Ідея як-небудь терасоутворюючого Марса зробити його більш придатним є візіонерською, науково-фантастичною мрією. Але тепер, матеріал під назвою аерогель кремнезему може зробити загалом уявлення про терасоутворюючий Марс дещо менш неможливим.
Помітні люди від Карла Сагана до Елона Маск запропонували утеплити Марс та створити атмосферу, а фокус полягає у замерзлому CO2 та воді у полярних шапках планети. Саган сказав, якщо ці шапки можна випарувати якось, то ефект парникових газів CO2 зробить все інше. Муск сказав, грізно і напівжартовно, що атомні бомби, скинуті на полюси, зроблять трюк.
Триває серйозна наукова робота з вивчення ідеї, принаймні теоретично. Основне питання полягає в тому, чи вистачає Марсу CO2 і води для створення атмосферної щільності, подібної Землі?
У 2018 році вчені з університету Колорадо вивчили це питання. Їх висновок? Тераформувати Марс неможливо за наших сучасних технологій, те, що більшість людей вже відчували певне, було правдою.
«Наші результати свідчать про недостатню кількість СО2 Залишившись на Марсі, щоб забезпечити істотне потепління парникових газів, газ, який потрапляв в атмосферу; крім того, більшість СО2 газ недоступний і його не можна легко мобілізувати. В результаті терасотворення Марса неможливо за допомогою сучасних технологій », - сказав Брюс Якоський, професор Лабораторії фізики атмосфери та космосу Університету Колорадо, Боулдер.
Але це було рік тому, і технології постійно розвиваються.
У новому дослідженні Nature Astronomy, дослідники тріо з Лабораторії реактивного руху NASA, Гарвардського університету та Едінбургського університету, припускають, що Марс можна зробити житловим, якщо ми змінимо своє мислення та використаємо нові технології. Замість того, щоб грандіозні мрії зробити цілу частину червоної планети придатною для життя, те, що вчені називають Глобальною Атмосферною Модифікацією (GAM), що робити, якщо малі регіони можуть бути перетворені?
Ключовою ланкою їхнього мислення є силікатний аерогель.
"Цей регіональний підхід до забезпечення існування Марса набагато досяжнішим, ніж глобальні зміни атмосфери".
Робін Вордсворт, Гарвардська школа Джона А. Полсона, інженерно-прикладних наук
Силікатний аерогель - це не те, що ви можете подумати. Замість власне гелю, це твердий, жорсткий, сухий матеріал. Він створений шляхом вилучення рідини з гелю процесом, який називається надкритичним сушінням; той самий процес, що використовується для приготування кави без кофеїну.
Дослідники, які стояли за цим новим дослідженням, використовували моделі та експерименти, щоб показати, що тонкий шар 2–3 см (1,8–1,2 дюйма) аерогеля міг би дозволяти проникненню сонячного світла, але захоплював би тепло. Гель також дозволить забезпечити достатню кількість сонячного світла для фотосинтезу і назавжди зігріє вкриту ним ділянку, дозволяючи танути водяному льоду та замерзлому СО2. Можливо, найкраще, що для цього не знадобилося б джерело тепла, яке потребує енергії.
"Цей регіональний підхід до створення Марса житловим є набагато досяжнішим, ніж глобальна атмосферна модифікація", - сказав Робін Вордсворт, асистент кафедри екологічних наук та техніки в Гарвардській школі інженерії та прикладних наук Джона А. Полсона (SEAS) та департаменту Землі і планетарної науки. "На відміну від попередніх ідей зробити Марс житловим, це те, що можна систематично розробляти і тестувати за допомогою матеріалів і технологій, які ми вже маємо", - сказав він у прес-релізі.
“Малі острови заселеності”
"Марс - це найбільш заселена планета в нашій Сонячній системі, окрім Землі", - сказала Лаура Кербер, науковий співробітник лабораторії реактивного руху НАСА. "Але він залишається ворожим світом для багатьох видів життя. Система створення невеликих островів, що мешкає, дозволила б нам перетворити Марс контрольованим та масштабованим способом ».
Аерогель кремнезему, острів житлової ідеї був натхненний чимось, що вже відбувається на полюсах Марса.
На відміну від Землі, СО2 на Марсі замерз, захоплений на полюсах. Хоча тут на Землі полюси - це водяний лід, марсіанські полюси - це поєднання водяного льоду та льоду CO2. Але, хоч він і замерз, цей CO2 все ще дозволяє сонячному світлу проникати, захоплюючи тепло.
Зображення полюсів Марса показують, як це відбувається.
У цьому зображенні льоду на Марсі СО2 захопило тепло Сонця. Це створює маленькі кишені тепла влітку, які виявляються як чорні талі плями на льоду.
"Ми почали замислюватися над цим твердотільним парниковим ефектом і про те, як його можна було б створити для життя на Марсі в майбутньому", - сказав Вордсворт. "Ми почали думати про те, які матеріали можуть мінімізувати теплопровідність, але все одно пропускають якомога більше світла".
Як виявляється, силікатний аерогель підходить до рахунку. Вперше він був винайдений в 1931 році, і це один з найбільш високоізоляційних матеріалів, що коли-небудь виготовлявся. Це тому, що це дуже пористий матеріал, який майже повністю виготовлений з повітря. Це приблизно 99,8% повітря, як теплове вікно.
Аерогелі кремнезему на 97 відсотків пористі, тобто світло просувається через матеріал, але взаємозв'язуючі наношари інфрачервоного випромінювання діоксиду кремнію і значно сповільнюють проведення тепла. Ці аерогелі сьогодні використовуються в декількох інженерних програмах, включаючи NASA Mars Exploration Rovers. Вони використовуються для теплоти чутливої електроніки.
"Кремневий аерогель - це багатообіцяючий матеріал, оскільки його дія пасивна", - сказав Кербер. "Не знадобиться велика кількість енергії або обслуговування рухомих деталей, щоб тривалий час зберігати тепло в районі".
Дослідники встановлювали експерименти, щоб імітувати умови на Марсі. Вони експериментували з двома типами кремнезему: частинками і плитками. Вони виявили, що обидва ефективні в підвищенні температури. Обидва були також ефективними для блокування небезпечного УФ-випромінювання.
Їх результати показують, що 2 см або більше шару аерогелю знижували УФК випромінювання до менш ніж 0,5%. УФК є вищим енергетичним ультрафіолетовим випромінюванням і може бути особливо шкідливим. На Землі майже жодне вимірюване ультрафіолетове випромінювання не досягає поверхні за рахунок озону, молекулярного кисню та водяної пари у верхній атмосфері.
"Розкинувшись на достатньо великій площі, вам не знадобиться жодна інша технологія чи фізика, вам просто знадобиться шар цього матеріалу на поверхні, а під ним у вас буде постійна рідка вода", - сказав Вордсворт. "З цього виникає ціла низка захоплюючих інженерних питань".
Досить просто передбачити якусь структуру купола з силікатного аерогеля. Було б досить теплим, щоб бути житловим, а також заблокувати УФ. Це могло бути на зразок теплиці на Землі, де вода залишалася рідиною і рослини могли вирощуватися.
Потрібно ще багато роботи та досліджень, очевидно. Вордсворт та інші дослідники мають намір випробувати аерогелі з діоксидом кремнію в місцях, схожих на Марс, тут, на Землі. Вони націлені на суху долину Чилі та Антарктиди.
Вордсворт зрозуміло одне: інженерний клімат Марса - це не лише технічне та інженерне питання. Це також етичне та філософське питання.
Якщо на Марсі вже є якісь мікроби, можливо, під поверхнею, що з ними? Чи повинні ми це робити? Чи маємо ми право?
"Якщо ви збираєтеся ввімкнути життя на марсіанській поверхні, ви впевнені, що там уже немає життя? Якщо є, як ми орієнтуємось на цьому, - запитав Вордсворт. "Щойно ми вирішимо взяти на себе людей на Марсі, ці питання неминучі".
Джерела:
- Дослідницький документ: Забезпечення життєдіяльності марсіанів із силікагелем за допомогою парникового ефекту твердого тіла
- Прес-реліз: Матеріальний спосіб зробити Марс житловим
- Прес-реліз: Термоформування Марса неможливе за допомогою сучасних технологій
- Вікіпедія: Ергель
- Космічний журнал: чи слід формувати Марс?
