Марс.
О колонизации Красной планеты говорят давно и настойчиво. Про экспедиции и постоянные поселения на Марсе написано множество художественных книг и научно-популярных статей, снято немало фильмов. Пожалуй, именно Марс станет первой после Земли планетой, на которую ступит нога человека. И в настоящее время Марс - главный кандидат не только на посещение, но и на колонизацию.
Вот только - почему?
Как место для установки флага Марс идеален: Луна - не планета, а спутник. На поверхность Венеры не высадиться. Все остальные планеты и даже спутники газовых гигантов, сравнимые с планетами, находятся гораздо дальше.
Но зачем вообще колонизировать Марс? Это ведь холодная неприветливая маленькая планета. Колонизация Марса не является эффективным способом решения каких-либо стоящих перед человечеством проблем, которые можно было бы рассматривать как цели этой колонизации. На Марсе пока не обнаружено ничего настолько ценного, что оправдало бы риск для людей и расходы на организацию добычи и транспортировку, а для колонизации на Земле всё ещё остаются огромные незаселённые территории, условия на которых гораздо благоприятнее, чем на Марсе, и освоение которых обойдётся намного дешевле, в том числе Сибирь, огромные пространства приэкваториальных пустынь и даже целый материк — Антарктида.
Как говорит астроном Владимир Сурдин, колонизация Марса не имеет смысла:
Это небольшая планета, там развернуться негде, гораздо легче и эффективнее было бы освоить нашу Сахару, Антарктиду, Гренландию. Или научиться жить под водой, три четверти поверхности земного шара – это подводное царство.
Так что, помимо научных целей исследования другой планеты, очевидных мотивов для постоянной базы на Марсе остается два:
- сохранение человечества как биологического вида. Для этого колония должна быть автономной - обеспечивать себя энергией, пищей и водой, воздухом, возможностями для жизни и размножения людей. Создать подобное на Марсе - непростая задача. Однако разработки технологий ведутся, изучается возможность роста растений в марсианском грунте, изобретаются способы добычи ресурсов, придумываются меры защиты от условий среды.
- "потому что мы можем". Та самая человеческая тяга к новым горизонтам, которая упоминалась в первой статьей цикла. Мы будем строить поселения на Марсе, потому что он не столь экзотичен как Венера с ее воздушными городами. А то, что трудно - ну так что с того, есть же поселения в Антарктиде.
***
Насколько тяжело будет колонизировать Марс?
Венера похожа на Землю по составу, размеру и силе тяжести, но сходство Марса с Землей более убедительно, если рассматривать вопрос о колонизации:
- Марсианские сутки всего на 40 минут длиннее земных.
- Марс имеет площадь поверхности 28,4% от площади Земли, что сравнимо с площадью суши на Земле (29,2% поверхности).
- Наклон оси Марса к плоскости эклиптики составляет 25,19° (земной — 23,44°). В результате этого на Марсе, как на Земле, есть смена времён года, хотя она и происходит почти в два раза дольше, так как марсианский год длится 687 дней.
- У Марса есть атмосфера. Несмотря на то, что её плотность составляет всего 0,7% земной, возможно аэродинамическое торможение космического летательного аппарата.
- По наблюдениям орбитальных и спускаемых марсианских исследовательских станций - на Марсе имеется вода в виде значительных и доступных залежей водяного льда.
- Параметры марсианского грунта (соотношение pH, наличие необходимых для растений химических элементов и другие характеристики) близки к земным. В искусственно созданном на Земле аналоге марсианской почвы удалось вырастить растения.
- На Земле есть места, в которых природные условия похожи на марсианские, пустыни, схожие по виду с марсианским ландшафтом. На экваторе Марса в летние месяцы бывает так же тепло (+20°C), как и на Земле.
+++
Марс имеет и специфичные плюсы, которые могут быть полезны:
- Малая величина ускорения свободного падения на Марсе (3,86 м/c2, то есть 0,394 g) означает меньшее значение второй космической скорости, что упрощает взлёт космических аппаратов с поверхности планеты.
- У Марса есть два естественных спутника, Фобос и Деймос. Они гораздо меньше и ближе к планете, чем Луна к Земле. Эти спутники могут оказаться полезными при проверке средств добычи ресурсов на астероидах. Также они могут быть использованы как своего рода орбитальные станции - для размещения исследовательского, коммуникационного оборудования.
- Большое количество углекислого газа (95,32%) в атмосфере окажется благоприятным для роста растений. Растения смогут производить пищу и кислород для колонистов, снижая зависимость от поставок или переработки.
+++
Тем не менее, не все так радужно. Трудностей и опасностей очень много.
- Прежде всего - радиационное воздействие во время полета к Марсу и при нахождении на его поверхности. Радиационный фон на Марсе (примерно 22 миллирада в день, но значение может значительно изменяться в зависимости от местности, высоты и локальных магнитных полей) в 2,5 раза превышает радиационный фон на МКС и примерно в 13 раз — его средний уровень в современных развитых странах, что приближается к установленным пределам безопасности для космонавтов. Вредное воздействие в космосе может быть уменьшено использованием нового типа двигателей, к примеру VASIMR, которые позволят сократить срок полета. На поверхности колонистам придется строить или искать убежище.
- До сих пор неизвестно, достаточно ли марсианской гравитации, чтобы избежать проблем для здоровья, возникающих при невесомости, таких как потеря мышц, деминерализация костей, проблемы со зрением и другие. Бороться с недостатком гравитации очень тяжело. Колонистам придется проводить время в центрифугах, или же людям-марсианам придется пройти через суровую адаптацию, которая сделает выживших потомков землян другими, приспособленными к Красной планете, но уже страдающих на Земле. Это приведет к разделению человечества на два подвида, которые вероятно будут способны к скрещиванию, но будут сильно отличаться внешне и психологически.
- Температура поверхности Марса гораздо ниже земной — в среднем −63°C. Максимальная отметка температуры поверхности составляет порядка +30°C (в полдень на экваторе), минимальная — −153°C (зимой на полюсах). При этом температура приповерхностного слоя атмосферы — всегда ниже нуля. Колонистам потребуются защитные костюмы, жилища с хорошей теплоизоляцией и много энергии для обогрева.
- В силу того, что Марс находится дальше от Солнца, количество достигающей его поверхности солнечной энергии составляет всего 43% от этой величины для Земли. Хотя из-за гораздо более тонкой атмосферы и отсутствия облаков большая часть энергии достигает поверхности, его количество остается небольшим: максимальное солнечное излучение на Марсе составляет около 590 Вт/м2 по сравнению с примерно 1000 Вт/м2 на поверхности Земли. При использовании солнечных батарей потребуются большие площади под них, для получения достаточного количества энергии. Другим вариантом является использование ядерной энергии. Однако сейчас у человечества существуют проблемы с плутонием, который используется в РИТЭГах, а проекты небольших атомных реакторов находятся в начальной стадии. Очевидно, что марсианский реактор должен быть компактным, безопасным, не требующим особого обслуживания. Сомнительно, что марсианская колония сможет позволить себе строительство АЭС по земному образцу. Скорее, это должно быть что-то вроде корабельных реакторов.
- Глобальные пылевые бури обычны в течение года и могут накрывать всю планету на недели, не позволяя солнечному свету достигать поверхности. Было замечено, что это вызывает падение температуры на 4°C на срок нескольких месяцев. Единственные сопоставимые события на Земле - это редкие крупные извержения вулканов, такие как извержение вулкана Кракатау, выбросившее в атмосферу большое количество пепла в 1883 году, вызвав глобальное падение температуры примерно на 1°C. Эти бури будут влиять на производство электроэнергии от солнечных батарей в течение длительного времени, а также помешают связи с Землей.
- Атмосферное давление на Марсе составляет всего 0,7% земного, в среднем 0,6 кПа, что очень мало. Для сравнения - среднее давление на уровне моря Земли составляет 101,3 кПа, на самой высокой точке планеты - Эвересте - 33,7 кПа. Предел Армстронга, то есть давление, при котором человек может выживать без скафандра, составляет 6,25 кПа.
- Высокое содержание перхлоратов в марсианском грунте ставит под сомнение возможность выращивания в нем земных растений без дополнительных экспериментов либо без искусственной почвы. Иным путем будет использование не наземных растений, а водорослей для производства биомассы и кислорода.
- Вода на Марсе существует лишь в виде льда, и даже при температуре выше 0°C вследствие низкого давления сублимируется, то есть переходит из твёрдого состояния напрямую в газообразное. Для добычи воды колонистам также потребуется энергия.
- Марс не обладает магнитным полем, подобному земному, — обнаружены лишь локальные следы остаточного магнетизма. Вместе с разреженной (более чем в 60 раз в сравнении с Землёй) атмосферой это существенно увеличивает количество достигающего поверхности ионизирующего излучения. Магнитное поле Марса не способно защитить живые организмы от космической радиации, а атмосферу (при условии её искусственного восстановления) — от рассеивания солнечным ветром.
- Помимо радиации, поверхности Марса будет достигать и ультрафиолет, который может приводить к деградации материалов и влиять на биологические объекты.
- Психологическая изоляция. Связь с Землей не будет постоянной. И помощь извне колонии тоже сможет прийти не сразу. Изоляция в марсианской колонии будет сильнее, чем при зимовке на полярной станции.
***
Можно ли преодолеть все эти трудности?
Конечно. Человек вообще славен своей способностью к адаптации и изобретательностью. Колонизирует и Марс.
Так, немалую часть упомянутых проблем можно решить, если создавать базу не на поверхности планеты. Такое же решение, как и на Венере. Только на Венере предлагалось базироваться в небе, а на Марсе придется наоборот "закапываться в грунт" и прятаться под поверхностью.
Марсианские лавовые трубки - это вулканические пещеры на Марсе, которые, как полагают, образовались в результате быстро движущихся базальтовых потоков лавы. Лавовые трубки обычно образуются, когда внешняя поверхность лавовых каналов быстрее охлаждается и образует твердую корку над подземными потоками лавы. В конечном итоге поток прекращается и выходит из трубы, оставляя пустое пространство в форме канала, которое обычно находится на глубине нескольких метров от поверхности. Такие образования существуют и на Земле, причем на Марсе из-за меньшей гравитации размеры этих пещер больше, чем на Земле.
Лавовые трубки были впервые обнаружены при изучении изображений орбитального аппарата "Викинг", а затем идентифицированы с использованием изображений аппаратов Mars Odyssey, Mars Global Surveyor, Mars Express и Mars Reconnaissance Orbiter.
Пещеры представляют собой отличные места для непосредственного наблюдения за нетронутой коренной породой, где можно найти ключи к геологической, палеогидрологической и возможной биологической истории Марса. Подземные условия на Марсе значительно более благоприятны, чем на поверхности, что заставляет исследователей полагать, что если бы жизнь действительно существовала (или существует) на Марсе, она, скорее всего, была бы найдена в этих более благоприятных условиях.
Лавовые трубки станут лучшими местами для будущей марсианской колонии. Эти пещеры имеют крыши, по оценкам, толщиной в десятки метров, что обеспечивает защиту от экстремальных условий на поверхности. Колония в пещере будет защищена от солнечной радиации и ультрафиолета, микрометеоритов, экстремальных колебаний температуры (считается, что температура окружающей среды в лавовых трубках стабильна), пылевых бурь. Марсианские лавовые трубки могут улавливать летучие вещества, такие как вода, а также могут содержать резервуары древнего льда, поскольку холодный воздух может скапливаться в пещерах. Перекрыть вход в пещеру будет проще, чем строить полноценный купол над колонией.
Существует определенная ирония, что человек вышел из пещер и поднялся в космос, чтобы снова спрятаться в пещере на другой планете, не правда ли? :)
Хотите жить в пещерах и питаться водорослевой кашей? Добро пожаловать на Марс!
А вообще, Марс был бы хорош после терраформирования. О нем - в одной из следующих статей.
Резюме:
Таким образом - колонизировать Марс надо только потому, что мы это можем. Строго говоря, варианта "не колонизировать" попросту нет :) У человечества сформирован такой мощный культурный бэкграунд, согласно которому Марс должен быть обитаем, что иной вариант просто невозможен. Психологически люди _уже_ приняли колонизацию Марса. Этот образ сформирован в умах, так что его реализация - дело техники и времени.
Особых преимуществ у Марса нет, так что это будет экспансия в чистом виде - расширение жизненного пространства.
Эта колонизация не решает никаких задач. Но она с высокой долей вероятности будет осуществлена, а потом люди будут придумывать объяснение и смыслы.
***
В следующей статье поговорим о колонизации пояса астероидов.
Спасибо за внимание!
__________
Все статьи цикла "Колонизация Солнечной системы":