Терраформированый Марс, в представлении художника
Многие космические программы, в конечном итоге, это шаг к отправке астронавтов на Марс. И вполне естественно думать о следующем шаге — колонизации. Однако это потребует много ресурсов и рабочей силы для своего воплощения. Тем не менее, технологии продолжают развиваться быстрыми темпами и новые материалы, в настоящее время, могут помочь выполнить столь нелегкую задачу. А терраформирование Марса это гораздо более сложный процесс, который превосходит усилия, вложенные в строительство Международной космической станции.
Преимущества терраформирования планеты
Однако нужно понимать какие есть проблемы, прежде чем начинать изменять планеты. Он имеет много преимуществ по сравнению с другими объектами. Во первых он имеет атмосферу, в отличие, например, от Луны.
Это делает более простым получение таких важных элементов, как азот и кислород. Следующим преимуществом является то, что Марс имеет схожий минеральной состав с Землей. Все металлы и минералы, необходимые для производства и промышленности, также существуют на Марсе. Он также имеет аналогичное вращение и наклон оси, почти как на Земле. Наклон его оси дает сезоны похожие на Земные. Эти условия помогут будущим колонистам приспособиться к жизни на Марсе.
Тем не менее, есть еще много проблем, которые стоят на пути. Во-первых, это расстояние. Перелет стоит уйму денег. Следующая проблема заключается в атмосфере. Она слишком тонкая, чтобы удерживать кислород. Это означает, что необходимо изменить не только качественный состав атмосферы, для достижения парникового эффекта, но и количественный для первоначального поселения. Кроме того, гравитация на Марсе слабее, чем на Земли. Таким образом, людям, которые будут жить на Марсе, и/ или его терраформировать придется иметь дело с потерей костной ткани и другими заболеваниями, связанными с низкой гравитацией.
В любом случае, преобразование Марса представляет много возможностей. Она даст человечеству возможность найти новые ресурсы, не истощая Землю. Однако это потребует усилий не только национальных правительств, но и частного сектора, чтобы осуществить это.
Несмотря на отсутствие воздуха, низкие температуры и радиацию, Марс интригующая цель для терраформирования его человеком.
Давайте посмотрим, какие есть преимущества в колонизации красной планеты:
Плюсы колонизации
Колонизация красной планеты
Он имеет очень похожую длину дня. Марсианский день составляет 24 часов и 39 минут, так что растения и животные очень быстро бы адаптировались. Он имеет наклон оси, похожий на Земной. Это дает ему смену сезонов, как и у нашей родной планеты.
Марс имеет огромные запасы воды в виде льда. Эта вода будет иметь важное значение для путешественников и может быть использована для переработки в ракетное топливо.
Вместо того, чтобы везти провизию с Земли, будущие колонисты могли бы получать свой собственный воздух путем расщепления воды на Марсе, на кислород и водород. Эта вода также будет использоваться для питья.
Предварительные эксперименты показали, что почва Марса может быть использована для создания защитных сооружений. Земные растения могут быть выращены в марсианской почве, при условии, что они получат достаточно солнечного света и углекислого газа.
Со временем, мы можем разрабатывать месторождения полезных ископаемых.
И в очень далеком будущем, колонизация может включать в себя его терраформирование, т.е. повышение температуры на планете до того момента, пока его ледники не растают, и огромные запасы газа пополнят атмосферу.
Идея терраформирования Марса - превращение его в так называемого "близнеца Земли" - увлекательная идея. Таяние полярных ледяных шапок, медленное созданием атмосферы, а затем создание условий для растительности, рек и водоемов - этого достаточно, чтобы вдохновить кого угодно.
Но как долго это будет продолжаться, что это будет стоить нам, и действительно ли это эффективное использование нашего времени и энергии?
Таковы были вопросы, представленные двумя документами на семинаре NASA «Планетарное научное видение 2050 года», проходившего с 27 февраля по 1 марта этого года. Первый документ, озаглавленный «Процесс терраформации Марса» (The Terraforming Timeline), представляет собой абстрактный план превращения Красной Планеты в нечто зеленое и пригодное для жилья. Второй, под названием «Терраформация Марса - неверный путь», полностью отвергает идею терраформации и предлагает альтернативу. О втором документе можно будет почитать .
Терраформирование Марса
Первая статья была подготовлена Аароном Берлинером из Калифорнийского университета и Крисом Маккеем из Отдела космических наук Исследовательского центра НАСА в Эймсе. В своей статье два исследователя представляют последовательный график для терраформирования Марса, который включает в себя фазу потепления и фазу оксигенации (обогащение кислородом), а также все необходимые шаги, которые должны этому предшествовать и следовать:
"Терраформацию Марса можно разделить на две фазы: первая фаза включает нагрев планеты от текущей средней температуры поверхности -60 o C до значений, близким к средней температуре Земли до + 15 o C, и воссоздает плотную атмосферу из CO 2 . Эта фаза нагревания относительно проста и длится достаточно быстро - примерно 100 лет.
Вторая фаза подразумевает достижения уровня O 2 в атмосфере, который позволил бы людям и другим крупным млекопитающим нормально дышать. Эта фаза оксигенации является относительно сложной и займет 100 000 лет или больше, если не произойдет какой-либо технологический прорыв".
Прежде чем начать терраформацию Марса, Берлинер и Маккей признают, что необходимо предпринять определенные «претерраформенные» шаги. К ним относятся исследования среды Марса для определения уровня воды на поверхности, уровня углекислого газа в атмосфере и в виде льда в полярных районах и количества нитратов в марсианской почве. Как они объясняют, все это - ключ к практичности создания биосферы на Марсе.
До сих пор имеющиеся данные указывают на все три элемента, существующие в изобилии на Марсе. В то время как большая часть воды Марса в настоящее время находится в виде льда в полярных районах и полярных шапках - ее там достаточно, чтобы в будущем поддерживать круговорот воды - облака, дождь, реки и озера, возможно даже моря. Между тем, по некоторым оценкам, в полярных регионах имеется достаточное количество СО 2 в виде льда, чтобы создать атмосферу с давлением, равным давлению уровня моря на Земле.
О предложении создать щит из искусственной магнитосферы, который бы защитил Марс от потери атмосферы было опубликовано .
Азот является также фундаментальным требованием для жизни и необходимой составной частью атмосферы, и последние данные, полученные ровером Кьюриосити(Curiosity), указывают на то, что нитраты составляют ~ 0,03% по массе почвы на Марсе, что является обнадеживающим фактом для терраформирования. Кроме того, ученым необходимо будет решить некоторые этические вопросы, связанные с тем, как терраформинг может повлиять на Марс.
Например, если в настоящее время на Марсе есть жизнь (или жизнь, которая может быть возрождена), это создало бы неоспоримую этическую дилемму для колонистов.
«Если жизнь Марса связана с земной жизнью - возможно, из-за обмена метеоритами, - то ситуация понятна, и нужно будет решать какие другие типы земной жизни нужно ввозить на Марс и когда. Однако если жизнь Марса не связана с земной жизнью и отчетливо представляет собой вторую форму развития жизни, то возникают важные технические и этические вопросы», говорят исследователи.
Чтобы пройти Фазу Один - «Фазу потепления» - за минимально короткий срок, авторы обращаются к проблеме, знакомой нам сегодня на Земле. По сути, мы изменяем наш собственный климат здесь, на Земле, внося в атмосферу CO 2 и другие техногенные парниковые газы, которые увеличивают среднюю температуру Земли со скоростью несколько градусов по Цельсию в течение столетия. И хотя это происходит непреднамеренно на Земле, на Марсе этот процесс можно было бы перенастроить, чтобы сознательно согреть окружающую среду.
«Сроки для потепления на Марсе после целенаправленного усилия по производству парниковых газов невелики, всего 100 лет», - утверждают они. «Если бы весь солнечный свет на Марсе был захвачен с 100%-ной эффективностью, то Марс нагрелся бы до земноподобных температур примерно через 10 лет. Однако эффективность парникового эффекта, вероятно, составляет около 10%, поэтому время, чтобы сделать Марс "тёплым" будет около 100 лет»
После создания густой атмосферы следующим шагом является превращение ее во что-то пригодное для дыхания людей - где уровень O 2 будет эквивалентен приблизительно 13% атмосферного давления на уровне моря на Земле, а уровень CO 2 будет составлять менее 1%. Эта фаза, известная как «фаза оксигенации», займет значительно больше времени.
Здесь, на Земле, утверждают ученые, высокий уровень кислорода и низкий уровень CO² связаны с фотосинтезом. Эти реакции основаны на энергии Солнца для преобразования воды и двуокиси углерода в биомассу, которая представлена уравнением
H 2 O + CO 2 = CH 2 O + O 2
.
«Если бы весь солнечный свет, попадающий на Марс, был задействован со 100%-ной эффективностью для осуществления этой химической трансформации, для получения высоких уровней O 2 потребовалось бы всего 17 лет. Однако вероятная эффективность любого процесса, который может преобразовывать Н 2 О и СО 2 в биомассу и O 2 Гораздо меньше, чем 100%.
Единственный пример, который мы имеем в процессе, который может глобально изменить CO 2 и O 2 - это глобальная биология. На Земле эффективность глобальной биосферы при использовании солнечного света для вырабатываемой биомассы и O 2 составляет 0,01% Таким образом, временные рамки для создания богатой кислородом атмосферы на Марсе составляют 10 000 х 17 лет, или 170 000 лет».
Тем не менее, они делают скидку на синтетическую биологию и другие биотехнологии, которые, по их утверждению, могут повысить эффективность и сократить временные рамки до 100 000 лет. Кроме того, если бы люди могли использовать естественный фотосинтез (который имеет сравнительно высокую эффективность в 5%) по всей планете, то есть насадить растительность по всему Марсу, тогда временная шкала могла бы быть уменьшена всего до нескольких столетий.
Наконец, они описывают шаги, которые необходимо предпринять, чтобы начать процесс. Эти шаги включают в себя адаптацию текущих и будущих роботизированных миссий для оценки марсианских ресурсов, математических и компьютерных моделей, которые могли бы исследовать соответствующие процессы, инициативы по созданию различных специализированных организмов для Марса, средство для тестирования методов терраформирования в ограниченных условиях и планетарное соглашение, которое установит ограничения и меры защиты.
Говоря о том, насколько долго ждать до начала терраформирования Марса, исследователи говорят, что «кое-что мы могли бы начать делать уже сейчас».
Мы на протяжении десятилетий пытались выйти в космос, но до 2000 года наше пребывание на орбите обычно было временным. Однако после того как три астронавта переехали на Международную космическую станцию для четырехмесячного пребывания, это положило начало десятилетию постоянного присутствия человека в космосе.
После того как троица астронавтов 2 ноября 2000 года поселилась на МКС, один из представителей NASA отметил:
«Мы навсегда отправляемся в космос. Сначала люди будут кружить вокруг этого шара, а после мы полетим на Марс».
Зачем вообще лететь на Марс? Изображения еще 1964 года выпуска показали, что Марс - это пустынная, безжизненная планета, которая, казалось бы, мало что может предложить людям. У нее крайне тонкая атмосфера и никаких признаков жизни. Однако Марс вселяет некоторый оптимизм по части продолжения человеческого рода. На Земле более семи миллиардов человек, и это число постоянно растет. Возможно перенаселение или планетная катастрофа, и они заставляют нас искать новые дома в нашей Солнечной системе. Марс может предложить нам больше, чем то, что показывает марсоход «Кьюриосити». В конце концов, там была вода.
Почему Марс?
Марс уже давно привлекает людей и захватывает воображение. Сколько книг и фильмов было создано по мотивам жизни на Марсе и его освоения. Каждая история создает свой собственный уникальный образ жизни, которая могла бы поселиться на красной планете. Что же такого в Марсе, что делает его предметом многочисленных историй?
В то время как Венеру называют сестринской по отношению к Земле планетой, условия на этом огненном шаре крайне непригодны для жилья, хотя NASA и планировало посещение Венеры с попутной экскурсией на Марс. С другой стороны, Марс ближе всех находится к Земле. И несмотря на то, что сегодня это холодная и сухая планета, у нее есть все элементы, пригодные для жизни, как то:
- Вода, которая заморожена в виде полярных шапок
- Углерод и кислород в форме двуокиси углерода
95,3 % двуокиси углерода
2,7 % азота
1,6 % аргона
0,2 % кислорода
В противоположность этому земная атмосфера состоит на 78,1 % из азота, 20,9 % кислорода, 0,9 % аргона и 0,1 % двуокиси углерода и других газов. Как вы можете догадаться, любым людям, которые захотят посетить Марс уже завтра, придется тащить с собой достаточное количество кислорода и азота, чтобы выжить (мы ведь дышим не чистым кислородом). Тем не менее сходство атмосфер ранней Земли и современного Марса заставило некоторых ученых предположить, что те же процессы, которые на Земле переработали большую часть двуокиси углерода в пригодный для дыхания кислород, можно повторить и на Марсе. Для этого нужно сгустить атмосферу и создать парниковый эффект, который будет нагревать планету и обеспечит подходящую среду обитания для растений и животных.
Средняя температура поверхности Марса составляет минус 62,77 градуса Цельсия, и колеблется от плюс 23,88 градуса до минус 73,33 по Цельсию. Для сравнения, средняя температура на Земле - 14,4 градуса Цельсия. Тем не менее у Марса есть несколько особенностей, которые позволяют рассмотреть его в качестве будущего жилья, как то:
- Время обращения - 24 часа 37 минуты (Земля: 23 часа 56 минут)
- Наклон оси вращения - 24 градуса (Земля: 23,5 градусов)
- Гравитационное притяжение - треть земного
Другие миры, которые рассматриваются в качестве возможных кандидатов на терраформирование, это Венера, Европа (луна Юпитера) и Титан (луна Сатурна). Однако Европа и Титан находятся слишком далеко от Солнца, а Венера слишком близко. К тому же, средняя температура на поверхности Венеры - 482,22 градуса Цельсия. Марс, как и Земля, стоит особнячком в нашей Солнечной системе и может поддерживать жизнь. Давайте узнаем, как ученые планируют превратить сухой холодный ландшафт Марса в теплую и пригодную для жизни среду обитания.
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
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.
Если есть возможность разбить астероид таких размеров о Марс, энергия одного столкновения подняла бы температуру на планете на 3 градуса по Цельсию. Внезапное повышение температуры вызовет таяние около триллиона тонн воды. Несколько таких миссий за пятьдесят лет могли бы создать нужный температурный климат и покрыть водой 25 % поверхности планеты. Однако бомбардировка астероидами, которые выпускают энергию, эквивалентную 70 000 мегатонных водородных бомб, приведет к задержке заселения людьми на много столетий.
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.
→ Терраформирование МарсаНесмотря на то, что условия на Марсе максимально приближены к земным, колонизация красное планеты требует предварительного этапа по терраформированию. Тем не менее, план по террафомированию Марса, по мнению многих ученых, является потенциально осуществимым в относительно ближайшем будущем, так как многие факторы способствуют зарождению жизни именно здесь.
Во-первых, стоит отметить большой запас кислорода на Марсе, в основном в соединении углекислого газа в полярных шапках, а также в соединении Н2О2 (реголиты). При нагревании реголитов выделяет кислород, которым можно дышать, а при нагреве углекислого газа он переходит в газообразную форму и потом может быть использован для фотосинтеза. Кроме того, углекислый газ в форме газа будет создавать парниковый эффект и повышать температуру. Для выделения углекислого газа и создания парникового эффекта ученые предлагают растопить шапку на южном полюсе. В результате испарения углекислого газа повысится атмосферное давление, достаточное для удержания воды в жидком состоянии. В результате фотосинтеза атмосфера постепенно будет насыщаться кислородом, что способствует созданию озонового слоя, защищающего поверхность от радиации. Для этого необходимо будет завести на Марс растения, которые могли бы существовать в суровых условиях климата красной планеты. Возможно, это могут стать генно-модифицированные лишайники.
Однако вернемся к самой первой задаче – растопить южную полярную шапку. Для этого необходимо повысить температуру поверхности на 4 градуса по Цельсию. Данный результат может быть достигнут различными способами. Например, можно построить на планете различные промышленные предприятия, которые выбрасывали бы в атмосферу газы, создающие парниковый эффект. Создать парниковый эффект можно и с помощью доставленного на Марс в больших количествах газа тетрафтометана (CF4), однако данное решение проблемы обойдется значительно дороже.
Еще один способ разогреть планету – бомбардировка поверхности астероидами из Главного пояса, однако это требует сложных и предельно точных расчетов. Некоторые специалисты рассматривают опцию обрушения на поверхность Марса для достижения той же цели. Однако стоит иметь в виду, что бомбардировка астероидами и обрушение спутника могут повлиять на скорость вращения, а также изменить наклон оси планеты.
Некоторые ученые предлагают использовать специальные зеркала – солнечные паруса, - которые бы увеличивали количество солнечного излучения, получаемого планетой (при этом подобные зеркала должны располагаться в точке Лагранжа, где суммарное притяжение небесных объектов равно нулю).
Разогреть планету можно и с помощью бактерий, которые способны вырабатывать кислород и метан (или же аммиак) в присутствии воды и углекислого газа (или же воды и азота соответственно). Дело в том, что аммиак и метан относятся к парниковым газам, причем эффект, вызываемый этими газа гораздо сильнее, чем эффект углекислого газа. При этом метан и аммиак способны защищать поверхность планеты от пагубного солнечного изучения.
Марс является главным кандидатом на терраформирование и последующую колонизацию.
Цели колонизации красной планеты
Одной из главных целей в колонизации Марса является создание второго или третьего дома на случай глобального катаклизма на Земле.
Также Марс может стать потенциальным миром для нескольких миллиардов человек.
Недра планеты богаты полезными ископаемыми.
Плюсы планеты
Сутки на Марсе почти равны земным суткам. Они длятся 24 часа 39 минут и 35 секунд. Т.е. как раз те 40 минут, которых так не хватает каждое утро при звоне будильника.
У Марса есть собственная атмосфера, правда и очень разряженная.
На планете существуют запасы воды, хотя их и недостаточно. Считают, что при терраформировании придётся подвергнуть планету астероидной бомбардировке, которая насытит планету водой, а также и другими химическими соединениями.
Минусы планеты
Марс относительно маленькая планета. Вся поверхность Марса равна поверхности суши на Земле.
Сила тяжести на Марсе примерно в 2,63 раза меньше, чем на Земле. А это очень плохо - мышцы будут медленно атрофироваться, если постоянно не прибегать к дополнительным физическим нагрузкам.
Температура на Марсе ниже чем на Земле. Это связано, в первую очередь, с плотностью атмосферы и количеством попадающих солнечных лучей.
Атмосфера планеты на 95% состоит из двуокиси , что делает её поверхность смертельной для человека.
У планеты практически отсутствует магнитное поле.
Из-за слабого давления на Марсе вода будет закипать при температуре +10 градусов Цельсия. Таким образом, вода переходит в газообразное состояние сразу же из твёрдого.
На первом этапе придётся увеличить давление и притяжение планеты. Далее понадобится вода, из-за чего необходимо будет доставить на планету воду. Считается, что для поддержания жизни, необходимо будет создать на планете специальные терраформеры, которые будут заниматься поддержанием атмосферного состава, аналогом озонового слоя.
Кроме того, придётся усиливать магнитное поле, что очень дорого, хотя и выполнимо.
Некоторые учёные высказывают предположения, что колонистов придётся изменять генетически, поскольку человек никогда не сможет полноценно жить на Марсе.
Считается, что самые лучшие места для колонии располагаются на экваторе и в низменностях.
В случае терраформирования первый открытый водоём может появиться в долине Маринера.
