Изображение предоставлено NASA
В местном масштабе Земля имеет свои обитаемые крайности: Антарктида, пустыня Сахара, Мертвое море, гора Этна. Во всем мире наша голубая планета расположена в обитаемой зоне солнечной системы или в области «Златовласка», где температура и давление как раз подходят для поддержания жидкой воды и жизни. Через границы от этой зоны златовласки вращаются два наших соседа: сбежавшая тепличная планета Венера, которая, с точки зрения златовласки, «слишком горячая», и холодная красная планета Марс, которая «слишком холодная».
Со средней глобальной температурой -55 C Марс - очень холодная планета. Стандартные модели для утепления Марса сначала повышают эту среднюю температуру парниковыми газами, а затем высаживают адаптированные к холоду культуры и фотосинтетические микробы. Эта модель терраформирования включает в себя различные усовершенствования, такие как орбитальные зеркала и химические заводы, которые выливают фторуглероды. Со временем с помощью биологии, индустриализации и времени атмосфера начнет становиться толще (нынешняя марсианская атмосфера на 99% тоньше земной). Для терраформирования Марса, в зависимости от выбора и концентрации используемых парниковых газов, может пройти много десятилетий или столетий, прежде чем космонавт может начать поднимать козырек и впервые дышать марсианским воздухом. Такие предложения положат начало первым сознательным усилиям по планетарному инжинирингу и будут направлены на то, чтобы превратить глобальную среду в одну, менее враждебную жизни, какой мы ее знаем на земле.
Другая версия этих глобальных изменений - локальная версия, знакомая тем, кто путешествовал по Сахаре. Изредка жизнь расцветает в пустынный оазис. Локальная стратегия по изменению Марса, по мнению биолога Омара Пенсадо Диаса, директора проекта Mex-Areohab, лучше всего можно сравнить с преобразованием Марса по одному оазису за раз. Минимальный размер оазиса простирается до диаметра куполообразной пластиковой крышки, очень похожей на теплицу с обогревателем. Таким образом, микротерроформинг является меньшей альтернативой для планеты, которая в противном случае является открытой системой, просачивающейся в космос. Диас противопоставляет способ, которым физик может заменить Марс промышленными инструментами, тепличным методам биолога.
Диас говорил с журналом Astrobiology Magazine о том, что может означать реконструировать Марс с крошечными стадионами, пока они не превратятся в пышные пустынные оазисы.
Астробиологический Журнал (AM) : Было бы правильно сделать вывод, что вы изучаете различия между глобальной и локальной стратегией терраформирования?
Омар Пенсадо Диас (OPD)Я с нетерпением жду интеграции моделей, сосредоточив внимание на их различиях. Глобальное терраформирование или нагревание планеты сверхпарниковыми газами - это стратегия или модель, задуманная с точки зрения физики; в то время как модель, которую я предлагаю, рассматривается с биологической точки зрения.
Я говорю о модели, называемой микротерраформингом, которая станет возможной с помощью инструмента под названием Минимальная единица терраформинга (MUT). Концепция минимальной единицы терраформирования объясняется как экосистема, работающая как фундаментальная единица природы. MUT включает группу живых организмов и их физическую и химическую среду, в которой они живут, но применяются для развития процесса биологической колонизации и ремоделирования на Марсе.
Представление художника о том, как терраформированный Марс с океаном, охватывающим большую часть его северного полушария, может выглядеть с орбиты. Марс, как терраформированный Майкл Кэрролл. В 1991 году это изображение было использовано на обложке журнала «Как сделать Марс пригодным для жизни».
Технически говоря, это герметичная парниковая теплица, которая будет содержать и защищать внутреннюю экосистему. Этот комплекс не был бы изолирован от окружающей среды; напротив, он будет постоянно с ним в контакте, но контролируемым образом.
Важным является газообмен между единицами MUT и марсианской средой, поэтому сама экосистема играет драматическую роль. Целью этого процесса является генерация фотосинтеза. Здесь мы должны рассматривать растения как покрывающие поверхность, а химические заводы, обрабатывающие атмосферу.
AM: Каковы были бы преимущества работы на месте, используя вашу модель оазиса в пустыне? Под биологической аналогией с фундаментальной единицей терраформирования вы подразумеваете как то, как биологические клетки имеют внутреннее равновесие, но также обмениваются с внешним, которое отличается для всего хозяина?
ОРД: Преимущества, которые я нахожу в этой модели, заключаются в том, что мы можем начать процесс терраформирования быстрее, но поэтапно, поэтому он является микротерраформингом.
Но главное и самое важное преимущество заключается в том, что мы можем заставить жизнь растений начать участвовать в этом процессе с помощью технологий. Жизнь - это информация, и она обрабатывает информацию вокруг себя, начиная процесс адаптации к внутренним условиям единицы. Здесь мы утверждаем, что жизнь обладает пластичностью и что она не только приспосабливается к окружающим условиям, но также приспосабливает окружающую среду к ее собственным обстоятельствам. На языке генетики это означает, что существует взаимодействие между генотипом и окружающей средой, что приводит к адаптации фенотипических выражений к доминирующим условиям.
Теперь в небольшой среде, такой как юнит диаметром около 15 или 20 ярдов, мы можем иметь гораздо более теплую среду, чем за пределами юнита.
AM: Опишите, как может выглядеть юнит.
ОРД: Прозрачный пластиковый двухслойный купол. Купол будет вызывать парниковый эффект внутри, что значительно повысит температуру днем и защитит внутреннюю часть от низких температур ночью. Кроме того, атмосферное давление будет выше внутри на 60-70 миллибар. Этого будет достаточно, чтобы обеспечить процессы фотосинтеза растений, а также жидкую воду.
В термодинамических терминах мы сейчас говорим об отсутствии равновесия. Чтобы реактивировать Марс, нам нужно создать термодинамическое неравновесие. Блок будет генерировать то, что нужно в первую очередь, например, дегазацию грунта от перепадов температур. Такой процесс является целью наряду с путем к глобальной стратегии.
Строго говоря, подразделения будут походить на ловушки углекислого газа; они будут выпускать кислород и генерировать биомассу. Кислород будет затем периодически выбрасываться в атмосферу. Система клапанов будет выпускать газы наружу, и как только внутреннее атмосферное давление снизится до 40 или 35 милбар, клапаны закроются автоматически. И другие откроются, и при всасывании газ попадет внутрь блока, и первоначальное атмосферное давление выровняется. Эта система позволит не только выделять кислород, но и выделять другие газы.
AM: В такой модели оазиса это открытая система, но она не будет влиять на региональные условия. Другими словами, будет ли разбавляться местная утечка, и в каких случаях чем отличается микротерраформинг от просто работающих теплиц?
ОРД: Считается, что теплицы - в данном случае минимальная единица терраформирования - начинают постепенные изменения на Марсе. Разница зависит от диапазона действия, поскольку именно здесь начинается процесс микротерроформирования. Кроме того, это зависит от того, как вы на это смотрите, потому что с помощью этого метода мы пытаемся повторить эволюционный паттерн, который когда-то был успешным на Земле, чтобы превратить атмосферу планеты в другую и заставить Марс войти в стадию термодинамического неравновесия. ,
Основным преимуществом является то, что мы можем контролировать процесс терраформирования на микроуровне; мы можем превратить Марс в место, похожее на Землю, быстрее и заставить его одновременно взаимодействовать с окружающей средой. Это самый важный аспект этого: опережать более быстрые процессы. Как я уже говорил, идея состоит в том, чтобы следовать той же схеме эволюции, которая сложилась на Земле вскоре после появления фотосинтеза. Существовали наземные растения, которые реконструировали и терраформировали Землю, генерируя диксоид углерода с поверхности и распространяя его в атмосферу, которая существовала в то время.
Д-ра. Крис Маккей и Роберт Зубрин представили интересную модель, которая предлагает расположить три больших орбитальных зеркала. Зеркала отражали бы солнечный свет южного полюса Марса и сублимировали слой сухого льда (углекислого газа), чтобы усилить парниковый эффект, а затем ускорить глобальное потепление планеты.
Такие зеркала будут размером с Техас.
Я думаю, что если бы та же инфраструктура, которая использовалась в этих зеркалах, вместо этого использовалась для построения куполов для минимальной единицы терраформирования над марсианской поверхностью, мы бы генерировали более высокие скорости дегазации и быстрее насыщали кислородом атмосферу. Кроме того, часть поверхности в любом случае будет нагреваться, поскольку части будут удерживать солнечное тепло, а не отражать его от поверхности.
Недостаток жидкой воды для экосистем внутри блоков спорен; однако можно использовать вариант предложения доктора Адама Брукнера из Вашингтонского университета. Он состоит из цеолитного (минерального катализатора) конденсатора; затем, извлекая воду из влаги поступающего воздуха. Вода будет литься внутри ежедневно. Опять же, мы бы активизировали некоторые стадии гидрологического цикла, захватывая диоксид углерода, выпуская газы в атмосферу и делая поверхность более плодородной почвой. Мы будем проводить ускоренное терраформирование на очень маленькой части Марса, но если мы разместим сотни таких единиц, эффекты дегазации на поверхности и в атмосфере будут иметь последствия для планеты.
AM: Когда на Земле работали закрытые биосферы, такие как Биосфера 2, возникали проблемы, например, с потерей кислорода из-за соединения с породой с образованием карбонатов. Есть ли сегодня примеры крупномасштабных, самоподдерживающихся систем на Земле?
ОРД: Крупномасштабные, самоподдерживающиеся системы, построенные людьми? Я не знаю ничего, но сама жизнь - это самодостаточная система, которая берет из окружающей среды то, что ей нужно для работы.
Это была проблема замкнутых биосфер, они не могли создать цепь обратной связи, как это происходит на Земле. Кроме того, система, которую я предлагаю, не будет закрыта; он будет взаимодействовать с окружающей средой Марса с интервалами, выпуская часть того, что было бы обработано действием фотосинтеза при включении новых газов. Минимальная единица терраформинга не будет закрытой системой.
Если мы примем во внимание «теорию Гайи» Джеймса Лавлока, мы могли бы рассматривать Землю как крупномасштабную, самоподдерживающуюся систему, потому что биогеохимические циклы активны - ситуация, которая сегодня не происходит на Марсе. Большая часть его кислорода соединяется с его поверхностью, придавая планете окисленный характер. В этом смысле внутри минимальной единицы терраформинга биогеохимические циклы будут реактивированы. Эти купола будут выделять кислород и карбонаты, среди прочего, поэтому выброс начнет постепенно поступать в атмосферу планеты.
AM: Самый быстрый метод, который часто называют глобальным терраформированием, - это введение фторуглеродов в атмосферу Марса. С небольшими изменениями в процентах следуют большие изменения температуры и давления. Это зависит от солнечного взаимодействия. Будет ли этот механизм доступен в закрытом пузыре, например, если ультрафиолетовый свет не проникает в купола?
ОРД: Мы говорим об альтернативном способе - не использовать фторуглероды и другие парниковые газы. Предлагаемый нами метод улавливает углекислый газ для увеличения биомассы, высвобождает кислород и внутреннее накопление тепла, и все это приводит к дегазации углекислого газа внутри блока. Другие газы, попавшие в землю сегодня, будут выбрасываться в марсианскую атмосферу, чтобы постепенно уплотнять ее. На самом деле, прямое воздействие на экосистему ультрафиолетовых лучей было бы контрпродуктивным для улавливания углекислого газа, образования биомассы и образования наземного газа. Именно купол защищает экосистему от холода и ультрафиолетового излучения, а также поддерживает внутреннее давление.
Теперь купол станет важной тепловой ловушкой и теплоизолятором. Проведя более раннюю аналогию с клетками, купол подобен биологической мембране, которая приводит локальную экосистему к термодинамическому неравновесию. Это неравновесие позволило бы жизни развиваться.
AM: Будут ли высокие локальные концентрации парниковых газов (например, метана, углекислого газа или ХФУ) локально токсичными, прежде чем они окажут какое-либо влияние на глобальном уровне?
ОРД: Жизнь может адаптироваться к условиям, которые являются токсичными для нас; повышенная концентрация углекислого газа может быть полезна для растений и даже увеличить их производство, или, как и в случае с метаном, существуют некоторые метаногенные организмы, которые нуждаются в этом газе для своего существования.
Такие газы подходят для повышения глобальной температуры; с другой стороны, углекислый газ является наиболее подходящим газом для жизни растений. Цель состоит в том, чтобы воспроизвести эволюционные закономерности, ведущие к постепенной адаптации этих организмов к новой среде и адаптации окружающей среды к этим организмам.
AM: Глобальное терраформирование на Марсе имеет временные диапазоны, которые варьируются от столетия до даже долгого времени. Есть ли способы оценить, могут ли местные усилия ускорить процесс обитания, используя предложенную вами модель оазиса?
ОРД: Это будет зависеть от эффективности фотосинтеза растений и их способности адаптироваться к окружающей среде при одновременной адаптации к окружающей среде. Тем не менее, мы можем рассмотреть две оценки: одну локальную и одну глобальную.
Более конкретно, эти оценки могут быть сначала измерены на каждой минимальной единице терраформинга с помощью ее фотосинтетической эффективности, скорости оксигенации, улавливания углекислого газа и дегазации поверхности купола. Эта скорость будет зависеть от солнечного падения и парникового эффекта. На глобальном уровне скорость ремоделирования планеты будет зависеть от того, сколько минимальных единиц можно установить по всей поверхности Марса. То есть, если бы существовало больше минимальных единиц терраформирования, преобразование планеты было бы завершено быстрее.
Я хотел бы уточнить кое-что, что я считаю важным на данный момент. Главным достижением было бы превратить Марс в зеленую планету, прежде чем люди смогут заселить ее так, как мы это делаем сегодня на Земле. Было бы необыкновенно видеть, как реагирует жизнь растений, сначала внутри Минимальной единицы терраформирования, а затем, когда эти машины закончили свой цикл, и жизнь проявляется как взрыв во внешности, чтобы увидеть неостанавливаемое видообразование, которое произойдет, начиная с жизни будет реагировать на окружающую среду и окружающая среда будет реагировать на жизнь.
Итак, мы можем наблюдать за деревьями, такими как сосны, которые на Земле имеют большой и прямой лес. На Марсе у нас может быть более податливый вид, достаточно сильный, чтобы противостоять низким температурам и ветрам. Будучи фотосинтетическими машинами, сосны будут выполнять свою роль планетарного трансформатора, сохраняя воду, минералы и углекислый газ для накопления биомассы.
AM: Какие у вас планы на будущее?
ОРД: Я хочу начать частичное моделирование марсианских условий. Это необходимо для исследования и улучшения работы минимальной единицы терраформинга, а также физиологического ответа растений в таких условиях. Другими словами, репетиции.
Это междисциплинарное и межведомственное исследование, поэтому необходимо участие инженеров, биологов и генетиков, а также других научных организаций, заинтересованных в данной теме. Я должен сказать, что это только первая попытка; это теория о том, что можно сделать, и теория, которую мы могли бы попробовать на нашей собственной планете, например, борясь с агрессивным распространением пустыни, восстанавливая территорию и создавая препятствия, чтобы остановить ее постепенное продвижение.
Первоначальный источник: Astrobiology Magazine
Вот статья о похожем проекте. Помните Биосферу 2?
