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经过几代人之后，进化以及物种形成的初期迹象将开始显现。这可能主要是受到奠基者效应的推动。第一批移民的基因将是最能主宰火星的基因，除非移民立即而且持续流入。由于死亡率很高，“适者生存”可能变得很明显，因为那些拥有更适合火星基因的人，无论他们是谁，更可能活到成年，然后繁殖并传递他们的基因。例如，那些移民火星的人可能会在低重力下失去骨量，使得每个人都容易骨折。然而，经过几代人之后，那些从基因上倾向于拥有粗大骨骼的人可能会有更多的生存机会。他们的骨骼在瘦人中是最粗大的。随着时间的推移，由于自然选择了更加粗大的骨骼，火星人的骨骼可能会变得比他们的地球同伴更加粗大。这一点也许与人们的直觉正相反。经过更长一段时间，如果那些拥有最大眼睛的人被认为最有吸引力、最适合繁殖，那么环境引起的变化，比如大眼睛，就可能会被锁定在基因组中。
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理想情况下，我们希望火星上有成千上万的人。这不仅是为了技能的多样化，也是为了基因库的多样化。宾夕法尼亚州门诺派宗教团体的大多数现代成员，都是第一批几百个移民家庭的后裔。由于有限的遗传多样 性和群体内通婚的偏好，该群体中一些基因疾病的比例更高，如侏儒症和许多未命名的代谢和神经疾病。相反，大多数其他北美洲和南美洲的早期移民很快就遭遇了移民浪潮，其中有些人是被迫的，例如奴隶制和契约奴役制。尽管如此，这些移民有助于基因库的多样化，因此遗传疾病很少集中在某个群体中。
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太空居民：人类将如何在无垠宇宙中定居 火星地球化
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结局是什么？有人说要把火星改造成一颗像地球一样的小小的蓝色星球。《红火星》（Red Mars ）、《绿火星》（Green Mars ）和《蓝火星》（Blue Mars ）——分别是金·斯坦利·罗宾逊（Kim Stanley Robinson）写于20世纪90年代的火星三部曲的书名。在这些书中，作者用科幻小说的形式探索了这颗红色星球地球化的种种后果。有生物学和工程学方面的考虑，也有哲学方面的思考。在这部科幻三部曲中，一些角色希望保持火星的红色，而一些人则认为绿化火星是传播生命，是人类可以带给其他世界的礼物。一直以来，那些想要脱离地球、脱离祖国，奔向美国独立战争的人有着各种各样的可能。
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我无法掩饰自己对火星地球化的偏爱。我看不出这有什么伦理问题。小行星可以毁灭任何行星，而一颗流星带着搭便车的微生物，很可能第一个给地球（或火星）带来了生命，而没有考虑到此举的伦理问题。也就是说，人类破坏生命……或传播生命的能力并不是独一无二的。我同意火星上的任何生命都应该得到最大限度的保护。但我认为我们这些待在火星表面和地下浅层的外来生命不会与本地物种互动。10亿年前，火星曾经更适合孕育生命。为什么我们在地球上可以采取一定的措施让某个死寂之地恢复生机，而在火星上采取同样的方式就错了呢？此外，如果可能，我觉得人类有在宇宙中传播生命的道德义务。如果宇宙中没有生命来理解和欣赏，那么宇宙的奇妙何在？
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撇开哲学不谈，火星地球化的科学在这里倒是值得研究。最理想状态下，这一过程需要几百年的时间。这一时间从地质时间的角度看并不长。不管怎么说，要让火星更适合居住——更适合人类居住，就需要增加更多的气压、氧气、热量或重力，或其中任何几方面或所有方面的组合。很遗憾，我们对低重力无能为力。而其他三个方面，压力是人们最渴望的东西。我们可以应对寒冷，而且带着氧气罐四处走动也并不可怕。可怕的是穿着加压服四处走动，时时担心宇航服甚至栖息地会失去压力，从而立刻置你于死地。气压本质上是重量，以每平方英寸或平方厘米受到的力来衡量。所以，为了增加火星上的气压，我们需要向空气中注入更多的物质。
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一种方法是释放冻结在火星两极或锁在火星土壤中的二氧化碳。让二氧化碳在我们上空以气态形式存在，而不是在我们下面以固态形式存在：同样的重量，不同的位置。有人提出一种蒸发二氧化碳的方法，即用核弹把两极炸开，我认为这很荒谬。埃隆·马斯克和其他殖民主义倡导者讨论过这个问题。虽然这样可能有效实现增加气压的主要目标，但如果使用了大量核弹，就会把火星变成核荒漠——并破坏极地冰冠地形以及火星上可能存在的任何生命迹象。另一种方法是在环绕火星的轨道上安装一面巨型镜子。数百平方千米大小的镜子，可以将太阳的热量聚焦到火星上。这样可以让干冰和水冰慢慢蒸发。很好，但是建造这么大的一面镜子将是一项工程壮举，远远超过我们以往取得的任何成就。
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这两种方法都有需要克服的问题。第一个问题是，是否有足够的二氧化碳来产生足够的压力？根据2018年发表在《自然·天文学》上的一篇论文，答案是否定的。[58] 研究人员经计算认为，将火星上所有已知二氧化碳来源加起来，足以将火星气压提高到原来的10倍，但是这距离地球海平面的气压仍有约90%的差距，是地球最高山上感知到的压力的50%。但这只是一种分析，肯定不是最终结论。在火星土壤中可能有未被发现的深层干冰。但第二个问题是，空气中有大量的二氧化碳对呼吸是有毒的。二氧化碳与水蒸气混合，你就得对付酸雨。而且，将二氧化碳注入空气中，意味着如果没有微生物和植物经过几千年漫长的过程将其转化为氧气，我们将永远无法摆脱二氧化碳。
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没错，一层厚厚的二氧化碳可以用来锁住热量。毕竟这是一种温室气体。地球上二氧化碳水平的微小上升就正在改变地球的气候。因此，二氧化碳可以解决气压和热量问题，但不能解决氧气问题。增厚大气层的最理想方法是用氧气以及氮气、氦气、氩气和氖气等惰性气体。不过，这目前还只是科幻小说里的内容。你需要从天王星收集氮气和其他气体，然后用成千上万艘货运飞船把它们运到火星。
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乌龟出场，慢慢地稳稳地赢得了比赛。我们知道如何让世界变暖，且正在地球上做着这样的事情。在火星上建立工厂的唯一目的就是产生温室气体，这可能会缓慢但显著地让火星变暖。温室效应最强的气体是碳氟化合物，如四氟甲烷（CF4 ）和六氟乙烷（C2 F6 ），它们在大气中存在了数万年。[59] 那些臭名昭著的氯氟化碳（CFCs）也不错，但它们会破坏臭氧，而臭氧是紫外线防护所必需的要素。氟和碳在火星上都存在，建造工厂向大气中添加百万分之几的碳氟化合物，可以使火星每10年温度升高2℃。在20年的时间里，气温上升4℃可能会导致温室效应失控，释放两极的干冰。这样，用100年的时间，冻结在两极的所有二氧化碳就都会跑到空气里。[60] 克里斯托弗·麦凯和他的同事基于实验室实验进一步计算得出，就寿命和捕捉更宽波段太阳辐射的能力而言，温室气体最有效的组合是CF4 、C2 F6 、C3 F8 （八氟丙烷）和SF6 （六氟化硫）。[61]
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太空居民：人类将如何在无垠宇宙中定居 感受到压力
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随着冻结的二氧化碳一点点融化，气压逐渐上升。就像把大石头滚下山一样，一旦开始，这个过程就再也无法停止。但据最大估计，火星上的二氧化碳最多只能产生350毫巴的气压，相当于地球气压的1/3。所以不会有过多的二氧化碳产生过大的气压，就像金星上的情况一样。在150毫巴的条件下，即使没有厚厚的压力服也可以生存。阿姆斯特朗极限，即血液在室温下“沸腾”的临界压力，大约是63毫巴。在压力低于63毫巴时，也就是地球上18千米高空的气压，人们就必须穿上加压服。但是如果不加保护，64毫巴就不太舒服了。你体表的液体，如眼泪，以及身体的水分会蒸发，你也不能有效地把氧气从肺部转移到血液去饱和血红蛋白。要保持正常的身体功能，在呼吸100%氧气的情况下，人类需要大约150毫巴的气压。
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如果我们的目标是让火星变暖，有足够的气压让我们不穿加压服，只靠氧气就能四处走走，那就让我们看看珠穆朗玛峰吧。在地球最高的山峰上，海拔约8850米，气压约340毫巴。我们认为这在火星上是可以实现的。340毫巴，你的体液就会正常。唯一需要关注的是氧气在该压力下饱和血液中的血红蛋白的能力。低于90%的饱和度会导致低氧血症，并会损伤人体组织，因为细胞缺氧。这是珠穆朗玛峰上的主要死因。登山者需要补充氧气，不仅是因为空气稀薄，还因为气压不足以将氧气推进肺部，使二氧化碳与氧气进行适当的交换。珠穆朗玛峰上的氧气浓度与海平面上的氧气浓度大致相同，约为20%；但登山者有时会从装有100%氧气的气罐中吸气，以确保他们能最大限度地吸收氧气，因为在这样低的气压下气体交换率很差。
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研究那些生活在地球高海拔地区的人，有助于我们了解在更高的辐射暴露和更低的气压条件下，火星上存在生命的可能性有多大。数以万计的人生活在海拔4700米以上的地区，那里的气压约为550毫巴。他们因辐射诱发癌症的概率似乎并不大于其他地区。此外，这些人已经适应了稀薄的空气，能够在没有任何帮助的情况下呼吸。因此，实际经验表明，将火星上的气压提高到至少350毫巴，即珠穆朗玛峰的水平，人类就能够在不穿加压服并呼吸纯氧的情况下四处行走；如果将气压提高到550毫巴，人类就可以在“正常”的含20%氧气的混合空气中生存。大气越厚，辐射防护越好。
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这是为了人类。细菌、真菌、地衣、藻类和植物能够承受较低的压力，接近最简单生物体的阿姆斯特朗极限。在几百毫巴的气压和高于冰点的温度下，我们可以期待某一天会出现一个高山生物群落。抛开温度不谈，很少有植物能在95%的二氧化碳中很好地生存，而火星就是这样。要在火星上添加生物，就必须了解生命如何在地球上发端。数十亿年前，大气主要是氮气、二氧化碳和水，没有氧气。主要的理论是，由于存在液态水和阳光，蓝藻细菌能很好地将二氧化碳转化为氧气，从而将大气中的大部分二氧化碳清除掉，到达一个准平衡点。今天这个准平衡点约为0.5%的二氧化碳和20%的氧气。这种方法在温度稍高、压力稍大的火星上可能会起作用。
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尽管人类至少需要10万年才能将含氧量提高到20%，但在温暖的火星上播下蓝藻细菌的种子，就能产生足够的氧气，让更高级的生物，比如地衣和一些原始植物，在100年后出现。记住，适于居住并不意味着完美。就以可食用性为例。有可食用的食物，也有美味的食物。火星也许有一天会变得美味，但需要时间来烹饪。与此同时，随着气温、气压以及氧气一点点添加到盘子里，火星将越来越容易消化。
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金·斯坦利·罗宾逊在他的火星三部曲中提出一个有趣的想法，叫超深钻（moholes），这个词源于莫霍不连续面（Mohorovičić discontinuity）——地球或行星的地壳和地幔之间的边界层。简而言之，超深钻是使用自动化的圆柱形钻孔机来挖掘一个几十千米深、一直到达边界层的直径很大的洞。在火星上，这些洞可以用来释放热量，促进火星变暖。因为这些洞非常深，人类还可以住在洞的底部，体验类似于地球的压力。超深钻曾经在地球上尝试过，但没有成功。
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我认为在火星上实施超深钻方案，其可行性介于燃烧碳氟化合物和从天王星进口氮气之间。还有一个想法是让彗星或小行星以受控的方式掠过火星上层大气，燃烧掉挥发物——水、氨、氧——向火星添加有价值的气体。比起用宇宙飞船进口气体，这一想法在技术上的困难没有那么大；用几块来自遥远地方的大石头就可以实现，而不用从木星上发送成千上万艘货运飞船。不过，数学计算最好完美无缺，否则那些巨大的物体如果击中火星表面，可能会置移民于死地。故意轰炸火星表面同样可以提供大量气体，但这种方法既粗鲁又危险，与在火星上进行科学研究以及建立定居点的想法背道而驰。
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的确，火星失去最初的大气层，是低重力以及缺乏磁层等因素综合作用的结果，使得太阳辐射能够将大气层吹向太空，但是这个过程花了数千万年。所以，在火星再次变得不适合居住之前，我们还是有一些时间去享受它的。
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