Джеймс Кастинг (James Kasting), кафедра землезнавства, Університет штату Пенсільванія
Один із способів зробити планету придатною для проживання людей - спробувати її терраформіровать, тобто перепроектувати поверхню таким чином, щоб її навколишнє середовище стала схожа на ті умови проживання людини, які ми маємо на нашій Землі.
Найближчий сусід, Венера, не представляється нам гідною кандидатурою для проведення терраформинга з наступних причин: по-перше, складно змінити гарячу і щільну атмосферу цієї планети, і, по-друге, на ній залишилася лише невелика дещиця початкового запасу водних ресурсів.
Марс, друга найближча до Землі планета, більш підходяща. Письменники, що працюють в жанрі наукової фантастики, протягом багатьох років заселяють Марс людьми або гуманоїдними расами. Я виріс на романах Едгара Райса Берроуза про Марсі і до сих пір пам'ятаю, як уявляв себе Джоном Картером, кращим воїном двох світів, що володіє холодною зброєю, борознять простір і борцям за серце марсіанської принцеси Деї Торіс. Я також як і раніше люблю фільм «Згадати все» з Арнольдом Шварценеггером, в кінці якого марсіанський пейзаж піддається терраформинга (близько двох хвилин) з виділенням кисню з інопланетних турбідних генераторів, які Арнольд повертає до життя.
Почнемо з клімату. Марс обертається навколо Сонця на відстані, що становить в середньому 1,52 астрономічних одиниці (а. Е.); отже, він отримує тільки 43% сонячного світла від тієї кількості, що отримує Земля відповідно до закону зворотних квадратів, який регулює дане співвідношення.
Щоб забезпечити на поверхні Марса такий же температурний рівень, що і на поверхні Землі, потрібно або збільшити кількість що надходить сонячного світла, наприклад, встановити комплекс великих орбітальних дзеркал, або посилити наявний нині на планеті мізерно малий парниковий ефект.
Ідея з дзеркалами приваблива, і її вже запропонував у своїй книзі «Червоний Марс» ще один фантаст - Кім Стенлі Робінсон. Але, якщо розташувати дзеркало на тій же відстані в 1,52 а. е. від Сонця, поруч з Марсом, його поверхня повинна бути більше, ніж сам Марс, щоб підтримувати необхідну освітленість. Установка такого дзеркала, розміром з планету, є надзвичайно складним завданням, спроби здійснення якої, ми, швидше за все, в найближчі сто років або коли-небудь ще робити не будемо.
Посилення парникового ефекту на Марсі також вельми проблематично. Парниковий ефект має на увазі поглинання і повторні викиди вихідного інфрачервоного випромінювання в атмосферу планети. Двоокис вуглецю (CO2) і водяна пара (H2 O) є двома основними речовинами, що створюють парниковий ефект на Землі. Разом вони збільшують температуру поверхні Землі приблизно на 33 o C і доводять до + 15 o C.
Для порівняння, парниковий ефект, створюваний в даний час в атмосфері Марса, тонким шаром СО2 становить лише
6 ° C, а середнє значення температури поверхні планети показує -55 o C. Таким чином, щоб зробити поверхню Марса такий же теплої, як земна поверхня, нам необхідно підвищити наявний на планеті парниковий ефект на (приблизно) 70 градусів.
ХФУ, якщо ви пам'ятаєте, це з'єднання, подібні фреону, які причетні до знищення озонового шару в стратосфері Землі і які також представляють собою ідеальні для освіти парникового ефекту речовини. Впровадження такого механізму, проте, зажадає проведення незліченних і тривалих міжпланетних польотів, тому що ХФУ розщеплюються фотолітичних на більш дрібні молекули.
Виготовлення ХФУ безпосередньо на Марсі може виявитися трохи більш практичним і, швидше за все, дозволить знизити витрати. Але, навіть якщо припустити, що механізм дійсно спрацює - і можна створити багату хлором атмосферу, яка потім пригнічує розвиток озонового шару, тим самим ефективно перешкоджаючи створенню умов для тривалого перебування людей, - все одно це не той світ, в якому хотілося б жити.
Інші автори вважають, що для терраформинга Марса CO2 буде більш підходящою субстанцією, що створює парниковий ефект. Кліматичні розрахунки показують, що середню температуру поверхні Марса можна підняти вище точки замерзання, додавши
3 бар СО2. (Для порівняння, поверхневе тиск Землі становить 1,013 бар, а поверхневе тиск Марса становить близько 0,006 бар).
Ще однією проблемою «тепличного» СО2 є те, що парціальний тиск СО2, що перевищує земний в
30 раз, зупиняє рефлекторне дихання людини. Земне значення СО2 становить близько 0,3 мбар, тому верхня межа парціального тиску СО2 для людини становить
0,01 бар, і це дуже мало, щоб забезпечити значний парниковий ефект.
Кріс Маккей з НАСА Еймс припустив, що існує ймовірність, в принципі, перетворити Марс в планету рослин, оскільки рослини витримують набагато вищі рівні CO2. Але чи хочемо ми, насправді, йти на такі великі витрати для здійснення цієї мрії? Мені здається, що овочі, вирощені на Марсі, коштували б вкрай дорого, якщо продавати їх на Землі. І терраформинга Марса просто на користь вирощування рослин знову ж здається недоцільним.
А як щодо кисню (O2)? Якщо нагріти поверхню Марса, розтане безліч підземних льодів, тим самим забезпечивши водопостачання планети, необхідне для вирощування рослин. І рослини, в свою чергу, почнуть виділяти O2 в процесі фотосинтезу. Але заповнити атмосферу O2 як і раніше не так просто.
Велика частина O2, виробленого сьогодні на Землі в процесі фотосинтезу, використовується в зворотних процесах дихання і розкладання. (Зверніть увагу, що рослини також, як і тварини, дихають. Таким чином всі складні організми виробляють енергію, необхідну для підтримання їх метаболізму). О2 присутній в атмосфері Землі як наслідок певної витоку органічного вуглецю в опадах, велика частина відбувається в мілководді океанів, на континентальних шельфах.
Зовсім не очевидно, що на «підігрітому» Марсі знайдуться подібні місця для тривалого залягання органічного вуглецю. Більш того, часовий інтервал, необхідний для утворення атмосферного О2 земного типу, з огляду на земні норми видалення вуглецю, становить близько 2 мільйонів років. Таким чином, оскільки ми не в змозі значно прискорити виробництво O2, необхідного для людини, щоб дихати, такий процес впровадження подібного механізму представляється нам неймовірно повільним.
А що інші чинники? Насправді багато хто з них варто розглянути. Марс є невеликий планетою і не має власного магнітного поля, як Земля, отже, він постійно втрачає свою атмосферу через її взаємодію з сонячним вітром.
Створення свого магнітного поля знову ж є непростим завданням, хоча імовірно можна блокувати сонячний вітер, побудувавши екран розміром з планету в точці Лагранжа L1. (Точки Лагранжа є точками нейтральної гравітаційної стійкості. L1 знаходиться між планетою і Сонцем). На Марсі також відсутні тектоніка плит і вулканічні процеси. На Землі ці процеси утилізують СО2 назад в атмосферу при віддачі, після силікатної вивітрювання і відкладення карбонатів. Якщо планета не є геологічно активною, ми будемо змушені утилізувати CO2 механічно, що знову ж таки є дуже витратний процес.
Але найсерйознішу проблему представляє собою відсутність атмосферного азоту на Марсі. N2 становить більшу частину атмосфери Землі, що обчислюється 78% від її обсягу. На Марсі були присутні колись великі запаси N2. що підтвердили дослідження ізотопів азоту, але протягом довгого часу планета віддавала в космос більшу частину свого N2 під впливом сонячного вітру і інших процесів атмосферних втрат.
Якщо задуматися, N2 тут, на Землі, грає дуже важливу роль. Він розпадається в організмах на біологічно необхідний фіксований азот, який є важливим компонентом для білків і нуклеїнових кислот. N2 також виступає в якості буферного газу, який демпфує активність пожеж. Якщо атмосфера дуже багата O2. то полум'я дуже активно, тому що конвекція повітря, що охолоджує полум'я, також приносить O2, який підживлює його.
Добавка N2 в суміші дозволяє конвекції нести тепло, не утворюючи в процесі додаткової енергії. NASA засвоїло цей урок після трагедії, що сталася в 1967 році, коли під час пожежі на стартовому майданчику Аполлона 1 загинули три астронавта. До цього часу NASA в своїх космічних капсулах використовувало чистий O2. тому що низький тиск допускає, щоб оболонка космічного корабля була м'якшою і легкою. Але відразу після пожежі на Аполлоні 1 NASA переключилася на використання повітря, переконавшись на власному гіркому досвіді, що N2 є незамінним атмосферним компонентом.
Отже, чи зможуть люди жити на Марсі, якщо так складно зробити терраформинга? Знову ж таки, фантастика дає нам можливу відповідь. У фільмі «Згадати все» люди жили в герметичних купольних містах, перш ніж були активовані турбідние генератори. Залишається питання, чи можна вважати такий спосіб життя дійсно екологічно раціональним, в першу чергу через великого потоку іонізуючого випромінювання (галактичних і сонячних космічних променів), що потрапляє на поверхню Марса?
На Землі взаємодія її магнітного поля і щодо товстої атмосфери майже повністю блокує це випромінювання. Людям, що живуть в марсіанських містах, можливо, буде потрібно проводити більшу частину свого часу під землею, щоб уникнути переопромінення. Проте такий життєвий уклад здається цілком реальним і може використовуватися при проведенні наукових експедицій, щоб залишатися на Марсі протягом тривалого періоду часу для ретельного вивчення його поверхні.
Власне, я впевнений, що люди будуть жити на Марсі в не надто віддаленому майбутньому. Я сам, швидше за все, не зможу засвідчити цей факт, але мої внуки, перший з яких народився влітку цього року, цілком зможуть дожити до цього дня. На мій погляд, наша першочергова мета, до досягнення якої ми повинні прагнути - це необхідність працювати над створенням наукових колоній на поверхні Марса і по достоїнству оцінити досвід і знання, привнесені звідти.
Технічний переклад статті журналу ROOM
