NASA喷气推进实验室（JPL）研究人员Slava Turyshev近日在arXiv发布的一篇预印本论文指出，将火星改造成接近地球的宜居环境，核心障碍并非单一“气候调节”，而是涉及材料、能源与工程能力的系统性工业挑战。论文梳理了火星宜居化的若干目标状态，并对实现所需的物质量与能量规模进行了量化估算。

Turyshev将火星从当前环境推向宜居的路径概括为五个“最终状态”。第一阶段为火星现状：极端寒冷且大气压极低，在缺乏强大生命维持系统的情况下无法生存。第二阶段是将表面气压提升至水的“三相点”以上，即在约0℃时达到6.1毫巴，使水的固态、液态与气态能够在该压力与温度条件下共存平衡，从而在一定条件下维持液态水。

第三阶段被描述为工程层面的“短袖温室”目标，即通过局部或区域范围的大型温室实现农业生产。论文提到，在火星上建设穹顶温室在结构受力上反而更“有利”：穹顶内较高压力（约100毫巴）相对外部低压环境，有助于维持结构稳定。这一路径通常被称为“副地球化”，若将温室体系扩展至覆盖全星球，则可形成所谓“世界之家”。

在进一步提升全球大气压的设想中，第四阶段是将火星整体气压提高到62.7毫巴，使人体血液在37℃时不会沸腾。第五阶段则是形成可呼吸大气：拥有较厚的氮气缓冲层，并提供约210毫巴的氧气，使总气压达到约500毫巴，同时需要显著升温。

论文强调，目标看似清晰，但实现每个里程碑所需的物质量规模极为庞大。仅将火星大气压提升到1毫巴，就需要增加约3.89×10^15公斤气体，接近火星较小卫星迪摩斯的全部质量。若要达到完整可呼吸大气层，所需气体量约为10^18公斤，规模相当于土星不规则卫星雅努斯的质量。论文同时指出，太阳系中预计存在数百个类似质量的天体，但将其作为“供给源”仍意味着超大规模的工程调度。

除压力外，温度提升同样构成关键约束。论文测算，要使火星达到全球稳定的水融化温度，需要将其平均温度提高约60℃。可选方案包括向大气注入短波吸收纳米颗粒、释放大量二氧化碳等；也有工程设想提出利用巨型反射镜集中阳光照射火星。但按Turyshev的计算，若采用镜面方案，所需镜面面积约7000万平方公里，远超当前工业能力。

在“可呼吸大气”目标下，氧气供给被视为另一项决定性工程量。论文估算，需要生产约8.2×10^17公斤氧气。较直接的路径是从水中分离氧气；考虑到水分解过程中部分质量以氢气形式损失，所需水量将略高。按其换算，这相当于火星表面每平方米约需要六立方米水。

论文同时给出相对乐观的一点：火星表面水资源在总量上可能足以支撑上述需求，甚至可形成海洋与湖泊。文中称，用于制造大气所需的水量约占已知、易获取表面冰的20%。因此，一些更极端的设想——例如必须通过撞击多个含水彗星来形成海洋、湖泊与富氧大气——未必是唯一选择，不过论文也提到，这类方案在某些维度上可能比其他路径更易实施。

不过，Turyshev将“能源”界定为最难跨越的瓶颈。仅为完成所需氧气的转化，最低能量需求约为1.2×10^25焦耳。即便将工程周期摊分至1000年，仍需持续输出约380太瓦功率，约为地球当前年能源消耗的20倍。

论文结论认为，以现阶段人类文明的能源生产与工业能力，难以绕开上述数量级的能量与材料需求。但文中也提到，较可行的起点可能是推进第二阶段目标，即建设紧凑型温室，在封闭环境内实现稳定生活条件，并在此基础上逐步积累工程与能源能力。