Терраформирование марса невозможно, заявили ученые

Другие вопросы терраформирования

Как только весь углекислый газ Марса испарится в атмосферу планеты, может начаться реальное терраформирование. Фотосинтетические живые растения могут быть высажены и выращены, чтобы помочь в преобразовании атмосферы, сделав её более дружественной к человеческой жизни, выделяя кислород. Это, однако, немедленно повлечет за собой отрицательную обратную связь — уменьшение драгоценного CO2, который обеспечивает тепличный эффект для вышеуказанных растений. Чтобы противодействовать этому, средства на основе CFC (хлорфторуглероды) должны будут производить парниковые газы, чтобы восполнить некоторое количества этого СО2 (да, это противоположное тому, что мы делаем здесь, на Земле).

Но растения также нуждаются в воде, чтобы выжить, и это является еще одной проблемой для терраформирования Марса. У Марса много замороженной воды и после того, как мы достаточно увеличили температуру и давление, эта вода станет жидкой. Но, вода в жидком состоянии фактически уменьшает парниковый эффект, отражая солнечный свет обратно в космос, который в противном случае был бы поглощен планетой нагревал её для сбора парниковых газов. Это еще одна проблема, которая должна быть решена нашими объектами, производящими CFC (хлорфторуглероды).

Наконец, сами CFC приводят к проблеме истощения озона, который необходим для того, чтобы блокировать вредоносное воздействие ультра-фиолетового излучения, исходящего от Солнца. В биосфере Марса должна сосуществовать здоровая сбалансированная смесь из растений, воды и CFC, чтобы процесс терраформирования происходил правильно. Как только этот процесс будет завершен, все четыре основных планетарных фактора (состав и давление атмосферы, жидкая вода и температура) будут правильно изменены, чтобы обеспечить земную жизнь на ныне голой поверхности Марса.

Марсианские теплицы

Терраформирование Марса будет грандиозным процессом, если вообще будет. Начальные стадии могут занять несколько десятилетий или столетий. Терраформирование всей планеты в землеподобную форму займет несколько тысяч лет. Некоторые предполагают и десятки тысяч лет. Как же мы превратим сухую пустынную землю в пышную среду, в которой смогут выжить люди, растения и другие животные? Предлагают три метода:

  • большие орбитальные зеркала, которые будут отражать солнечный свет и нагревать поверхность Марса
  • парниковые фабрики
  • сбрасывание полных аммиака астероидов на планету, чтобы повысить уровень газов

В настоящее время NASA разрабатывает двигатель на базе солнечного паруса, который позволил бы разместить большие отражающие зеркала в космосе. Они расположатся в нескольких сотнях тысяч километров от Марса и будут отражать солнечный свет на небольшой участок поверхности Марса. Диаметром такое зеркало должно быть около 250 километров. Весить такая штуковина будет около 200 000 тонн, поэтому лучше собрать ее в космосе, а не на Земле.

Если направить такое зеркало на Марс, оно сможет повысить температуру небольшого участка на несколько градусов. Суть в том, чтобы сконцентрировать их на полярных шапках, чтобы растопить лед и выпустить углекислый газ, который, как полагают, находится в ловушке изо льда. В течение многих лет повышение температуры выпустит парниковые газы, вроде хлорфторуглерода (CFC), который вы можете найти в своем кондиционере или холодильнике.

Еще один вариант сгущения атмосферы Марса, а значит и повышения температуры на планете, это строительство фабрик, производящих парниковые газы, работающих на солнечных батареях. Люди хорошо умеют выпускать тонны парниковых газов в собственную атмосферу, которые, как считают некоторые, приводят к глобальному потеплению. Этот же тепловой эффект может сыграть добрую шутку на Марсе, если создать сотни таких фабрик. Единственной их целью будет выпускать хлорфторуглерод, метан, двуокись углерода и другие парниковые газы в атмосферу.

Фабрики по производству парниковых газов будут либо отправлены на Марс, либо созданы уже на поверхности красной планеты, и это уже займет годы. Для транспортировки этих машин на Марс, они должны быть легкими и эффективными. Потом парниковые машины будут имитировать естественный процесс фотосинтеза растений, вдыхая углекислый газ и выдыхая кислород. Это займет много лет, но постепенно атмосфера Марса насытится кислородом, благодаря чему астронавты смогут носить только дыхательные аппараты, а не сдавливающие костюмы. Вместо или в дополнении к этим парниковым машинам можно использовать фотосинтезирующие бактерии.

Есть и более экстремальный метод озеленения Марса. Кристофер Маккей и Роберт Зурин предложили бомбардировать Марс большими ледяными астероидами с аммиаком, чтобы выработать тонны парниковых газов и воды на красной планете. Ракеты с ядерными двигателями должны быть привязаны к астероидам из внешней части нашей Солнечной системы. Они будут двигать астероиды со скоростью 4 км/с на протяжении десятка лет, а после выключаться и позволять астероиду весом в десять миллиардов тонн упасть на Марс. Энергия, которая высвобождается в процессе падения, оценивается в 130 миллионов мегаватт. Этого достаточно, чтобы питать Землю электроэнергией в течение десяти лет.

Хотя мы можем достичь Марса уже в ближайшем десятилетии, терраформирование займет тысячи лет. Земле потребовались миллиарды лет, чтобы превратиться в планету, на которой могут процветать растения и животные. Преобразование ландшафта Марса в земной — крайне сложный проект. Пройдет много веков, прежде чем человеческая изобретательность и труд сотен тысяч людей смогут вдохнуть жизни в холодный и пустынный красный мир.

Мотивация и этика

Будущий прирост населения и потребности в ресурсах могут обусловить необходимость колонизации объектов, отличных от Земли, таких как Марс, Луна и ближайшие планеты. Колонизация космоса облегчит человечеству сбор энергетических и материальных ресурсов, имеющихся в Солнечной системе.

Со многих точек зрения Марс наиболее похож на Землю из всех планет, входящих в Солнечную систему. Считается, что Марс когда-то, на ранних этапах своей истории, действительно имел среду ещё более похожую на современную Земле, имел густую атмосферу и много воды, которую потерял за период в несколько сотен миллионов лет. Из-за сходства и близости «Красной планеты» к Земле, Марс может оказаться наиболее целесообразным и эффективным объектом для терраформирования среди всех космических тел в Солнечной системе.

К этической проблематике принадлежит опасность потенциального вытеснения местных марсианских форм жизни земными, если такие формы жизни, хотя бы и микробные, действительно существуют.

Препятствия и ограничения

См. также: Колонизация Марса

Среда на Марсе создаёт несколько значительных препятствий, которые надо преодолеть для успешного терраформирования, к тому же, масштабы терраформирования могут быть ограничены определёнными ключевыми факторами среды.

Слабая гравитация

См. также: Невесомость

Поверхностная гравитация на Марсе составляет 38% от земной. Неизвестно, достаточно ли этого для того, чтобы предотвратить возникновение проблем со здоровьем людей, которые могут быть связаны с невесомостью.

К тому же слабая гравитация (поэтому низкая вторая космическая скорость) Марса, могут значительно усложнить удерживания атмосферы вокруг планеты, если сравнивать её с более массивной Землёй или Венерой. Как Земля, так и Венера, способны удерживать густую атмосферу, несмотря на то, что они подвергаются более интенсивному солнечному ветру, который, как считается, способен разрушать газовые оболочки планет. Поэтому могут оказаться необходимыми постоянные рабочие источники атмосферных газов на Марсе для того, чтобы в течение длительного времени удерживать достаточную плотность атмосферы, необходимую для нормальной жизнедеятельности людей.

Противостояния влиянию космической погоды

У Марса отсутствует магнитосфера, что создаёт дополнительные препятствия, связанные с необходимостью смягчения воздействия солнечной радиации и удерживания атмосферы. Считается, что поля, обнаруженные на Марсе, являются остатками магнитосферы, которая была разрушена в ранние периоды существования планеты.

Отсутствие магнитосферы считается одной из причин того, что атмосфера Марса настолько разрежена. Марсианскими орбитальными аппаратами было обнаружено выбрасывание марсианских атмосферных атомов, которое происходит под воздействием солнечного ветра. Тем не менее, наблюдения Венеры четко демонстрируют, что нехватка магнитосферы не делает невозможным существование густой атмосферы на планете.

Земля изобилует молекулами воды, поскольку её ионосфера пронизывается магнитосферой. Ионы водорода, присутствующие в ионосфере, движутся очень быстро, несмотря на их малую массу, но они не могут достичь открытого космоса, поскольку траектория их движения отклоняется под воздействием магнитного поля Земли. Венера, напротив, имеет густую атмосферу, но лишь с незначительными следами водяного пара (20 ppm), потому что не имеет магнитного поля. Марсианская атмосфера тоже теряет воду, которая легко пробивается в открытый космос. На Земле дополнительную защиту от разрушения атмосферы обеспечивает озоновый слой. Ультрафиолетовое излучение блокируется ещё до того, как ему может удастся расщепить воду на водород и кислород. Поскольку очень малое количество водных паров достигает тропосферы, а озоновый слой располагается в верхней части стратосферы, очень малое количество молекул воды расщепляется на водород и кислород.

Магнитное поле Земли составляет 31 мкТл. Марс потребовал бы такой же интенсивности магнитного поля, чтобы так же нивелировать влияние солнечного ветра, несмотря на более удалённое расположение относительно Солнца, если сравнивать с расположением Земли. На сегодня не существует технологий для наращивания магнитного поля в планетарном масштабе.

Важность магнитосферы была подвергнута сомнению. В прошлом на Земле часто возникали периоды, в течение которых магнитосфера меняла направление, однако жизнь продолжала существовать даже после этого

Густая атмосфера, такая как на Земле, могла бы также обеспечить защиту от солнечной радиации даже при отсутствии магнитосферы.

По каким критериям определяют пригодность планеты

Терраформацию возможно осуществить не на каждой планете, поскольку земные организмы чувствительны к изменению температуры, давления, радиации. Им необходимы пища и подходящие условия для выживания.

На Красной планете есть вода в виде ледяных шапок — это одна из причин возможной терраформации. Credit: intrest.ru.

Для превращения чуждых миров в оазисы требуются следующие условия:

  1. Поверхность. Если на планете не угасла тектоническая активность, постоянно возникают землетрясения, идут извержения вулканов, она мало пригодна для изменений.
  2. Наличие воды (в твердом, жидком видах). Без нее невозможна жизнь людей и растений. Доставка с Земли или искусственное производство больших объемов затруднительны.
  3. Достаточное количество солнечного света и тепла. Для этого атмосфера должна быть прозрачной, а поверхность небесного тела — хорошо прогреваться.
  4. Радиация. Космическое излучение при отсутствии атмосферы и агрессивном магнитном поле опасно для земных организмов.
  5. Метеориты. Наука не нашла решения, как противостоять столкновениям с космическими странниками.
  6. Чуждые природные условия (гравитация, перепады температур и др.), которые затрудняют освоение планеты, влияют на здоровье землян.

Каковы условия на поверхности Марса сейчас?

Автоматические роверы, отправленные американцами на Красную планету, передали на Землю многочисленные фото Марса. Всего агентством НАСА были реализованы четыре миссии с участием марсоходов: «Соджонер» (1997 г.), «Спирит» (2004-2010 гг.), «Оппортьюнити» (2004-2018 гг.) и «Кьюриосити» (2012-2018 гг.) Два последних до сих пор передвигаются по пыльным дорожкам далекой планеты,  транслируя фото Марса, которые не отличаются особым разнообразием.

Красная планета оправдывает свое название, поскольку в ее унылых пейзажах, действительно, преобладает красно-бурый цвет (это фото Марса прислал на землю марсоход «Спирит»)

Примерно четверть марсианского грунта составляет кремнезем, т.е. оксид кремния. Из него же, кстати, состоит и львиная доля литосферы Земли, что делает планеты похожими. Красный цвет Марсу придают оксиды и гидраты железа, содержание которых в верхних слоях планеты достигает 15%. Данный факт делает перспективным металлургическое производство после колонизации Марса и не является проблемой для земледелия, а вот терраформирование отнюдь не упрощает.

1. Атмосфера планеты непригодна для дыхания, поскольку на 95,3% состоит из углекислого газа.

2. Давление на поверхности составляет всего 0,63% от земного, поэтому человека без скафандра на Марсе попросту разорвет внутренним кровяным давлением, рассчитанным на взаимодействие с мощным столбом земной атмосферы.

3. Средняя температура на Марсе составляет -63 С, т.е. в целом здесь значительно холоднее, чем в Антарктиде. Вместе с тем, в экваториальных областях температура может достигать +27 и даже +35 С (именно такой максимальный показатель зафиксировал марсоход «Спирит»), а в районе полярных шапок — снижаться до -127 С. Столь огромные колебания связаны со слабой конвекцией в атмосфере Марса в силу ее разреженности.

4. Магнитное поле Марса очень слабое – примерно в 500 раз меньше земного, поэтому он практически не имеет защиты от солнечной радиации. В 2001 г. с помощью аппарата НАСА «Одиссей» было установлено, что облучение на поверхности Красной планеты составит для человека около 8 Рад в год, что в 13 раз больше, чем на Земле. И это не считая того, что во время солнечных вспышек радиационная нагрузка на Марс заметно повышается.

5. На Марсе повышена метеоритная опасность, поскольку его атмосфера настолько разрежена, что метеоры не сгорают в ней (как в земной или венерианской атмосферах), а почти все достигают поверхности.

На Марсе гораздо больше кратеров от падения метеоритов, чем на Земле, поскольку они не сгорают в разреженной атмосфере Красной планеты, а почти беспрепятственно достигают ее поверхности

Указанные проблемы тесно взаимосвязаны между собой

Например, именно магнитное поле оказывает важное влияние на удержание атмосферы Земли. Если бы не оно, то солнечный ветер постепенно сносил воздух, и через несколько сотен миллионов лет наша планета оказалась бы похожей на Марс – истончившаяся атмосфера не смогла бы удерживать воду в жидком состоянии, не говоря уже о поддержании жизни

По последним данным, именно это и произошло с Марсом после того, как 4-4,2 млрд. лет назад остановилось его внутренне «динамо», т.е. металлическое ядро перестало вращаться. Данное событие произошло либо вследствие столкновения планеты с крупным астероидом или из-за слишком быстрого остывания ее ядра.

Как и Земля, Марс имеет внутреннее металлическое ядро, однако, в отличие от нашей планеты, оно не вращается и, соответственно, не создает магнитного поля

Так возможно ли терраформирование Марса?

В настоящее время атмосфера Марса такая тонкая и так плохо удерживает тепло, что вода может существовать на поверхности планеты исключительно на протяжении коротких промежутков времени. «Если взять стакан жидкой воды и вылить ее на Марс, то часть ее замерзнет, а другая часть обратится в пар. В любом случае, она не останется в жидком состоянии надолго», уверен Чаффин. Теоретически, если бы мы могли перекачать часть парниковых газов из атмосферы Земли на Марс, то можно было бы прогреть планету до такого состояния, чтобы на ней спокойно существовало большое количество жидкой воды, как это было в далеком прошлом (около 3,5 млрд лет назад). Чем толще атмосфера — тем стабильнее атмосферное давление и температура на планете, а значит и вода тоже будет стабилизироваться.
Маккей уверен, что одним из способов осуществить подобную программу является производство супер-парниковых газов — перфторуглеподов (ПФУ) на специальных заводах. Они не нарушили бы тонкий озоновой слой планеты и не стали бы токсичной угрозой для потенциальных колонистов, но смогли бы в достаточной мере удержать тепло на Марсе. После этого, спустя 100 лет после прогрева планеты люди смогут приступить к высаживанию растений на марсианском грунте. Потребляя CO2 и выделяя большое количество кислорода, зелень постепенно изменила бы химический состав атмосферы, сделав ее пригодной для дыхания — процесс, который, если говорить о современном уровне развития биотехнологий, займет тысячи лет.

Этот пейзаж — одна из возможных моделей того, как Марс выглядел в далеком прошлом

Заключительный этап колонизации Марса – аграрный

Имея пусть искусственное, но эффективное, магнитное поле, давление сопоставимое с земным, а также кислородную атмосферу, Марс станет пригодным для существования биосферы. Ее началом, разумеется, станут простейшие микроорганизмы – бактерии, грибы, водоросли, а затем и растения. Благодаря этому на поверхности рано или поздно появится слой гумуса. Это и будет той точкой, когда человечество получит в свое распоряжение Землю-2, на которой можно будет вести сельское хозяйство, строить города и жить примерно той же жизнью, что и на материнской планете.

Возможно, именно так будет выглядеть типичный пейзаж Марса после его терраформирования

Не исключено, что кажущиеся сегодня фантастическими планы, начнут реализовываться уже в середине, в крайнем случае, в конце текущего столетия. Так может Рей Бредбери в своих «Хрониках», был не так уж далек от истины, лишь немного поторопив время?

Читайте о том, как будут жить поселенцы Марса: Для первых колонистов Марса построят землянки

Наука терраформирования

В статье, опубликованной в журнале Science в 1961 году, известный астроном Карл Саган предложил использовать методы планетарной инженерии для трансформации Венеры. Они включали засеивание атмосферы Венеры водорослями, которые могли бы преобразовывать воду, азот и диоксид углерода в органические компоненты и уменьшить нарастающий парниковый эффект Венеры.

В 1973 году он опубликовал статью в журнале Icarus под названием «Планетарная инженерия на Марсе», в которой предложил два сценария трансформации Марса. Они включали перевозку материала с низким альбедо и/или высадку темных растений на полярных шапках, чтобы те поглощали больше тепла, растаяли и превратили планету в более похожую по условиям на Землю.

В 1976 году NASA официально рассмотрело вопрос планетарной инженерии в исследовании «Об обитаемости Марса: подход к планетарному экосинтезу». В исследовании был сделан вывод, что фотосинтезирующие организмы, таяние полярных льдов, а также введение парниковых газов может быть использовано для создания более теплой, богатой кислородом и озоном атмосферы. Первое заседание конференции на тему «планетарного моделирования» было организовано в том же году.

Затем, в марте 1979 года, инженер NASA Джеймс Оберг организовал Первый коллоквиум по терраформированию — спецзаседание на 10-й конференции луно- и планетологии, которая ежегодно проводится в Хьюстоне, штат Техас. В 1981 году Оберг популяризовал концепции, которые обсуждались на коллоквиуме, из его книги «Новые Земли: реструктуризация Земли и других планет».

В 1982 году планетолог Кристофер Маккей написал «Терраформирование Марса», работу в журнале Британского межпланетного общества. В работе Маккей обсудил перспективы саморегулирующейся марсианской биосферы, которые включали необходимые методы и вопросы этики. Впервые слово «терраформирование» использовалось в заголовке печатной статьи и с тех пор стало расхожим термином.

За ней последовало «Озеленение Марса» Джеймса Лавлока и Майкла Олэби в 1984 году. В этой книге впервые описали новаторский метод утепления Марса за счет добавления хлорфторуглеродов (ХФУ) в атмосферу с целью вызвать глобальное потепление. Книга побудила биофизика Роберта Хейнса начать продвижение терраформирования в рамках более широкой концепции Ecopoiesis.

Происходящее от греческих слов «ойкос» (дом) и «пойезис» (производство), это слово означает рождение экосистемы. В контексте освоения космоса, оно включает форму планетарной инженерии, в которой устойчивая экосистема образуется на стерильной до этого планете. Как описал Хейнс, все начинается с засеивания планеты микробной жизнью, что приводит к условиям, близким к первобытной Земле. Затем импортируется растительная жизнь, которая ускоряет производство кислорода, а после и животная жизнь.

В 2009 году Кеннет Рой — инженер Министерства энергетики США — представил свою концепцию «Мира под щитом» в журнале Британских межпланетных наук. Работа «Миры под щитом — подход к терраформированию лун, малых планет и плутоидов» изучает возможность использования крупных оболочек, щитов, которые накрывают чужой мир, сохраняя его атмосферу достаточно долго, чтобы долговременные изменения пустили корни.

Эти и другие идеи, в которых мир накрывается искусственной оболочкой для трансформации его среды, называются «паратерраформированием».

Что такое терраформирование?

Терраформирование — это процесс, который меняет недружелюбную окружающую среду (если планета слишком холодная, слишком горячая, не имеет пригодной для дыхания атмосферы) на более подходящую для жизни людей. Он может включать изменение температуры, атмосферы, топографии поверхности, экологии — или всего вышеперечисленного — чтобы планета или луна стала более «приземленной» и не убила нас моментально.

Этот термин придумал Джек Уильямсон, американский писатель-фантаст, которого называли «деканом научной фантастики» (после смерти Роберта Хайнлайна в 1988 году). Термин появился в истории под названием «Орбита столкновения», опубликованной в 1942 году в журнале Astounding Science Fiction. Это первое из известных упоминаний этой концепции, хотя косвенно о ней говорили и раньше, конечно.

Вообще, научная фантастика полна примеров изменения планетарных условий, чтобы те стали более пригодными для жизни людей. В «Войне миров» Герберт Уэллс отмечал, что марсианские вторженцы начали трансформировать экологию Земли с целью долгосрочного проживания.

Олаф Стэплдон в «Последних и первых людях» (1930) посвятил две главы описанию того, как потомки людей терраформируют Венеру по причине непригодности Земли для проживания; и в процессе терраформирования устраивают геноцид местной водной жизни. В 50-60-х годах, вместе с началом космической эпохи, терраформирование появилось во множестве работ из области научной фантастики.

К примеру, в «Небесном фермере» (1950) Роберт Хайнлайн представляет, как Ганимед трансформируется в сельскохозяйственное поселение. Это важный роман — первый, где понятие терраформирование представляется с серьезной и научной точки зрения, а не просто как фантазия.

В 1951 году Артур Кларк написал первый роман, в котором представил научной фантастике терраформирование Марса. В «Песках Марса» марсианские колонисты нагрели планету, превратив Фобос во второе солнце, и выращивали растения, которые разбивали марсианские пески с высвобождением кислорода. А в книге «Космическая Одиссея 2001 года» Кларк представил расу древних существ, которые превращают Юпитер во второе солнце, чтобы Европа смогла стать пригодной для жизни планетой.

Пол Андерсон тоже много писал о терраформировании в 1950-х. В своем романе 1954 года «Большой дождь» Венеру меняют с помощью методов планетарной инженерии в течение очень долгого времени. Книга стала настолько влиятельной, что термин «Большой дождь» (Big Rain) стал синонимом терраформирования Венеры. За этой книгой последовали «Снега Ганимеда» (1958), где экологию спутника Юпитера делают пригодной для жизни с помощью похожего процесса.

В серии «Робот» Айзека Азимова колонизацией и терраформированием занимается могущественная раса людей; этот процесс протекает на пятидесяти планетах известной Вселенной. В серии «Основание» человечество успешно колонизировало все потенциально обитаемые планеты в галактике и терраформировало их для Галактической Империи.

В 1984 году Джеймс Лавлок и Майкл Олэби написали, как считают многие, одну из самых влиятельных книг по терраформированию. В романе «Озеленение Марса» исследуется формирование и эволюция планет, происхождение жизни и биосфера Земли. Модели терраформирования, представленные в этой книге, фактически предвосхищают будущие дебаты на тему целей терраформирования.

В 1990-х Ким Стэнли Робинсон выпустил свою знаменитую трилогию на тему терраформирования Марса. Известная как «Трилогия Марса» — Красный Марс, Зеленый Марс, Голубой Марс — эта серия посвящена трансформации Марса силами многих поколений в процветающую человеческую цивилизацию. В 2012 году вышел «2312», посвященный колонизации Солнечной системы — включая терраформирование Венеры и других планет.

В популярной культуре можно найти множество других примеров, как в телевидении и прессе, так и в фильмах с видеоиграми.

Вывод

Технология, и материалы, необходимые для терраформирования Красной планеты, существуют уже сегодня. Это всего лишь вопрос времени, когда какой-то миллиардер-энтузиаст космического предпринимательства накопит необходимые ресурсы и мотивацию, чтобы начать терраформирование Марса. Есть, правда, некоторые потенциальные сложности во внедрении растительной жизни в экосистему Марса, но нет ничего, что будущие, более совершенные поколения человечества не смогут преодолеть.

Как только мы преуспеем в полном терраформировании Марса, что будет дальше для человечества? В этот момент Марс станет собственным, самоподдерживающимся миром, полностью независимым от ресурсов Земли. Ни одно естественное или созданное человеком явление не будут способны остановить продвижение человечества по направлению к звездам. Наконец, мы станем межпланетными.

Вселенная обширна и требует нашего изучения. Марс — это просто первый из потенциальных тысяч шагов в нашем стремлении стать более крупным видом. Однажды человечество сделает скачок к звездам в попытке узнать больше о Вселенной, и больше о нас самих в этом процессе. Вселенная — это наш район, а терраформирование Марса — это как открытие входной двери.

Ссылка на основную публикацию