- Добавить в закладки
- Фейсбук
- Твиттер
- телеграфировать
- ВК
- тюлень
- электронная почта
- Копировать ссылку
Планы SpaceX относительно Марса включают терраформирование, и ученые продолжают публиковать многочисленные статьи, исследующие осуществимость этого плана и то, как лучше всего его осуществить. Кто-то пишет о Марсе, кто-то о Луне, а кто-то о Венере или карликовых планетах. Некоторые полагают, что это просто прихоть, поскольку достичь экзопланет с земными условиями в конечном итоге будет проще, чем создать вторую Землю из близлежащих планет. Так разве терраформирование — это не фантастика? Кто прав? Стоит ли нам ожидать появления деревьев на Марсе, как предполагают последние научные статьи по этому вопросу?
Терраформирование – это процесс превращения планеты в пригодную для жизни человека. Зачем это делать? С одной стороны, Циолковский ответил на этот вопрос очень рано, и бесконечного пространства в нашем тексте нет. Суперкраткое объяснение (чтобы не повторять Циолковского) следующее.
Виды, обитающие в отдаленных и ограниченных районах, например, на островах, часто вымирают. Только за последние две тысячи лет более двух тысяч из них исчезли. Причина всегда одна: ваш остров может стать непригодным для жизни. Здесь вы либо рано поселитесь на нескольких островах, либо умрете — другого выхода просто нет. Других обитаемых островов в космосе рядом с Землей нет. Поэтому их необходимо создать. Создан из «островов», которые на данный момент представляют собой просто безжизненные камни. Первый вопрос на этом пути: на каких небесных скалах мы действительно можем обитать?
Что стоит терраформировать: самая лучшая цель недоступна
Планета для обитания человека должна отвечать этим требованиям, иначе человечество в долгосрочной перспективе погибнет. Первый из них находится далеко от космической радиации, и, как мы уже писали, уровни космической радиации безопасны даже на Марсе сегодня. Самое важное требование для обитаемой планеты другое: сильная гравитация.
мы рождаемся и воспитываемся в условиях стресса в 1 г, поэтому наш организм прекрасно к нему адаптируется. Оказавшись на орбите, космонавты быстро начинают терять мышечную и костную массу. Это происходит, даже если вы тренируетесь по два часа в день. Легко понять, почему: в невесомости наша нагрузка ничтожна, два часа тренировки, как и четыре, не компенсируют еще 20 «пустых» часов.
Потеря костной массы в течение любого периода тренировок будет не менее 1% в месяц, и такая закономерность в течение 20 месяцев может оказаться фатальной: потеря 20% костной массы является фатальной.
В этом смысле большинство небесных тел сразу теряют привлекательность для колонизации. Возьмем в качестве примера Цереру: она кажется идеальным объектом, где затраты топлива на полет туда такие же, как на полет на Луну. Но сила тяжести более чем в 30 раз меньше, чем на Земле: деградация костей неизбежна луна? Немного лучше, но тоже сомнительно: 1/6 земной гравитации. Титан с его плотной азотной атмосферой? Это 1/7 земной гравитации. Бесчисленные астероиды? Все плохо, даже хуже, чем на Церере.
Идеальным кандидатом на роль гравитации является Венера, гравитация которой составляет 0,9 земной. Увы, непосредственно дооснащение там в обозримом будущем невозможно. Да, есть предложения охладить Землю, отправив на ее орбиту астероид, взорвав его термоядерной бомбой и образовавшейся пылью заблокировав солнечный свет. К сожалению, это мало что дает: даже если его охладить, на поверхности он не выживет.
Идея терраформирования в более или менее современном виде впервые появилась в научной фантастике в 1940-х годах, затем в научно-популярной статье Карла Сагана и впервые касалась Венеры (1961). План прост: поместите в локальные облака споры микроводорослей, которые расщепляют углекислый газ на кислород и углерод (углерод выпадает, кислород остается). Это уменьшит локальный парниковый эффект и сделает Венеру более прохладной.
С современной точки зрения эти предложения кажутся наивными. Микроводорослям нужна вода, а воды на Венере катастрофически не хватает (однако в 1961 году астрономы этого еще не знали). Да, теоретически на Венеру можно было бы доставить миллион крупных комет, бросить их под очень небольшим углом и обеспечить желаемое количество воды.
Но перемещение крупных объектов — непростая задача: гидросфера Земли содержит 1,3 миллиарда тонн воды (1, за которой следует 18 нулей). Даже без учета космических потерь Венере потребовались бы миллиарды тонн. Да, если бы сначала охладить Землю, взорвав перед ней астероид и покрыв его солнечной пылью, стратосфера не намокла бы и потеря воды была бы минимальной, но какой в этом смысл? Современная цивилизация просто не располагает буксировочным аппаратом для переброски необходимого количества воды из богатой кометами части Солнечной системы на вторую планету.
Но головы у ученых закружились, и со временем появились первые нереалистичные предложения Сагана, на смену которым пришли более осуществимые.
Вторая по привлекательности цель: Марс
Конечно, вторым наиболее терраформируемым объектом в системе была, есть и всегда будет ее четвертая планета. Причина проста: это единственная планета, к которой мы можем получить доступ в этом столетии, которая имеет гравитацию всего 0,38 земной и имеет хоть какую-то атмосферу.
На первый взгляд это выглядит смешно: Марс в десять раз легче Земли, атмосфера в 160 раз менее плотная, среднегодовая температура на Земле -64 градуса против +15 градусов здесь, а на планете почти нет жидкой воды поверхности (давление настолько низкое, что даже временные потоки возникают почти повсюду и почти сразу испаряются). Какая польза от терраформирования?
Карл Саган предложил концепцию терраформирования Марса в 1973 году. Он предложил разработать растения, которые могли бы расти на местных полярных ледяных шапках, но становиться темнее по цвету, вызывая таяние полярных ледяных шапок. Там много сухого льда, а это означает, что нынешняя довольно слабая марсианская атмосфера (1/160 давления Земли) станет лучше, а парниковый эффект от более плотного слоя газа сделает Марс холоднее, чем Марс, намного выше. Нынешний. В результате большая часть водяного льда Марса превратится в воду, начнут выпадать осадки, появятся водоёмы.
Сагану этот план показался логичным, главным образом потому, что он не принял во внимание биологические детали (простительные для астронома): Честно говоря, даже местным летом на Марсе наиболее холодно (Растения в полярных регионах также испытывают проблемы с фотосинтезом: слишком холодно.
Несколько лет назад Илон Маск полушутя предположил в Твиттере, что он мог бы реализовать идею Сагана о таянии полярных ледяных шапок, используя только термоядерные взрывы. Видимо расчеты он не делал, потому что если бы они были, то даже энергии одного миллиона ядерных арсеналов на всю планету не хватило бы для решения такой задачи.
Наконец, в 2018 году группа учёных НАСА даже заявила, что возможности терраформировать Марс на самом деле нет. Согласно их исследованиям, даже если бы все полярные шапки Красной планеты расплавились, в них не было бы достаточно углекислого газа, чтобы повысить атмосферное давление и парниковый эффект до уровня, на котором можно было бы ходить туда без скафандра. Следовательно, тогда нет возможности выращивать деревья и производить кислород из углекислого газа. Всё, вот мы, Марс вторая Венера, то есть планета без шансов на терраформирование?
Но есть еще способ. На самом деле критика сотрудников НАСА основана на плохом понимании истинного прошлого планеты. В его основе лежит идея о том, что легкодоступный углекислый газ на четвертой планете присутствует только на полюсах: этих запасов действительно недостаточно для завершения полного терраформирования.
но некоторое время назад ученые проанализировали пузырь в древней атмосфере марсианского метеорита. Изотопный анализ показывает, что он был выброшен с поверхности Марса четыре миллиарда лет назад. Оказывается, соотношение изотопов аргона-36 и аргона-38 в метеоритном газе отличается от соотношения изотопов в современной марсианской атмосфере.
Посмотрите: что это повлечет за собой? Вот в чем дело: это изменение было бы невозможно, если бы атмосфера Земли не была в значительной степени связана почвой и горными породами. Теперь, когда эти изменения существуют, становится ясно, что основные части древней плотной марсианской коры не улетели в космос, а оказались в ловушке под поверхностью планеты.
Путем анализа метеоритов было установлено, что плотность местной атмосферы в прошлом составляла не менее 0,5 плотности современной Земли. Если принять во внимание связующую способность почвы, то она, скорее всего, находится в пределах 0,9-1,8 современных земных значений.
То есть большая часть местной атмосферы не ушла в космос, как считали до недавнего времени ученые, а все еще находится на четвертой планете. Он ограничен только своим реголитом (адсорбцией) или породой (например, углекислым газом в земном известняке).
Газы, связанные с реголитом, могут выделяться. Нагревание образцов марсианской породы на борту «Кьюриосити» выявило наличие как минимум оксидов азота: еще одного газа в древней марсианской атмосфере, который был связан с ее почвой.
Но по мере увеличения глубины вероятность улавливания углекислого газа возрастает. Другая группа ученых НАСА заметила это еще в 1977 году, отметив, что на поверхности Марса были явные следы жидкой воды, которая сегодня закипела бы из-за чрезвычайно низкого давления или замерзла бы из-за холода. Весьма странные климатические колебания типа «холодный Марс – теплый влажный Марс» случались уже не раз. Их трудно объяснить иначе, как наличием на Земле большого количества углекислого газа, связанного с почвой.
Однако само по себе наличие углекислого газа в атмосфере Красной планеты не гарантирует успеха. Во-первых, пока сложно подсчитать их количество. Имеет ли молодой Марс давление 0,9-1,8 атмосферы? половина? Четверть? Это можно определить только путем серии буровых работ на месте. Во-вторых, осталось самое сложное: нагреть планету настолько, чтобы углекислый газ потерял контакт с марсианским реголитом и достиг поверхности.
Как нагреть целый мир
Человечеству хорошо известно, что одни газы нагревают атмосферу в тысячи раз лучше, чем другие. Например, гексафторид серы (SF6) и тетрафторид углерода (CF4) производят парниковый эффект в 200 000–30 000 раз сильнее, чем такое же количество углекислого газа в марсианских условиях. Поэтому такие газы называют суперпарниковыми газами.
Очень важно: четвертая планета наполнена сырьем, необходимым для производства. Фторид кальция (CaF2) довольно распространен в местных почвах, поэтому 1-2% массы местного реголита составляет фтор. Это намного выше, чем земная почва. Сера и углерод более распространены на поверхности Земли. Так что там можно добыть как минимум несколько квадриллионов тонн.
Но вам не нужно так много. Расчеты другой научной группы НАСА показывают, что около 5 миллиардов тонн будет достаточно, чтобы нагреть Землю более чем на десять градусов. После этого углекислый газ на полюсах и в почве потеряет стабильность и начнет испаряться, создавая на Марсе так называемый взрывной парниковый эффект — ситуацию, которую ученые когда-то опасались для Земли. По оценкам многих ученых, этот парниковый эффект приведет к тому, что средняя температура на Земле достигнет +15°C. Это огромное количество – как и на современной Земле. Такая температура может быть достигнута, потому что, хотя Марс находится дальше от Солнца, содержание парниковых газов на нем значительно увеличится, а в земной атмосфере этих газов ничтожно мало.
Дело это не простое: помимо рабочих, обеспечивающих производство 100 миллионов тонн суперпарниковых газов в течение 50 лет, потребуются как минимум десятки гигаватт непрерывно действующих электростанций из-за производства тетрафторида углерода и его производных. Аналоговый процесс является эндотермическим, то есть предполагает поглощение тепла. Подходят только атомные электростанции, поскольку солнечные электростанции на Марсе не могут обеспечить стабильное энергоснабжение. Но в принципе в России достаточно 20 ГВт АЭС, это разумный объем.
А как там дышать?
Еще одно узкое место: кислород. Чтобы получить разумные цифры, вам нужно будет доставить на Марс фотосинтезирующие организмы. В лабораториях на Земле лишайники и мхи продемонстрировали способность расти при температурах и давлениях, аналогичных марсианским. После того, как наступит взрывной парниковый эффект, вода появится в местах, где под поверхностью Марса находится плотный водяной лед (а его много.
Но правда в том, что мхи и лишайники не являются самыми быстрыми фотосинтезаторами. Это логично: они тратят много энергии, чтобы выжить в сложных обстоятельствах. Они не могут производить кислород быстро. В этом могут помочь деревья: как мы недавно отметили, некоторые деревья могут расти даже в условиях низкого содержания кислорода. Однако сначала мы должны каким-то образом получить этот контент. Можно начать использовать хлореллу или другие подобные организмы, которые выращиваются на заводе с большими резервуарами с соленой водой для достижения минимального уровня кислорода.
Тогда, чтобы массово посадить деревья, необходимо каким-то образом подготовить почву, в которой важную роль будут играть лишайники и мхи (они помогают сформировать почву, хотя бы минимально пригодную для высших растений). Однако даже после масштабной посадки деревьев пройдет как минимум тысяча лет, прежде чем на Марсе можно будет дышать без кислородных баллонов.
Однако в этом случае пройти по нему без скафандра станет реальностью уже через сто лет. Спустя десятилетия после начала взрывного парникового эффекта давление и средние температуры на Марсе будут такими же, как на Земле, в высокогорье выше восьми километров. При этом низкое давление не будет проблемой: обычный кислородный аппарат позволит нормально ходить по земле.
Очевидный вывод заключается в том, что терраформирование Марса возможно, но это будет давнее приключение. От начала этого процесса до хождения без скафандра, но с кислородной маской проходит сто лет. До того момента, когда вы сможете ходить без маски, еще тысяча лет. Стоит ли эта игра того? Заранее сказать невозможно: не попробуешь — не узнаешь. Но, как ни странно, возможность инициировать такой процесс еще есть. Маск не планирует строить на Марсе колонию на миллион человек для туризма.
О каком терраформировании вообще может идти речь — ведь нигде, кроме Земли, нет магнитного поля?
Зная по опыту типичные реакции русскоязычной аудитории, мы должны подчеркнуть эту часть, чтобы развеять первое и наиболее распространенное заблуждение о терраформировании. Вот в чем дело: для того, чтобы поверхность небесного тела стала обитаемой на уровне Земли, там необходимо магнитное поле. Сторонники этой идеи говорят, что нет смысла увеличивать плотность атмосферы Марса, потому что вся эта атмосфера будет унесена в космос солнечным ветром. По мнению сторонников этой идеи, магнитосфера защищает нас от вредного космического излучения, поэтому без магнитного поля Земля не смогла бы поддерживать сложную жизнь.
Это не так: даже здесь, на Земле, по современным меркам, магнитное поле падает почти до нуля каждые десятки тысяч лет. Тем не менее, мы, люди, и все остальные довольно спокойно к этому относимся. Причина в том, что космическое излучение не так уж сильно, а защита атмосферы от него не слабее магнитного поля.
Аналогично, для поддержания плотной атмосферы не требуется магнитное поле. Венера и Титан вообще не имеют глобальных магнитных полей. Однако их атмосфера в 90 и в четыре раза плотнее атмосферы Земли. В атмосфере Венеры даже в четыре раза больше азота, чем в атмосфере Земли (хотя Венера меньше и имеет более слабую гравитацию). То есть даже относительно легкие газы будут оставаться в атмосфере миллиарды лет полностью без всякого магнитного поля. И даже если солнечный ветер и «дует» на небесные тела, то гораздо сильнее, чем на Земле, не говоря уже о Марсе.
А что же другие небесные тела Солнечной системы? Неужели никаких надежд?
Вы часто слышите: Почему нас должна волновать гравитация? Почему люди в будущем не оборудуют колонии астероидов компактными центрифугами?
Разработка таких центрифуг уже велась: в Советском Союзе люди жили внутри компактных центрифуг, готовясь к полету на Марс в 1970-х годах. Проблема в том, что центрифуга либо слишком велика, либо не будет там работать. В противном случае разница в ускорении в разных частях тела была бы слишком некомфортной. В таких центрифугах можно спать, но работать придется вне них. Это означает, что объекты без гравитации просто не подходят.
Да, теоретическое решение есть: люди могли бы жить за счет баллонов Кларка, мы писали об этом здесь. Это огромные цилиндрические конструкции, которые работают как гигантские центрифуги. Среди них, вероятно, гидросфера и атмосфера, сады и парки. Владелец Amazon и Blue Origin Джефф Безос даже предпочитает их колонизации Марса.
Но мы не хотим переоценивать перспективность этого варианта. Люди любят планеты. Цилиндр Кларка мог бы стать очень хорошим колонизационным ковчегом, своего рода «суррогатным кораблем» для сверхдальних полетов к другим звездным системам. Но многолетняя любовь к этим местам сомнительна. Исторически наш вид на протяжении тысячелетий имел тенденцию исследовать новые земли, а не втискиваться в искусственные корабли.
Кажется, если мы хотим терраформировать другую планету, мы не можем пропустить древнее приключение на Марсе.