Останнім часом існує багато планів, що стосуються освоєння Марса і розміщення там баз для астронавтів і поселенців. Але якщо люди дійсно захочуть коли-небудь там жити, доведеться провести ґрунтовне тераформування Червоної планети. Що для цього потрібно? Людство завжди мріяло про польоти до далеких зірок, люди хотіли подорожувати у космічному просторі, жити на інших планетах. Останнім часом про такі польоти та перспективи переселення людини на інші планети багато говорять і пишуть, будуються ракети, плануються космічні експедиції. Сьогодні хочеться поміркувати, чи вдасться нам перетворити Марс на нову Землю, як здійснити тераформування Червоної планети і чи можливо це в принципі.
Читайте також: Що може завадити нам колонізувати Марс?
Чи є життя на Марсі?
Марс – планета, яка останнім часом не сходить з заголовків наукових новин і статей. Марс безумовно є планетою в Сонячній системі, якій ми приділяємо найбільшу увагу. Це не тільки тому, що вона знаходиться доволі близько до Землі (у порівнянні з іншими планетами), але й через характеристики, які роблять її в якійсь мірі схожою на нашу планету. Звичайно, наскільки це можливо на небесному тілі, позбавленому життя, кисню в атмосфері, і на якому вирують піщані бурі, що охоплюють всю поверхню планети.
За останні кілька десятиліть вчені багато дізналися про еволюцію Марса і про умови на його поверхні, що змінило їх точку зору. Поки ці умови не дуже сприятливі. Тепер ми знаємо, що, хоча на даний час Марс дуже холодна, суха і негостинна планета, так було не завжди. Більш того, вчені помітили, що навіть у нинішньому вигляді Марс і Земля мають багато спільного. Перш за все, дві планети схожі за розміром, нахилом осі, структурою, складом і навіть наявністю води на їх поверхні. З цієї причини і через його відносну близькість до Землі, Марс вважається головним кандидатом на переселення людей в майбутньому. Ця перспектива буде можливою, якщо вдасться здійснити перетворення умов на планеті відповідно до потреб людини (тераформування). Незважаючи на зазначену схожість, перетворення Марса на більш зручну для життя людини планету викличе безліч труднощів. По-перше, там дуже тонка і непридатна для дихання атмосфера, яка на 96% складається з вуглекислого газу, 1,93% аргону і 1,89% азоту, а також слідів кисню і водяної пари.
Однак, замість того, щоб перераховувати енциклопедичні факти про розмір та склад планети, цікавіше поглянути на минуле Марса, оскільки колись він міг бути набагато більше схожим на Землю. Деякі вчені, ґрунтуючись на даних, зібраних за допомогою марсіанських зондів і марсоходів, припускають, що колись більшу частину Червоної планети покривала вода у вигляді морів і мілководдя. Але це було, ймовірно, близько 4 мільярдів років тому. З тих пір багато чого змінилося, і вчені вважають, що до зникнення води на планеті призвела зміна атмосфери. Колись давно марсіанська атмосфера могла мати інший склад і, ймовірно, була достатньо щільною, щоб утримувати океан рідкої води.
Читайте також: Космос на вашому комп’ютері. 5 найкращих програм з астрономії
Чому так сильно змінилася марсіанська атмосфера?
Гігантські піщані структури, які спостерігаються на поверхні Марса, не мають нічого подібного на Землі, і є унікальними для Червоної планети. Що вони можуть розповісти про стародавню атмосферу Марса? Вчені припускають, що до їх утворення призвів вплив на поверхню вітрів і ураганів, які вирують у тонкій атмосфері планети. Вони і створюють характерні дюни і скелі, які почали формуватися ще 3,7 мільярда років тому, і які ми вивчаємо сьогодні.
Таким чином, вивчення структури поверхні може допомогти визначити, коли Марс втратив більшу частину своєї атмосфери. Але куди поділася атмосфера? Це питання в першу чергу цікавить вчені уми. Оскільки Марс менший за Землю, його гравітаційне тяжіння слабкіше, і його, ймовірно, виявилося недостатньо, щоб утримувати атмосферу планети. Сонячне випромінювання (тобто частки, що мчать у космос від Сонця), ймовірно, позбавило Марс більшості його атмосфери. Фактично, марсіанська атмосфера все ще продовжує стоншуватися під впливом цього випромінювання.
Читайте також: Всесвіт: Найнезвичайніші космічні об’єкти
Але там ще є вода – іноді навіть рідка!
На Марсі була і є вода! Іржавого кольору скелі Марса, через які його ще називають «Червона планета», свідчать про минуле, повне води. Марс покритий глибокими долинами, висохлими руслами річок, озер, гладким камінням – галькою, подібним до тих, що утворюються на Землі у середовищі, де тече вода. Вчені довгий час вважали, що теплий і вологий період на Марсі був відносно коротким, але дослідження показують, що його водяний покрив міг існувати там набагато довше, ніж вважалося раніше. Зонд High Resolution Imaging Science Experiment (HiRISE) з орбіти Марса надав дані і надзвичайно точні зображення поверхні планети, завдяки чому дослідники проаналізували особливості понад 200 стародавніх русел річок. Ґрунтуючись на розмірі каналів, їх формі і відносному віці навколишньої місцевості, команда зробила висновки про те, що вода текла по поверхні Марса від 3,8 до 2 мільярдів років тому.
Один з марсоходів, які перебували на поверхні Марса з 2012 року – Curiosity, вже надав докази того, що на Марсі раніше була вода. Використовуючи дані марсохода Curiosity, команда НАСА визначила, що саме вода була причиною відкладення осадових порід у кратері Гейла. Шари цих осадових порід сформували основу гірського масиву Шарп, який знаходиться у центрі кратера. Дані, отримані з марсоходу, дозволяють припустити, що в період між приблизно 3,8 і 3,3 мільярда років тому в цьому місці існували численні струмки і озера, відкладення яких поступово і створювали нижні шари гори Шарп. Тобто, заповнення, принаймні, нижніх шарів гірського масиву сталося протягом періоду близько 500 мільйонів років.
Ці дослідження дають вченим підстави стверджувати, що вода точно існувала на поверхні Марса, і додають багато нових знань щодо розвитку еволюційних процесів на Марсі, як в минулому, так і у сьогоденні. Сьогодні вода на Марсі знаходиться у вигляді льоду під тонким шаром марсіанського ґрунту. Іноді, коли дозволяє температура (буває, що на Марсі вона піднімається до +20 градусів за Цельсієм), лід локально тане і рідка вода стікає по кам’янистих схилах.
Однак, вчені говорять про те, що продовжують перевірку фактів існування води на Марсі. Єдиної думки з цього приводу поки все ж немає. Основне питання полягає в тому, які причини перетворення планети з вологої і досить теплої на пустельну і холодну.
Читайте також: Найважливіші та найцікавіші космічні місії у 2021 році
Як можна здійснити тераформування Марса?
Ідей щодо цього не бракує. Є кілька пропозицій про те, як зробити Марс придатним для життя людей-колоністів. Ще в 1964 році Дендрідж М. Коул висловився за створення парникового ефекту на Марсі. Це, на його думку, можна зробити, якщо доставити із зовнішньої частини Сонячної системи лід, що складається з аміаку, а потім викинути його на поверхню. Оскільки аміак (NH3) є потужним парниковим газом, його потрапляння в атмосферу Марса призведе до її згущення і підвищення глобальної температури. Оскільки аміак складається в основному з азоту, він також може забезпечувати наповнення атмосфери так званим буферним газом, який у поєднанні з киснем створить придатну для дихання людини атмосферу.
Інший запропонований метод передбачає зменшення альбедо (інтенсивності відбиття світла поверхнею планети), для чого поверхню Марса необхідно покрити темними матеріалами, які збільшать поглинання сонячного світла. Це може бути що завгодно, від пилу Фобоса і Деймоса (двох кам’яних супутників Марса і найтемніших тіл Сонячної системи) до екстремальних лишайників і темних рослин. Одним з найбільш затятих прихильників цього рішення був відомий письменник і вчений Карл Саган.
У 1976 році НАСА офіційно зайнялася питанням планетарної інженерії. Вчені виявили, що фотосинтезуючі організми, танення полярних крижаних шапок і введення в атмосферу парникових газів можуть бути використані для створення більш теплої атмосфери, багатої киснем.
У 1993 році засновник Марсіанської спільноти доктор Роберт Зубрин і Крістофер П. Маккей з НАСА спільно написали роботу «Технологічні вимоги тераформаціі Марса». У ній вони запропонували використовувати дзеркала, розміщені на орбіті планети, щоб нагріти його поверхню безпосередньо. Розташовані поруч з полюсами, ці дзеркала могли б розтопити крижаний покрив і сприяти глобальному потеплінню. У тій же статті вони стверджували, що астероїди, зібрані у Сонячній системі, можуть бути перенаправлені, щоб вдарити по поверхні, піднімаючи пил і нагріваючи атмосферу. Для чого потрібно використовувати ядерно-електричні або ядерно-теплові ракети для виведення на орбіту всіх необхідних матеріалів.
Більш свіжі пропозиції припускають створення герметичних теплиць, в яких будуть жити колонії ціанобактерій і водоростей, які виробляють кисень. У 2014 році компанія NASA Techshot Inc. повідомила, що робота над такою концепцією вже почалася.
В майбутньому НАСА має намір відправити невеликі каністри з екстремофільними фотосинтезуючими водоростями і ціанобактеріями на борт марсохода, щоб протестувати цей процес у марсіанському середовищі. Якщо місія буде успішною, НАСА і Techshot мають намір побудувати кілька великих теплиць для виробництва і збору кисню для майбутніх польотів людей на Марс, що знизить витрати і подовжить місії за рахунок зменшення кількості кисню, яку необхідно транспортувати.
Хоча ці плани не відносяться до екологічної або планетарної інженерії, Юджин Боланд (провідний науковий співробітник Techshot Inc.) вважає, що це крок у вірному напрямку. Звучали також ідеї підірвати атомні бомби на поверхні Марса (Ілон Маск колись був прихильником цієї концепції), що призвело б до утворення величезної кількості пилу, яка б затримувала сонячні промені, і таким чином нагріти планету.
Читайте також: Чим на Марсі займатимуться Perseverance та Ingenuity?
Глобальне потепління: Марс можна нагріти?
На щастя, чи на жаль, в залежності від точки зору, ми, люди, маємо великий досвід у нагріванні планети. За століття викидів вуглекислого газу ми ненавмисно підвищили температуру поверхні Землі за допомогою простого парникового механізму. Ми виділяємо вуглекислий газ, який дійсно добре пропускає сонячне світло і запобігає витоку теплового випромінювання, тому він поводиться на Землі як величезна невидима ковдра. Підвищене тепло сприяє випаровуванню води океанів в атмосферу, яка, таким чином, отримує ще один покривний шар, що підвищує температуру, що, у свою чергу, призводить до випаровування ще більшої кількості води і більшого нагрівання атмосфери планети.
Якщо це працює на Землі, можливо, це спрацює і на Марсі. Атмосфера Марса практично повністю зникла у космосі, але Червона планета має величезні запаси водяного льоду і замороженого вуглекислого газу в полярних шапках і просто під поверхнею планети.
Якби люди могли якимось чином нагріти полярні шапки, це могло б викинути в атмосферу достатньо вуглекислого газу, щоб викликати парникове потепління. Все, що нам потрібно було б зробити тоді, – це піти, спостерігати і століттями чекати, поки фізика зробить свою справу і перетворить Марс на набагато менш агресивне місце.
На жаль, ця проста ідея, ймовірно, не спрацює. Перша проблема – це розробка технології обігріву. Конструкції, які для цього потрібні, починаючи від гігантських опор і до створення величезного космічного дзеркала, яке фокусувало б більше світла і, отже, тепла, вимагають радикальних стрибків у технологіях і виробництві у космосі, що набагато перевищує можливості людства на даний час. У випадку з космічним дзеркалом, наприклад, нам потрібно було б добути близько 200 000 тонн алюмінію десь у космосі, в той час як на сьогодні ми здатні витягувати… ну, нуль тонн алюмінію у космосі.
Поступово приходить і прикре усвідомлення того, що на Марсі недостатньо CO2, щоб викликати тенденцію до потепління. У даний час на Марсі тиск атмосфери не перевищує одного відсотка земного атмосферного тиску. Якби ми могли випарувати кожну молекулу CO2 і H2O на Марсі в атмосферу, тиск на Червоній планеті склав би… 2% атмосферного тиску на Землі.
Буде потрібен вдвічі більший атмосферний тиск, щоб запобігти кипінню поту на шкірі, і у десять разів більший для того, щоб людині не знадобився скафандр. І це ми ще не говоримо про нестачу кисню.
Щоб вирішити проблему нестачі легкодоступних парникових газів, є кілька радикальних пропозицій. Можливо для цього можна використовувати рослини, які виділяють хлорфторвуглеці, які є дійсно агресивними парниковими газами. Або ми могли б залучити кілька комет, багатих на аміак, із зовнішньої частини Сонячної системи. Аміак є відмінним парниковим газом, і в кінцевому підсумку при розпаді перетворюється на нешкідливий азот, який складає більшу частину нашої атмосфери.
Якщо припустити, що ми зможемо подолати технологічні проблеми, пов’язані з цими пропозиціями, залишається ще одна колосальна перешкода: відсутність магнітного поля. Якщо ми не захистимо Марс магнітним полем, кожна молекула, яка потрапляє в атмосферу, буде знесена сонячним вітром.
Це буде нелегко. Є багато креативних рішень. Можливо, нам вдасться побудувати у космосі величезний електромагніт, щоб відбивати сонячний вітер. Або можна було б оперезати Марс надпровідником і створити штучну магнітосферу. Звичайно, ми дуже далекі від реалізації хоча б одного з цих рішень. Так чи зможемо ми коли-небудь тераформувати Марс в майбутньому і зробити його більш гостинним? Звичайно, з наукової точки зору це можливо – у нас немає основоположних законів фізики, що перешкоджають цьому…
Читайте також: Китай теж рветься освоювати космос. То як в них справи?
Для чого все це вченим?
Є ще більше сценаріїв тераформування Марса, але велике питання: чому ми дійсно думаємо про це? Крім перспективи пригод і ідеї про те, що людство відновлює еру сміливих досліджень космосу, є кілька причин, за якими пропонується тераформувати Марс. По-перше, є побоювання, що вплив людства на планету Земля призведе до згубних наслідків, і що нам доведеться створювати «резервний майданчик», якщо ми хочемо вижити у довгостроковій перспективі. Не кажучи вже про безпосередні вигоди, які може принести всім розвиток науки і технологій. Інші причини – це можливість розширення нашої ресурсної бази і перетворення на цивілізацію, якій не доведеться боятися виснаження ресурсів. Колонія на Марсі дозволить вести видобуток корисних копалин на Червоній планеті, де мінерали і водяний лід в достатку, і можуть бути використані. База на Марсі також може служити відправною точкою для використання поясу астероїдів, що дасть нам доступ до потрібної кількості мінералів, щоб мати їх в достатку практично назавжди.
Залишаючи осторонь очевидне питання про людську волю і воістину астрономічні витрати, необхідно розуміти, що такі спроби будуть тривати, поки існує людство. Як повідомляє НАСА у вищезгаданій статті від 1976: «Не було виявлено фундаментальних, непереборних обмежень здатності Марса підтримувати екосистему Землі. Відсутність кисневмісної атмосфери завадило б людям жити на Марсі без попередніх дій. Існуюче сильне ультрафіолетове опромінення поверхні є додатковою серйозною перешкодою. Створення на Марсі підходящої атмосфери, що містить кисень, може бути досягнуто за допомогою фотосинтезуючих організмів. Однак час, необхідний для створення такої атмосфери, може становити навіть… кілька мільйонів років”.
У той же час вчені сходяться на думці, що цей період можна різко скоротити за рахунок створення екстремофільних організмів, спеціально адаптованих до суворого марсіанського середовища, створення парникового ефекту і танення полярних крижаних шапок. Однак час, необхідний для перетворення Марса, ймовірно, як і раніше, буде становити століття або тисячоліття. Однак, ніщо не заважає нам почати цей процес зараз, якщо буде така можливість. Наукові і технологічні вигоди, які з’являться в результаті самої підготовки і попередньої роботи, можуть бути величезними.
Читайте також:
Приглашаю всех желающих слетать на Марс!
Ждем, когда на Марсе участки под дачи начнут раздавать.