Źródło zdjęcia: NASA
Lokalnie Ziemia ma swoje ekstremalne warunki zamieszkania: Antarktydę, Saharę, Morze Martwe, Etnę. Globalnie nasza niebieska planeta znajduje się w strefie zamieszkiwanej przez Układ Słoneczny lub w regionie „Złotowłosa”, gdzie temperatura i ciśnienie są odpowiednie, aby wesprzeć płynną wodę i życie. Po drugiej stronie granicy strefy złotonośnych krążą wokół nas dwaj sąsiedzi: uciekająca planeta cieplarniana, Wenus - która w kategoriach złotogłowych jest „za gorąca”, i oziębła czerwona planeta Mars, która jest „za zimna”.
Ze średnią globalną temperaturą -55 ° C Mars jest bardzo zimną planetą. Standardowe modele do ogrzewania Marsa podnoszą tę średnią temperaturę najpierw za pomocą gazów cieplarnianych, a następnie sadzą rośliny przystosowane do zimna i fotosyntetyczne drobnoustroje. Ten model terraformowania obejmuje różne udoskonalenia, takie jak lustra orbitalne i fabryki chemiczne, które wylewają fluorowęglowodory. W końcu przy pomocy biologii, industrializacji i czasu atmosfera zacznie gęstnieć (obecna marsjańska atmosfera jest o 99% cieńsza niż Ziemia). Terraformowanie Marsa, w zależności od wyboru i stężenia stosowanych gazów cieplarnianych, może potrwać wiele dekad do wieków, zanim astronauta zacznie podnosić przyłbicę i po raz pierwszy oddychać marsjańskim powietrzem. Takie propozycje zapoczątkowałyby pierwszy świadomy wysiłek inżynierii planetarnej i miałyby na celu zmianę globalnego środowiska w jedno mniej wrogie życiu, jakie znamy na ziemi.
Inną wersją tych globalnych zmian jest wersja lokalna znana tym, którzy trekkowali Saharę. Czasami życie zamienia się w pustynną oazę. Lokalną strategię zmiany Marsa, według biologa Omara Pensado Diaz, dyrektora projektu Mex-Areohab, można najlepiej porównać do przekształcania Marsa oazę na raz. Minimalny rozmiar oazy rozciąga się na średnicę plastikowej osłony w kształcie kopuły, podobnie jak szklarnia z ogrzewaczem pomieszczeń. W ten sposób mikroterraformowanie jest mniejszą alternatywą dla planety, która w przeciwnym razie byłaby otwartym systemem wyciekającym w przestrzeń kosmiczną. Diaz przeciwstawia sposób, w jaki fizyk może zmieniać Marsa narzędziami przemysłowymi, do metod cieplarnianych biologa.
Diaz rozmawiał z magazynem Astrobiology o tym, co może oznaczać przemodelowanie Marsa za pomocą małych stadionów, dopóki nie wyrosną na bujne, pustynne oazy.
Astrobiology Magazine (AM) : Czy słuszne byłoby stwierdzenie, że badasz różnice między globalną a lokalną strategią terraformowania?
Omar Pensado Diaz (OPD): Nie mogę się doczekać integracji modeli, skupiając się raczej na ich różnicach. Globalne terraformowanie lub ocieplanie planety super gazami cieplarnianymi jest strategią lub modelem wymyślonym z perspektywy fizyki; podczas gdy model, który proponuję, jest widziany z biologicznego punktu widzenia.
Mówię o modelu zwanym mikroterraformowaniem, który będzie możliwy dzięki narzędziu o nazwie Minimalna jednostka terraformowania (MUT). Pojęcie minimalnej jednostki terraformowania wyjaśniono jako ekosystem funkcjonujący jako podstawowa jednostka przyrody. MUT obejmuje grupę żywych organizmów oraz ich fizyczne i chemiczne środowisko, w którym żyją, ale zastosowano je do rozwoju procesu kolonizacji biologicznej i przebudowy na Marsie.
Koncepcja artysty, w jaki sposób terraformowany Mars z oceanem obejmującym większość jego północnej półkuli może wyglądać z orbity. Mar, jak terraformowany przez Michaela Carrolla. W 1991 r. Obraz został użyty na pierwszej stronie numeru „Making Mars Habitable” w Nature.
Z technicznego punktu widzenia jest to szklarnia w kształcie kopuły, która zawiera i chroni wewnętrzny ekosystem. Ten kompleks nie byłby odizolowany od otoczenia; wręcz przeciwnie, byłby w stałym kontakcie z nim, ale w kontrolowany sposób.
Ważna jest wymiana gazu między jednostkami MUT a środowiskiem marsjańskim, więc sam ekosystem odgrywa dramatyczną rolę. Celem tego procesu jest wygenerowanie fotosyntezy. Tutaj musimy rozważyć rośliny jako pokrywające powierzchnię i fabryki chemiczne przetwarzające atmosferę.
JESTEM: Jakie byłyby zalety pracy na miejscu, z wykorzystaniem modelu oazy na pustyni? Czy przez biologiczną analogię do podstawowej jednostki terraformacyjnej masz na myśli to, jak komórki biologiczne mają równowagę wewnętrzną, ale także wymieniają się z zewnętrzną, która różni się dla całego gospodarza?
OPD: Zalety, które znalazłem w tym modelu, to fakt, że możemy szybciej zainicjować proces terraformowania, ale etapami, dlatego jest to mikroterraformacja.
Ale główną i najważniejszą zaletą jest to, że możemy sprawić, że życie roślin zacznie brać udział w tym procesie za pomocą technologii. Życie jest informacją i przetwarza informacje wokół niej, rozpoczynając proces adaptacji do wewnętrznych warunków jednostki. Tutaj utrzymujemy, że życie ma plastyczność i nie tylko dostosowuje się do otaczających warunków, ale także dostosowuje środowisko do własnych okoliczności. W języku genetyki oznacza to interakcję między genotypem a środowiskiem, powodując dostosowanie ekspresji fenotypowych do dominujących warunków.
Teraz w małym środowisku, takim jak Jednostka o średnicy około 15 lub 20 metrów, możemy mieć znacznie cieplejsze środowisko niż poza Jednostką.
JESTEM: Opisz, jak może wyglądać Jednostka.
OPD: Przezroczysta, dwuwarstwowa kopuła z tworzywa sztucznego. Kopuła generowałaby efekt cieplarniany wewnątrz, który znacznie podniósłby temperaturę w ciągu dnia i chroniłby wnętrze przed niskimi temperaturami w nocy. Co więcej, ciśnienie atmosferyczne byłoby wyższe o 60 do 70 milibarów. To by wystarczyło, aby umożliwić procesom fotosyntezy roślin oraz płynną wodę.
Pod względem termodynamicznym mówimy teraz o braku równowagi. Aby ponownie aktywować Marsa, musimy stworzyć termodynamiczną nierównowagę. Jednostka wygeneruje najpierw to, co jest potrzebne, takie jak odgazowanie gruntu na podstawie różnic temperatur. Taki proces jest celem wraz ze ścieżką do globalnej strategii.
Ściśle mówiąc, Jednostki byłyby jak pułapki wychwytujące dwutlenek węgla; uwalniają tlen i wytwarzają biomasę. Tlen byłby następnie okresowo uwalniany do atmosfery. System zaworów uwalnia gazy na zewnątrz, a gdy wewnętrzne ciśnienie atmosferyczne spadnie do 40 lub 35 milibarów, zawory automatycznie się zamykają. A inne otworzyłyby się i przez zasysanie gaz dostałby się do jednostki, a pierwotne ciśnienie atmosferyczne ustabilizowałoby się. Ten system pozwoliłby nie tylko na uwolnienie tlenu, ale także na uwolnienie innych gazów.
JESTEM: W takim modelu oazy jest to system otwarty, ale nie miałby wpływu na warunki regionalne. Innymi słowy, czy lokalny wyciek zostałby rozcieńczony, a w tych przypadkach, w jaki sposób mikroterraformowanie różni się od samych tylko szklarni?
OPD: Uważa się, że szklarnie - w tym przypadku Minimalna jednostka terraformowania - zaczynają stopniowo zmieniać się na Marsie. Różnica zależy od zakresu działania, ponieważ właśnie tam rozpoczyna się proces mikroterraformowania. Poza tym zależy to od tego, jak na to spojrzysz, ponieważ tą metodą próbujemy powtórzyć wzór ewolucji, który kiedyś był udany na Ziemi, aby przekształcić atmosferę planety w inną i wprowadzić Marsa w fazę nierównowagi termodynamicznej .
Główną zaletą jest to, że możemy kontrolować proces terraformowania w skali mikro; możemy szybciej zamienić Marsa w miejsce podobne do Ziemi i jednocześnie pozwolić mu oddziaływać z otaczającym środowiskiem. To jest najważniejszy aspekt: postęp w szybszych procesach. Jak powiedziałem wcześniej, ideą jest podążanie tym samym wzorem ewolucji, który rozwinął się na Ziemi wkrótce po pojawieniu się fotosyntezy. Były rośliny lądowe, które przebudowały Ziemię i utworzyły terraformę, generując dwutlenek węgla z powierzchni i rozprowadzając go do atmosfery, która istniała w tym czasie.
Dr. Chris McKay i Robert Zubrin przedstawili interesujący model, który proponuje kolokację trzech dużych luster orbitalnych. Lustra odbijają światło słoneczne na południowy biegun Marsa i sublimują warstwę suchego lodu (śnieg dwutlenku węgla) w celu zwiększenia efektu cieplarnianego, a następnie przyspieszenia globalnego ocieplenia planety.
Takie lustra byłyby wielkości Teksasu.
Myślę, że gdyby ta sama infrastruktura zastosowana w tych zwierciadłach była zamiast tego użyta do budowy kopuł dla minimalnej jednostki terraformowania na powierzchni Marsa, generowalibyśmy wyższe szybkości odgazowania i szybsze dotlenienie atmosfery. Ponadto część powierzchni i tak zostałaby ocieplona, ponieważ Jednostki utrzymywałyby ciepło słoneczne, a nie odbijałyby go od powierzchni.
Brak płynnej wody dla ekosystemów wewnątrz Jednostek jest dyskusyjny; można jednak zastosować wariant propozycji dr Adama Brucknera z University of Washington. Polega na zastosowaniu skraplacza zeolitowego (katalizatora mineralnego); następnie wydobywa wodę z wilgoci wchodzącego powietrza. Woda wlewałaby się codziennie. Ponownie aktywowalibyśmy niektóre etapy cyklu hydrologicznego, wychwytując dwutlenek węgla, uwalniając gazy do atmosfery i czyniąc powierzchnię bardziej żyzną. Robilibyśmy przyspieszone terraformowanie na bardzo małej części Marsa, ale jeśli umieścimy setki takich jednostek, efekty odgazowania na powierzchni i atmosferze będą miały reperkusje planetarne.
JESTEM: Gdy zamknięte biosfery działały na Ziemi jak Biosfera 2, pojawiły się problemy z - na przykład - utratą tlenu z powodu połączenia ze skałą w celu utworzenia węglanów. Czy istnieją dziś przykłady samowystarczalnych systemów na dużą skalę na Ziemi?
OPD: Wielkoskalowe, samowystarczalne systemy zbudowane przez ludzi? Nie znam żadnego, ale samo życie jest samowystarczalnym systemem, który pobiera z otaczającego środowiska to, co musi działać.
Taki był problem zamkniętych biosfer, ponieważ nie były one w stanie utworzyć obwodu sprzężenia zwrotnego, jak to ma miejsce na Ziemi. Ponadto proponowany przeze mnie system nie zostałby zamknięty; w interwałach wchodziłby w interakcje ze środowiskiem Marsa, uwalniając część tego, co zostało przetworzone w wyniku fotosyntezy, jednocześnie wprowadzając nowe gazy. Minimalna jednostka terraformowania nie będzie systemem zamkniętym.
Jeśli weźmiemy pod uwagę „teorię Gai” Jamesa Lovelocka, moglibyśmy uznać Ziemię za wielkoskalowy, samowystarczalny system, ponieważ cykle biogeochemiczne są aktywne - sytuacja, która nie dzieje się dzisiaj na Marsie. Duża część tlenu łączy się z jego powierzchnią, nadając planecie utleniony charakter. W tym sensie, wewnątrz Minimalnej Jednostki Terraformowania, cykle biogeochemiczne zostałyby reaktywowane. Kopuły te uwolnią między innymi tlen i węglany, więc uwalnianie zacznie stopniowo płynąć do atmosfery planety.
JESTEM: Najszybszą często cytowaną metodą globalnego terraformowania jest wprowadzenie fluorowęglowodorów do marsjańskiej atmosfery. Przy małych zmianach procentowych następują duże zmiany temperatury i ciśnienia. Zależy to od interakcji Słońca. Czy zamknięta bańka miałaby ten mechanizm dostępny, na przykład jeśli światło ultrafioletowe nie przenika do kopuł?
OPD: Mówimy o tym alternatywnym sposobie - niestosowaniu fluorowęglowodorów i innych gazów cieplarnianych. Proponowana przez nas metoda wychwytuje dwutlenek węgla w celu zwiększenia biomasy, uwalnia tlen i wewnętrzne magazynowanie ciepła, wszystko w celu wygenerowania odgazowania dwutlenku węgla wewnątrz urządzenia. Inne gazy uwięzione dzisiaj w ziemi zostaną uwolnione do marsjańskiej atmosfery w celu stopniowego zagęszczenia. W rzeczywistości bezpośrednie narażenie ekosystemu na promieniowanie ultrafioletowe przyniosłoby efekt przeciwny do zamierzonego w przypadku wychwytywania dwutlenku węgla, tworzenia biomasy i wytwarzania gazu ziemnego. Dokładnie, kopuła służy do ochrony ekosystemu przed zimnem i promieniowaniem ultrafioletowym, a także do utrzymania jego wewnętrznego ciśnienia.
Teraz kopuła byłaby ważnym pułapką cieplną i izolatorem termicznym. Nawiązując do wcześniejszej analogii komórkowej, kopuła jest jak błona biologiczna, która doprowadza lokalny ekosystem do termodynamicznej nierównowagi. Ta nierównowaga pozwoliłaby na rozwój życia.
JESTEM: Czy wysokie lokalne stężenia gazów cieplarnianych (takich jak metan, dwutlenek węgla lub CFC) byłyby miejscowo toksyczne przed wywołaniem jakichkolwiek skutków na całym świecie?
OPD: Życie może dostosować się do warunków, które są dla nas toksyczne; podwyższone stężenie dwutlenku węgla może być korzystne dla roślin, a nawet zwiększyć ich produkcję, lub, podobnie jak w przypadku metanu, istnieją pewne organizmy metanogenne, które wymagają tego gazu do życia.
Takie gazy są odpowiednie do podnoszenia globalnej temperatury; z drugiej strony dwutlenek węgla jest najbardziej odpowiednim gazem dla życia roślin. Celem jest odtworzenie wzorców ewolucyjnych prowadzących do stopniowej adaptacji tych organizmów do nowego środowiska i adaptacji środowiska do tych organizmów.
JESTEM: Globalne terraformowanie na Marsie ma zakresy czasowe od stulecia do nawet długich czasów. Czy istnieją sposoby na oszacowanie, czy lokalne wysiłki mogą przyspieszyć zamieszkanie przy użyciu sugerowanego modelu oazy?
OPD: Będzie to zależeć od wydajności fotosyntezy roślin i ich zdolności do przystosowania się do środowiska przy jednoczesnym dostosowaniu środowiska. Możemy jednak rozważyć dwie oceny: jedną lokalną i jedną globalną.
Mówiąc dokładniej, oceny te można najpierw zmierzyć na każdej minimalnej jednostce terraformingu poprzez jej wydajność fotosyntezy, szybkość natlenienia, wychwytywanie dwutlenku węgla i odgazowanie powierzchni kopuły. Wskaźnik ten zależałby od padania promieni słonecznych i efektu cieplarnianego. Na poziomie globalnym szybkość przebudowy planety zależeć będzie od liczby minimalnych jednostek, które można zainstalować na całej powierzchni Marsa. To znaczy, jeśli istnieje więcej minimalnych jednostek terraformowania, transformacja planety zostałaby ukończona szybciej.
Chciałbym wyjaśnić coś, co moim zdaniem jest w tym momencie ważne. Głównym osiągnięciem byłoby przekształcenie Marsa w zieloną planetę, zanim ludzie będą mogli zamieszkiwać ją w taki sam sposób, jak dzisiaj na Ziemi. Byłoby niezwykłe zobaczyć, jak reaguje życie roślin, najpierw w Minimalnej Jednostce Terraformowania, a następnie, gdy maszyny te zakończyły swój cykl, a życie wyłania się jako eksplozja na zewnątrz, aby zobaczyć niepowstrzymaną specjację, która miałaby miejsce, odkąd życie reaguje na środowisko, a środowisko reaguje na życie.
I tak możemy obserwować drzewa, takie jak sosny, które na Ziemi mają duże i proste drewno. Na Marsie możemy mieć gatunek bardziej giętki, wystarczająco silny, aby był odporny na niskie temperatury i wiejące wiatry. Jako maszyny fotosyntetyczne sosny pełniłyby rolę transformatorów planetarnych, zatrzymując wodę, minerały i dwutlenek węgla w celu akumulacji biomasy.
JESTEM: Jakie masz plany na przyszłość dotyczące badań?
OPD: Chcę zainicjować częściowe symulacje warunków marsjańskich. Jest to potrzebne do zbadania i poprawy działania Minimalnej Jednostki Terraformowania, a także reakcji fizjologicznej roślin w takich warunkach. Innymi słowy, próby.
Jest to interdyscyplinarne i międzyinstytucjonalne badanie, więc niezbędny będzie udział inżynierów, biologów i specjalistów genetycznych, a także innych organizacji naukowych zainteresowanych tym tematem. Muszę powiedzieć, że to tylko pierwsza próba; jest to teoria tego, co można zrobić i którą możemy wypróbować na naszej planecie, na przykład, walcząc z agresywnym rozprzestrzenianiem się pustyni, rehabilitując tereny i tworząc przeszkody, aby powstrzymać ich stopniowy postęp.
Oryginalne źródło: Astrobiology Magazine
Oto artykuł o podobnym projekcie. Pamiętasz biosferę 2?
