Ідея терасоутворюючого Марса - він же "Земний близнюк" - захоплююча ідея. Між таненням полярних крижаних шапок, повільним створенням атмосфери, а потім створенням навколишнього середовища для листя, річок та стоячих водойм, там є достатньо для того, щоб надихати майже будь-кого! Але скільки часу потребуватиме таке починання, чого це нам коштуватиме, і чи справді це ефективне використання нашого часу та енергії?
Такими питаннями були вирішені два документи, представлені на минулому тижні на семінарі НАСА «Планетарне наукове бачення 2050» (пн. 27 лютого - ср. 1 березня). Перший під назвою "Термінова формувальна шкала" представляє абстрактний план перетворення Червоної планети на щось зелене та житлове. Другий, під назвою "Марсові перетворення - неправильний шлях", взагалі відкидає ідею тераформування та представляє альтернативу.
Колишній документ був підготовлений Аароном Берлінером з Каліфорнійського університету, Берклі, та Крісом Маккеєм з відділу космічних наук у дослідницькому центрі NASA Ames. У своїй роботі двоє дослідників представляють часовий графік для формування Марса, який включає фазу потепління та фазу оксигенації, а також усі необхідні кроки, які передували б і були наступними.
Як вони заявляють у вступі до своєї статті:
«Тераформінг Марса можна розділити на дві фази. Перша фаза - це нагрівання планети від теперішньої середньої температури поверхні -60 ° C до значення, близького до середньої температури Землі до + 15 ° C, і відтворення густої атмосфери CO². Ця фаза потепління є відносно легкою та швидкою та може зайняти ~ 100 років. Друга фаза виробляє рівні O² в атмосфері, які б дозволяли людині та іншим великим ссавцям нормально дихати. Ця фаза оксигенації є відносно важкою і потребуватиме 100 000 років або більше, якщо не постулювати технологічний прорив ».
Перш ніж це розпочнеться, Берлінер та Маккей визнають, що необхідно вжити певних заходів, що проводяться перед тераформою. До них належать дослідження навколишнього середовища Марса для визначення рівня води на поверхні, рівня вуглекислого газу в атмосфері та льоду у полярних регіонах та кількості нітратів у марсіанській грунті. Як вони пояснюють, усе це є ключовим для практичності створення біосфери на Марсі.
Поки наявні докази вказують на всі три елементи, які існують у достатку на Марсі. У той час як більшість води на Марсі зараз знаходиться у вигляді льоду в полярних районах та полярних шапках, там є достатньо для підтримки водного кругообігу - в комплекті з хмарами, дощем, річками та озерами. Тим часом деякі оцінки стверджують, що в полярних районах достатньо CO² у формі льоду, щоб створити атмосферу, рівну тиску рівня моря на Землі.
Азот також є основною вимогою для життєдіяльності та необхідною складовою атмосфери, що дихає, та останніми даними даних Цікавість Rover вказують, що нітрати складають ~ 0,03% від маси ґрунту на Марсі, що є обнадійливим для термоформування. На додаток до цього, вченим потрібно буде вирішувати певні етичні питання, пов'язані з тим, як термоформування може вплинути на Марс.
Наприклад, якщо на Марсі зараз є життя (або життя, яке могло б бути відроджене), це може поставити безперечну етичну дилему для колоністів людини - особливо якщо це життя пов'язане з життям на Землі. Як вони пояснюють:
"Якщо життя Марсія пов'язане з життям Землі - можливо, через обмін метеоритом - тоді ситуація знайома, і питання про те, які ще типи життя Землі потрібно запровадити та коли їх потрібно вирішити. Однак якщо марсіанське життя не пов'язане з життям Землі і явно являє собою другий генезис життя, то виникають значні технічні та етичні питання ".
Щоб зламати першу фазу - "Фазу потепління" - коротко, автори вирішують проблему, знайому нам сьогодні. По суті, ми змінюємо власний клімат тут, на Землі, вводячи в атмосферу CO 2 та "над парникові гази", що збільшує середню температуру Землі зі швидкістю на багато градусів Цельсія на століття. І хоча це було ненавмисно на Землі, на Марсі це може бути задумане навмисно зігріти навколишнє середовище.
"Графік нагрівання Марса після цілеспрямованих зусиль надвидобутку парникових газів короткий, всього лише 100 років", - стверджують вони. «Якби всі сонячні випадки на Марсі мали бути зафіксовані зі 100% ефективністю, Марс нагрівався б до температури Землі приблизно за 10 років. Однак ефективність парникового ефекту, ймовірно, становить близько 10%, тож час, який знадобиться для прогріву Марса, складе ~ 100 років ».
Після створення цієї густої атмосфери наступний крок передбачає перетворення її на щось дихаюче для людей - де рівень О2 був би еквівалентним приблизно 13% тиску повітря на рівні моря тут, на Землі, а рівень СО 2 буде менше 1%. Ця фаза, відома як "фаза оксигенації", займе значно більше часу. Знову вони звертаються до земного прикладу, щоб показати, як такий процес міг би працювати.
На Землі, стверджують вони, високий рівень кисневого газу (O²) та низький рівень CO 2 зумовлені фотосинтезом. Ці реакції покладаються на енергію Сонця для перетворення води та вуглекислого газу в біомасу - що представлено рівнянням H²O + CO² = CH²O + O². Як вони ілюструють, цей процес зайняв би від 100 000 до 170 000 років:
"Якщо всі сонячні промені, що потрапляють на Марс, були використані зі 100% ефективністю для здійснення цієї хімічної трансформації, для отримання високого рівня O² знадобилося б лише 17 років. Однак ймовірна ефективність будь-якого процесу, який може перетворити H²O та CO² у біомасу та O², значно менше 100%. Єдиний приклад процесу, який може глобально змінити СО2 і О2 цілої рослини - це глобальна біологія. На Землі ефективність глобальної біосфери при використанні сонячного світла для виробленої біомаси та О2 становить 0,01%. Таким чином, часовий графік створення атмосфери, насиченої O² на Марсі, становить 10000 х 17 років, або ~ 170 000 років. "
Однак вони враховують синтетичну біологію та інші біотехнології, які, на їхню думку, можуть збільшити ефективність і скоротити часовий масштаб до солідних 100 000 років. Крім того, якби людина могла використовувати природний фотосинтез (який має порівняно високу ефективність у 5%) на всій планеті - тобто насадження листя по всьому Марсу - тоді часовий масштаб може бути скорочений навіть на кілька століть.
Нарешті, вони окреслюють кроки, які необхідно вжити, щоб куля прокотилася. Ці кроки включають адаптацію поточних та майбутніх робототехнічних місій для оцінки марсіанських ресурсів, математичні та комп’ютерні моделі, які могли б вивчити пов'язані процеси, ініціатива створення синтетичних організмів для Марса, засоби для тестування технік термоформування в обмеженому середовищі та планетарну угоду, що встановив би обмеження та захист.
Цитуючи Кіма Стенлі Робінсона, автора трилогії "Червоний Марс", (насіннєва наукова фантастика про те, що формують Марс), вони висловлюють заклик до дії. Розмірковуючи про те, як довго триватиме процес формування конструкції Марса, вони стверджують, що ми «можемо також почати зараз».
На це Валерій Яковлев - астрофізик та гідрогеолог з Лабораторії якості води в Харкові, Україна - пропонує інша думка. У своїй праці "Терасоформування Марса - неправильний шлях" він робить справу про створення космічних біосфер на орбітах низької Землі, які б покладалися на штучну гравітацію (як циліндр О'Ніла), щоб люди могли звикнути до життя в простір.
Дивлячись на одну з найбільших проблем космічної колонізації, Яковлєв вказує на те, як життя на таких тілах, як Місяць чи Марс, може бути небезпечним для людських поселенців. Окрім уразливості до сонячного та космічного випромінювання, колоністи повинні мати справу зі значно меншою силою тяжіння. У випадку Місяця це було б приблизно в 0,165 разів більше, ніж люди відчувають тут, на Землі (ака. 1 г), тоді як на Марсі це було б приблизно в 0,376 рази.
Довгострокові наслідки цього не відомі, але зрозуміло, що це включало б дегенерацію м'язів та втрату кісток. Якщо дивитися далі, то зовсім незрозуміло, які наслідки матимуть ті діти, які народилися в будь-якому середовищі. Звертаючись до способів їх пом'якшення (включаючи ліки та центрифуги), Яковлев зазначає, як вони, швидше за все, будуть неефективними:
«Надія на розвиток медицини не скасує фізичну деградацію м’язів, кісток і всього організму. Реабілітація в центрифугах є менш доцільним рішенням порівняно з судно-біосферою, де можна забезпечити фактично постійну імітацію нормальної сили тяжіння та комплексу захисту від будь-яких шкідливих впливів космічного середовища. Якщо шлях дослідження космосу полягає у створенні колонії на Марсі і, крім того, подальших спробах терафікувати планету, це призведе до невиправданої втрати часу та грошей та збільшить відомі ризики людської цивілізації ».
Крім того, він вказує на проблеми створення ідеального середовища для людей, які живуть у космосі. Крім простого створення кращих транспортних засобів та розробки засобів для придбання необхідних ресурсів, існує також необхідність створення ідеального космічного середовища для сімей. По суті, це вимагає розробки житла, що є оптимальним за розмірами, стабільністю та комфортом.
У світлі цього Яколев представляє те, що він вважає найбільш вірогідними перспективами виходу людства в космос між тепер і 2030 роком. Це буде включати створення перших космічних біосфер із штучною гравітацією, що призведе до ключових зрушень в частині матеріалів технології, системи життєзабезпечення та робототехнічні системи та інфраструктура, необхідні для встановлення та обслуговування місць існування на низькій орбіті Землі (LEO).
Ці середовища існування могли б обслуговуватися завдяки створенню космічних апаратів-робототехніків, які могли б збирати ресурси з сусідніх тіл - таких, як Місяць та навколоземні об'єкти (НЕО). Ця концепція не тільки усуне необхідність у планетарному захисті - тобто, побоювання щодо забруднення біосфери Марса (припускаючи наявність бактеріальної життєдіяльності), вона також дозволить людині поступово звикати до космосу.
Як заявив Яковлев "Космічний журнал" електронною поштою, переваги космічних середовищ існування можна розділити на чотири моменти:
«1. Це універсальний спосіб оволодіння нескінченними просторами Космосу, як у Сонячній системі, так і поза нею. Нам потрібні не поверхні для встановлення будинків, а ресурси, які роботи доставлять із планет і супутників. 2. Можливість створення середовища існування якомога ближче до земної колиски дозволяє втекти від неминучої фізичної деградації під іншою силою тяжіння. Простіше створити захисне магнітне поле.
«3. Передача між світами та джерелами ресурсів стане не небезпечною експедицією, а нормальним життям. Це добре для моряків без їхніх сімей? 4. Вірогідність загибелі чи деградації людства внаслідок глобальної катастрофи значно знижується, оскільки колонізація планет включає розвідку, доставку вантажів, маршрутний транспорт людей - і це набагато довше, ніж будівництво біосфери на орбіті Місяця. Доктор Стівен Вільям Хокінг має рацію, людина не має багато часу ».
І з місцем існування космічних середовищ існування можуть початись дуже важливі дослідження, включаючи медичні та біологічні дослідження, в яких будуть задіяні перші діти, народжені в космосі. Це також сприяло б розвитку надійних космічних човників та технологій видобутку ресурсів, що стане в нагоді для заселення інших тіл - наприклад, Місяця, Марса і навіть екзопланет.
Зрештою, Яколєв вважає, що космічні біосфери також можуть бути досягнуті в розумні часові рамки - тобто між 2030 і 2050 роками - що просто неможливо при терапевтичному формуванні. Посилаючись на зростаючу присутність та потужність комерційного космічного сектору, Яколєв також вважав, що значна частина інфраструктури, яка необхідна, вже є (або знаходиться в стадії розробки).
"Після того як ми подолаємо інерційність мислення +20 років, експериментальна біосфера (як поселення в Антарктиді з годинниками), через 50 років перше покоління дітей, народжених у Космосі, виросте, і Земля зменшиться, тому що вона ввійде в легенди в цілому… Як результат, тераформування буде скасовано. А наступна конференція відкриє шлях до реального дослідження Космосу. Я пишаюся тим, що перебуваю на тій же планеті, що і Елон Рів Муск. Його ракети будуть корисні для підняття конструкцій для першої біосфери з місячних заводів. Це близький і прямий спосіб завоювати Космос ».
Оскільки вчені та підприємці NASA, як Елон Маск та Бас Ландорп, намагаються колонізувати Марс у найближчому майбутньому та інші комерційні аерокосмічні компанії, що розробляють LEO, важко передбачити розміри та форму майбутнього людства у космосі. Можливо, ми спільно вирішимо шлях, який веде нас до Місяця, Марса та за його межами. Можливо, ми побачимо всі наші зусилля, спрямовані на навколоземний простір.
А може, ми побачимо, що ми вирушаємо відразу в декілька напрямків. У той час як деякі групи виступають за створення космічних середовищ існування в ЛЕО (а пізніше і в інших місцях Сонячної системи), які покладаються на штучну гравітацію та роботизовані космічні кораблі, що видобувають астероїди для матеріалів, інші зосереджуватимуться на створенні форпостів на планетарних тілах з метою перетворення їх на "Нові Землі".
Між ними, ми можемо очікувати, що люди почнуть розвивати ступінь „космічної експертизи” в цьому столітті, що, безумовно, стане в нагоді, коли ми почнемо ще більше просувати межі розвідки та колонізації!
