В «Марсианских хрониках» Рей Бредбери нарисовал Красную планету, как похожий на Землю кислородный мир с плотной атмосферой. К сожалению, реальность оказалось далека от представлений начала 1950-х годов. Сегодня - очевидно, что планета Марс безжизненна и непригодна для обитания человека без средств защиты.
Однако, данный факт вовсе не означает, что Марс невозможно приспособить для жизни людей. До путешествий к другим звездным мирам еще довольно далеко. Поэтому на данном этапе учеными составляются планы по т.н. терраформированию ближайшей к нам Красной планеты, т.е. его превращению в землеподобный мир.
Каковы условия на поверхности Марса сейчас
Автоматические роверы, отправленные американцами на Красную планету, передали на Землю многочисленные фото Марса.
Всего агентством НАСА были реализованы четыре миссии с участием пяти марсоходов: «Соджонер» (1997 г), «Спирит» (2004-2010 гг.), «Оппортьюнити» (2004-2018 гг.), «Кьюриосити» (с 2012 г) и «Персеверанс» (с 2021 г).
Два последних до сих пор передвигаются по пыльным дорожкам далекой планеты, транслируя фото Марса, которые не отличаются особым разнообразием. Унылую картину зафиксировал и китайский марсоход «Чжужун», катавшийся по планете в 2020-2021 гг.
Примерно четверть марсианского грунта составляет кремнезем, т.е. оксид кремния. Из него же, кстати, состоит и львиная доля литосферы Земли, что делает планеты похожими.
Красный цвет Марсу придают оксиды и гидраты железа, содержание которых в верхних слоях планеты достигает 15%.
Данный факт делает перспективным металлургическое производство после колонизации Марса и не является проблемой для земледелия, а вот терраформирование отнюдь не упрощает. Однако настоящую проблему для жизни человека на поверхности планеты составляют пять основных факторов.
- Атмосфера планеты непригодна для дыхания, поскольку на 95,3% состоит из углекислого газа.
- Давление на поверхности составляет всего 0,63% от земного, поэтому человека без скафандра на Марсе разорвет внутренним кровяным давлением, рассчитанным на взаимодействие с мощным столбом земной атмосферы.
- Средняя температура на Марсе составляет -63 °С, т.е. в целом здесь значительно холоднее, чем в Антарктиде. Вместе с тем, в экваториальных областях температура может достигать +27 °С и даже +35 °С (именно такой максимальный показатель зафиксировал марсоход «Спирит»), а в районе полярных шапок - снижаться до -127 °С. Столь огромные колебания связаны со слабой конвекцией в атмосфере Марса в силу ее разреженности.
- Магнитное поле Марса очень слабое – примерно в 500 раз меньше земного, поэтому он практически не имеет защиты от солнечной радиации. В 2001 г. с помощью аппарата НАСА «Одиссей» было установлено, что поглощенная доза излучения на поверхности Красной планеты составит для человека около 8 Рад в год, что в 13 раз больше, чем на Земле. И это не считая того, что во время солнечных вспышек радиационная нагрузка на Марс заметно увеличивается.
- На Марсе повышена метеоритная опасность, поскольку его атмосфера настолько разрежена, что метеоры не сгорают в ней (как в земной или венерианской атмосферах), а почти все достигают поверхности.
Указанные проблемы тесно взаимосвязаны. Например, именно магнитное поле оказывает важное влияние на удержание атмосферы вокруг Земли. Если бы не оно, то солнечный ветер постепенно сносил воздух, и через несколько сотен миллионов лет наша планета оказалась бы похожей на Марс – истончившаяся атмосфера не смогла бы удерживать воду в жидком состоянии, не говоря уже о поддержании жизни.
По последним данным, именно это и произошло с Марсом после того, как 4-4,2 млрд. лет назад остановилось его внутренне «динамо», т.е. металлическое ядро перестало вращаться. Данное событие произошло либо вследствие столкновения планеты с крупным астероидом или из-за слишком быстрого остывания ее ядра.
Терраформирование Марса начнется с создания магнитного поля планеты
Перед тем, как насыщать атмосферу Марса и, соответственно, повышать давление и температуру на его поверхности, следует позаботиться об устранении естественной утечки воздуха в космос. Для этого понадобится воссоздать магнитное поле планеты или хоть какое-то его подобие. На сегодня не существует реалистичных проектов по запуску вращения металлического ядра Марса. Эта задача столь масштабна, что человечеству понадобилось бы перепрыгнуть сразу через несколько ступенек своего развития.
Зато разработаны куда более простые и менее энергозатратные проекты создания магнитного поля Марса. Один из них в 2017 г представила группа ученых из планетологического отделения агентства НАСА.
Согласно их замыслу в точке Лагранжа между Марсом и Солнцем будет развернут космический модуль с мощными дипольными магнитами, которые создадут поле мощностью до 2 Тесла.
Примерно такие же магниты сейчас работают в Большом адронном коллайдере, поэтому технологически устройство воспроизводимо уже сейчас. Доставить его в окрестности Красной планеты в наше время, разумеется, невозможно, но потомки что-нибудь придумают.
Формируемый аппаратом магнитный «хвост» накроет собой Марс, где его напряженность будет достигать нескольких долей Тесла. Это сопоставимо с напряженностью земного магнитного поля, а значит - вполне достаточно для удержания газовой оболочки вокруг Красной планеты.
Как полагают авторы проекта, уже этого хватит для постепенного (и почти естественного) увеличения плотности воздушной оболочки. Данный эффект, в свою очередь, приведет к повышению давления и температуры на поверхности, но до каких именно показателей – точно неизвестно.
Современные технологии пока неспособны создать источник энергии, который бы длительное время запитывал дипольные магниты огромной мощности. Не исключено, что такие возможности появятся ближе к концу XXI века, впрочем, раньше этого срока о колонизации Марса думать слишком рано.
Второй этап: повышение давления на поверхности Марса
Для этого придется фактически заново сформировать атмосферу Марса, по плотности сопоставимую с земной. Причем на первом этапе, скорее всего, ее главным компонентом будет углекислый газ, который в связанном состоянии уже есть на Марсе. Проще всего добыть его из полярных шапок, которые, собственно и состоят из СО2.
Изобретательный Илон Маск уже придумал свой вариант превращения твердой (замерзшей) углекислоты в газообразную. Для этого он предложил подвергнуть полярные шапки Марса бомбардировке термоядерными зарядами, которых человечество все равно - наделало столько, что их некуда девать.
Ученое сообщество подвергло критике идею Илона Маска, поскольку СО2, содержащегося в полярных шапках совершенно не хватит для формирования атмосферы надлежащей плотности. Даже если полностью их растопить и превратить в газ, давление на Марсе поднимется всего до 40 миллибар, т.е. до 2,5% от земного, чего явно недостаточно. При этом Северные и Южные районы Марса (прежде всего водные ресурсы) будут безнадежно испорчены радиацией.
Скорее всего, наряду с переводом в атмосферу содержимого марсианских полярных шапок, ученым предстоит разработать эффективный способ добычи газов из грунта планеты.
Возможно, в этом помогут бурно развивающиеся биотехнологии. Создать анаэробные микроорганизмы или даже растения, которые будут вольготно себя чувствовать на кремнеземах Марса и выделять в его атмосферу СО2 – задача не такая уж сложная даже на текущем этапе развития науки.
Третьим источником газов для атмосферы Марса может стать техногенная деятельность людей. Если выбросы в атмосферу Земли того же СО2 – вредны, то для Марса работа электростанций и перерабатывающих комплексов (если конечно там найдется что добывать) может стать одним из важных факторов терраформирования.
Наконец, четвертой возможностью насыщения атмосферы Красной планеты – может стать буксировка на его поверхность глыб из близлежащего пояса астероидов. Наряду с каменными осколками в нем достаточно тел, состоящих из замерзших газов и даже воды.
Кроме выполнения основной задачи по повышению плотности атмосферы, большие массивы водяного льда, спущенные на поверхность, помогут образовать водоемы, ведь собственной воды на Марсе, судя по всему, немного.
Пока у человечества нет двигателей и космических аппаратов, способных перемещать столь крупные объекты, но возможно, к старту колонизации Марса они уже появятся. Разумеется, подобная бомбардировка поверхности астероидами будет проводиться до периода колонизации Марса, пока там еще нет людей.
Третий этап: насыщение атмосферы кислородом
Данная задача, пожалуй, самая простая и вполне реализуема даже без разработки революционных технологий. Уже сейчас биологам известны десятки организмов, способных выживать при больших колебаниях температур, поглощать углекислый газ и выделять кислород. Ярким примером являются широко известные цианобактерии, которым для жизни нужна только вода и СО2, причем размножаются они с огромной скоростью.
Если «уронить» на Марс несколько водяных комет, а в получившиеся водоемы высеять цианобактерии, а также сине-зеленые водоросли, «кислородообразующий» этап терраформирования Марса растянется на несколько десятилетий.
С учетом повсеместного присутствия в марсианском грунте железосодержащих минералов, в насыщении атмосферы кислородом могут помочь и анаэробные, т.н. железовосстанавливающие бактерии, хорошо известные современной биологии.
Правда в этом случае Марс утратит право носить название Красной планеты. В результате жизнедеятельности - подобные микроорганизмы выделяют смешанные гидроксиды железа, имеющие зеленоватый оттенок. Таким образом, Марс претерпит коренной редизайн и станет Бурой, а то и Сине-зеленой планетой.
Заключительный этап колонизации Марса – аграрный
Имея пусть искусственное, но эффективное, магнитное поле, давление сопоставимое с земным, а также кислородную атмосферу, Марс станет пригодным для существования биосферы. Ее началом, разумеется, станут простейшие микроорганизмы – бактерии, грибы, водоросли, а затем и растения.
Благодаря этому на поверхности рано или поздно появится слой гумуса. Это и станет периодом, когда человечество получит в свое распоряжение Землю-2, на которой можно вести сельское хозяйство, строить города и жить примерно той же жизнью, что и на материнской планете.
Не исключено, что кажущиеся сегодня фантастическими планы, начнут реализовываться уже в конце текущего столетия. Так может Рей Бредбери в своих «Хрониках», был не так уж далек от истины, лишь немного поторопив время?