Терраформирование Марса⁠⁠

Во всех этих разговорах в последнее время о том, что Илон Маск (Elon Musk) и SpaceX пытаются колонизировать Марс, многие скептики быстро находят несколько существенных просчетов в этом футуристическом проекте.

Короче говоря, Марс является негостеприимным для человеческой жизни, как ни крути. Его поверхность (в значительной степени) сухая и засушливая, его атмосфера слабая и токсичная, а температура далека от прогулок по Майами-Бич. Несмотря на все это, ученые и инженеры проявляют уверенность в том, что жизнь на Красной планете не только вероятна в будущем, но и неизбежна.

С научной точки зрения, жизнь человека на Марсе, вероятно, могла бы рассказать нам больше о прошлом Солнечной системы, а также об истории нашей планеты, чем мы когда-либо могли бы узнать из жизни только на Земле. Это также был бы феноменальный шаг в завоевании и изучении иных миров. Теоретически, мы могли бы использовать поселения людей на Марсе в качестве образца для будущих миссий колонизации, возможно, даже других звездных систем. Марс также мог бы служить в качестве важной промежуточной остановки для межпланетных миссий в недалеком будущем. Наконец, человеческая цивилизация, ограниченная одной планетой, просто обречена на гибель.

Однако, как мы знаем, Марс сегодня не будет легким местом для жизни. С биологической точки зрения, создание поселения на Марсе сегодня ничем не отличается от создания поселения на Луне. В далеком будущем необходимо будет терраформировать планету для того, чтобы людям было легче существовать на поверхности Марса, а также для того, чтобы эта планета служила вторым домом для человечества.

Терраформирование — это процесс, посредством которого биосфера планеты изменяется с помощью технологии, чтобы сделать ее более подходящей для землеподобной жизни человека. Тотальное терраформирование требует изменения многих факторов атмосферы и поверхности планеты для того, чтобы приспособить такую жизнь. Существует четыре основных фактора, которые необходимо учитывать для успешного прохождения этого процесса: атмосферное давление, состав атмосферы, температура и наличие жидкой воды.

Этапы терраформирования Марса. Модель.

Если мы посмотрим на текущие атмосферные и планетарные параметры Марса, то увидим, что он далеко не похож на Землю. Давление его атмосферы составляет всего 6,4 мбар (~1/200 от земной) и почти полностью состоит из углекислого газа (CO2). Он не имеет стабильных источников жидкой воды, небольшие карманы жидкой воды ненадолго образуются перед тем как замерзают на поверхности или испаряются в разряженной атмосфере. Марс тоже холодный, его средняя температура всего 215 К (–58° С).

Эта температура, однако, более теплая, чем можно было бы ожидать для скалистой планеты на таком расстоянии от Солнца, как Марс. Фактически, если вы посчитаете, используя закон Стефана Больцмана, то обнаружите, что на Марсе на самом деле на 3K теплее, чем должно быть. Это связано с тем, что его атмосфера состоит почти исключительно из парникового газа, вышеупомянутого диоксида углерода. Даже этот чрезвычайно тонкий слой углекислого газа повышает температуру на 3К, что примечательно.

Марс также удивительно похож на Землю, поскольку он имеет две ледяные полярные шапки. Северный полюс Марса, состоящий из водяного льда и подобных летучих компонентов, очень похож на Антарктиду. Однако, вопреки тому, что можно было бы подумать, Южный полюс Марса на самом деле гораздо более перспективен для жизни на Красной планете. Это связано с тем, что Южный полюс Марса почти полностью состоит из замерзшей углекислоты, покрывающей сплошной оболочкой нижнюю часть Марса, как мы его видим.

Марс сегодня

Терраформирование

Исследование, проведенное Робертом Зубрин (Robert Zubrin) и Кристофером Маккей (Christopher McKay) в 2005 году, показало, что если южная полярная шапка была бы полностью сублимирована с использованием какой-либо формы устройства для терраформирования, она могла бы высвободить исключительно углекислый газ, который повысил бы давление атмосферы Марса на 100 мбар (0,1 атм). Текущая температура южного полюса Марса составляет около 142 К, что удивительно близко к сублимирующей температуре СО2 в современных атмосферных условиях Марса.

Нам нужно только увеличить температуру южного полюса Марса примерно на 5,5 К, чтобы начать процесс сублимации ледяных шапок полюса. После достижения этой температуры на полюсе углекислый газ будет насыщать атмосферу планеты, дополнительно увеличивая температуру и давление до тех пор, пока вся замерзшая углекислота на полюсе не испарится в атмосферу. После этого процесса средние температура и давление на поверхности Марса будут составлять около 225 К (–48° С) и 106,4 мбар соответственно.

Но, процесс только начинается, поскольку есть еще потенциал в 300 мбар углекислого газа, замороженного в грунте Марса (реголите). После того, как ледяная шапка Южного полюса полностью превратится в пар, равновесная температура Марса будет повышаться достаточно высоко до такой степени, что CO2, содержащийся в ледяном марсианском реголите, также будет сублимирован в атмосферу. Это, в свою очередь, приведет к повышению атмосферного давления на Красной планете до 41% от уровня давления на земной поверхности и фактически приведет к повышению температуры на экваторе выше точки замерзания воды, когда Марс находится в перигелии (ближе всего к Солнцу).

Однако весь этот процесс предполагает наличие футуристического устройства для терраформирования, которое имеет возможность увеличить температуру Южного полюса Марса на 5,5 К. Однако, правда в том, что это устройство не должно быть настолько футуристическим.

Массивное отражающее зеркало, размещенное на орбите Марса в правильной точке, может сделать трюк. Чтобы отразить достаточное количество солнечного света, способного расплавить ледяные шапки полюса, это зеркало (или комплекс зеркал в совокупности) должно иметь площадь поверхности 3*10⁹ метров или около площади поверхности штата Род-Айленд. Учитывая, что в настоящее время у нас есть возможность запускать полезную нагрузку только в несколько десятков тонн, предстоит большая работа, прежде чем мы сможем попытаться осуществить такой проект.

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.

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.

Источник: Terraforming Mars