Людство просувається у космос досить повільно — висадка астронавтів на місячну поверхню відбулася ще 55 років тому, відтоді подібними за масштабністю досягненнями похвалитися ми не в змозі. Але наш шлях Сонячною системою все одно триватиме, і наступною його метою, очевидно, стане Марс.
Поки одні науковці намагаються зрозуміти, як колоністам захиститися й адаптуватися до марсіанських умов, інші пропонують змінити саму планету. Чи можна зробити марсіанське середовище більш придатним для майбутніх колоністів, і чи варто цим займатися? Спробуємо розібратися.
Парниковий ефект: ворог Землі, друг Марса?
Технологія створення на поверхні небесного тіла умов, максимально близьких до земних, отримала назву «тераформування». Вперше цей термін вжив американський письменник-фантаст Джек Вільямсон у своїй повісті «Орбіта зіткнення», написаній 1942 року.
У 1971-му астроном і популяризатор науки Карл Саган став першим науковцем, який запропонував тераформувати Марс, що наразі має розріджену атмосферу, яка майже повністю складається з вуглекислого газу із незначною кількістю азоту, кисню й інших газів. Він припускав, що, вивільняючи гази з різних джерел на Червоній планеті, можна штучно згущувати її газову оболонку і підвищити шанси появи рідкої води на поверхні завдяки парниковому ефекту.
Концепцією зацікавились у NASA. Вуглекислий газ (діоксид вуглецю) та водяна пара є єдиними парниковими газами, наявними в атмосфері й покладах льоду на Марсі та під поверхнею планети. Молекули вуглекислого газу чудово вловлюють інфрачервоні промені Сонця. Тож якщо вивільнити достатню кількість цієї речовини, розтопивши льодяні шапки, та наповнити нею атмосферу, це створить парниковий ефект, який призведе до підвищення середньої температури, а отже, «зігріє» холодну планету. Це буквально той самий ефект, що саме зараз спричиняє зміни клімату на нашій планеті.
Зі свого боку, підвищений тиск сприятиме появі водойм на поверхні Марса. І хоча вдихнути свіже марсіанське повітря ще довго не вдасться, там принаймні можна буде обійтися без герметичних компресійних скафандрів.
Однак 2018 року, після низки досліджень, учені NASA все ж відмовилися від проєкту. Виявилося, що двоокису вуглецю на Червоній планеті просто не вистачить. Спираючись на дані місій MAVEN, Mars Express, Mars Reconnaissance Orbiter і Mars Odyssey, фахівці підрахували, що навіть якщо повністю випарувати весь марсіанський вуглекислий газ, атмосферний тиск підніметься лише до 15 мбар (для порівняння: середній тиск біля земної поверхні становить 987 мбар). Проєкт закрили з висновком: «Тераформування Марса неможливе з наявними технологіями. Будь-які подібні плани можливі лише у дуже далекому майбутньому».
Регіональне тераформування
Звісно, на цьому вирішили не зупинятися. Дослідникам з Гарвардського університету, Лабораторії реактивного руху (JPL NASA) й Університету Единбургу спало на думку, що не потрібно змінювати клімат усієї планети — достатньо вплинути лише на певні регіони, де мешкатимуть колоністи. Вчені запропонували використати кремнеземовий аерогель — один із найкращих ізоляційних матеріалів, що імітує парниковий ефект в атмосфері Землі. Ці аерогелі нині застосовують у декількох інженерних розробках, зокрема в зондах місії Mars Exploration Rovers. За допомогою моделювання й експериментів учені показали, що щит з аерогелю завтовшки від двох до трьох сантиметрів без будь-якого внутрішнього джерела тепла зможе пропускати достатню кількість видимого світла для фотосинтезу, блокувати небезпечне ультрафіолетове випромінювання, підвищити й утримувати температуру на поверхні, вищу за точку танення водяного льоду. Цей матеріал можна використовувати для побудови житлових помешкань або навіть автономних біосфер на Марсі.
Контрольоване нагрівання обмежених територій не вимагало би великих обсягів енергії або технічного обслуговування модульних поселень, аби тривалий час тримати ділянку теплою. Результати досліджень, що імітували марсіанську поверхню, продемонстрували: тонкий шар аерогелю загалом збільшував температури поверхні в середніх широтах на Марсі до тих, які є на Землі. Однак для побудови подібних «теплиць» знадобляться подальші дослідження. До того ж цей диво-матеріал не розвʼязує проблему суворого клімату всієї планети, а також є доволі крихким і потребує масштабного виробництва.
Ядерні бомбардування, або метод Маска
І навіть ексцентричний мільярдер Ілон Маск захопився спокусливою ідеєю тераформувати Марс, причому у власному стилі — шляхом ядерних бомбардувань. Маск є найвідомішим сучасним прихильником колонізації четвертої планети від Сонця. Він неодноразово ділився планами заселити її до 2050 року більш ніж мільйоном колоністів, які житимуть під скляними куполами марсіанських міст. Проте у нього є й довгострокова мета — зробити Марс більш схожим на Землю.
Маск теж пропонує використати парниковий ефект. Спочатку потрібно нагріти запаси замороженого вуглекислого газу на марсіанських полюсах, для чого над ними треба «всього лише» підірвати ядерні бомби. У відповідь на зауваження щодо недостатньої кількості вуглекислого газу у заморожених покладах мільярдер наголосив, що марсіанський ґрунт може також утримувати «величезну кількість» цієї речовини. Її вивільнення допоможе нагріти планету, розтопити заморожені льодовики й додатково згустити атмосферу, спричинивши потепління.
Відтак учені вказують на недоліки цього методу перетворення Марса на квітучий оазис. Навіть якби там було достатньо замороженого CO₂, така стратегія вимагала би використання майже недосяжної кількості ядерної зброї. За деякими підрахунками, потрібно щодня сім тижнів поспіль детонувати 3500 ядерних боєголовок у половину мегатонни. І навіть із такими темпами подальший процес тераформування зайняв би кілька тисячоліть.
Гігантські орбітальні дзеркала
Іще один популярний спосіб тераформування Марса — побудова гігантських дзеркал на орбіті навколо планети, які будуть відбивати й направляти більшу кількість сонячного світла і нагрівати її поверхню. Серед найвідоміших прихильників цього методу — Крістофер Маккейн, планетолог та науковець з NASA, і Роберт Зубрін, американський аерокосмічний інженер, письменник і засновник Марсіанського товариства.
Ідея полягає в тому, аби побудувати орбітальні дзеркала радіусом близько 100 км із тонкої алюмінованої термопластикової плівки (зі схожого матеріалу виготовляють сонячні вітрила). Такі дзеркала мали б масу близько 200 000 тонн! Якщо їх виготовляти в космосі, використовуючи ресурси Місяця чи астероїдів, виробництво необхідного алюмінію потребуватиме величезної кількості енергії, не кажучи вже про час.
На думку Зубріна, у нас замало даних, аби стверджувати, що покладів вуглекислого газу на Марсі недостатньо. Адже досі експерти спиралися на дані супутника MAVEN і кількох марсоходів, що заглиблювалися у марсіанський ґрунт лише на кілька сантиметрів. Є ймовірність, що в глибині міститься більше покладів летких речовин. Подальші дослідження передбачають буріння в різних місцях планети на кілька сотень метрів углиб.
Астероїдні бомбардування
Інший спосіб підвищення температури полягає у скеруванні невеликих астероїдів або комет на поверхню Марса. Людство вже десятки років працює над програмами відстеження потенційно небезпечних об’єктів і розробляє системи захисту Землі від зіткнення. Тож один чи декілька подібних методів можна використати для організації зіштовхування таких об’єктів із Марсом. Енергія зіткнення в такому разі працювала б як джерело тепла.
Астероїди можна відбирати за «корисністю» — наприклад, за вмістом аміаку, який при потраплянні в атмосферу Марса стане додатковим підсилювачем парникового ефекту, або за наявністю води, що перетворюватиметься на водяну пару.
Утім, у NASA вважають, що знадобляться тисячі таких астероїдів, а готової технології для їх цілеспрямованого транспортування на Марс наразі немає.
Найважче – попереду
Існують і інші методи наближення умов на Марсі до земних шляхом імпорту аміаку, водню або бактерій, здатних жити та слугувати поживним субстратом для рослин у марсіанському реголіті. Проте вчені вважають, що замість боротьби з наслідками слід дивитись у корінь проблеми. Точніше, в ядро. Адже будь-які спроби створити атмосферу на Червоній планеті будуть марними без магнітосфери, яка зможе її утримати. Тераформованому Марсу знадобиться посилена магнітосфера, подібна до тієї, що захищає Землю від потоку заряджених частинок із Сонця.
Вважається, що близько 4 млрд років тому Марс втратив своє магнітне поле внаслідок зупинки обертання ядра. Без магнітосфери, яка слугувала своєрідним щитом, сонячні вітри почали бомбардувати та руйнувати атмосферу. Провідний учений NASA Джим Грін, який працював у агенції 40 років, пропонує замість неї створити величезний магнітний щит, що завадить нашій зорі руйнувати майбутню марсіанську атмосферу. В результаті планета зможе утримувати тепло біля поверхні, тиск збільшиться, а клімат покращиться і стане придатним для життя. На думку науковця, цей метод потягне за собою найменше втручань і руйнувань, а далі Марс почне тераформуватися самостійно. Але він не дає оцінок щодо вартості проєкту, необхідних технологічних можливостей і часу, потрібного для таких довготривалих процесів.
Етичні питання та користь концепцій та досліджень для Землі
Хоча людство ще досить далеке від реалізації планів тераформування Марса, все ж ми мусимо зважати і на питання щодо етичності та доречності таких проєктів. Подібно до територій дикої природи на Землі, що перебувають під охороною, на Марсі є екстремальні, історично важливі та естетично цінні регіони. Будь-які втручання у природній розвиток планети призведуть до незворотних змін. Марс назавжди втратить свою унікальну історичну та дослідницьку цінність для майбутніх поколінь.
Інша проблема тераформування Марса полягає у високій вартості подібних місій. І якщо, скажімо, людство мало б подібні ресурси, чи не доцільніше було б використати їх на користь Землі? Вже зараз учені всього світу б’ють на сполох у зв’язку зі змінами клімату, спустошенням родючих земель, зменшенням запасів прісної води та корисних копалин, а також неготовністю до можливих епідемій.
Не слід забувати і про досвід колонізаторства в історії людства, яке завжди супроводжувалося трагедіями. Навіть сьогодні тривають руйнівні війни за території, ресурси, релігійні переконання тощо. Тож чи дійшли ми до тієї точки морального розвитку, аби стати мудрими гостями у Всесвіті, а не руйнівними загарбниками?
Відповіді на це та інші запитання нам ще доведеться знайти у майбутньому. Однак подібні дослідження, як-от покращення якості ґрунтів чи розвиток захисту від астероїдів, можна використовувати і на нашій планеті. Як і багато інших технологій, що є у нашому повсякденному житті завдяки космічним розробкам. А у разі невідворотної катастрофи Марс став би «планом Б» для порятунку людського виду.
Автор: Анастасiя Бернацька, журналiстка
Ця стаття була опублікована у №1 (190) 2024 року журналу Universe Space Tech. Придбати цей номер в паперовій або електронній версії можна у нашому магазині.
