Терраформирование
Терраформирование (от лат. terra — земля и forma — вид) - это процесс создания на планете, которая не Земля, условий, как на Земле. Или хотя бы максимально похожих - чтобы могли жить люди без (тяжелого) защитного снаряжения, а также земные животные и растения. Хотя бы генетически модифицированные, для лучшей приспособленности к среде.
На современном этапе развития человечества проекты терраформирования в основном сводятся к идее "шандарахнуть чем-нибудь по планете".
Серьезно - влияние для терраформирования должно быть планетарного масштаба, а для этого существует не так уж много способов, особенно если хочется уложиться в более короткие, чем планетарного масштаба же, сроки.
Надо либо долбануть большой дубиной, либо использовать силу экспоненциального роста. Поэтому можно либо взорвать множество мощных ядерных зарядов, либо просчитанно уронить на планету астероид или комету, чтобы взрыв/столкновение:
- изменило орбиту и/или параметры вращения;
- запустило вращение ядра планеты для начала генерации магнитного поля;
- выбросило в атмосферу огромное количество пыли для начала "ядерной зимы";
- внесло на планету большое количество воды (в случае кометы или ледяного астероида).
Либо можно запустить на планету биологических существ (бактерий) или роботизированные машины, которые могли бы изменять состав атмосферы. При этом важно, чтобы эти "засланцы" размножались, тем самым увеличивая свое воздействие до нужного масштаба.
Терраформирование является гипотетическим процессом намеренного изменения орбитальных параметров, атмосферы, температуры, поверхностной топографии или экологии планеты, луны, или другого тела.
И в определении мы уже видим закавыку - "намеренного". На данном этапе очевидно, что человечество способно довольно сильно воздействовать на окружающую среду. Даже если не говорить о медийно-популярном "глобальном потеплении", то можно вспомнить вымирание видов животных, как прямое, от истребления охотой, так и косвенное, от изменения условий существования. Можно вспомнить осушение Аральского моря из-за вмешательства в гидросистему для орошения полей. Можно вспомнить изменение ландшафта при строительстве ГЭС. Можно вспомнить опустынивание земель. Можно вспомнить возникновение и рост искусственных экосистем городов.
Какие из этих воздействий были целенаправленными и не принесли неожиданных последствий? Чаще всего человечество, преследуя свои цели, сталкивается с (не-)предвиденными последствиями. С неожиданными эффектами, или с теми, которые можно было ожидать, но о которых не думали, сконцентрировавшись на своих интересах.
Дело в том, что мир - это очень, очень, очень сложный и взаимосвязанный объект, состоящий из неисчислимого множества деталей. Очень сложно, если вообще возможно, просчитать все последствия своих воздействий на такую систему. Особенно если это будут масштабные действия терраформирования.
Казалось бы, угроза не так и велика, ведь мы имеем дело не с Землей, а с безжизненной планетой. Но неаккуратные действия могут привести к непредусмотренным эффектам, отчего задача терраформирования не будет выполнена, и мы лишь впустую потратим силы. Как пример - для Марса необходима атмосфера и потепление. Однако если ошибиться с воздействием, то можно получить переизбыток парникового эффекта, и вторую Венеру.
А чисто технически мы можем терраформировать планету?
Даже если окружающая среда планеты может быть изменена намеренно, то возможность создания неограниченной среды планетарного масштаба, имитирующей Землю на другой планете, еще предстоит проверить.
Марс обычно считается наиболее вероятным кандидатом на терраформирование. Было проведено много исследований относительно возможности нагрева планеты и изменения ее атмосферы, и НАСА даже провело дебаты по этому поводу.
Несколько потенциальных методов терраформирования Марса находятся в пределах современных технологических возможностей человечества, но в настоящее время требуемые для этого экономические ресурсы намного превышают те, которые любое правительство или общество готово выделить.
Долгие сроки и практичность терраформирования также являются предметом споров. Другие вопросы, на которые пока нет ответа, относятся к этике, логистике, политике и методологии изменения окружающей среды внеземного мира.
Так что одновременно и можем, и не можем.
История
Концепция терраформирования возникла как из научной фантастики, так и из реальной науки. Сам термин "терраформирование" придумал в 1942 году Джек Уильямсон — патриарх и классик американской и мировой научной фантастики, один из основоположников жанра "космической оперы". (Уильямсон же, к слову, автор термина "генная инженерия").
Астроном Карл Саган предложил планетарную инженерию Венеры в статье, опубликованной в журнале Science в 1961 году. Саган предлагал засеять атмосферу Венеры водорослями, которые будут преобразовывать воду, азот и диоксид углерода в органические соединения. Поскольку этот процесс удаляет углекислый газ из атмосферы, парниковый эффект на планете будет уменьшаться до тех пор, пока температура поверхности не упадет до "комфортного" уровня. Однако более поздние открытия назвали этот подход невозможным. Даже если бы атмосферные водоросли могли процветать во враждебной среде верхних слоев атмосферы Венеры, еще более серьезная проблема заключается в том, что любой углерод, который был бы зафиксирован в органической форме, снова высвободился бы в виде двуокиси углерода в результате сгорания в плотных нижних слоях атмосферы. Таким образом можно было бы организовать цикл жизни, но не приблизиться к цели изменения планеты.
Саган также представил, как сделать Марс пригодным для жизни людей в статье 1973 года "Планетарная инженерия на Марсе".
Три года спустя НАСА официально обратилось к проблеме планетарной инженерии в своем исследовании, но вместо этого использовало термин "планетарный экосинтез". Исследование пришло к выводу, что Марс мог бы поддерживать жизнь и превратиться в обитаемую планету. В том же году была организована первая конференция по терраформированию, которое тогда называлась "Планетарное моделирование".
Инженер и автор НАСА Джеймс Оберг популяризировал концепции терраформирования среди широкой публики в своей книге "Новые Земли" в 1981 году.
В 1982 году слово "терраформирование" использовалось в названии опубликованной журнальной статьи. Планетолог Кристофер Маккей написал статью "Терраформирование Марса" для журнала Британского межпланетного общества. В документе обсуждались перспективы саморегулирующейся марсианской биосферы, и использование этого слова с тех пор стало предпочтительным термином.
В 1984 году Джеймс Лавлок и Майкл Аллаби опубликовали книгу "Озеленение Марса". Книга была одной из первых, описывающих новый метод согрева Марса, при котором хлорфторуглероды добавляются в атмосферу для парникового эффекта.
Требования к пригодности
Не всякую планету можно терраформировать. Так, невозможно сделать это с Юпитером, из-за отсутствия поверхности, огромных гравитации и магнитного поля. Другие планеты слишком холодные, например из-за удаленности от Солнца, и потребуют иного источника энергии для поддержания жизни.
Вообще, источник энергии - это абсолютное требование для жизни, но понятие обитаемости на планете подразумевает, что должны быть выполнены многие другие геофизические, геохимические и астрофизические критерии, прежде чем поверхность астрономического тела сможет поддерживать жизнь. Особый интерес представляет набор факторов, благодаря которым на Земле обитают сложные многоклеточные животные в дополнение к более простым организмам. Исследования и теории этого являются составной частью планетологии и развивающейся дисциплины астробиологии.
В своих работах астробиологи НАСА определили основные критерии обитаемости:
- значительные области жидкой воды,
- условия, благоприятные для сборки сложных органических молекул,
- источники энергии для поддержания метаболизма.
После того, как выполняются обозначенные критерии, условия становятся более подходящими для жизни, и можно начинать внесение микробной жизни. Затем, по мере приближения условий к земным, может появиться и растительная жизнь. Это ускорит производство кислорода, что теоретически сделает планету способной поддерживать жизнь животных.
Предполагаемые цели терраформирования в Солнечной системе
Марс
Считается, что в начале своей истории Марс имел более похожую на Землю среду, с более плотной атмосферой и большим количеством воды, которая была потеряна в течение сотен миллионов лет.
Согласно наблюдениям зонда MAVEN исчезновение марсианской атмосферы произошло под влиянием солнечного ветра. Конвекция в железном ядре Марса раньше создавала магнитное поле, как и у Земли. Однако марсианское динамо давно перестало функционировать, и к настоящему времени магнитное поле Марса в значительной степени исчезло. Марс все еще сохраняет ограниченную магнитосферу, которая покрывает примерно 40% его поверхности, однако вместо того, чтобы равномерно покрывать и защищать атмосферу от солнечного ветра, магнитное поле принимает форму набора меньших зонтичных полей, в основном сгруппированных вокруг южного полушария планеты. Высокоскоростные заряженные частицы от Солнца постепенно "сдули" газы из атмосферы Марса.
Сдуют они и заново созданную атмосферу, если при терраформировании не озаботиться восстановлением магнитного поля. Впрочем, даже при отсутствии защиты, на исчезновение атмосферы потребуются тысячи лет, что представляет собой огромный срок в масштабах человеческой жизни.
Терраформирование Марса в общем случае потребует два основных взаимосвязанных изменения: создание атмосферы и ее нагрев. Более плотная атмосфера из парниковых газов, таких как углекислый газ, будет задерживать солнечную радиацию. Поскольку повышение температуры приведет к увеличению выбросов парниковых газов в атмосферу, эти два процесса будут дополнять друг друга. При этом углекислого газа на планете недостаточно для поддержания температуры выше точки замерзания воды, так что может потребоваться введение специализированных парниковых газов.
Венера
Терраформирование Венеры требует двух основных изменений, обратных таковым у Марса: удаление большей части плотной атмосферы из углекислого газа и снижение температуры поверхности планеты. Эти цели тесно взаимосвязаны, поскольку считается, что экстремальная температура Венеры обусловлена парниковым эффектом, вызываемым ее плотной атмосферой.
Луна
Гравитация на Луне слишком мала, чтобы удерживать атмосферу в течение геологических промежутков времени. Также отсутствует магнитное поле. Но если бы атмосфера на спутнике Земли была создана, то сохранялась бы в течение времени, долгого по сравнению с продолжительностью жизни человека. По оценкам, для лунной атмосферы потребуется порядка двухсот триллионов тонн кислорода, и предполагается, что он может быть получен из лунного грунта. Так же предполагается "разбить" о Луну от 50 до 100 комет размером с комету Галлея, чтобы обеспечить спутник водой.
Другие объекты в Солнечной системе
Другие возможные кандидаты на терраформирование (возможно, только частичное):
- большие спутники Юпитера и Сатурна (Титан, Каллисто, Ганимед, Европа, Энцелад),
- Меркурий,
- карликовая планета Церера.
Альтернативы
Биологическое терраформирование
Многие предложения по планетарной инженерии включают использование генетически модифицированных бактерий. В будущем может появиться возможность создавать с нуля дизайнерские организмы, которые будут напрямую эффективно производить желаемые продукты реакций с использованием заданных веществ.
Сейчас микробиологи исследуют бактерии-экстремофилы, которые выживают в самых необычных местах на Земле - в кислотных и соленых водах, при повышенной температуре, при больших давлениях. Задача в том, чтобы исследовать эти микробы, найти гены, которые кодируют необходимые свойства выживания и терраформирования (например, устойчивость к радиации и засухе), а затем использовать эти знания для генетической инженерии специально созданных организмов. Ученые отмечают, что было бы лучше разработать "не один вид микроба, а набор из нескольких, которые работают вместе".
DARPA проводит исследования с использованием фотосинтезирующих растений, бактерий и водорослей, выращенных непосредственно на поверхности Марса, которые могли бы согреть и сгладить его атмосферу. В 2015 году агентство и некоторые из его партнеров по научным исследованиям создали программное обеспечение для работы с геномом. По словам Алисии Джексон, заместителя директора Управления биологических технологий DARPA, тем самым они разработали "технологический инструментарий для преобразования не только враждебных мест здесь, на Земле, но и для выхода в космос не просто для посещения, но и для проживания". Звучит красиво, да? :) Вопрос, насколько работает на самом деле.
Паратерраформирование
Паратерраформирование предлагает строительство жилого мега-сооружения на планете, которое охватывало бы большую часть пригодной для использования площади планеты. Крыша такого сооружения будет находиться на высоте одного или более километров над поверхностью и закрепляться с помощью опор и тросов. Под крышей будет удерживаться пригодная для дыхания атмосфера и в целом создаваться комфортный климат. Концепция похожа на концепцию строительства обитаемого купола, но охватывает всю планету или большую ее часть.
Адаптация людей
Также было высказано предположение, что вместо или в дополнение к терраформированию враждебной среды люди могут адаптироваться к этим местам с помощью генной инженерии, биотехнологии и кибернетических усовершенствований.
Этические вопросы терраформирования.
Некоторые люди задаются вопросом - является ли терраформирование других миров этически допустимым действием. С точки зрения космоцентрической этики, решение включает в себя поиск баланса между необходимостью сохранения и развития человеческой жизни и внутренней ценностью существующей планетарной экологии.
Сторонниками про-терраформирующей стороны спора являются такие люди как Роберт Зубрин, Мартин Дж. Фогг, Ричард Л.С. Тейлор и покойный Карл Саган, которые считают, что моральный долг человечества - сделать другие миры пригодными для жизни, возникшей на Земле. Они также указывают, что Земля в конечном итоге будет разрушена, если природа пойдет своим чередом, так что человечество стоит перед выбором между терраформированием других миров и вымиранием всей земной жизни. Утверждается, что терраформирование совершенно бесплодных планет не является морально неправильным, поскольку не влияет на любую другую жизнь.
Зубрин резюмировал свою точку зрения:
Некоторые люди считают идею терраформирования Марса еретической - человечество играет в Бога. Другие увидели бы в таком достижении самое глубокое подтверждение божественной природы человеческого духа, проявленного в своей высшей форме, чтобы оживить мертвый мир. Я симпатизирую последней группе. Действительно, я бы пошел дальше. Я бы сказал, что неспособность терраформировать Марс представляет собой неспособность соответствовать нашей человеческой природе и предательство нашей ответственности как членов сообщества самой жизни. Сегодня живая биосфера имеет потенциал для расширения своего охвата и освоения совершенно нового мира. Люди, с их интеллектом и технологиями, являются уникальным средством эволюции биосферы, позволяющим ей первым из многих захватить землю. Бесчисленные существа жили и умерли, чтобы превратить Землю в место, которое могло создать и позволять человеческое существование. Теперь наша очередь внести свой вклад.
Противоположная сторона утверждает, что терраформирование было бы неэтичным вмешательством в природу и что, учитывая прошлое отношение человечества к Земле, другим планетам может быть лучше без вмешательства человека.
Третьи занимают промежуточную позицию, например, Кристофер Маккей, который утверждает, что терраформирование этически приемлемо только после того, как мы полностью убедились, что чужая планета не имеет собственную жизнь; но если это произойдет, мы не должны пытаться переделать другой мир для наших собственных нужд, а должны поддерживать инопланетную жизнь и помогать ей процветать и развиваться или даже сосуществовать с людьми.
Даже такая позиция могла бы рассматриваться самыми строгими приверженцами невмешательства как терраформирование. Такие люди, как, например, Ричард Сильван, сказали бы, что любая жизнь имеет право в своей домашней биосфере развиваться без всякого внешнего вмешательства.
В общем, вопрос этичности терраформирования можно сформулировать по-разному. Хотя сейчас он не является насущным. И может выглядеть даже какой-то бессмыслицей, при которой люди ("которым нечем заняться") обсуждают, не будет ли издевательством над животными их разведение в условиях другого мира, где другая сила тяжести, продолжительность дневного и ночного циклов и различие или даже отсутствие магнитных полей могут нанести вред данным живым организмам и привести к "искажению" их эволюционной линии.
Однако при этом вопрос остается, и звучит просто - как далеко готово зайти человечество в погоне за своими целями?
Этот вопрос касается не только терраформирования других планет, но и нашего поведения на Земле. Должны ли мы пытаться сохранить то, что есть. При том, что наблюдаемое нами состояние - это лишь краткий миг в общей истории Земли и даже в истории жизни на Земле. Или же мы должны смело взять на себя ответственность за перестройку мира вокруг, согласно нашему видению и потребностям?
В конце концов, никто не может гарантировать, что кто-то из космоса когда-нибудь не попытается уничтожить людей, не терзаясь моральными сомнениями. Так этот вопрос был затронут в "Автостопом по Галактике".
Принципиальная критика терраформирования
Терраформирование можно рассматривать как трату драгоценных материалов относительно более выгодного альтернативного использования. Критики полагают, что применение терраформирования ограничит потенциал роста человечества, заключив полезный материал внутри астрономического объекта. После того, как поверхность планеты или спутника будет терраформирована, и люди поселятся на ней, все внутренние материалы будут необходимы для поддержания условий для жителей.
В то же время, если бы материал планеты был использован в качестве строительного для создания космического жилья, тогда было бы возможно поддерживать гораздо большее количество жизней.
Это уже упоминалось в статье про колонизацию астероидов - материал всего одной карликовой планеты Цереры позволил бы построить орбитальные дома для триллиона (!) человек.
Резюме:
- Стоимость такого проекта, как планетарное терраформирование, была бы гигантской.
- Всю инфраструктуру и технологии для такого предприятия пришлось бы строить и разрабатывать с нуля.
- Финансовая целесообразность подобных действий на данный момент представляется, мягко говоря, спорной. Возможно, она останется таковой и в будущем, если человечество предпочтет строить орбитальные поселения, которые дешевле и практичнее.
- На данный момент ни национальная гордость, ни соперничество разных политических систем (как было между СССР и США) не могут являться мотивами для столь масштабных проектов.
- Других мотивов, помимо экономических и репутационных, тоже нет.
- Человечество еще не может спрогнозировать достаточно хорошо столь сложное воздействие.
- При этом у человечества уже есть некоторые возможности для проведения терраформирующих действий. Уже существуют или могут быть реализованы в ближайшем будущем проекты по буксировке небольших астероидов, по созданию искусственных бактерий и доставке их на другую планету.
- Зато виды были бы красивенные. Представьте, сколько бы прекрасных пейзажей появилось в Инстаграм :)
***
В следующей статье поговорим о наиболее близких целях терраформирования - Марсе и Венере.
Спасибо за внимание!