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自古以来，各国学者针对地球起源问题提出 40 多种假说，包括星云说、遭遇说等学说。我国天文学家戴文赛于 20 世纪 70 年代提出了新星云假说，该假说认为，地球的形成要经过“原始星云→星云盘→尘层→星子→行星”5 个阶段。行星的吸积是地球形成的最终阶段，有均一吸积说和非均一吸积说两种观点。其中，均一吸积说认可度更高，即原始地球是一个接近均质且没有明显分层现象的球体。对于原始地球形成时的温度来说，人们有两种看法：高温起源说和低温起源说。目前，低温起源说更得到认同，在低温起源说中，地球形成时基本上是各种石质混合物，平均温度不超过 1 000 ℃ 。形成后，由于放射性物质的衰变、旋转动能转换成热能、引力和重力位能的释放等生热方式，原始地球持续升温并发生熔融现象，熔融态比重小的矿物上涌形成外层，比重大的重物质下降形成内层，从而形成最初的“壳、幔、核”。地壳岩石受大气与水的风化和侵蚀，发生沉积作用而形成沉积岩，沉积岩受到地质作用发生变质而形成变质岩。这些变质岩重复受到各种地质作用，可能经过多次熔化—固结过程，先形成一个大陆的核心，再逐渐演化成为大陆。地球的大气和海洋都是次生的。海洋是地球内部增温和分异的结果，但大气形成的过程更复杂。原生的大气可能是还原性的，当绿色植物出现后，它们发生光合作用，利用太阳辐射将水和二氧化碳转化为有机物和自由氧。当氧的产生多于消耗时，氧逐渐积累起来，最终形成以氮和氧为主的大气。
人类的祖先在长期使用天然工具的工程中学会了制造工具，意味着人类开始经过思考进行有意识的活动，这种自觉能动性是人类和动物最重要的区别，是人类从猿到人的飞跃转变，自此人类的发展进入了新的阶段。
人类适宜的生存环境有多方面要求。首先是大气环境，正常大气环境含有78% N 2 、21% O 2 、0.2% CO 2 和一定比例的其他气体，其中O 2 对人类的生存至关重要。其次人类对温度也十分敏感，当室温为 20 ~ 26 ℃时，人体感觉最为舒适。人类的生存还需要大量液态水和充足的食物以及避免遭受过多辐射等必要条件。人类具体生存环境要素，见表 2.1。
表 2.1 人类具体生存环境要素
* 注：空气中含氧量为 21%左右，当氧气浓度为 19.5%~ 23.5%，人能够正常生活。在这个区间以外，氧气浓度过低或过高，对人体都有一定的危害。同时，人在缺氧环境（低于 19.5%）与富氧环境（高于23.5%）都有一定的适应能力，但是两种环境之间的交替则会出现严重不适。
①1 G≈9.8 m/ s 2 。
人类生存的空间及其中可以直接或间接影响人类生活和发展的各种自然因素称为环境。地球的生物圈能够为人类的生存提供适宜的生存环境，必需的环境因素包括充足的太阳光照、适宜的温湿度和重力条件、循环的空气、水分和物质以及低辐射强度，见表 2.2。
表 2.2 地球生物圈环境的主要物理参数
生物圈是地球上最大的生态系统，是地球上所有生态系统的总和，人类依赖于生物圈生活。从 20 世纪 60 年代开始，人类开始进行受控循环生态系统研究，以期能够建造出人造生态系统。美、俄等航天强国先后进行受控循环生态系统等生命保障系统的研究工作，最初在系统的设计原理、构建方案等领域开展研究，随后实施了一系列地面装置验证试验和空间飞行器搭载研究试验。
国外地面验证试验完成了长时间下的较高物质闭合度的受控生态系统构造试验，较为著名的人造生态系统试验主要有：美国的Biosphere 2、俄罗斯的Ground Ex perimental Complex、日本的CEEF和欧洲的MELiSSA等。其中，美国的Biosphere 2在 20 世纪 90 年代中期就已宣布失败，主要原因在于无法实现系统内部的物质自循环，而其他生态系统也均无法达到物质的 100%闭合度。此外，美国、俄罗斯等航天强国在空间站等航天飞行器上开展过一系列动植物培育、培养试验。试验结果表明，在适宜生存的环境条件下，小麦、大豆等植物和老鼠、乌龟等动物都能在微重力条件下正常生长发育。
从 20 世纪 90 年代中期开始，我国逐步开展受控生态保障系统的研究工作。前期主要进行物种的筛选、培养和废物循环处理等工作。到 21 世纪初期，开始进行受控生态循环系统装置的研究，随后开展了多次多人密闭生态循环系统构建试验。其中,2016 年中国航天员中心主持开展的 4 人 180 天系统集成技术试验，实现了系统内部 100%大气、100%水和 55%食物的循环再生；2019 年嫦娥四号生物科普试验载荷项目实现了人类首次在地外星球真实环境下进行微型生态系统试验，如图 2.1 所示。成功地在月球上培育植物生长发芽，这说明在月球上营造适宜环境能够保障植物进行生长发育，从而证明在地外星体构建人造生态系统可以保障地球生物的生长发育。
到目前为止，虽然人类还无法建成真正意义上长期运行的人造生态系统，但是这些试验也同样证明了人类或其他生物在适宜环境的密闭生态系统装置内部是可以短期生存的，而能否长期、持续地生存取决于人造生态系统能否持续、稳定地运行。基于此，设计了地外受控循环生态系统构建方案以及火星基地生态系统概念图，如图 2.2 和图 2.3 所示。
图 2.1 嫦娥四号生物科普试验载荷及月面培育首片绿叶
图 2.2 地外受控循环生态系统构建方案
图 2.3 火星基地生态系统概念图
生物宜居环境是指具有适宜任何形式生命出现或生存的环境，其空间范围可以大至行星系统，也可以小至微生物生存的微尺度环境。在天体生物学的理论框架中，是否支持液态水的存在是衡量环境宜居性的一个核心指标。此外，能量（太阳能或化学能）、生命所需的基本元素（C,H,O,N,S,P）等也是影响环境宜居性的重要参数，板块运动、全球或局部磁场等则可能有助于形成类似地球的、具有长期演化历史的大型生态系统。