В последнее время существуют много планов, касающихся освоения Марса и размещения там баз для астронавтов и поселенцев. Но если люди действительно захотят когда-нибудь там жить, придется провести основательное терраформирование Красной планеты. Что для этого потребуется? Человечество всегда мечтало о полетах к далеким звездам, люди хотели путешествовать в космическом пространстве, жить на других планетах. В последнее время о таких полетах и перспективах переселения человека на другие планеты много говорят и пишут, строятся ракеты, планируются космические экспедиции. Сегодня хочется порассуждать, удастся ли нам превратить Марс в новую Землю, как осуществить терраформирование Красной планеты и возможно ли это в принципе.
Читайте также: Что может помешать нам колонизировать Марс?
Есть ли жизнь на Марсе?
Марс – планета, которая в последнее время не сходит с заголовков научных новостей и статей. Марс определенно является планетой в Солнечной системе, которой мы уделяем наибольшее внимание. Это не только потому, что она находится довольно близко к Земле (по сравнению с другими планетами), но и из-за ее характеристик, которые делают ее в какой-то степени похожей на нашу планету. Конечно, насколько это возможно на небесном теле, лишенном жизни, кислорода в атмосфере и на котором бушуют песчаные бури, охватывающие всю поверхность планеты.
За последние несколько десятилетий ученые многое узнали об эволюции Марса и об условиях на его поверхности, что изменило их точку зрения. Пока эти условия не очень благоприятные. Теперь мы знаем, что, хотя в настоящее время Марс очень холодная, сухая и негостеприимная планета, так было не всегда. Более того, ученые заметили, что даже в нынешнем виде Марс и Земля имеют много общего. Прежде всего, две планеты сходны по размеру, наклону оси, структуре, составу и даже наличию воды на их поверхности. По этой причине, и из-за его относительной близости к Земле, Марс считается главным кандидатом на переселение людей в будущем. Эта перспектива будет возможна, если удастся осуществить преобразование условий на планете в соответствии с потребностями человека (терраформирование). Несмотря на отмеченное сходство, превращение Марса в более удобную для жизни человека планету вызовет множество трудностей. Во-первых, там очень тонкая и непригодная для дыхания атмосфера, которая на 96% состоит из углекислого газа, 1,93% аргона и 1,89% азота, а также следов кислорода и водяного пара.
Однако, вместо того, чтобы перечислять энциклопедические факты о размере и составе планеты, интереснее взглянуть на прошлое Марса, поскольку когда-то он мог быть намного больше похожим на Землю. Некоторые ученые, основываясь на данных, собранных с помощью марсианских зондов и марсоходов, предполагают, что когда-то большую часть Красной планеты покрывала вода в виде морей и мелководья. Но это было, вероятно, около 4 миллиардов лет назад. С тех пор многое изменилось, и ученые считают, что к исчезновению воды на планете привело изменение атмосферы. Когда-то давно марсианская атмосфера могла иметь другой состав и, вероятно, была достаточно плотной, чтобы удерживать океан жидкой воды.
Читайте также: Космос в вашем компьютере. 5 лучших программ по астрономии
Почему так сильно изменилась марсианская атмосфера?
Гигантские песчаные структуры, наблюдаемые на поверхности Марса, не имеют ничего подобного на Земле, и являются уникальными для Красной планеты. Что они могут рассказать о древней атмосфере Марса? Ученые предполагают, что к их образованию привело воздействие на поверхность ветров и ураганов, которые бушуют в тонкой атмосфере планеты. Они и создают характерные дюны и скалы, которые начали формироваться еще 3,7 миллиарда лет назад и которые мы изучаем сегодня.
Таким образом, изучение структуры поверхности может помочь определить, когда Марс потерял большую часть своей атмосферы. Но куда делась атмосфера? Этот вопрос в первую очередь интересует ученые умы. Поскольку Марс меньше Земли, его гравитационное притяжение слабее, и его, вероятно, оказалось недостаточно, чтобы удерживать атмосферу планеты. Солнечное излучение (то есть частицы, мчащиеся в космос от Солнца), вероятно, лишило Марс большей части его атмосферы. Фактически, марсианская атмосфера все еще продолжает утончаться под воздействием этого излучения.
Читайте также: Вселенная: Самые необычные космические объекты
Но там еще есть вода – иногда даже жидкая!
На Марсе была и есть вода! Ржавого цвета скалы Марса, из-за которых его еще называют «Красная планета», свидетельствуют о прошлом, полном воды. Марс покрыт глубокими долинами, высохшими руслами рек, озер, гладкими камнями – галькой, подобными тем, что образуются на Земле в среде, где течет вода. Ученые долгое время считали, что теплый и влажный период на Марсе был относительно коротким, но исследования показывают, что его водяной покров мог существовать там намного дольше, чем считалось ранее. Зонд High Resolution Imaging Science Experiment (HiRISE) с орбиты Марса предоставил данные и чрезвычайно точные изображения поверхности планеты, благодаря чему исследователи проанализировали особенности более 200 древних русел рек. Основываясь на размере каналов, их форме и относительном возрасте окружающей местности, команда сделала выводы о том, что вода текла по поверхности Марса от 3,8 до 2 миллиардов лет назад.
Один из марсоходов, находившихся на поверхности Марса с 2012 года – Curiosity, уже предоставил доказательства того, что на Марсе раньше была вода. Используя данные марсохода Curiosity, команда НАСА определила, что именно вода была причиной отложения осадочных пород в кратере Гейла. Слои этих осадочных пород сформировали основу горного массива Шарп, который находится в центре кратера. Данные, полученные с марсохода, позволяют предположить, что в период между примерно 3,8 и 3,3 миллиардов лет назад в этом месте существовали многочисленные ручьи и озера, отложения которых постепенно и создавали нижние слои горы Шарп. То есть, заполнение, по крайней мере, нижних слоев горного массива произошло за период около 500 миллионов лет.
Эти исследования дают ученым повод утверждать, что вода точно существовала на поверхности Марса, и добавляют много новых знаний касательно развития эволюционных процессов на Марсе, как в прошлом, так и в настоящем. Сегодня вода на Марсе находится в виде льда под тонким слоем марсианского грунта. Иногда, когда позволяет температура (бывает, что на Марсе она поднимается до +20 градусов по Цельсию), лед локально тает и жидкая вода стекает по каменистым склонам.
Однако, ученые говорят о том, что продолжают проверку фактов существования воды на Марсе. Единого мнения по этому поводу пока все же нет. Основной вопрос состоит в том, каковы причины превращения планеты из влажной и довольно теплой в пустынную и холодную.
Читайте также: Наиболее важные и интересные космические миссии в 2021 году
Как можно осуществить терраформирование Марса?
В идеях недостатка нет. Есть несколько предложений о том, как сделать Марс пригодным для людей-колонистов. Еще в 1964 году Дэндридж М. Коул высказался за создание парникового эффекта на Марсе. Это, по его мнению, можно сделать, если доставить из внешней части Солнечной системы лёд, состоящий из аммиака, а затем выбросить его на поверхность. Поскольку аммиак (NH3) является мощным парниковым газом, его попадание в атмосферу Марса приведет к ее сгущению и повышению глобальной температуры. Поскольку аммиак состоит в основном из азота, он также может обеспечивать наполнение атмосферы так называемым буферным газом, который в сочетании с кислородом создаст пригодную для дыхания человека атмосферу.
Другой предложенный метод предполагает уменьшение альбедо (интенсивности отражения света поверхностью планеты), для чего поверхность Марса необходимо покрыть темными материалами, которые увеличат количество поглощаемого солнечного света. Это может быть что угодно, от пыли Фобоса и Деймоса (двух каменных спутников Марса и самых темных тел Солнечной системы) до экстремальных лишайников и темных растений. Одним из самых ярых сторонников этого решения был известный писатель и ученый Карл Саган.
В 1976 году НАСА официально занялось вопросом планетарной инженерии. Ученые обнаружили, что фотосинтезирующие организмы, таяние полярных ледяных шапок и введение в атмосферу парниковых газов могут быть использованы для создания более теплой атмосферы, богатой кислородом.
В 1993 году основатель Марсианского общества доктор Роберт Зубрин и Кристофер П. Маккей из НАСА совместно написали работу «Технологические требования терраформации Марса». В ней они предложили использовать зеркала, размещенные на орбите планеты, чтобы нагреть его поверхность напрямую. Расположенные рядом с полюсами, эти зеркала могли бы растопить ледяной покров и способствовать глобальному потеплению. В той же статье они утверждали, что астероиды, собранные в Солнечной системе, могут быть перенаправлены, чтобы ударить по поверхности, поднимая пыль и нагревая атмосферу. Для чего нужно использовать ядерно-электрические или ядерно-тепловые ракеты для вывода на орбиту всех необходимых материалов.
Более свежие предложения предполагают создание герметичных теплиц, в которых будут жить колонии производящих кислород цианобактерий и водорослей. В 2014 году компания NASA Techshot Inc. сообщила, что работа над такой концепцией уже началась.
В будущем НАСА намеревается отправить небольшие канистры с экстремофильными фотосинтезирующими водорослями и цианобактериями на борт марсохода, чтобы протестировать этот процесс в марсианской среде. Если миссия будет успешной, НАСА и Techshot намереваются построить несколько больших теплиц для производства и сбора кислорода для будущих полетов людей на Марс, что снизит затраты и продлит миссии за счет уменьшения количества кислорода, которое необходимо транспортировать.
Хотя эти планы не относятся к экологической или планетарной инженерии, Юджин Боланд (ведущий научный сотрудник Techshot Inc.) считает, что это шаг в правильном направлении. Звучали также идеи взорвать атомные бомбы на поверхности Марса (Илон Маск когда-то был сторонником этой концепции), что привело бы к образованию огромного количества пыли, которая бы задерживала солнечные лучи, и таким образом нагреть планету.
Читайте также: Чем на Марсе будут заниматься Perseverance и Ingenuity?
Глобальное потепление: Марс можно нагреть?
К счастью или к сожалению, в зависимости от точки зрения, мы, люди, имеем большой опыт в нагревании планеты. За столетия выбросов углекислого газа мы непреднамеренно повысили температуру поверхности Земли с помощью простого парникового механизма. Мы выделяем углекислый газ, который действительно хорошо пропускает солнечный свет и предотвращает утечку теплового излучения, поэтому он ведет себя на Земле как огромное невидимое одеяло. Повышенное тепло способствует испарению воды океанов в атмосферу, которая, таким образом, получает еще один покровный слой, повышающий температуру, что, в свою очередь, приводит к испарению еще большего количества воды и большему нагреванию атмосферы планеты.
Если это работает на Земле, возможно, это сработает и на Марсе. Атмосфера Марса практически полностью исчезла в космосе, но Красная планета имеет огромные запасы водяного льда и замороженного углекислого газа в полярных шапках и прямо под поверхностью планеты.
Если бы люди могли каким-то образом нагреть полярные шапки, это могло бы выбросить в атмосферу достаточно углекислого газа, чтобы вызвать парниковое потепление. Все, что нам нужно было бы сделать тогда, – это уйти, наблюдать и веками ждать, пока физика сделает свое дело и превратит Марс в гораздо менее агрессивное место.
К сожалению, эта простая идея, вероятно, не сработает. Первая проблема – это разработка технологии обогрева. Конструкции, которые для этого нужны, начиная от гигантских опор и до создания огромного космического зеркала, которое фокусировало бы больше света и, следовательно, тепла, требуют радикальных скачков в технологиях и производстве в космосе, что намного превышает возможности человечества в настоящее время. В случае космического зеркала, например, нам нужно было бы добыть около 200 000 тонн алюминия где-то в космосе, в то время как в настоящее время мы способны извлекать… ну, ноль тонн алюминия в космосе.
Постепенно приходит и досадное осознание того, что на Марсе недостаточно CO2, чтобы вызвать тенденцию к потеплению. В настоящее время на Марсе давление атмосферы составляет менее одного процента земного атмосферного давления. Если бы мы могли испарить каждую молекулу CO2 и H2O на Марсе в атмосферу, давление на Красной планете составило бы… 2% атмосферного давления на Земле.
Потребуется вдвое большее атмосферное давление, чтобы предотвратить кипение пота на коже, и в десять раз большее для того, чтобы человеку не понадобился скафандр. И это мы еще не говорим о недостатке кислорода.
Чтобы решить проблему нехватки легкодоступных парниковых газов, есть несколько радикальных предложений. Может быть для этого можно использовать растения, выделяющие хлорфторуглерод, который являются действительно агрессивным парниковым газом. Или мы могли бы привлечь несколько комет, богатых аммиаком, из внешней части Солнечной системы. Аммиак представляет собой отличный парниковый газ, и в конечном итоге при распаде превращается в безвредный азот, который составляет большую часть нашей атмосферы.
Если предположить, что мы сможем преодолеть технологические проблемы, связанные с этими предложениями, остается еще одно колоссальное препятствие: отсутствие магнитного поля. Если мы не защитим Марс магнитным полем, каждая молекула, попадающая в атмосферу, будет унесена солнечным ветром. Это будет нелегко. Есть много креативных решений.
Возможно, нам удастся построить в космосе огромный электромагнит, чтобы отражать солнечный ветер. Или можно было бы опоясать Марс сверхпроводником и создать искусственную магнитосферу. Естественно, мы очень далеки от реализации хотя бы одного из этих решений. Так сможем ли мы когда-нибудь терраформировать Марс в будущем и сделать его более гостеприимным? Конечно, с научной точки зрения это возможно – у нас нет основополагающих законов физики, препятствующих этому…
Читайте также: Китай тоже рвется осваивать космос. И как у них дела?
Для чего все это ученым?
Есть еще больше сценариев терраформирования Марса, но большой вопрос: почему мы действительно думаем об этом? Помимо перспективы приключений и идеи о том, что человечество возобновляет эру смелых исследований космоса, есть несколько причин, по которым предлагается терраформировать Марс. Во-первых, есть опасения, что влияние человечества на планету Земля приведет к пагубным последствиям, и что нам придется создавать «резервную площадку», если мы хотим выжить в долгосрочной перспективе. Не говоря уже о непосредственных выгодах, которые может принести всем развитие науки и технологий. Другие причины – это возможность расширения нашей ресурсной базы и превращение в цивилизацию, которой не придется бояться истощения ресурсов. Колония на Марсе позволит вести добычу полезных ископаемых на Красной планете, где минералы и водяной лед в изобилии, и могут быть использованы. База на Марсе также может служить отправной точкой для использования пояса астероидов, что даст нам доступ к нужному количеству минералов, чтобы иметь их в достатке практически навсегда.
Оставляя в стороне очевидный вопрос о человеческой воле и поистине астрономических затратах, необходимо понимать, что такие попытки будут продолжаться, пока существует человечество. Как сообщает НАСА в вышеупомянутой статье от 1976 года: «Не было выявлено фундаментальных, непреодолимых ограничений способности Марса поддерживать экосистему Земли. Отсутствие кислородсодержащей атмосферы помешало бы людям жить на Марсе без предварительных действий. Существующее сильное ультрафиолетовое облучение поверхности является дополнительным серьезным препятствием. Создание на Марсе подходящей атмосферы, содержащей кислород, может быть достигнуто с помощью фотосинтезирующих организмов. Однако время, необходимое для создания такой атмосферы, может составлять даже… несколько миллионов лет”.
В то же время ученые сходятся во мнении, что этот период можно резко сократить за счет создания экстремофильных организмов, специально адаптированных к суровой марсианской среде, создания парникового эффекта и таяния полярных ледяных шапок. Однако время, необходимое для преобразования Марса, вероятно, по-прежнему будет составлять столетия или тысячелетия. Однако ничто не мешает нам начать этот процесс сейчас, если будет такая возможность. Научные и технологические выгоды, которые появятся в результате самой подготовки и предварительной работы, могут быть огромными.
Читайте также: