Идея терраформирования Марса, превращения его атмосферы и окружающей среды в более земные для человеческого поселения, насчитывает десятилетия. За это время многие предложенные методы были рассмотрены и отложены как «слишком дорогие» или требующие технологий, значительно опережающих то, что есть у нас сегодня. Тем не менее, эта идея сохранилась и часто рассматривается как часть долгосрочных планов по созданию человеческого присутствия на Марсе. Учитывая многочисленные планы по созданию человеческих аванпостов на Луне и последующему использованию этой инфраструктуры для отправки миссий на Марс, возможности для терраформирования могут быть ближе, чем мы думаем.
К сожалению, любые планы по терраформированию Марса страдают от нерешенных препятствий, не последними из которых являются расходы, расстояние и потребность в технологиях, которых в настоящее время не существует. Для запуска парникового эффекта и нагрева поверхности Марса потребовалось бы огромное количество парниковых газов, транспортировка которых была бы очень сложной и дорогой. Однако группа инженеров и геофизиков во главе с Чикагским университетом предложила новый метод терраформирования Марса с помощью наночастиц. Этот метод будет использовать ресурсы, уже имеющиеся на поверхности Марса, и, согласно их технико-экономическому обоснованию, будет достаточным для начала процесса терраформирования.
Команду возглавила Самане Ансари, постдокторант кафедры электротехники и вычислительной техники (ECE) Северо-Западного университета. К ней присоединились Эдвин Кайт, доцент геофизических наук Чикагского университета; Рамзес Рамирес, доцент кафедры физики Университета Центральной Флориды; Лиам Дж. Стил, бывший постдокторант Чикагского университета, ныне работающий в Европейском центре среднесрочных прогнозов погоды (ECMWF), и Хуман Мохсени, профессор ECE Северо-Западного университета (и научный руководитель Ансари).
Как уже говорилось в предыдущих статьях, процесс терраформирования Марса сводится к нескольким этапам, все из которых являются взаимодополняющими. Это означает, что прогресс, достигнутый в одной области, неизменно окажет положительное влияние на другую. Эти этапы включают:
- Потепление планеты
- Уплотнение атмосферы
- Растапливание водяного льда
При нагревании планеты полярные ледяные шапки и вечная мерзлота растают, высвобождая жидкую воду на поверхность и в виде пара в атмосферу. Обильные количества сухого льда в обеих ледяных шапках (особенно в южном полушарии) также будут высвобождаться, уплотняя атмосферу и нагревая ее еще больше. Как утверждал Роберт Зубрин в Аргументы в пользу Марсаэто приведет к атмосферному давлению (атм) около 300 миллибар (30% от земного атмосферного давления на уровне моря), что позволит людям находиться на поверхности без скафандра (хотя им все равно понадобятся теплая одежда и баллоны с кислородом).
В прошлом предложения по терраформированию Марса рекомендовали, чтобы первый шаг был достигнут путем запуска парникового эффекта, в первую очередь путем введения дополнительных парниковых газов. Примерами являются дополнительный углекислый газ, метан, аммиак и хлорфторуглероды, которые нужно было бы либо добывать на Марсе, либо импортировать с Земли (или Венеры, Титана и внешней Солнечной системы). К сожалению, эти варианты потребовали бы флота космических аппаратов, совершающих двусторонние полеты на Марс, Венеру или внешнюю Солнечную систему и/или интенсивные горнодобывающие операции на Марсе.
Напротив, предложение, выдвинутое Ансари и ее коллегами, предполагает использование искусственных частиц пыли, изготовленных из местных минералов*. Благодаря таким миссиям, как Любопытство и Упорствокоторые получили несколько образцов горных пород и почвы для анализа, мы знаем, что частицы пыли на Марсе богаты железом и алюминием. Если сформировать из них проводящие наностержни длиной около 9 микрометров — ширина очень тонкого человеческого волоса — и расположить их в различных конфигурациях, эти частицы могут выбрасываться в атмосферу, где они будут поглощать и рассеивать солнечный свет.
Чтобы определить степень, в которой эти частицы повлияют на атмосферу Марса, команда провела моделирование с использованием высокопроизводительного вычислительного кластера Quest в Северо-Западном университете и вычислительного кластера Midway 2 в Научно-исследовательском вычислительном центре Чикагского университета (RCC). На основе 10-летнего срока жизни частиц были смоделированы две климатические модели, в которых 30 литров (7,9 галлонов) наночастиц в секунду последовательно запускались в атмосферу. Их результаты показывают, что этот процесс нагреет Марс более чем на 30 °C (86 °F), что достаточно, чтобы вызвать таяние полярных ледяных шапок.
На основе своих симуляций команда обнаружила, что их метод более чем в 5000 раз эффективнее предыдущих предложений по запуску парникового эффекта на Марсе. Кроме того, повышение средней температуры сделает марсианскую среду пригодной для микробной жизни, что жизненно важно для планов по экологическому преобразованию Марса. Благодаря внедрению фотосинтетических бактерий (например, цианобактерий) атмосферный углекислый газ может медленно преобразовываться в газообразный кислород. Именно так кислород стал неотъемлемой частью атмосферы Земли, начиная с 3,5 миллиарда лет назад.
Как отметил Кайт в статье в UChicago News, этот метод все равно займет десятилетия, но будет проще с точки зрения логистики и намного дешевле, чем текущие планы по терраформированию Марса:
«Это говорит о том, что барьер для потепления Марса, позволяющий существование жидкой воды, не так высок, как считалось ранее. Вам все равно понадобятся миллионы тонн, чтобы согреть планету, но это в пять тысяч раз меньше, чем вам потребовалось бы в предыдущих предложениях по глобальному потеплению Марса. Это значительно повышает осуществимость проекта. Это говорит о том, что барьер для потепления Марса, позволяющий существование жидкой воды, не так высок, как считалось ранее».
Естественно, необходимо провести множество дополнительных исследований, прежде чем такой метод можно будет опробовать в полевых условиях на Марсе. Не последним из них являются нерешенные вопросы о том, как на частицы повлияют атмосферные изменения на Марсе. В настоящее время на Марсе происходит образование облаков и выпадение осадков в виде сухого льда, конденсирующегося в атмосфере и падающего обратно на поверхность в виде снега из CO2. После того, как полярные ледяные шапки растают, на Марсе может появиться больше облачности и осадков, включающих воду, которая может конденсироваться вокруг частиц, заставляя их падать обратно на поверхность в виде капель дождя.
Этот и другие потенциальные механизмы обратной связи с климатом могут привести к множеству проблем. Но одним из лучших аспектов этого предлагаемого метода является его обратимость. Просто прекратите производить и выбрасывать частицы в атмосферу, и эффект потепления со временем прекратится. Более того, фокус исследования распространяется только на потепление атмосферы в той степени, в которой микробная жизнь могла бы там жить, а продовольственные культуры в конечном итоге могли бы быть высажены. Тем не менее, это исследование предлагает энтузиастам терраформирования жизнеспособный и более доступный вариант для запуска всего процесса «Озеленения Марса». Сказал Кайт:
«Климатические обратные связи действительно трудно точно смоделировать. Чтобы реализовать что-то подобное, нам понадобится больше данных как с Марса, так и с Земли, и нам нужно будет действовать медленно и обратимо, чтобы гарантировать, что эффекты работают так, как задумано. Это исследование открывает новые возможности для исследований и потенциально приближает нас на один шаг к давней мечте об установлении устойчивого присутствия человека на Марсе».
Как говорится в пословице, «Путь в тысячу миль начинается с одного шага». В этом случае первый шаг, пожалуй, самый сложный, сравнимый разве что с проблемами обеспечения сохранения изменений в климате Марса в долгосрочной перспективе. Предложив будущим поколениям жизнеспособный и (сравнительно) экономически эффективный вариант, мы можем осуществить мечту сделать Марс гостеприимным для земной жизни!
*Этот процесс известен как использование ресурсов на месте (ISRU), основной компонент архитектуры миссии NASA «Луна-Марс» и других планов по созданию постоянного присутствия человека на Луне и Марсе в ближайшие десятилетия.
Дополнительная литература: Новости Чикагского университета, Nature Advances
