城市釜山的鐵路隧道。 |
| 太空太陽能電站 | 是由日本政府和企業研究機構提出來的，計畫在距地面22360英里(約合3.6萬公里)的高空上建造一個太空太陽能電站。 |
| 火星環境地球化 | 是人類欲將距離地球最近的火星變成更適於人類居住的地方。 |
| 世界島 | 位於阿聯杜拜沿岸，每個島嶼的面積從2300平方米到8360平方米不等，相鄰島嶼之間至少要隔著50米寬的海水。 |
| 歐洲之心 | “歐洲之心”是奧地利人克萊恩鄧斯特計畫建設的歐洲島嶼群。隸屬於杜拜“世界島”的這一龐大工程是“世界島”第一個獲得商業開發許可的項目，建成後可冠以“歐洲之心”品牌向私人終端客戶推廣。 |
