Идея терраформирования Марса, известная как «близнец Земли», является увлекательной идеей. Между таянием полярных ледяных шапок, медленным созданием атмосферы и созданием окружающей среды, чтобы у вас была листва, реки и стоящие водоемы, достаточно того, что может вдохновить кого угодно! Но сколько времени займет такое усилие, сколько это будет стоить нам, и действительно ли это будет эффективным использованием нашего времени и энергии?
Таковы были вопросы, рассматриваемые в двух статьях, представленных 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. Второй, названный «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 работе 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 своей статьи:
«Терраформирование Марса можно разделить на две фазы. Первая фаза - это нагревание планеты от текущей средней температуры поверхности -60 ° C до значения, близкого к средней температуре Земли до + 15 ° C, и воссоздание плотной атмосферы CO². фаза потепления относительно легка и быстра и может занять ~ 100 лет. Вторая фаза - это продуцирование уровней кислорода в атмосфере, которые позволили бы людям и другим крупным млекопитающим нормально дышать.
Эта фаза оксигенации является относительно трудной и займет 100 000 лет или больше, если не постулировать технологический прорыв ".
Прежде чем они начнутся, Берлинер и Маккей признают, что необходимо предпринять определенные «предварительные терраформирующие» шаги. К ним относятся 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 для поддержания круговорота воды - с облаками, дождями, реками и озерами. Между тем, по некоторым оценкам, в полярных регионах достаточно CO 2 в форме льда, чтобы создать атмосферу, равную давлению уровня моря на Земле.
Азот также является фундаментальным требованием для жизни и необходимым компонентом воздухопроницаемой атмосферы, и последние данные, представленные Curiosity Rover, показывают, что нитраты составляют ~ 0,03% по массе почвы на Марсе, что обнадеживает для терраформирования. Вдобавок к этому ученым необходимо будет решить определенные 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 оживить), 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 типы земной жизни следует вводить и когда необходимо решать. Однако, если марсианская жизнь не связана с земной жизнью и ясно представляет второй генезис жизни, тогда возникают важные технические и этические проблемы ".
Чтобы прервать первую фазу - «Фазу 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 непреднамеренно 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 весь солнечный инцидент на Марсе был зафиксирован с эффективностью 100%, то Марс нагрелся бы до температуры, подобной Земле, примерно через 10 лет. Однако эффективность парникового эффекта, вероятно, составляет около 10%, таким образом, время его принять на теплый Марс будет ~ 100 лет ".
Как только эта густая атмосфера будет создана, следующий шаг включает в себя превращение ее в нечто дышащее для людей - где уровни O² будут эквивалентны примерно 13% давления воздуха на уровне моря здесь на Земле, а уровни CO² будут меньше 1%. Эта фаза, известная как «Фаза оксигенации», займет значительно больше времени. Они снова 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% -й 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 мы имеем 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 O 2 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%) по 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 перекатить мяч. Эти шаги включают адаптацию текущих и будущих роботизированных миссий для оценки марсианских ресурсов, математические и компьютерные модели, которые могли бы 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 начать прямо сейчас».
Художественная концепция возможного Марса терраформирующего завода. Кредит: Национальный Географический Канал
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 аргумент в пользу создания космических биосфер на низкой околоземной орбите, которые будут опираться на искусственную гравитацию (например, цилиндр О'Нила), чтобы позволить людям привыкнуть к жизни в Космос.
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 физической деградации мышц, костей и всего организма. Реабилитация в центрифугах является менее целесообразным решением по сравнению с корабельной биосферой, где можно обеспечить практически постоянную имитацию нормальной гравитация и комплекс 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 увеличению известные риски человеческой цивилизации ".
Кроме того, он указывает на проблемы создания идеальной среды для людей, живущих в космосе. Помимо простого 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 беспокоит загрязнение биосферы Марса (при условии наличия бактериальной жизни), но и позволит людям более постепенно привыкать к космосу.
Как сообщил Universe Today по электронной почте Яковлев, преимущества космической среды обитания можно разделить на четыре аспекта:
«1. Это универсальный способ освоения бесконечных пространств Космоса, как в Солнечной системе, так и вне ее. Нам нужны не поверхности для установки домов, а ресурсы, которые роботы будут доставлять с планет и спутников. 2. Возможность создание среды обитания, максимально приближенной к колыбели земли , позволяет избежать неизбежной физической деградации под действием другой силы тяжести, проще создать защитное магнитное поле.
«3. Перенос между мирами и источниками ресурсов будет не опасной экспедицией, а нормальной жизнью. Хорошо ли это для моряков без их семей? 4. Вероятность смерти или деградации человечества в результате глобальной катастрофы значительно сокращено, так как колонизация планет включает в себя разведку, доставку товаров, челночный транспорт людей - и это намного дольше, чем строительство биосферы на орбите Луны. Доктор Стивен Уильям Хокинг прав, человек не имеет много 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 способствовало бы разработке 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 терраформирование будет отменено. 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 поднимать конструкции первой биосферы с лунных фабрик. Это прямой и прямой способ покорить Космос ».
Учитывая, что ученые и предприниматели НАСА, такие как Элон Маск и Бас Ландорп, 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 все наши 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 «космической экспертизы» в этом столетии, что, безусловно, пригодится, когда мы начнем раздвигать границы исследования и колонизации еще дальше