Тайна Красной планеты: что нужно человеку, чтобы выжить на Марсе? Отвечает преподаватель Пермского Политеха
Фото: freepik
Долгое время Марс является точкой притяжения ученых умов, объектом мечтаний писателей, кинематографистов и обычных людей. Математик I-ой категории кафедры математического моделирования систем и процессов, преподаватель Политехнической школы ПНИПУ Евгений Бурмистров рассказал, чем опасны межпланетные путешествия, какую выгоду человечество извлечет из колонизации Красной планеты, возможно ли воссоздать атмосферу на Марсе и как вернуться обратно на Землю.
Почему человек стремится к Красной планете?
Марс представляет собой не просто каменистую планету, а потенциальный новый дом для человечества. Стремление к колонизации — это своего рода высвобождение фантазии и мечтаний о космической обители.
— Путешествие к Марсу — вызов смелости и выражение стремления человека к неизведанным горизонтам, напоминание о том, что в нас живет врождённое желание исследовать и открывать новые миры. Мы не оставляем попытки отыскать следы жизнедеятельности древних организмов или даже сами живые организмы в толщах грунта и полярных шапок Красной планеты, — рассуждает Евгений Бурмистров.
Какую пользу принесут нам полеты на Марс?
Расширение наших знаний об истории Красной планеты прольет свет на эволюцию планетарных систем и даже подтвердит или опровергнет гипотезы о возможности жизни во Вселенной. Колонизация этой планеты требует разработки и применения передовых технологий в области космических полетов, систем поддержки жизни и ресурсного обеспечения. Эти технологии, разработанные для выживания на Марсе, найдут применение и на Земле. В теории, это поможет в создании космической инфраструктуры, что сделает межпланетные полеты более доступными.
Открытие ресурсов на Марсе, таких как минералы и вода, подарит людям новые экономические возможности, в том числе добычу и использование полезных ископаемых для транспортировки на Землю. Заселение Красной планеты – это шанс расширить обитаемое пространство человечества и важный фактор для нашего выживания в случае катастроф на Земле.
Чем чреваты для здоровья межпланетные путешествия?
По подсчетам специалистов, полет от Земли до Марса займет 8-9 месяцев. За это время человек столкнется с рядом испытаний. Во-первых, космическая среда подвергает астронавтов воздействию высоких уровней радиации, что повлияет на их здоровье, есть риск развития рака. Особенно велика вероятность получить опасную дозу облучения из-за солнечных вспышек, когда радиоактивные частицы выбрасываются за пределы атмосферы звезды. А еще из-за космических лучей, которые представлены элементарными частицами, фотонами и ядрами атомов, движущимися с высокими энергиями в космическом пространстве.
Преподаватель ПНИПУ Евгений Бурмистров объясняет, что солнечная радиация представляет опасность и для астронавтов на МКС, однако современные технологии ограждают их от пагубного воздействия излучения. Космические агентства разрабатывают специальные защитные системы, такие как толстые слои материалов, чтобы снизить воздействие радиации. В таких щитах могут использовать воду, полиэтилен и другие материалы, которые замедляют частицы. Время старта космических миссий планируется таким образом, чтобы минимизировать воздействие солнечных вспышек. Астронавты находятся под постоянным медицинским мониторингом во время полётов, чтобы выявлять и лечить любые негативные эффекты радиации. Для межпланетных путешествий маршруты возможно прокладывать так, чтобы использовать планеты и их магнитные поля для защиты от облучения.
Длительное нахождение в невесомости тоже приведет к потере костной массы и мышечной атрофии. Не стоит забывать и про воздействие длительных полетов на психику человека. Социальная и психологическая изоляция экипажа скажется на эмоциональном благополучии, а ограниченность ресурсов и пространства создаст напряжение и стресс.
Есть ли на Марсе атмосфера?
Атмосфера Марса (в сравнении с земной) крайне разрежена: количество газовых молекул значительно ниже привычной нам нормы. Главными ее составляющими являются углекислый газ (около 95 %), азот (3%), аргон (1,5%), а также остатки других газов и водяного пара.
Чем объясняется такое состояние атмосферы? Во-первых, Марс имеет меньшую массу и гравитацию по сравнению с Землей. Газы уходят в космическое пространство. Во-вторых, на Красной планете нет магнитного поля, которое бы защищало атмосферу от солнечного ветра. В-третьих, интенсивные климатические изменения на Марсе, включая ветра, пыльные бури и периоды обильных ледяных осадков, влияют на атмосферные условия и приводят к её потере.
Какие трудности это влечет для колонизации? Разреженная атмосфера Марса неэффективно защищает от солнечной радиации. Кроме того, она осложняет маневры и аэродинамическое торможение космических аппаратов при входе в атмосферу. Ограниченны также ресурсы для производства кислорода из-за низкого процента азота в атмосфере Марса.
Возможно ли сформировать на Марсе условия, пригодные для жизни?
Атмосфера планеты формируется по-разному — все зависит от изначальных условий и научных теорий. Одна из них представляет этот процесс тремя этапами. Сперва, при формировании планеты из протопланетарного диска вокруг молодой звезды, газы и пыль начинают скапливаться под воздействием гравитационных сил. Затем на поверхности сформировавшейся планеты газы и легкие элементы образуют облако, которое служит зачатком первичной атмосферы. После этого из вулканов, комет и метеоритов на планету поступают дополнительные газы, которые обогащают состав атмосферы.
Чтобы воссоздать этот процесс «вручную», необходимо решить проблему малой гравитации Марса и отсутствия магнитосферы, чтобы важные элементы (гелий и водород) не покидали атмосферы. Необходимо обработать поверхность планеты и увеличить ее способность удерживать тепло. Создание парникового эффекта и приемлемого климата можно достичь с помощью введения в атмосферу Марса дополнительных газов. Все эти подходы объединяет терраформирование — процесс преобразования атмосферы, климата, поверхности и других характеристик планеты или спутника, чтобы сделать их более подходящими для жизни, аналогичными Земле.
К аспектам терраформирования еще относят работы по изменению грунта, водных резервуаров и других поверхностных особенностей для создания подходящей почвы, водоемов и климата. Марс считается наиболее подходящей для этих преобразований планетой, поскольку, согласно исследованиям, в прошлом на Марсе была вода в виде океанов, рек и ледяных капель, остаточная атмосфера послужит основой для сотворения новой, а близкое расположение к Солнцу и наличие дня и ночи облегчит создание необходимых климатических условий.
— Терраформирование Марса — это огромный технический, научный вызов и процесс, потребующий значительных усилий и ресурсов. Большинство других планет в Солнечной системе слишком горячи или слишком холодны, или не обладают ресурсами, необходимыми для поддержания жизни, — считает Евгений Бурмистров.
Какие ресурсы потребуются, чтобы вернуться на Землю?
Чтобы колония могла успешно проживать на Марсе, необходимо решить ряд сложившихся проблем. Прежде всего, обеспечить людей технологиями защиты от космической радиации, кислородом, водой, полезными ресурсами, энергией и системами поддержки жизни и медицинской помощи. Наладить такие процессы сразу невозможно, поэтому человеку придется лететь на Землю за новым оборудованием и запасами.
Возвращение с Марса – сложная задача. Во-первых, из-за ограниченного объема топлива придется производить его прямо на Красной планете. Для этого можно использовать кислород и водород, полученные искусственно, например, из воды. На переработку сырья потребуется потратить много энергии, полученной с помощью альтернативных источников — солнечных панелей.
— Солнечная энергия в космосе становится менее эффективной с увеличением расстояния от Солнца. Соответственно, на Марсе солнечные панели будут собирать меньше энергии, чем на Земле, – отмечает преподаватель Пермского Политеха Евгений Бурмистров.
Для добычи ресурсов на Красной планете, таких как вода из ледяных резервуаров, необходимы специальные буровые системы. Астронавтов следует обеспечить защитным снаряжением, системами связи и продовольствием.
Марс становится ареной для испытаний нашего технологического мастерства. Развитие космических технологий и систем поддержки жизни на другой планете — это вызов, который подстёгивает инженеров и ученых на преодоление технологических барьеров.
Две фотографии, которые показывают как меняется наша планета
Перед вами необычная фотография, сделанная из космоса. На ней запечатлена наша планета, а вернее, один из ее областей. На увеличенном снимке мы видим районы северной Индии, Тибетское плато и, конечно же, Гималаи. Необычное в данной фотографии то, что данные районы Индии покрыты густым смогом. Как говорят, на тот момент, когда была сделана фотография (декабрь 2022 года) в Индии шли сельскохозяйственные пожары. Теперь вы видите, насколько может быть сильным смог и покрывать миллионы квадратных километров территорий.
Смог от пожаров над Индией в конце 2022 года
Но смог может быть не только от природных пожаров, но и от огромного количества автомобилей, особенно над крупными городами. Из космоса все это выглядит именно так. Кроме того, работающие заводы и фабрики так же, производят такое огромное количество смога. Достаточно взглянуть на снимки Китая из космоса и вы поймете о чем речь. Конечно, вы понимаете, что смог очень вреден для человека. Ведь в его состав входят очень опасные газы, такие как углекислый и угарный газ. Так как смог образуется и от автомобилей, в его состав входят еще и пары бензина, озон, а также мельчайшие частицы пыли, песка и пепла, образующийся от горения.
Смог от заводов над восточным Китаем
Вот так, целая фотография может показать насколько меняется планета под влиянием человека. Еще пол века назад мы не могли и представить такое количество смога над Китаем, но технологическое и экономическое развитие этой страны приводит к таким вот последствиям. Кстати, история повторяется: во второй половине 18 века - 19 веке таким примерно же смогом была покрыта Англия, которая была "мастерской мира", как Китай сегодня.
Если Вам понравилась статья - поставьте лайк. Будем рады вашей подписке на нашу страницу в Пикабу и сообщество в ВК, а также сообщество в Пикабу "Все о космосе".
Может ли человек прыгнуть на Землю из космоса?
Вид Земли из космоса на высоте 400 км
Всем известно, что для возвращения на Землю космонавтов и астронавтов из космического пространства используется спускаемый аппарат космического корабля. Россия, на данный момент, является единственной страной в мире, которая имеет для этого собственный космический корабль "Союз". Он используется уже 50 лет и, хотя проходил множество модификаций, тем не менее, является самым надежным кораблем. Конечно, сейчас американская компания Space X успешно провела полет к МКС на своем корабле Crew Dragon, тем не менее, его ожидает процесс сертификации в НАСА и, мало того, он должен показать свою надежность, которую показал за многие годы корабль "Союз".
Теперь немного теории. Космические корабли с космонавтами возвращаются на Землю с высоты примерно 400 км. Это рабочая высота орбиты МКС. А теперь, ответим на вопрос, где же начинается космос? На какой высоте? Космос официально начинается на высоте 100 километров над уровнем моря. Хотя, можно сказать, что граница с космосом находится там, где заканчивается экзосфера. Экзосфера находится на высоте от 500 до 3000 тыс км. Возвращаясь на Землю, корабль развивает скорость равную первой космической скорости, а именно, 7.986км/сек. Почему так, да потому что они летают в космосе на такой скорости, чтобы не упасть на поверхность Земли.
Стратосфера
Такие корабли защищены термозащитой на корпусе и имеют защитный экран на нижней стороне, которая как раз и соприкасается с атмосферой в первую очередь. Также, они имеют аэродинамические свойства, а именно, идеальные округлые или прямые формы, чтобы не разрушиться при входе в атмосферу. Мало того, на корабль при спуске к Земле, начинает действовать трение воздуха. От трения он начинает гореть в плотных слоях атмосферы. При возвращении космического корабля на Землю, когда он проходит плотные слои атмосферы, космонавты испытывают перегрузки от торможения, а вернее, отрицательного ускорения. Но заметим, что космонавтов надежно защищает корпус корабля.
С кораблями и космонавтами понятно. Давайте, теперь, ответим на главный вопрос: "Может ли человек прыгнуть на Землю из космоса?". Вопрос, конечно, смешной. Но, тем не менее, на него можно ответить. Как уже говорилось выше, первая космическая скорость равна 7.986 км/сек. Вот та скорость, с которой и входят все аппараты в атмосферу нашей планеты. Но, процесс вхождения в атмосферу не выглядит как пикирование. Аппараты планируют параллельно Земле, постепенно снижаясь. Но, к сожалению, даже в таких случая бывают катастрофы. Например, так во время спуска в атмосфере разрушился американский челнок "Колумбия" в 2003 году.
Так теперь давайте представим, что человек решил прыгнуть с высоты 100 км из специальной капсулы, закрепленной к стратостату, заполненному водородом и имеющему ракетную тягу. Как мы узнали выше, это уже граница космического пространства. Но даже тут, если ракета будет стартовать с высоты 100 км., ей все равно понадобится еще много топлива для достижения первой космической скорости, чтобы выйти на низкую околоземную орбиту, которая начинается от 160-200 км. Это значит, что на высоте 100 км скорость человека во время прыжка из капсулы не будет равняться первой космической скорости. Тем более, что стратостат будет подниматься на данную высоту долгие часы и скорость будет не высокой.
Специальный скафандр Баумгартнера
То есть, при прыжке человек начнет падать вниз на Землю. Скорее всего, во время полета человек будет пикировать прямо вниз. А это значит, что человек начнет, поначалу, набирать скорость и возникнут столь мощные нагрузки и огромное тепловыделение, создаваемое от сопротивления воздуха. В итоге, человек сгорит в плотных слоях атмосферы. Конечно, если он будет прыгать со сверхсовременным скафандром, разработанным для этого случая, то тогда, возможно, он не погибнет от холода, давления и отсутствия кислорода. Но скафандр начнет гореть. Конечно, для этого он должен будет иметь отличный слой теплозащиты, да и скафандр иметь идеальные аэродинамические свойства. Но возможно ли этой сейчас? Не стоит забывать, что и организм человека имеет свои ограничения и такую перегрузку он может просто не выдержать. Так что, прыжок на Землю из границ космического пространства возможен, но на данный момент вызовет, скорее всего, гибель исполняющего прыжок.
Сегодня мы рассмотрели только прыжок с космического пространства с высоты 100 км. Прыжок даже с низкой околоземной орбиты, скорее всего не позволит человеку так быстро приземлиться на Землю, если вдруг он там будет иметь первую космическую скорость, и он просто станет на долгое время - спутником Земли.
Известная современная практика - это два прыжка из стратосферы с высоты больше 38 км. Это прыжок из капсулы стратостата австрийского парашютиста Феликса Баумгартнера и вице-президента компании Google Алана Юстаса.
Прыжок Баумгартнера из капсулы стратостата на высоте 39 км
Если Вам понравилась статья - поставьте лайк. Будем рады вашей подписке на нашу страницу в Пикабу и сообщество в ВК, а также сообщество в Пикабу "Все о космосе".
Если вы профи в своем деле — покажите!
Такую задачу поставил Little.Bit пикабушникам. И на его призыв откликнулись PILOTMISHA, MorGott и Lei Radna. Поэтому теперь вы знаете, как сделать игру, скрафтить косплей, написать историю и посадить самолет. А если еще не знаете, то смотрите и учитесь.
Сегодня перед вами еще одна необычная фотография, сделанная из космоса. На ней мы видим нашу планету и ее естественный спутник - Луну
Снимок был сделан 16 декабря 1992 года камерой, установленной на борту автоматической межпланетной станции Galileo через 8 дней после его запуска. На тот момент, станция уже успела отдалиться от Земли на расстояние 6,2 миллионов километров. Кстати, на первый взгляд, кажется, что на снимке Луна находится дальше Земли, но на самом деле, это не так. Луна на снимке находится ближе к станции. То есть, Земля находится дальше - на втором плане.
Еще не стоит забывать того факта, что расстояние между Землей и Луной - более 300 тысяч километров. Представляете масштабы космического пространства? И это все на одной фотографии. И тут, расстояние, между Землей и Луной кажется небольшим из-за угла съемки. Кроме того, орбитальный путь Луны вокруг Земли проходит слева направо. На снимке Земля намного ярче Луны по той причине, что наша планета отражает солнечный свет в 3 раза сильнее Луны. Поэтому, Луна более тусклее Земли.
Если Вам понравилась статья - поставьте лайк. Будем рады вашей подписке на нашу страницу в Пикабу и сообщество в ВК