Pomysł, by w jakiś sposób uformować terra Marsa, aby uczynić go bardziej przyjaznym dla środowiska, jest wizjonerskim snem science fiction. Ale teraz materiał o nazwie aerożel krzemionkowy może sprawić, że cała idea formowania terra Marsa stanie się nieco mniej niemożliwa.
Znani ludzie od Carl Sagan po Elon Musk zaproponowali ocieplenie Marsa i nadanie mu atmosfery, a sztuczka polega na zamrożonym CO2 i wodzie w czapach polarnych planety. Sagan powiedział, że jeśli te korki można by jakoś odparować, wówczas efekt cieplarniany CO2 zrobiłby resztę. Musk powiedział, żartobliwie i na wpół żartując, że bomby atomowe zrzucone na słupy załatwią sprawę.
Trwają poważne prace naukowe mające na celu zbadanie tego pomysłu, przynajmniej w teorii. Najważniejsze pytanie brzmi: czy Mars ma wystarczającą ilość CO2 i wody, aby stworzyć gęstość atmosferyczną podobną do Ziemi?
W 2018 r. Naukowcy z University of Colorado zbadali to pytanie. Ich wniosek? Terraformowanie Marsa nie jest możliwe dzięki naszej obecnej technologii, coś, co większość ludzi już uważała za prawdę.
„Nasze wyniki sugerują, że nie ma wystarczającej ilości CO2 pozostając na Marsie, aby zapewnić znaczące ocieplenie szklarni, wprowadzono gaz do atmosfery; ponadto większość CO2 gaz nie jest dostępny i nie może być łatwo zmobilizowany. W rezultacie terraformowanie Marsa nie jest możliwe przy użyciu współczesnej technologii ”- powiedział Bruce Jakosky, profesor w Laboratorium Atmosfery i Fizyki Kosmicznej na University of Colorado, Boulder.
Ale to było rok temu, a technologia ciągle się rozwija.
W nowym badaniu w Nature Astronomy trio naukowcy z NASA Jet Propulsion Laboratory, Harvard University i University of Edinburgh, sugerują, że Mars mógłby zostać przystosowany do zamieszkania, jeśli zmienimy nasze myślenie i zastosujemy nowe technologie. Co naukowcy nazywają globalną modyfikacją atmosfery (GAM, ang. Global Atmospheric Modification - GAM), zamiast wielkich marzeń o tym, by cała czerwona planeta nadawała się do zamieszkania, a co gdyby transformować małe regiony?
Kluczem do ich myślenia jest aerożel krzemionkowy.
„To regionalne podejście do przystosowania Marsa do zamieszkania jest znacznie bardziej osiągalne niż globalna modyfikacja atmosfery”.
Robin Wordsworth, Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences
Aerożel krzemionkowy nie jest tym, co mogłoby się wydawać. Zamiast zwykłego żelu jest to solidny, sztywny, suchy materiał. Tworzy się go poprzez ekstrakcję płynu z żelu za pomocą procesu zwanego suszeniem nadkrytycznym, tym samym procesem używanym do produkcji kawy bezkofeinowej.
Naukowcy stojący za tym nowym badaniem wykorzystali modele i eksperymenty, aby wykazać, że cienka warstwa aerożelu o grubości od 2 do 3 cm (0,8 do 1,2 cala) może przepuszczać światło słoneczne, ale zatrzyma ciepło. Żel pozwoliłby również na wystarczającą ilość światła słonecznego do fotosyntezy i trwale ogrzałby pokrywany obszar, umożliwiając stopienie się lodu wodnego i zamrożonego CO2. Być może co najlepsze, nie potrzebowałoby do tego energochłonnego źródła ciepła.
„To regionalne podejście do przystosowania Marsa do zamieszkania jest znacznie bardziej osiągalne niż globalna modyfikacja atmosfery”, powiedział Robin Wordsworth, profesor nadzwyczajny nauk o środowisku i inżynierii w Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) i Department of Earth i nauki planetarne. „W przeciwieństwie do poprzednich pomysłów na uczynienie Marsa mieszkalnym, jest to coś, co można systematycznie opracowywać i testować za pomocą materiałów i technologii, które już mamy” - powiedział w komunikacie prasowym.
„Małe wyspy zamieszkiwania”
„Mars jest najbardziej nadającą się do zamieszkania planetą w naszym Układzie Słonecznym oprócz Ziemi”, powiedziała Laura Kerber, naukowiec z NASA Jet Jet Propulsion Laboratory. „Ale pozostaje wrogim światem dla wielu rodzajów życia. System tworzenia małych wysp mieszkalnych pozwoliłby nam przekształcić Marsa w kontrolowany i skalowalny sposób. ”
Aerożel krzemionkowy, wyspa wyspiarska, został zainspirowany czymś, co już występuje na biegunach Marsa.
W przeciwieństwie do Ziemi CO2 na Marsie jest zamrożony, uwięziony na biegunach. Podczas gdy tutaj na Ziemi bieguny są lodem wodnym, bieguny marsjańskie są kombinacją lodu wodnego i lodu CO2. Ale nawet jeśli jest zamrożony, CO2 nadal pozwala na przenikanie światła słonecznego podczas zatrzymywania ciepła.
Zdjęcia biegunów Marsa pokazują, jak to się dzieje.
Na tym zdjęciu lodu na Marsie CO2 uwięził ciepło Słońca. Stwarza to małe kieszenie ciepła latem, które pojawiają się jako czarne stopione plamy na lodzie.
„Zaczęliśmy myśleć o tym półprzewodnikowym efekcie cieplarnianym i o tym, jak można go przywołać w celu stworzenia środowisk mieszkalnych na Marsie w przyszłości”, powiedział Wordsworth. „Zaczęliśmy myśleć o tym, jaki rodzaj materiałów może zminimalizować przewodnictwo cieplne, ale nadal przenosi jak najwięcej światła.”
Jak się okazuje, aerożel krzemionkowy pasuje do rachunku. Został stworzony po raz pierwszy w 1931 roku i jest jednym z najlepiej izolujących materiałów, jakie kiedykolwiek wyprodukowano. To dlatego, że jest to bardzo porowaty materiał, który jest prawie całkowicie wykonany z powietrza. To około 99,8% powietrza, coś w rodzaju okna termicznego.
Aerożele krzemionkowe są w 97 procentach porowate, co oznacza, że światło przepływa przez materiał, ale połączone nanowarstwy dwutlenku krzemu zatrzymują promieniowanie podczerwone i znacznie spowalniają przewodzenie ciepła. Te aerożele są dziś wykorzystywane w kilku aplikacjach inżynierskich, w tym w łazikach marsjańskich NASA. Służą do utrzymywania wrażliwej elektroniki w cieple.
„Aerożel krzemionkowy jest obiecującym materiałem, ponieważ jego działanie jest pasywne”, powiedział Kerber. „Nie wymagałoby to dużych ilości energii ani konserwacji części ruchomych, aby utrzymać ciepło w danym obszarze przez długi czas”.
Naukowcy przeprowadzili eksperymenty naśladujące warunki na Marsie. Eksperymentowali z dwoma rodzajami aerożelu krzemionkowego: cząstkami i płytkami. Stwierdzili, że oba były skuteczne w podnoszeniu temperatury. Oba były również skuteczne w blokowaniu niebezpiecznego promieniowania UV.
Ich wyniki pokazują, że 2 cm lub więcej warstwa aerożelu zmniejszyła promieniowanie UVC do mniej niż 0,5%. UVC to promieniowanie UV o wyższej energii i może być szczególnie szkodliwe. Na Ziemi prawie żadne mierzalne promieniowanie UVC nie dociera do powierzchni z powodu ozonu, tlenu cząsteczkowego i pary wodnej w górnej atmosferze.
„Rozłożony na wystarczająco dużym obszarze, nie potrzebowałbyś żadnej innej technologii ani fizyki, wystarczyłaby warstwa tego materiału na powierzchni, a pod nią miałaby trwałą ciekłą wodę”, powiedział Wordsworth. „Powstaje wiele fascynujących pytań inżynierskich”.
Łatwo jest wyobrazić sobie jakąś strukturę kopuły wykonaną z aerożelu krzemionkowego. Byłoby wystarczająco ciepło, aby nadawać się do zamieszkania, a także blokowałoby promieniowanie UV. Może to być coś w rodzaju szklarni na Ziemi, gdzie woda pozostała płynna i rośliny mogły być uprawiane.
Oczywiście jest wiele do zrobienia i badań. Wordsworth i inni badacze zamierzają przetestować aerożele krzemionkowe w podobnych do Marsa miejscach na Ziemi. Celują w suchą dolinę w Chile i na Antarktydzie.
Wordsworth ma jedno zdanie: inżynieria klimatu Marsa to nie tylko pytanie techniczne i inżynierskie. To także pytanie etyczne i filozoficzne.
Jeśli na Marsie żyją już drobnoustroje, być może gdzieś pod powierzchnią, co z nimi? Czy powinniśmy to zrobić? Czy mamy rację?
„Jeśli chcesz umożliwić życie na powierzchni Marsa, czy jesteś pewien, że już tam nie ma życia? Jeśli tak, to w jaki sposób poruszamy się po tym ”- zapytał Wordsworth. „W chwili, gdy zdecydujemy się zaangażować ludzi na Marsie, pytania te są nieuniknione”.
Źródła:
- Artykuł badawczy: Umożliwienie zamieszkania na Marsie za pomocą aerożelu krzemionkowego poprzez efekt cieplarniany w ciele stałym
- Informacja prasowa: Materialny sposób na uczynienie Marsa mieszkalnym
- Informacja prasowa: Terraformowanie na Marsie nie jest możliwe przy użyciu współczesnej technologii
- Wikipedia: Airgel
- Space Magazine: Czy powinniśmy terraformować Marsa?
