Идея каким-то образом формировать Марс, чтобы сделать его более пригодным для обитания, является фантастической, научной мечтой. Но теперь, материал под названием кремниевый аэрогель может сделать идею о формировании Марса чуть менее невозможной.
Известные люди от Карла Сагана до Элон Маск предложили согреть Марс и создать для него атмосферу, а хитрость заключается в замерзшем CO2 и воде в полярных шапках планеты. Саган сказал, что если эти колпачки могут каким-то образом испариться, то парниковый эффект CO2 сделает все остальное. Маск сказал, легкомысленно и в шутку, что атомные бомбы, сброшенные на столбы, сделают свое дело.
Идет серьезная научная работа, чтобы изучить идею, по крайней мере, в теории. Центральный вопрос заключается в том, достаточно ли на Марсе СО2 и воды, чтобы создать плотность атмосферы, аналогичную Земле?
В 2018 году ученые из Университета Колорадо изучили этот вопрос. Их вывод? Терраформирование Марса невозможно с нашей нынешней технологией, и то, что большинство людей уже считали уверенным, было правдой.
«Наши результаты показывают, что не хватает СО2 оставшийся на Марсе для обеспечения значительного потепления парниковых газов был газ, который будет выпущен в атмосферу; кроме того, большая часть СО2 газ недоступен и не может быть легко мобилизован. В результате терраформирование Марса невозможно с использованием современных технологий », - сказал Брюс Якоски, профессор Лаборатории физики атмосферы и космоса в Университете Колорадо, Боулдер.
Но это было год назад, и технологии постоянно развиваются.
В новом исследовании «Астрономия природы» трио исследователей из Лаборатории реактивного движения НАСА, Гарвардского университета и Университета Эдинбурга предполагают, что Марс можно сделать пригодным для жизни, если мы изменим наше мышление и используем новые технологии. Вместо того, чтобы мечтать о том, чтобы сделать всю красную планету пригодной для жилья, то, что ученые называют Глобальной атмосферной модификацией (GAM), что, если малые регионы могут быть преобразованы?
Ключ к их мышлению - кремниевый аэрогель.
«Этот региональный подход к тому, чтобы сделать Марс пригодным для жилья, гораздо более достижим, чем глобальное изменение атмосферы».
Робин Вордсворт, Гарвардская школа инженерных и прикладных наук им. Джона А. Полсона
Аэрогель кремнезема не то, что вы могли бы подумать. Вместо настоящего геля, это твердый, жесткий, сухой материал. Он создается путем извлечения жидкости из геля с помощью процесса, называемого сверхкритической сушкой, который используется для приготовления кофе без кофеина.
Исследователи этого нового исследования использовали модели и эксперименты, чтобы показать, что тонкий слой аэрогеля размером от 2 до 3 см (0,8 до 1,2 дюйма) может пропускать солнечный свет, но может задерживать тепло. Гель также позволил бы достаточному количеству солнечного света для фотосинтеза и постоянно нагревал область, которую он покрывал, позволяя таять водяному льду и замороженному CO2. Возможно, что лучше всего, для этого не понадобится энергоемкий источник тепла.
«Этот региональный подход к тому, чтобы сделать Марс пригодным для обитания, гораздо более достижим, чем глобальное изменение атмосферы», - сказал Робин Вордсворт, доцент кафедры экологических наук и инженерии в Гарвардской школе инженерии и прикладных наук им. Джона А. Полсона (SEAS) и Департамента Земли. и планетная наука. «В отличие от предыдущих идей сделать Марс пригодным для жилья, это то, что можно систематически разрабатывать и тестировать с использованием уже имеющихся у нас материалов и технологий», - сказал он в пресс-релизе.
«Малые острова обитаемости»
«Марс - самая обитаемая планета в нашей Солнечной системе, кроме Земли», - сказала Лаура Кербер, научный сотрудник Лаборатории реактивного движения НАСА. «Но это остается враждебным миром для многих видов жизни. Система создания небольших островков обитаемости позволит нам трансформировать Марс контролируемым и масштабируемым образом ».
Аэрогель кремнезема, островок обитаемости, был вдохновлен чем-то, что уже происходит на полюсах Марса.
В отличие от Земли, СО2 на Марсе заморожен и попал на полюса. В то время как здесь на Земле полюса являются водяным льдом, марсианские полюса представляют собой сочетание водяного льда и CO2-льда. Но, несмотря на то, что он заморожен, этот CO2 все же позволяет солнечному свету проникать, удерживая тепло.
Изображения полюсов Марса показывают, как это происходит.
На этом изображении льда на Марсе СО2 уловил тепло Солнца. Это создает небольшие очаги тепла летом, которые проявляются как черные растаявшие пятна на льду.
«Мы начали думать об этом твердотельном парниковом эффекте и о том, как его можно использовать для создания обитаемой среды на Марсе в будущем», - сказал Вордсворт. «Мы начали думать о том, какие материалы могут минимизировать теплопроводность, но при этом пропустить как можно больше света».
Как оказалось, кремниевый аэрогель отвечает всем требованиям. Впервые он был изобретен в 1931 году и является одним из самых высокоизолирующих материалов, когда-либо созданных. Это потому, что это очень пористый материал, который почти полностью сделан из воздуха. Это около 99,8% воздуха, что-то вроде теплового окна.
Аэрогели на основе диоксида кремния пористы на 97%, что означает, что свет проходит через материал, но взаимосвязанные нанослои диоксида кремния задерживают инфракрасное излучение и значительно замедляют теплопроводность. Эти аэрогели используются сегодня в нескольких инженерных приложениях, в том числе в Mars Exploration Rovers. Они используются для поддержания чувствительной электроники в тепле.
«Аэрогель кремнезема является многообещающим материалом, потому что его действие пассивно», - сказал Кербер. «Не требуется большого количества энергии или ухода за движущимися частями, чтобы сохранить область теплой в течение длительных периодов времени».
Исследователи поставили эксперименты, чтобы имитировать условия на Марсе. Они экспериментировали с двумя типами аэрогеля кремнезема: частицы и плитки. Они обнаружили, что оба были эффективны при повышении температуры. Оба были также эффективны при блокировании опасного ультрафиолетового излучения.
Их результаты показывают, что слой аэрогеля толщиной 2 см или более снижает УФ-излучение до уровня менее 0,5%. UVC - это ультрафиолетовое излучение с более высокой энергией, которое может быть особенно вредным. На Земле практически нет измеримого ультрафиолетового излучения, достигающего поверхности из-за озона, молекулярного кислорода и водяного пара в верхних слоях атмосферы.
«Распространение по достаточно большой площади, вам не понадобятся никакие другие технологии или физика, вам просто понадобится слой этого материала на поверхности, а под вами будет постоянная жидкая вода», - сказал Вордсворт. «Из этого вытекает целый ряд интересных инженерных вопросов».
Достаточно легко представить себе какую-то купольную конструкцию из кремнеземного аэрогеля. Это было бы достаточно тепло, чтобы быть пригодным для жилья, и также заблокировало бы УФ. Это может быть что-то вроде теплицы на Земле, где вода остается жидкой и можно выращивать растения.
Очевидно, предстоит еще много работы и исследований. Вордсворт и другие исследователи намерены испытать аэрогели кремнезема в местах, подобных Марсу, здесь, на Земле. Они нацелены на сухую долину в Чили и Антарктиде.
Вордсворту ясно одно: проектирование климата Марса - это не просто технический и технический вопрос. Это тоже этический и философский вопрос.
Если на Марсе уже есть микробы, возможно, где-то под поверхностью, что с ними? Должны ли мы сделать это? Имеем ли мы право?
«Если вы собираетесь включить жизнь на поверхности Марса, вы уверены, что там уже нет жизни? Если да, то как нам с этим справиться », - спросил Вордсворт. «В тот момент, когда мы решаем взять людей на Марс, эти вопросы неизбежны».
Источники:
- Научно-исследовательская работа: обеспечение марсианской обитаемости с помощью кремниевого аэрогеля с помощью твердотельного парникового эффекта
- Пресс-релиз: материальный способ сделать Марс пригодным для жилья
- Пресс-релиз: терраформирование Марса невозможно с использованием современных технологий
- Википедия: Аэрогель
- Космический журнал: должны ли мы терраформировать Марс?
