Идея терраформирования Марса - «Двойник Земли» - увлекательная идея. Между таянием полярных ледяных шапок, постепенным созданием атмосферы и созданием окружающей среды, чтобы у вас была листва, реки и стоячие водоемы, достаточно всего, чтобы вдохновить кого угодно! Но сколько времени займет такая попытка, сколько это будет стоить нам, и действительно ли она эффективно использует наше время и энергию?
Таковы были вопросы, которые рассматривались в двух статьях, представленных на прошлой неделе на семинаре НАСА «Планетарное научное видение 2050» (понедельник, 27 февраля - ср., 1 марта). Первый, под названием «График времени Terraforming», представляет собой абстрактный план превращения Красной планеты в нечто зеленое и пригодное для жилья. Вторая, под названием «Марс Терраформинг - неправильный путь», полностью отвергает идею терраформирования и представляет альтернативу.
Первая статья была подготовлена Аароном Берлинером из Калифорнийского университета в Беркли и Крисом Маккеем из Отделения космических наук в Исследовательском центре Эймса НАСА. В своей статье два исследователя представляют график терраформирования Марса, который включает в себя фазу потепления и фазу оксигенации, а также все необходимые шаги, которые должны предшествовать и следовать.
Как они утверждают во введении к своей статье:
«Терраформирование Марса можно разделить на две фазы. Первым этапом является нагревание планеты от нынешней средней температуры поверхности -60 ° C до значения, близкого к средней температуре Земли до + 15 ° C, и воссоздание плотной атмосферы CO². Эта фаза потепления является относительно простой и быстрой и может занять ~ 100 лет. Вторая фаза производит уровни O² в атмосфере, которые позволили бы людям и другим крупным млекопитающим нормально дышать. Эта фаза оксигенации является относительно трудной и займет 100 000 лет или более, если не постулировать технологический прорыв ».
Прежде чем они начнутся, Берлинер и Маккей признают, что необходимо предпринять определенные «предварительные терраформирующие» шаги. К ним относится изучение окружающей среды Марса для определения уровня воды на поверхности, уровня углекислого газа в атмосфере и в форме льда в полярных регионах, а также количества нитратов в марсианской почве. Как они объясняют, все это является ключом к практичности создания биосферы на Марсе.
Пока что имеющиеся данные указывают на все три элемента, которые в изобилии существуют на Марсе. В то время как большая часть воды Марса в настоящее время находится в форме льда в полярных регионах и полярных шапках, там достаточно воды, чтобы поддерживать круговорот воды - полный облаков, дождя, рек и озер. Между тем, по некоторым оценкам, в полярных регионах достаточно CO 2 в форме льда для создания атмосферы, равной давлению уровня моря на Земле.
Азот также является фундаментальным требованием для жизни и необходимым компонентом воздухопроницаемой атмосферы, а последние данные Любопытство Ровер указывают на то, что нитраты составляют ~ 0,03% по массе почвы на Марсе, что способствует терраформированию. Вдобавок к этому ученым необходимо будет решить некоторые этические вопросы, связанные с тем, как терраформирование может повлиять на Марс.
Например, если в настоящее время на Марсе существует какая-либо жизнь (или жизнь, которую можно было бы возродить), это представляло бы неоспоримую этическую дилемму для человеческих колонистов - особенно если эта жизнь связана с жизнью на Земле. Как они объясняют:
«Если марсианская жизнь связана с земной жизнью - возможно, из-за обмена метеоритами - тогда ситуация знакома, и вопросы о том, какие другие виды земной жизни следует вводить и когда необходимо решать. Однако если марсианская жизнь не связана с земной жизнью и явно представляет собой второе поколение жизни, тогда возникают важные технические и этические проблемы ».
Чтобы прервать первую фазу - «Фаза потепления» - лаконично, авторы обращаются к проблеме, знакомой нам сегодня. По сути, мы изменяем наш собственный климат здесь, на Земле, вводя СО2 и «супер парниковые газы» в атмосферу, которая повышает среднюю температуру Земли со скоростью много градусов Цельсия в столетие. И хотя это было непреднамеренным на Земле, на Марсе это может быть изменено, чтобы преднамеренно нагревать окружающую среду.
«Сроки потепления Марса после целенаправленных усилий по производству супер-парниковых газов короткие, всего около 100 лет», - утверждают они. «Если бы все солнечные инциденты на Марсе были зафиксированы с эффективностью 100%, то Марс нагрелся бы до температуры, подобной Земле, примерно через 10 лет. Тем не менее, эффективность парникового эффекта, вероятно, составляет около 10%, поэтому время, которое потребуется, чтобы нагреть Марс, составило бы ~ 100 лет ».
Как только эта густая атмосфера была создана, следующий шаг включает в себя превращение ее в нечто дышащее для человека - где уровень O² будет эквивалентен примерно 13% давления воздуха на уровне моря здесь на Земле, а уровень CO² будет меньше 1%. Эта фаза, известная как «фаза оксигенации», займет значительно больше времени. Еще раз, они поворачиваются к земному примеру, чтобы показать, как такой процесс может работать.
Они утверждают, что здесь, на Земле, высокий уровень газообразного кислорода (O²) и низкий уровень CO² обусловлены фотосинтезом. Эти реакции основаны на солнечной энергии для преобразования воды и углекислого газа в биомассу, которая представлена уравнением H²O + CO² = CH²O + O². Как они показывают, этот процесс займет от 100 000 до 170 000 лет:
«Если бы весь солнечный свет, падающий на Марс, был использован со 100% эффективностью для выполнения этого химического превращения, потребовалось бы всего 17 лет, чтобы произвести высокие уровни O². Однако вероятная эффективность любого процесса, который может преобразовать H 2 O и CO 2 в биомассу и O 2, намного меньше, чем 100%. Единственный пример, который у нас есть в процессе, который может глобально изменить CO 2 и O 2 целого растения, это глобальная биология. На Земле эффективность глобальной биосферы в использовании солнечного света для производства биомассы и кислорода составляет 0,01%. Таким образом, сроки создания атмосферы, богатой кислородом на Марсе, составляют 10 000 x 17 лет, или ~ 170 000 лет ».
Однако они учитывают синтетическую биологию и другие биотехнологии, которые, по их мнению, могут повысить эффективность и сократить сроки до 100 000 лет. Кроме того, если бы люди могли использовать естественный фотосинтез (который имеет сравнительно высокую эффективность 5%) на всей планете - то есть сажать листву по всему Марсу - тогда временной масштаб можно было бы сократить даже до нескольких столетий.
Наконец, они обрисовывают в общих чертах шаги, которые должны быть предприняты, чтобы заставить шар катиться. Эти шаги включают адаптацию текущих и будущих роботизированных миссий для оценки марсианских ресурсов, математические и компьютерные модели, которые могут исследовать вовлеченные процессы, инициативу по созданию синтетических организмов для Марса, средства для тестирования методов терраформирования в ограниченной среде и планетарное соглашение, которое установит ограничения и защиту.
Цитируя Кима Стэнли Робинсона, автора «Трилогии Красного Марса» (основополагающего произведения научной фантастики о терраформировании Марса), они призывают к действию. Говоря о том, сколько времени займет процесс терраформирования Марса, они утверждают, что мы «могли бы также начать сейчас».
На это Валерий Яковлев, астрофизик и гидрогеолог из Лаборатории качества воды в Харькове, Украина, предлагает особое мнение. В своей статье «Терраформирование Марса - неправильный путь» он приводит аргументы в пользу создания космических биосфер на низкой околоземной орбите, которые опирались бы на искусственную гравитацию (например, цилиндр О'Нила), чтобы позволить людям привыкнуть к жизни в пространство.
Рассматривая одну из самых больших проблем космической колонизации, Яковлев указывает на то, как жизнь на таких телах, как Луна или Марс, может быть опасной для поселенцев. В дополнение к тому, что колонисты будут уязвимы для солнечной и космической радиации, им придется иметь дело со значительно меньшей гравитацией. В случае Луны это будет примерно в 0,165 раз больше, чем люди испытывают здесь на Земле (около 1 г), тогда как на Марсе это будет примерно в 0,376 раза.
Долгосрочные эффекты этого не известны, но ясно, что это будет включать в себя дегенерацию мышц и потерю костной массы. Если смотреть дальше, то совершенно неясно, каковы будут последствия для тех детей, которые родились в любой среде. Обращаясь к способам их смягчения (в том числе к лекарствам и центрифугам), Яковлев указывает, как они, скорее всего, будут неэффективными:
«Надежда на развитие медицины не отменит физическую деградацию мышц, костей и всего организма. Реабилитация в центрифугах является менее целесообразным решением по сравнению с корабельной биосферой, где возможно обеспечить практически постоянную имитацию нормальной гравитации и комплекса защиты от любых вредных воздействий космической среды. Если путь освоения космоса заключается в создании колонии на Марсе и, более того, в последующих попытках терраформировать планету, это приведет к неоправданной потере времени и денег и увеличит известные риски человеческой цивилизации ».
Кроме того, он указывает на проблемы создания идеальной среды для людей, живущих в космосе. Помимо создания более совершенных транспортных средств и разработки средств для приобретения необходимых ресурсов, существует также необходимость создания идеальной космической среды для семей. По сути, это требует разработки жилья, оптимального с точки зрения размеров, стабильности и комфорта.
В свете этого Яколев представляет, как он считает, наиболее вероятные перспективы выхода человечества в космос в период до 2030 года. Это будет включать создание первых космических биосфер с искусственной гравитацией, которые приведут к ключевым событиям с точки зрения материалов. технологии, системы жизнеобеспечения, а также роботизированные системы и инфраструктура, необходимые для установки и обслуживания мест обитания на низкой околоземной орбите (LEO).
Эти места обитания можно обслуживать благодаря созданию роботизированных космических кораблей, которые могли бы собирать ресурсы из близлежащих тел, таких как объекты Луны и околоземные объекты (NEO). Эта концепция не только устранит необходимость в планетарной защите - то есть беспокоится о загрязнении биосферы Марса (при условии наличия бактериальной жизни), но и позволит людям более постепенно привыкать к космосу.
Как сообщил Яковлев в журнале «Космос» по электронной почте, преимущества космической среды обитания можно разбить на четыре пункта:
«1. Это универсальный способ освоения бесконечных пространств Космоса, как в Солнечной системе, так и вне ее. Нам не нужны поверхности для установки домов, а ресурсы, которые роботы будут доставлять с планет и спутников. 2. Возможность создания среды обитания как можно ближе к колыбели Земли позволяет избежать неизбежной физической деградации под действием другой силы тяжести. Легче создать защитное магнитное поле.
«3. Передача между мирами и источниками ресурсов будет не опасной экспедицией, а нормальной жизнью. Это хорошо для моряков без их семей? 4. Вероятность смерти или деградации человечества в результате глобальной катастрофы значительно снижается, так как колонизация планет включает в себя разведку, доставку товаров, челночные перевозки людей - и это намного дольше, чем строительство биосферы на орбите Луны. Доктор Стивен Уильям Хокинг прав, у человека мало времени ».
А с созданием космических мест обитания могут начаться некоторые очень важные исследования, в том числе медицинские и биологические исследования, в которых будут участвовать первые дети, родившиеся в космосе. Это также облегчит разработку надежных космических кораблей и технологий добычи ресурсов, которые пригодятся для заселения других тел, таких как Луна, Марс и даже экзопланеты.
В конечном счете, Яколев считает, что космические биосферы также могут быть выполнены в разумные сроки - то есть между 2030 и 2050 годами, что просто невозможно при терраформировании. Ссылаясь на растущее присутствие и мощь коммерческого космического сектора, Яколев также считает, что большая часть необходимой инфраструктуры уже существует (или находится в стадии разработки).
«После того, как мы преодолеем инерцию мышления +20 лет, экспериментальная биосфера (как поселение в Антарктиде с часами) через 50 лет вырастет первое поколение детей, рожденных в Космосе, и Земля уменьшится, потому что она войдет в легенды в целом ... В результате терраформинг будет отменен. И последующая конференция откроет путь для реального исследования Космоса. Я горжусь тем, что на той же планете, что и Элон Рив Маск. Его ракеты будут полезны для подъема конструкций первой биосферы с лунных заводов. Это близкий и прямой способ покорить Космос ».
Ученые и предприниматели НАСА, такие как Элон Маск и Бас Ландорп, которые планируют колонизировать Марс в ближайшем будущем, и другие коммерческие аэрокосмические компании, разрабатывающие LEO, трудно предсказать размер и форму будущего человечества в космосе. Возможно, мы совместно выберем путь, который приведет нас на Луну, Марс и дальше. Возможно, мы увидим наши лучшие усилия, направленные в околоземное космическое пространство.
Или, возможно, мы увидим, что мы движемся в нескольких направлениях одновременно. В то время как некоторые группы будут выступать за создание космических мест обитания в LEO (а затем и в других местах в Солнечной системе), которые полагаются на искусственную гравитацию и роботизированные космические корабли, добывающие астероиды для материалов, другие сосредоточатся на создании форпостов на планетарных телах с целью превращения их в «Новые Земли».
Между ними мы можем ожидать, что люди начнут развивать степень «космического опыта» в этом столетии, что, безусловно, пригодится, когда мы начнем раздвигать границы разведки и колонизации еще дальше!
