人类能对火星和金星进行“地球化”改造：改变公转轨道偏心率

                           吉林大学：杨学祥，杨冬红

     据国外媒体报道，行星科学家表示，人类改造火星甚至金星是有可能的。事实上，NASA正在研究一项计划，使用一个巨大的磁防护盾来帮助这些行星自我改造。

     事实上，通过改变行星公转轨道偏心率，我们可以得到改造火星甚至金星环境的最廉价的方法。

行星公转轨道偏心率控制行星大气密度和温度 

我们在2006年撰文指出， 大气层对行星具有保温作用。当轨道偏心率较大的行星向太阳靠近时，太阳风和太阳辐射将一部分大气物质吹走，形成背光的“气尾”；当行星向远离太阳的方向运动时，“气尾”收缩。行星每靠近太阳一次，就失掉相当多的大气质量。

我们在2006年发现，近日行星水星、火星、地球、金星的轨道偏心率分别为0.206、0.093、0.017、0.007，大气浓度分别为极其稀薄、稀薄、标准、浓密。两者成反比的原因是，较大的轨道偏心率使行星在接近太阳时像彗星一样丢失一部分大气。地球轨道偏心率在冰期时增大为0.0607，使大气浓度和二氧化碳浓度变低，降低了对地球表面的保温作用，导致10万年周期致冷作用的增强。

由于地球轨道偏心率10万年周期项振幅不到近日点进动2万年周期项振幅的一半，其引起10万年冰期周期的作用受到质疑。大气浓度变化能增强10万年周期作用，给出10万年冰期周期的合理解释。

事实上，近日行星中，水星与火星的公转轨道偏心率最大，分别为0.206和0.093，大气密度分别为极其稀薄和稀薄，表面温度也最低，水星平均地表温度为179℃（最高为427℃，最低为零下173℃，因为距离太阳最近），火星表面平均温度零下55℃。地球的偏心率为0.017，处于中等水平，大气密度标准，表面平均温度为15℃。金星的偏心率最小，为0.007，其表面的平均温度高达462°C，是太阳系中最热的行星。近日行星的数据表明，天文冰期理论得到精准的认证（近日行星公转轨道偏心率大时，大气稀薄，表面温度低）。

近日行星的大气密度与其轨道偏心率成反比，因此，近日行星中轨道偏心率大的行星大气散失比较多，大气非常稀薄。大气层可以保持地表的气温，大气的流失降低地表气温，这是10万年冰期周期与地球轨道偏心率10万年变化周期对应的原因，地球轨道偏心率变化范围为0.017~0.067，在偏心率极大值对应冰期的出现。

http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-436350.html

根据米兰科维奇循环的天文冰期理论：火星目前处于轨道偏心率较大的大冰期时期，地球处于轨道偏心率较小的间冰期时期，金星处于轨道偏心率最小的极热期时期。

轨道偏心率较大的行星向太阳靠近时产生的大气丢失，是冰期产生的根本原因。大气稀薄不仅是气温低的原因，也是与冰期伴随的生物灭绝的原因。而地球公转轨道偏心率变化周期为10万年和41.3万年等，于0.005至0.058之间变化（见米兰科维奇循环）。

在近日行星中金星的轨道最接近圆形，偏心率最小，仅为0.006811。火星和地球10万年后也有可能变为金星目前状态，目前没有成为金星目前状态的可能。

火星的轨道偏心率最大，为0.093，地球的偏心率为0.017，金星的偏心率最小为0.007。在10万年的周期内，地球既不能变为金星，也不能变为火星，地球上的生命也不会完全灭绝。

      所以，在火星、地球和金星发生同样的超级火山活动之后，公转轨道偏心率不同，是决定地球大气标准，金星大气浓密，火星大气稀薄的原因。将火星公转轨道偏心率变小，将金星公转轨道偏心率变大，它们就可能像地球一样存在生命。

       一个星球的变化肯定要经过非常长的时间，也许未来有一天地球也将变得不再适合生命生存，到了那时，等待人类的就只有三种命运：

       一种就是人类和地球上的生命一起，消失在地球上，还有一种就是人类的科技发展到可以逃离这个星球的地步，而且还必须提前预知地球的变化。第三种，如果人类已经发展到能够改变整个星球环境的地步，那么就可以不用为这些灾难所担心。不过，要发展到这种地步，改变行星公转轨道偏心率是最廉价的一种。

https://blog.sciencenet.cn/blog-2277-1318624.html

参考文献

杨学祥, 陈殿友. 火山活动与天文周期. 地质论评, 1999, 45(增刊): 33-42. Yang X X, ChenD Y. The Volcanoes and the Astronomical Cycles. Geological Review (in Chinese), 1999, 45(supper):33-42.

 Coffin M F, Eldholm O. Largeigneous provinces . Scientific American, 1993, 269(4): 26-33.

杨冬红, 杨学祥.灾害频发和地磁减弱的关系. 世界地质,2011, 30(3): 474~480

Yang D H,Yang X X. Relationship of frequent disasters with geomagnetic weakening (inChinese). Global Geology, 2011, 30(3):474~480

杨冬红, 杨学祥, 刘财. 2006. 2004年12月26日印尼地震海啸与全球低温. 地球物理学进展, 21(3): 1023~1027

Yang D H, Yang X X, Liu C. 2006. Global lowtemperature, earthquake and tsunami (Dec. 26, 2004) in Indonesia.Progress in Geophysics (in Chinese), 21(3): 1023~1072

杨学祥，陈殿友，张忠信，宋秀环。地球内核快速旋转与全球变化。科学，1997，（2）：53-55

杨学祥。透过专家看世界 专家观点仅仅是某专业的观点。格式：PDF  页数：15  上传日期：2012-08-25 02:42:37

https://www.doc88.com/p-703920132830.html

 杨学祥。星空探秘释疑： 彗尾、磁尾与“气尾”。科学网， 2009-6-1 15:36 

https://blog.sciencenet.cn/blog-2277-428706.html

https://blog.sciencenet.cn/blog-2277-235439.html

相关报道

人类能对火星和金星进行“地球化”改造吗？

2022年01月10日 11:16 新浪科技

　　新浪科技讯 北京时间1月10日消息，据国外媒体报道，行星科学家表示，人类改造火星甚至金星是有可能的。事实上，NASA正在研究一项计划，使用一个巨大的磁防护盾来帮助这些行星自我改造。

　　行星改造的背景

　　几十年来，行星科学家和科幻小说家都有过改造地球以外的行星，使其适合人类居住的想法。这个过程通常被称为“外星环境地球化”（terraforming，简称地球化），具体指的是人为改变天体表面环境，使其气候、温度、生态等类似地球环境的行星工程。火星的直径约为地球的一般，同样由岩石组成，因此被认为是地球化最可行的候选者。金星的大小、质量、体积与到太阳的距离更接近地球，但温度也更高，因此对金星的地球化首先要克服其大气层过厚、温室效应极高的问题。

　　分析：巨大的磁防护盾有助于金星和火星的地球化

　　我们的太阳系已经有45亿年的历史，在如今，地球的生命无处不在，但如果我们回到10亿年前，就会发现金星是一颗蓝色的行星。它拥有一个巨大的海洋，可能真的有生命存在，而且是很多生命。如果我们再往前十亿年，会发现火星也是一颗蓝色行星。我们现在知道，火星失去了磁场，水开始蒸发，到大约35亿年前时，火星基本上就停滞不前了。

　　最近也有研究者提出了另一项计划，认为可以通过帮助火星恢复磁场的方式，保护未来的定居者免受有害太阳辐射的伤害。该计划可能会利用火星的一颗卫星来实现这一目标。NASA的计划则与此不同，在火星轨道上放置一个巨大的磁护盾，防止太阳辐射将火星大气剥离，同时提高这颗红色星球的表面温度，最终使其更宜居水平。

艺术家想象中地球化后的月球

　　停止大气的剥离，气压就会增加，火星就将开始自我改造，让这颗行星以任何可能的方式参与进来。当气压上升时，温度也会随之上升。只要有足够的时间，大气压力就可能跨越某个神奇的阈值，使人类能够在没有宇航服保护的情况下在火星表面生存。

　　地球化的第一级水平是60毫巴，是当前水平的10倍。这就是所谓的阿姆斯特朗极限，在这一极限下，你走在行星表面时，血液不会沸腾。当你不需要宇航服的时候，你就会有更多的灵活性和机动性。更高的温度和压力也使你能够在土壤中种植植物。

　　阿姆斯特朗极限是一个航天术语，指的是在某个特定的海拔高度上，由于大气压力过低（0.0618大气压），导致水的沸点也降低至接近人类体温（37摄氏度）的水平。如果人类在没有任何加压措施的情况下超越此高度，包括泪水、唾液、眼球内的水分和保持肺泡湿润的体液就会在极短时间内沸腾并蒸发，导致肺部无法进行气体交换，进而窒息。该极限以美国空军飞行员兼医生哈瑞·乔治·阿姆斯特朗命名，根据地理位置与大气环境的差异，其范围通常在18900至19350米之间。在超过阿姆斯特朗极限、空气稀薄甚至接近真空的环境中，人类需要借助宇航服之类的加压设备才能够生存。

　　展望：木卫二与正在地球化的金星

　　即将发射的“欧罗巴快船”任务将对木卫二进行观察，寻找生命的迹象，木卫二上的羽流是木卫二任务得以成行的原因。

艺术家想象中地球化后的金星

　　木卫二也是地球化的潜在候选者，其优点之一是拥有液态水。我们都知道，液态水对于复杂生命的生存至关重要。当然，木卫二的地球化也面临巨大的挑战，这颗卫星处于木星的辐射带中，没有防护的人类在其表面只需10分钟就会死亡。因此，木卫二的地球化就需要建造大型的反辐射装置；此外，木卫二被厚厚的冰层覆盖，进行加热的话就需要足够的氧气。

　　人类对火星生命迹象的搜索可以追溯到20世纪70年代的海盗号登陆任务，目前仍在进行当中。科学家们也仍在金星云层中寻找生命，金星也是一个伟大的地球化改造目标。

　　行星科学家认为，我们也可以用一个反射光线的物理护盾来改造金星，可以制造一个防护罩，使金星的整个温度降下来。现在的金星只有云层顶端的环境比较接近地球，其地球化过程需要几个重要的变化，包括去除大气中大部分的二氧化碳，并降低金星约500摄氏度的高温。这些变化密切相关，因为金星的超高温度正是来源于二氧化碳所导致的温室效应。此外，只有解决金星的大气压力问题，人类才有可能移民金星。

　　其他可能进行地球化的星体还包括月球、水星、木卫一、木卫三、木卫四、土卫二和土卫六，以及一些较大的小行星，如谷神星等。月球尽管离地球最近，运输成本相对较低，也是人类了解最多的外太空星体，但由于月球环境与地球相差太远，本身没有大气层，重力较小也难以建立稳定的人工大气层，因此其地球化过程将会异常困难。（任天）