Pomysł terraformowania Marsa - zwanego także „Ziemskim Bliźniakiem” - jest fascynującym pomysłem. Pomiędzy stopieniem polarnych czap lodowych, powolnym tworzeniem atmosfery, a następnie zaprojektowaniem środowiska w celu uzyskania listowia, rzek i stojących zbiorników wodnych, jest wystarczająco dużo, aby zainspirować prawie każdego! Ale ile czasu zajmie takie przedsięwzięcie, ile by nas to kosztowało i czy naprawdę jest to efektywne wykorzystanie naszego czasu i energii?
Takimi pytaniami zajęły się dwa artykuły przedstawione w zeszłym tygodniu podczas warsztatów NASA „Planetary Science Vision 2050” (pon. 27 lutego - śr. 1 marca). Pierwszy, zatytułowany „Oś czasu Terraformowania”, przedstawia abstrakcyjny plan przekształcenia Czerwonej Planety w coś zielonego i nadającego się do zamieszkania. Drugi, zatytułowany „Mars Terraforming - The Wrong Way”, całkowicie odrzuca ideę terraformowania i stanowi alternatywę.
Poprzedni artykuł został wyprodukowany przez Aarona Berlinera z University of California, Berkeley i Chrisa McKaya z Space Sciences Division w NASA Ames Research Center. W swoim artykule dwaj badacze przedstawiają harmonogram terraformowania Marsa, który obejmuje fazę ocieplenia i fazę natlenienia, a także wszystkie niezbędne kroki, które poprzedzałyby i następowały.
Jak stwierdzają we wstępie do swojego artykułu:
„Terraformujący Mars można podzielić na dwie fazy. Pierwszą fazą jest ocieplenie planety od obecnej średniej temperatury powierzchni -60 ° C do wartości zbliżonej do średniej temperatury Ziemi do + 15 ° C i odtworzenie gęstej atmosfery CO². Ta faza ocieplenia jest stosunkowo łatwa i szybka i może zająć ~ 100 lat. Druga faza wytwarza poziomy O² w atmosferze, które pozwoliłyby ludziom i innym dużym ssakom normalnie oddychać. Ta faza natlenienia jest stosunkowo trudna i trwałaby 100 000 lat lub dłużej, chyba że postuluje się przełom technologiczny. ”
Zanim zaczną się one, Berliner i McKay przyznają, że należy podjąć pewne kroki „poprzedzające terraformowanie”. Obejmują one badanie środowiska Marsa w celu określenia poziomów wody na powierzchni, poziomu dwutlenku węgla w atmosferze i postaci lodu w regionach polarnych oraz ilości azotanów w glebie marsjańskiej. Jak wyjaśniają, wszystko to ma kluczowe znaczenie dla praktycznego tworzenia biosfery na Marsie.
Dotychczas dostępne dowody wskazują na wszystkie trzy elementy występujące w obfitości na Marsie. Podczas gdy większość wody Marsa ma obecnie postać lodu w regionach polarnych i czapach polarnych, jest tam wystarczająco dużo, aby utrzymać cykl wodny - wraz z chmurami, deszczem, rzekami i jeziorami. Tymczasem niektóre szacunki twierdzą, że w obszarach polarnych jest wystarczająca ilość CO2 w lodzie, aby stworzyć atmosferę równą ciśnieniu na poziomie morza na Ziemi.
Azot jest również podstawowym wymogiem dla życia i niezbędnym składnikiem oddychającej atmosfery oraz najnowszymi danymi opracowanymi przez Łazik ciekawości wskazują, że azotany stanowią ~ 0,03% masy gleby na Marsie, co zachęca do terraformowania. Ponadto naukowcy będą musieli rozwiązać niektóre kwestie etyczne związane z tym, w jaki sposób terraformowanie może wpłynąć na Marsa.
Na przykład, jeśli obecnie na Marsie istnieje jakieś życie (lub życie, które można by ożywić), stanowiłoby to niezaprzeczalny dylemat etyczny dla ludzkich kolonistów - szczególnie jeśli życie to jest związane z życiem na Ziemi. Jak wyjaśniają:
„Jeśli życie Marsa jest powiązane z życiem na Ziemi - być może z powodu wymiany meteorytów - sytuacja jest znana i pojawiają się pytania o to, jakie inne rodzaje życia na Ziemi należy wprowadzić i kiedy należy je rozwiązać. Jeśli jednak marsjańskie życie nie ma związku z życiem na Ziemi i wyraźnie reprezentuje drugą genezę życia, powstają istotne kwestie techniczne i etyczne. ”
Aby zwięźle zakończyć fazę pierwszą - „fazę ocieplenia”, autorzy odnoszą się do znanego nam dzisiaj problemu. Zasadniczo zmieniamy nasz własny klimat tutaj na Ziemi, wprowadzając do atmosfery CO² i „super gazy cieplarniane”, które zwiększają średnią temperaturę Ziemi w tempie wielu stopni Celsjusza na stulecie. I chociaż na Ziemi było to niezamierzone, na Marsie można by ponownie wykorzystać celowe ocieplenie środowiska.
„Czas ocieplenia Marsa po skoncentrowanym wysiłku w zakresie produkcji gazu cieplarnianego jest krótki, około 100 lat”, twierdzą. „Gdyby wszystkie incydenty słoneczne na Marsie zostały uchwycone ze 100% wydajnością, Mars ogrzałby się do temperatur podobnych do Ziemi za około 10 lat. Jednak efektywność efektu cieplarnianego wynosi prawdopodobnie około 10%, a zatem czas potrzebny do ogrzania Marsa wyniósłby około 100 lat. ”
Po utworzeniu tej gęstej atmosfery następnym krokiem jest przekształcenie jej w coś oddychającego dla ludzi - gdzie poziomy O² byłyby równoważne około 13% ciśnienia powietrza na poziomie morza tutaj na Ziemi, a poziomy CO² byłyby mniejsze niż 1%. Faza ta, znana jako „faza natlenienia”, trwałaby znacznie dłużej. Po raz kolejny zwracają się do ziemskiego przykładu, aby pokazać, jak taki proces mógłby działać.
Twierdzą, że tutaj na Ziemi wysoki poziom tlenu w gazie (O²) i niski poziom CO² są spowodowane fotosyntezą. Reakcje te opierają się na energii słonecznej do przekształcania wody i dwutlenku węgla w biomasę - co jest reprezentowane równaniem H²O + CO² = CH²O + O². Jak pokazują, proces ten trwałby od 100 000 do 170 000 lat:
„Gdyby wszystkie incydenty słoneczne na Marsie zostały wykorzystane ze 100% wydajnością do przeprowadzenia tej transformacji chemicznej, wytworzenie wysokiego poziomu O² zajęłoby tylko 17 lat. Jednak prawdopodobna wydajność każdego procesu, który może przekształcić H²O i CO² w biomasę i O², jest znacznie mniejsza niż 100%. Jedynym przykładem procesu, który może globalnie zmienić CO² i O² całej rośliny, jest biologia globalna. Na Ziemi skuteczność globalnej biosfery w wykorzystaniu światła słonecznego do produkcji biomasy i O2 wynosi 0,01%. Tak więc harmonogram tworzenia atmosfery bogatej w O² na Marsie wynosi 10 000 x 17 lat, czyli ~ 170 000 lat. ”
Biorą jednak pod uwagę biologię syntetyczną i inne biotechnologie, które, jak twierdzą, mogą zwiększyć wydajność i skrócić czas do solidnych 100 000 lat. Ponadto, jeśli ludzie mogliby wykorzystać naturalną fotosyntezę (która ma stosunkowo wysoką wydajność 5%) na całej planecie - tj. Sadząc liście na całym Marsie - skala czasu mogłaby zostać zmniejszona nawet do kilku stuleci.
Na koniec przedstawiają kroki, które należy wykonać, aby piłka się toczyła. Kroki te obejmują dostosowanie obecnych i przyszłych misji robotów do oceny zasobów marsjańskich, modeli matematycznych i komputerowych, które mogłyby zbadać procesy, inicjatywę stworzenia syntetycznych organizmów na Marsa, sposób testowania technik terraformowania w ograniczonym środowisku oraz porozumienie planetarne, które ustanowi ograniczenia i zabezpieczenia.
Cytując Kim Stanleya Robinsona, autora Trylogii Czerwonego Marsa (przełomowe dzieło science fiction na temat terraformowania Marsa), wzywają do działania. Odnosząc się do tego, jak długo zajmie proces terraformowania Marsa, twierdzą, że „równie dobrze możemy zacząć już teraz”.
Walerij Jakowlew - astrofizyk i hydrogeolog z Laboratorium Jakości Wody w Charkowie na Ukrainie - przedstawia odmienne zdanie. W swoim artykule „Mars Terraforming - The Wrong Way” opowiada się za stworzeniem kosmicznych biosfer na niskiej orbicie ziemskiej, które opierałyby się na sztucznej grawitacji (jak cylinder O'Neilla), aby umożliwić ludziom przyzwyczajenie się do życia w przestrzeń.
Patrząc na jedno z największych wyzwań związanych z kolonizacją kosmosu, Jakowlew wskazuje, w jaki sposób życie na ciałach takich jak Księżyc czy Mars może być niebezpieczne dla ludzkich osadników. Oprócz tego, że są podatni na promieniowanie słoneczne i kosmiczne, koloniści musieliby poradzić sobie ze znacznie niższą grawitacją. W przypadku Księżyca byłoby to około 0,165 razy więcej niż ludzie doświadczają tutaj na Ziemi (aka. 1 g), podczas gdy na Marsie byłoby to około 0,366 razy.
Długoterminowe skutki tego nie są znane, ale jasne jest, że obejmowałoby to zwyrodnienie mięśni i utratę kości. Patrząc dalej, nie jest całkowicie jasne, jakie byłyby skutki dla dzieci urodzonych w obu środowiskach. Zajmując się sposobami, w jakie można je złagodzić (w tym medycynę i wirówki), Jakowlew wskazuje, jak najprawdopodobniej byłyby one nieskuteczne:
„Nadzieja na rozwój medycyny nie anuluje fizycznej degradacji mięśni, kości i całego organizmu. Rehabilitacja w wirówkach jest mniej korzystnym rozwiązaniem w porównaniu z biosferą okrętową, w której możliwe jest zapewnienie zasadniczo stałej imitacji normalnej grawitacji i kompleksu ochronnego przed wszelkimi szkodliwymi wpływami środowiska kosmicznego. Jeśli drogą eksploracji kosmosu jest stworzenie kolonii na Marsie, a ponadto kolejne próby terraformowania planety, doprowadzą do nieuzasadnionej utraty czasu i pieniędzy oraz zwiększą znane ryzyko ludzkiej cywilizacji. ”
Ponadto wskazuje na wyzwania związane z tworzeniem idealnego środowiska dla osób mieszkających w kosmosie. Oprócz zwykłego tworzenia lepszych pojazdów i opracowywania sposobów na pozyskanie niezbędnych zasobów, istnieje również potrzeba stworzenia idealnego środowiska kosmicznego dla rodzin. Zasadniczo wymaga to opracowania mieszkań optymalnych pod względem wielkości, stabilności i wygody.
W świetle powyższego Jakowiew przedstawia najbardziej prawdopodobne perspektywy wyjścia ludzkości w kosmos w okresie od teraz do 2030 r. Będzie to obejmować stworzenie pierwszych kosmicznych biosfer o sztucznej grawitacji, co doprowadzi do kluczowych zmian w zakresie materiałów technologia, systemy podtrzymywania życia oraz systemy i infrastruktura robotyczna potrzebne do instalowania i obsługi siedlisk na niskiej orbicie okołoziemskiej (LEO).
Siedliska te mogłyby być obsługiwane dzięki stworzeniu zrobotyzowanego statku kosmicznego, który mógłby zbierać zasoby z pobliskich ciał - takich jak Księżyc i Obiekty Nisko-Ziemskie (NEO). Ta koncepcja nie tylko wyeliminowałaby potrzebę ochrony planet - tj. Obawy o skażenie biosfery Marsa (zakładając obecność bakterii), ale także pozwoliłaby ludziom przyzwyczaić się do przestrzeni kosmicznej bardziej stopniowo.
Jak Yakovlev powiedział Space Magazine za pośrednictwem poczty elektronicznej, zalety siedlisk kosmicznych można podzielić na cztery punkty:
„1. Jest to uniwersalny sposób opanowania nieskończonych przestrzeni Kosmosu, zarówno w Układzie Słonecznym, jak i poza nim. Nie potrzebujemy powierzchni do instalowania domów, ale zasoby, które roboty dostarczą z planet i satelitów. 2. Możliwość stworzenia siedliska jak najbliżej kołyski ziemi pozwala uciec przed nieuchronną fizyczną degradacją pod inną grawitacją. Łatwiej jest stworzyć ochronne pole magnetyczne.
„3. Transfer między światami i źródłami zasobów nie będzie niebezpieczną wyprawą, ale normalnym życiem. Czy to jest dobre dla żeglarzy bez ich rodzin? 4. Prawdopodobieństwo śmierci lub degradacji ludzkości w wyniku globalnej katastrofy jest znacznie zmniejszone, ponieważ kolonizacja planet obejmuje rozpoznanie, dostawę towarów, transport wahadłowy ludzi - i jest to znacznie dłużej niż budowa biosfery na orbicie Księżyca. Dr Stephen William Hawking ma rację, człowiek nie ma dużo czasu. ”
Przy istniejących siedliskach kosmicznych można by rozpocząć bardzo ważne badania, w tym badania medyczne i biologiczne, które obejmowałyby pierwsze dzieci urodzone w kosmosie. Ułatwi to również rozwój niezawodnych promów kosmicznych i technologii wydobywania zasobów, które przydadzą się do osiedlania innych ciał - takich jak Księżyc, Mars, a nawet egzoplanety.
Ostatecznie Yakolev uważa, że biosfery kosmiczne można również osiągnąć w rozsądnych ramach czasowych - tj. Między 2030 a 2050 r. - co jest po prostu niemożliwe z terraformowaniem. Powołując się na rosnącą obecność i potęgę sektora przestrzeni komercyjnej, Jakowiew uważał również, że duża część niezbędnej infrastruktury jest już na miejscu (lub jest w fazie rozwoju).
„Po przezwyciężeniu bezwładności myślenia +20 lat eksperymentalna biosfera (jak osada na Antarktydzie z zegarkami), za 50 lat pierwsze pokolenie dzieci urodzonych w Kosmosie wzrośnie, a Ziemia spadnie, ponieważ wejdzie do legendy jako całość… W rezultacie terraformowanie zostanie anulowane. A kolejna konferencja otworzy drogę do prawdziwej eksploracji Kosmosu. Jestem dumny, że jestem na tej samej planecie co Elon Reeve Musk. Jego pociski będą przydatne do podnoszenia projektów pierwszej biosfery z fabryk księżycowych. To bliski i bezpośredni sposób na podbój Kosmosu. ”
Ponieważ naukowcy i przedsiębiorcy z NASA, tacy jak Elon Musk i Bas Landorp, chcą skolonizować Marsa w najbliższej przyszłości, a także inne komercyjne firmy z branży lotniczej i kosmicznej rozwijające LEO, trudno jest przewidzieć wielkość i kształt przyszłości ludzkości w kosmosie. Być może wspólnie zdecydujemy się na ścieżkę, która zaprowadzi nas na Księżyc, Marsa i dalej. Być może zobaczymy nasze najlepsze wysiłki skierowane w przestrzeń blisko Ziemi.
A może zobaczymy, jak ruszamy w wielu kierunkach jednocześnie. Podczas gdy niektóre grupy będą opowiadać się za tworzeniem siedlisk kosmicznych w LEO (a później w innym miejscu w Układzie Słonecznym), które polegają na sztucznej grawitacji i robotach kosmicznych wydobywających asteroidy na materiały, inne skupią się na tworzeniu placówek na ciałach planetarnych, w celu przekształcenia ich w „Nowe Ziemie”.
Pomiędzy nimi możemy spodziewać się, że w tym stuleciu ludzie zaczną rozwijać „kosmiczną ekspertyzę”, która z pewnością przyda się, gdy zaczniemy przesuwać granice eksploracji i kolonizacji jeszcze dalej!
