美國好奇號火星車的科學探索任務還在火星有條不紊地進行著，但地球上的科學家、“星際探險家”們早已按捺不住內心的興奮，開始籌劃將宜居帶邊緣上的火星改造成地球人的第一塊“殖民地”。無法呼吸的痛？用科學的方法解決！
早在步入太空之前，人類便做出了一個野心勃勃的計劃：將地球外的星球（無論它是行星、衛星還是別什麼）轉變為適於居住的新家園——這樣的改造被稱為“地球化（Terraforming）”改造，我們的鄰居火星便是第一批候選物件。當然，改造火星無論如何都是一個極端複雜的過程，畢竟羅馬不是一天建成的，而在整個改造過程中，製造一個含有氧氣的大氣圈是最為重要的環節之一，這讓我們至少在“火星殖民地”上自由地呼吸。
向火星大氣中充入氧氣（以下簡稱充氧）——聽上去十分簡單。但地球自身的演化歷史表明，氧氣在大氣中的積累是一個漫長而又複雜的過程。我們只有掌握其間的奧祕，並充分利用相關規律，才能有效地完成這項工作。
實行偉大計劃的步驟
首先要解決的當然是“氧源”
在茫茫宇宙中，沒有多少天體具備適合人類呼吸的大氣層。在對中意的“殖民地”進行大氣地球化改造時，往往需要使用人工設定氧源，來為大氣充氧。人為製造氧氣的方法有很多，它們通常可以歸入生物的或非生物的方法兩類：
一、非生物方法
非生物方法主要利用無機化學反應將氧氣從含氧物質中分離出來。在富含水的星球上，可以靠電解水來生成氧氣，火星兩極冰蓋中和表土下蘊含的水冰可能可以作為氧氣的來源。如果不願消耗寶貴的水資源，我們也可以通過熱解土壤或岩石中的過氧化物來達到目的。此外，讓火星大氣中的二氧化碳與氫氣反應或直接將之電解也可以獲得氧氣。
非生物的方法簡單直接，但它們對於生態系統的建立並沒有多少幫助，而且執行起來往往要耗費巨大的能量，因此並不適合在製氧任務中擔當主角。不過，它們仍是重要的輔助手段：在建立星球的生態系統時，如果我們希望儘早引入高效產氧的高等植物（高等植物的根系需要呼吸氧氣，無法在無氧環境中生存），就可以利用非生物方法加速大氣中氧氣的原始積累。
火星上的日落。雖然火星上的日照強度遠低於地球上的，但是太陽能在火星充氧初級階段可能依然是主要的能量來源之一。
二、生物方法
利用生物的光合作用製造氧氣，難處在於要建立一整套生態系統。不過這套系統一旦成功，我們就獲得了一個能夠自我增殖的氧源。
在火星這樣幾乎完全不含氧氣的星球上，我們首先需要進行生態培育（Ecopoiesis），即創造一個不需要氧氣的生態系統。在這個階段中，參與生態培育的生物不僅要面對無氧環境，還必須忍受火星上嚴酷的自然環境，只有極少數極端生物（Extremophile）才有可能勉強生存下來。為了增加成功的機會，我們很有可能需要根據火星的條件，通過基因工程培育合適的生物先驅。最初的生態系統基本上是古細菌和藍細菌之類的微生物的天下，這意味著我們可能很長一段時間無法“看”到殖民的進展。
大規模水域是投放先鋒物種的首選地點。這樣的地點有許多優勢，例如環境相對穩定、能夠提供對宇宙輻射的防護、具有足夠的空間供生物增殖擴張等。但是人類目前已知的火星地表地貌似並不存在這樣的環境，因而處理起來會更棘手一些，或許需要其它地球化改造的協同配合。
而隨著星球表層環境的改善，我們就可以引入光合作用能力更強的高等植物了，當火星上裸露的陸地逐步被覆蓋，大氣條件也將變得越來越宜居了。
隨著高等植物的引入，火星的環境至少是看上去越來越宜居了
注意事項
理論上，我們應對火星地質、大氣情況作出充分的瞭解之後，再通過精確複雜的計算，將氧氣的源與匯進行統籌安排，一舉完成任務——就像高明的演奏家撥動琴絃，將複雜的音符轉變為悅耳的曲目那樣。可是現實總是不完美的。我們缺乏對複雜系統的認識、缺乏足夠強大的計算能力，更缺乏調控大型生態系統的經驗。在實踐之中，等待我們的一定是一條充滿挫折與失敗的道路。但無需氣餒，因為人類是這樣一個物種：我們會從自己的失敗中汲取經驗，然後再進一步地努力，爭取走得更遠。