| La colonizzazione del pianeta Marte è da molti ritenuta un passaggio inevitabile nello sviluppo futuro dell'umanità; attorno a Marte si è concentrata l'attenzione delle principali agenzie spaziali terrestri, nel tentativo di sviluppare un piano organico per l'installazione di possibili colonie umane sul pianeta. Si tratta del pianeta raggiungibile da Terra con il minor impiego di energia, sebbene con le tecnologie attuali un eventuale viaggio richiederebbe comunque diversi mesi.
Allo stato attuale, la vita umana non sarebbe possibile, senza adeguate protezioni, per più di un minuto sulla superficie di Marte; si tratta, ad ogni modo, delle condizioni più favorevoli presenti nel sistema solare, ben lontane dal clima torrido di Mercurio e Venere, dalle gelide temperature dei corpi rocciosi del sistema solare esterno e dal vuoto spinto presente sulla superficie della Luna e degli asteroidi.
In condizioni estreme, l'uomo è già riuscito a sopravvivere in ambienti dalle caratteristiche analoghe a quelle della superficie di Marte: nel maggio 1961 il record di altitudine per un essere umano a bordo di un pallone aerostatico è stato registrato alla quota di 34,668 km (dove la pressione atmosferica è analoga a quella marziana); le temperature medie dell'Antartide non mostrano sostanziali discrepanze rispetto a quelle rilevate su Marte; alcuni deserti terrestri presentano caratteristiche simili a quelle della superficie marziana.
La terraformazione di Marte è un ipotetico processo attraverso il quale il clima, la superficie e le caratteristiche conosciute del pianeta rosso verrebbero deliberatamente modificate con lo scopo di rendere il pianeta abitabile da esseri umani e altre forme di vita terrestri, fornendo in tal modo la possibilità di una sicura e sostenibile colonizzazione di vaste aree del pianeta.
Sulla base dell'esperienza del pianeta Terra, l'ambiente di un pianeta può essere mutato anche se il processo di creazione di una biosfera al livello planetario è ancora da determinare.
Molti dei metodi descritti in seguito possono rientrare nell'ambito delle capacità tecnologiche attuali, tuttavia al momento le risorse economiche necessarie per l'esecuzione di tali metodi sono ben al di là di quanto qualsiasi governo o azienda sarebbero disposti a stanziare a tale scopo.
In un futuro non molto lontano l'aumento di popolazione e la crescente richiesta di risorse potrebbe creare una pressione per colonizzare nuovi habitat come per esempio la superficie degli oceani terrestri, il fondo dei mari, lo spazio intorno alla Terra o la Luna e gli altri pianeti del sistema solare, magari come sedi di miniere per l'estrazione di metallo.
Avanzando con il pensiero nel remoto futuro (nell'ordine di centinaia di milioni di anni), alcuni scienziati ritengono che il Sole potrebbe diventare troppo caldo per poter mantenere la vita sul nostro pianeta, anche prima che la nostra stella attraversi lo stadio di Gigante Rossa, dal momento che tutte le stelle della Sequenza Principale emettono gradualmente sempre più energia durante la durata della loro "vita".
Quando questo succederà, si suppone che sarà imperativo per gli esseri umani migrare verso aree più lontane dal Sole per avere una possibilità di sopravvivere. Attraverso la terraformazione potrebbe essere possibile collocare il Pianeta Rosso nella fascia di pianeti abitabili e consentire in tal modo alla specie umana di guadagnare qualche altro migliaio di anni, in modo da avere il tempo di sviluppare una nuova tecnologia per il viaggio spaziale, per giungere alla colonizzazione del bordo più esterno del sistema solare quando Marte sarà diventato inospitale per via delle mutazioni del Sole.
D'altro canto vi sono alcuni svantaggi. Se Marte non fosse terraformato, una minore quantità di radiazione solare raggiungerebbe la superficie.
Un esempio di progetto per la terraformazione di Marte prevede di liberare grandi quantità di gas serra nell'atmosfera del pianeta, innalzandone la temperatura. Questo causerebbe l'evaporazione di anidride carbonica dalle calotte polari, aumentando ancora l'effetto serra e facendo sciogliere eventuale ghiaccio presente nel sottosuolo marziano. Ciò porterebbe Marte ad avere acqua liquida, un clima più simile a quello terrestre e un'atmosfera più densa, a base di anidride carbonica. Infine si importerebbero sul pianeta delle piante che arricchiscano di ossigeno l'atmosfera tramite la fotosintesi. È stato calcolato che l'intero processo durerebbe più di centomila anni. Sono stati ideati processi più rapidi, ma dalla durata sempre misurabile in secoli.
Per riscaldare le calotte polari di Marte liberando anidride carbonica sono stati proposti anche altri metodi, come coprirle con sostanze scure (come polvere di carbone) che assorbano meglio la luce solare, o riflettere il sole sui ghiacciai marziani da giganteschi specchi in orbita attorno al pianeta.
La maggior parte del suolo marziano è costituito da minerali richiesti per il processo di terraformazione. Recenti ricerche scientifiche hanno rivelato che ci sono grandi quantità di acqua sotto forma di ghiaccio al di sotto della superficie del pianeta fino alla latitudine 60, proprio come nei due poli dove l'acqua è miscelata con ghiaccio secco (CO2 solido). È persino possibile che vi siano enormi quantità di ghiaccio nella crosta marziana più profonda.
Una volta che l'anidride carbonica sublima nell'atmosfera durante le estati marziane, essa lascia una piccola quantità di acqua residua che si sposta rapidamente dai poli con una velocità di circa 400 km/h. Questi eventi stagionali fanno sì che vengano trasportate grandi quantità di polvere e vapore acqueo come quelle che hanno permesso la formazione sulla Terra di cirri (delle nuvole).
Sul pianeta sono presenti anche tracce di ossigeno, perlopiù sotto forma di ossidi (di metalli principalmente).
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