На прошлой неделе большинство научно-популярных СМИ рассказывали о том, что учёные в Беркли провели эксперименты, в соответствии с которыми получается, что на газовых гигантах, таких как Уран и Нептун, а также, на коричневых карликах алмазы могут падать с неба. Это связывают с повышенным содержанием метана в атмосферах этих планет и звёзд (в случае с коричневыми карликами), который при обычных, например, для Урана и Нептуна сверхвысоких температуре и давлении может превратиться в алмазы. Аспирантка факультета физики того самого университета Лора Робин Бенедетти объясняет, что это стандартная химическая реакция, которую можно воссоздать и на Земле. Собственно, этим она в коллективе коллег и занимались. Учёные ужали жидкий метан в несколько сотен тысяч раз при очень высоком атмосферном давлении, а затем под давлением сфокусировали на жидкости лазерный пучок. В результате метан нагрелся до 2750°С, что привело к образованию алмазной пыли.
Этот эксперимент интересен и сам по себе просто тем, что его проведение стало возможным в земных лабораториях, благодаря достижениям науки, техники и технологий.
__________
Но есть и ещё один очень интересный аспект. С каждым днём всё более интенсивно обсуждается вопрос колонизации планет, лун и других тел Солнечной системы. Сама по себе колонизация является невероятно сложным, как минимум, в техническом и технологическом планах процессом. Одной из главных проблем является обеспечение инопланетной колонии всеми видами ресурсов. Наладить регулярную логистику с Земли очень сложно и дорого. К тому же, мы всё чаще задумываемся о том, что нам самим ресурсов не очень-то хватает. И это открывает одну из причин работать над решением данной задачи, так как ресурсов в Солнечной системе хватит на тысячи лет существования непрерывно развивающегося человечества, численность которого постоянно растёт.
Проблем слишком много — очень большие расстояния, неразвитость технологий автономизации жизнедеятельности человека, плохо развитая робототехника, требующая неустанного контроля со стороны человека, неосвоенность синтеза материалов, способных долгое время работать в экстремальных условиях, и, соответственно, изделий из этих материалов и многое, многое другое. Именно поэтому колонизация Солнечной системы и уж тем более других звёздных систем являются на сегодняшний день одной из основных тем научной фантастики.
Тем не менее, неоспоримым фактом является то, что нынешнего уровня развития технологий достаточно для начала колонизации ближайших тел Солнечной системы таких, как Луна и Марс, но для этого необходимо огромное количество инженерной работы. И этот факт заставляет энтузиастов освоения космического пространства обдумывать методы, вкладываться в развитие отдельно взятых технологий и образование, включаясь в пока ещё не обозначенную рамками негласную гонку. Но что дальше?
За что бороться?
Давайте попробуем разобраться, а какие вообще есть причины для освоения тел Солнечной системы, кроме любопытства человека. Их, как оказалось, очень много и, более того, большинство из них способны принести сверхприбыль и всерьёз рассматриваются не только крупнейшими космическими агентствами, но даже частными компаниями.
Меркурий, что может вызвать удивление поначалу, входит в число первых кандидатов на потенциальную колонизацию. Дело в том, что его колонизацию можно назвать относительно простой, так как технологии, подходы и оборудование могут быть применены те же, что и при колонизации Луны.
Предполагается, что в почве Меркурия имеется большой запас гелия-3, который и на Луне вроде как есть, но гораздо меньше. Гелий-3 является побочным продуктом реакций, протекающих на Солнце, и в некотором количестве содержится в солнечном ветре и межпланетной среде. Попадающий в атмосферу Земли из межпланетного пространства гелий-3 быстро диссипирует обратно, поэтому его концентрация в атмосфере чрезвычайно низка. Луна, не имея атмосферы, сохраняет значительные количества гелия-3 в поверхностном слое. По отдельным оценкам его в лунном реголите содержится до 500 тыс. тонн, по более смелым — до 10 млн. тонн. Меркурий, который располагается максимально близко к Солнцу должен накапливать в своей почве в десятки, а может и сотни раз больше этого изотопа, чем на Луне. Кроме того на Меркурии предсказывают большие залежи богатой руды, доступной для добычи, которая в дальнейшем может быть использована для строительства космических станций.
Из самого простого теоретически было предсказано существование ледяных шапок на полюсах Меркурия, а количество приходящей солнечной энергии на единицу площади здесь составляет 9,13 кВт/м² (для Земли и Луны — 1,36 кВт/м²).
Одна из самых серьёзных проблем состоит в том, что на полёт к Меркурию необходимо затратить энергию, сравнимую с полётом к Плутону.
Венера вообще может стать нашим вторым домом. Из-за некогда вышедшего из под контроля парникового эффекта, сейчас на поверхности Венеры температура достигает 470°C. При этом, подсчитано, что если бы венерианская атмосфера имела земной состав, то её средняя температура была бы около 26 °C (на Земле на сегодняшний день — 15°C) — просто курорт.
Способов терраформирования Венеры предложено очень много: это и установка солнечных экранов в точках Лагранжа между Солнцем и Венерой, чтобы они способствовали снижению потока солнечной энергии, достигающей планеты, и как следствие, снижали температуру на планете до приемлемого уровня; и доставка на Венеру земных водорослей или других микроорганизмов, предложенные Карлом Саганом и многие другие.
Всё же основной проблемой остаётся отсутствие у Венеры собственного магнитного поля и эту проблему придётся решить, если встаёт вопрос терраформирования планеты. Помимо откровенно фантастических путей решения вроде "раскрутки" планеты, есть и вполне реалистичные, как, например, прокладка вдоль экватора Венеры электрического провода (лучше всего сверхпроводникового) и возбуждение в нём тока.
Луна на сегодняшний день является первой целью для создания колонии. Помимо того, что Луна будет форпостом для осуществления дальних полётов, она является уникальным местом для проведения научных исследований в области планетологии, астрономии, космологии, космической биологии и многих других дисциплин. Изучение лунной коры может дать ответы на важнейшие вопросы об образовании и дальнейшей эволюции Солнечной системы, системы Земля — Луна, появлении жизни. Отсутствие атмосферы и более низкая гравитация позволяют строить на лунной поверхности обсерватории, оснащённые оптическими и радиотелескопами, способными получить намного более детальные и чёткие изображения удалённых областей Вселенной, чем это возможно на Земле, а обслуживать и модернизировать такие телескопы гораздо проще, чем орбитальные обсерватории.
На Луне присутствуют и разнообразными полезные ископаемые, в том числе железо, алюминий, титан; кроме этого, в реголите накоплен гелий-3, который ближе, чем тот, что на Меркурии; есть и вода, которая поможет создать именно автономную колонию. В настоящее время идут разработки методик промышленного получения металлов, кислорода и гелия-3 из реголита.
Марс является первым претендентом на звание второго дома человечества. Полёт на Марс требует больших затрат, чем к Венере, но на нём, как минимум, нет адской жары и дождей из серной кислоты. Магнитное поле тоже отсутствует (имеются лишь остаточные очаги магнетизма). Присутствует остаточная атмосфера.
Марс может оказаться достаточно богат минеральными ресурсами, причём из-за отсутствия свободного кислорода в атмосфере возможно наличие на нём богатых месторождений самородных металлов: меди, железа, вольфрама, рения, урана, золота; и сама добыча этих элементов может проходить гораздо плодотворнее, чем на Земле, так как, например, благодаря отсутствию биосферы и высокому фону излучения можно широкомасштабно применять термоядерные заряды для вскрытия рудных тел. Правда, в этом случае не приходится говорить о терраформировании Марса, и воспринимать это тело, как планету — источник полезных ископаемых с автономными колониями на ней.
Промышленное освоение астероидов предполагает добычу таких элементов, как платина, кобальт и других редких минералов с последующей их доставкой на Землю, что может приносить очень большую прибыль.Сравнительно небольшой металлический астероид диаметром в 1,5 км содержит в себе различных металлов, в том числе драгоценных, на сумму до 100 триллионов долларов США. Более того, следует понимать, что практически все золото, кобальт, железо, марганец, молибден, никель, осмий, палладий, платина, рений, родий и рутений, которые сейчас добываются из верхних слоёв Земли, зачастую являются остатками астероидов, упавших на Землю во время ранней метеоритной бомбардировки.
Колонизация внешних объектов Солнечной системы является сложно выполнимой (и точно не выполнимой на сегодняшний день) ввиду их большой удалённости от Земли. Тем не менее, некоторые спутники газовых гигантов Юпитера, Урана и Нептуна имеют достаточно большой потенциал, чтобы быть пригодными для колонизации.
На многих из них есть вода в жидком или твёрдом виде и углеводороды, спектр применения которых варьируется в широчайшем диапазоне. Колонии за пределами Земли могут быть чрезвычайно полезными при исследовании планет и их спутников. К примеру, это позволит избавиться от больших задержек при управлении роботами, как это происходит при посылке управляющих сигналов с Земли.
У Юпитера есть, как минимум, три спутника, пригодные для колонизации — Европа, Калисто и Ганимед.
Основная сложность в колонизации Европы заключается в наличии у Юпитера сильного радиационного пояса. Находящийся на поверхности Европы человек (без скафандра) получил бы смертельную дозу радиации меньше, чем за 10 минут. При этом есть несколько теоретических проектов по колонизации Европы, в том числе с помощью размещения баз на внутренней стороне ледяной коры (создавая там «воздушные пузыри»);
По заявлениям NASA, именно Каллисто может стать первым из колонизированных спутников Юпитера. Каллисто геологически очень стабильна и находится вне зоны действия радиационного пояса Юпитера. Именно с колонизации этой луны предполагается начать дальнейшее изучение системы Юпитера. В 2003 NASA провело концептуальное исследование под названием Human Outer Planets Exploration (HOPE рус.Надежда) в котором было рассмотрено будущее освоения человечеством Внешней Солнечной системы. Именно Каллисто было уделено максимальное внимание среди спутников Юпитера.Было предложено построить на спутнике станцию по переработке и производству топлива (водорода) из окружающих льдов, помимо этого лёд можно было бы использовать и для добычи воды. В данном отчёте уже в 2003 году было высказано предположение, что пилотируемая миссия к Каллисто будет возможна к 2040-м годам. Разработан даже план полёта и укрупнённая дорожная карта. К Каллисто отправится до трёх межпланетных кораблей, один из которых будет нести экипаж, а остальные — элементы базы, устройство для добычи воды и реактор для выработки энергии. Полёт, как считается, займёт от 2 до 5 лет.
Ганимед — самый большой и единственный, обладающий магнитосферой спутник в Солнечной системе. Перечень полезных ископаемых и плюсов при освоении тот же, что и у вышеописанных тел.
О колонизации Титана написана и недавно издана целая книга, а краткая статья есть и на канале. По оценке Европейского космического агентства, жидкие углеводороды на поверхности Титана по своему объёму в сотни раз превосходят запасы нефти и природного газа на Земле. Титан имеет все основные элементы, необходимые для жизни — углерод, водород, азот и кислород. Потенциальным колонистам не придётся беспокоиться о космическом излучении благодаря плотной атмосфере. Излучение же радиационного пояса Сатурна значительно мягче, чем Юпитера. Существующая на планете плотность атмосферы создаёт давление, эквивалентное тому, которое испытывают на себе дайверы на глубине 5 метров под водой, что даже не требует использования скафандров. Но проблема заключается в содержании цианида в атмосфере Титана, который может убить человека за несколько минут даже при таких низких концентрациях. Но эта проблема известна, а значит и пути её решения найти можно. Титан может стать основной целью будущей мировой экономики, так как запасы нефти на Земле далеко не бесконечны, а значит, неизбежно наступит момент поиска другого источника сырья. На Сатурне имеются относительно высокие объёмы Гелия-3 и дейтерия, которые понадобятся человечеству в том случае, если будет осуществлён всеми предрекаемый прорыв в термоядерной энергетике. Именно Титан послужит идеальным промежуточным пунктом для начала добычи и дальнейшей транспортировки этих ресурсов.
Энцелад, ещё один спутник Сатурна, идёт в неразрывной связке с Титаном. Научный совет Института астробиологии NASA в своей резолюции от 22 сентября 2008 включил Титан в список наиболее приоритетных астробиологических объектов в Солнечной системе, порекомендовав федеральному правительству профинансировать миссию Титан-Энцелад в течение ближайшего десятилетия, а научно-технические разработки по её организации начать уже сейчас.
Уран является ещё одним источником гелия-3. При этом есть существенный плюс — из всех четырёх газовых гигантов Солнечной системы Уран имеет наименьшую вторую космическую скорость. Предлагается разместить базу на одном из спутников Урана, а добычу производить при помощи роботов, управляемых на расстоянии.
Колонизация системы Нептуна является делом далёкого будущего в связи с её большой удалённостью. Сам Нептун является типичным газовым гигантом, со всеми плюсами и минусами. И вот теперь из недавно опубликованного исследования мы узнали, что на Уране и Нептуне идут алмазные дожди — чем не причина для колонизации?
Считается, что можно колонизировать и транснептуновые объёкты. На них могут быть все необходимые для поддержания жизни ингредиенты (водяной лёд и органические соединения) и большое количество всё того же гелия-3. Существует предположение, что расселяясь по таким облакам комет, человечество сможет достигнуть других звёздных систем без помощи межзвёздных космических кораблей. Но сейчас это точно звучит, как фантастика
Совершенно понятно, что освоение тел Солнечной системы имеет огромный потенциал, и если человечество продолжит развиваться с теми же темпами, то её необходимость не вызывает никаких сомнений. Как и всегда, люди находятся на пороге новых открытий и каждый отдельно взятый человек может быть либо наблюдателем, либо участником этого грандиозного путешествия в мире науки.
__________
Если вам понравилась статья и интересна эта тематика, то можете прочитать несколько статей на канале, например, "Следующий шаг в поиске внеземной жизни", "Насколько изучена Солнечная система?", "О потенциально пригодных для жизни планетах вне Солнечной системы" и ещё много всего интересного.
__________
P. S.
Ссылка на чат в Telegram, в котором я публикую и статьи из Дзен, но в основном то, что сюда не входит по тем или иным причинам, а также немного различной отсебятины.
Отдельно, для любителей астрономии, хочу порекомендовать канал Игоря Тирского в Telegram.
Ваш Д.
