Считается, что вода текла на Марсе миллиарды лет назад, то немногое, что осталось сегодня, замерзло в полярных ледяных шапках и под почвой. При разреженной атмосфере и слабом Солнце средняя температура составляет около -62ºC, что холоднее, чем в большинстве мест на Земле. Чтобы сделать Красную планету пригодной для выращивания сельскохозяйственных культур, получения жидкой воды и собственного тела, необходимо значительно повысить температуру.
По иронии судьбы, исследователи считают, что смогут преобразить нашу соседку-планету, используя тот же механизм, который приводит к глобальному потеплению на Земле. «Общая идея заключается в искусственном создании теплицы, - говорит Самане Ансари, аспирант Северо-Западного университета и ведущий автор нового исследования. Ученые пытаются найти вещество, которое, попадая в атмосферу в больших количествах, задерживало бы тепло подобно тому, как это делают водяной пар и углекислый газ на Земле».
В одном из предыдущих исследований предлагалось поднимать в атмосферу хлорфторуглероды - те самые разрушающие озон соединения, которые когда-то использовались в аэрозолях, таких как лак для волос. В другом недавнем исследовании ученые предложили укладывать на землю плитки из прозрачного и легкого кремнеземного аэрогеля, чтобы удерживать тепло в марсианской почве и одновременно блокировать вредное ультрафиолетовое излучение. Но главным препятствием для обоих подходов будет стоимость: Поскольку хлорфторуглеродов на поверхности Марса мало, а силикагели требуют человеческого производства, с Земли придется доставлять огромные количества каждого вещества, что практически невозможно при использовании современных ракет.
Ансари и ее коллеги хотели проверить теплоулавливающие способности вещества, которое Марс содержит в изобилии: пыли. Марсианская пыль богата железом и алюминием, которые придают ей характерный красный оттенок. Но ее микроскопический размер и примерно сферическая форма не способствуют поглощению излучения и отражению его обратно на поверхность.
Поэтому исследователи придумали другой вариант: использовать железо и алюминий, содержащиеся в пыли, для изготовления стержней длиной 9 микрометров, что примерно в два раза больше, чем частица марсианской пыли, и меньше, чем имеющиеся в продаже блестки.
Ансари создала симуляцию, чтобы проверить, как эти теоретические частицы будут взаимодействовать со светом. Она обнаружила «неожиданно огромный эффект» в том, как они поглощают инфракрасное излучение с поверхности и как они рассеивают это излучение обратно на Марс - ключевые факторы, определяющие, создает ли аэрозольная частица парниковый эффект.
Сотрудники Чикагского университета и Университета Центральной Флориды ввели эти частицы в компьютерные модели климата Марса. Они изучили эффект от ежегодного введения 2 миллионов тонн стержней на высоте от 10 до 100 метров над поверхностью, где они будут подниматься на большую высоту турбулентными ветрами и оседать в атмосфере в 10 раз медленнее, чем естественная марсианская пыль.
Марс может нагреться примерно на 10°C в течение нескольких месяцев, обнаружила команда, несмотря на то, что для этого потребуется в 5000 раз меньше материала, чем для других предложенных схем парниковых газов. 2 миллиона тонн частиц - это около шести зданий Эмпайр-стейт-билдинг и примерно 0,1% промышленных металлов, добываемых на Земле каждый год. Но поскольку сырье для стержней существует на Марсе, люди могли бы добывать его на Красной планете, говорит команда, устраняя необходимость в транспортировке с Земли.
Тем не менее, «повышение температуры планеты - это лишь одна из тех вещей, которые нам нужно будет сделать, чтобы жить на Марсе без посторонней помощи», - говорит Хуан Алдай, постдокторский исследователь планетарных наук из Открытого университета, не участвующий в работе. Например, количество кислорода в атмосфере Марса составляет всего 0,1% по сравнению с 21% на Земле. Давление на Марсе также в 150 раз ниже, чем на Земле, что может привести к закипанию человеческой крови. На Марсе нет озонового слоя, а значит, нет защиты от вредного ультрафиолетового излучения Солнца. Более того, даже после потепления марсианские почвы могут оказаться слишком солеными или токсичными для выращивания сельскохозяйственных культур. Другими словами, говорит Макиннес, повышение температуры «не является каким-то волшебным переключателем», который сделает Марс пригодным для жизни.
Однако это не мешает Ансари и ее коллегам изучать возможности. Далее они надеются изготовить и протестировать предложенные ими наностержни в лаборатории, а также изучить влияние различных форм, размеров и других ингредиентов, таких как углерод и магнетит.
Исследователи признают, что в ближайшее время ученые вряд ли будут заниматься планетарной инженерией на Марсе. Но Эдвин Кайт, планетолог из Чикагского университета и соавтор исследования, говорит, что изучение терраформирования также показывает, насколько важно изучать Землю. «Можем ли мы понять климат и экосистемы достаточно хорошо, чтобы построить их в другом месте?»