Ideja o oblikovanju Marsa - aka "Zemljin dvojček" - je fascinantna ideja. Med taljenjem polarnih ledenih kapic, počasi ustvarjanjem ozračja in nato oblikovanjem okolja, da bi imeli listje, reke in stoječa vodna telesa, je tam dovolj, da navdihnete skoraj vsakogar! Toda koliko časa bi trajalo takšno prizadevanje, koliko bi nas to stalo in ali je res učinkovita uporaba našega časa in energije?
Taka vprašanja so obravnavala dva prispevka, ki sta jih prejšnji teden predstavila v Nasini delavnici "Planetarna vizija 2050" (pon. 27. februarja - 1. mar.). Prva, z naslovom "Časovna vrstica oblikovanja", predstavlja abstraktni načrt za spreminjanje Rdečega planeta v nekaj zelenega in za bivanje. Druga, z naslovom "Mars oblikovanje - napačen način", popolnoma zavrača idejo o oblikovanju ter predstavlja alternativo.
Nekdanji prispevek sta pripravila Aaron Berliner z kalifornijske univerze Berkeley in Chris McKay iz oddelka za vesoljske znanosti v Nasa Ames Research Center. V svojem prispevku oba raziskovalca predstavljata časovni okvir za oblikovanje Marsa, ki vključuje fazo segrevanja in fazo oksigenacije, ter vse potrebne korake, ki bi sledili in sledili.
Kot so zapisali v uvodu svojega prispevka:
„Teoretirajoči Mars lahko razdelimo na dve fazi. Prva faza je segrevanje planeta s sedanje povprečne površine površine -60 ° C do vrednosti, ki je blizu povprečne Zemljine temperature do + 15 ° C, in ponovno ustvarjanje gosto atmosfero CO². Ta faza segrevanja je relativno enostavna in hitra in lahko traja ~ 100 let. Druga faza je tvorba ravni O² v atmosferi, ki bi ljudem in drugim velikim sesalcem omogočila normalno dihanje. Ta faza oksigenacije je razmeroma težka in bi trajala 100.000 let ali več, razen če bi kdo predstavljal tehnološki preboj. "
Preden se lahko začnejo, Berliner in McKay priznavata, da je treba storiti določene korake pred "oblikovanjem". Sem spadajo raziskave Marsovega okolja za določanje ravni vode na površini, ravni ogljikovega dioksida v atmosferi in ledu v polarnih regijah ter količine nitratov v marsovskih tleh. Kot pojasnjujejo, so vsi ti ključni za praktičnost izdelave biosfere na Marsu.
Doslej razpoložljivi dokazi kažejo na vse tri elemente, ki jih na Marsu obstaja v izobilju. Medtem ko je večina vode na Marsu trenutno v obliki ledu v polarnih regijah in polarnih kapicah, je tam dovolj za podpiranje vodnega kroga - skupaj z oblaki, dežjem, rekami in jezeri. Medtem pa nekatere ocene trdijo, da je v polarnih regijah dovolj CO² v ledeni obliki, da se ustvari ozračje, enako tlaku morske gladine na Zemlji.
Dušik je tudi temeljna življenjska zahteva in potrebna sestavina dihalne atmosfere ter nedavni podatki Radovednost Rover navajajo, da nitrati predstavljajo približno 0,03 mas.% zemlje na Marsu, kar je spodbudno za oblikovanje tal. Poleg tega se bodo znanstveniki morali spoprijeti z nekaterimi etičnimi vprašanji, povezanimi s tem, kako bi lahko oblikovanje tal vplivalo na Mars.
Na primer, če je na Marsu trenutno življenje (ali življenje, ki bi ga lahko oživeli), bi to predstavljalo nesporno etično dilemo za človeške koloniste - še posebej, če je to življenje povezano z življenjem na Zemlji. Kot pojasnjujejo:
"Če je Marsovsko življenje povezano z Zemljinim življenjem - verjetno zaradi izmenjave meteoritov -, je situacija že znana in vprašanja, katere druge vrste življenja na Zemlji je treba uvesti in kdaj jih je treba obravnavati. Če pa je Marsovo življenje nepovezano z Zemljinim življenjem in očitno predstavlja drugo genezo življenja, se postavljajo pomembna tehnična in etična vprašanja. "
Da bi prekinili prvo fazo - "fazo segrevanja" - sovpadajoče, avtorji obravnavajo vprašanje, ki nam je danes znano. V bistvu spreminjamo lastno podnebje tukaj na Zemlji tako, da v ozračje vnašamo CO 2 in "super toplogredne pline", ki zvišujejo povprečno temperaturo Zemlje s stopnjo več stopinj Celzija na stoletje. In ker je bilo to na Zemlji nenamerno, bi na Marsu lahko namerno ogrevali okolje.
"Časovni razpon za segrevanje Marsa po osredotočenih prizadevanjih za proizvodnjo super toplogrednih plinov je kratek, le 100 let ali tako," trdijo. "Če bi vse sončne incidente na Marsu zajeli s 100-odstotnim izkoristkom, bi se Mars ogrel na temperature, podobne Zemlji, v približno 10 letih. Vendar pa je izkoristek toplogrednih učinkov verjetno približno 10%, torej čas, ki bi ga potrebovali za segrevanje Marsa, bi bil približno 100 let. "
Ko se ustvari to gosto ozračje, naslednji korak vključuje njegovo pretvorbo v nekaj dihajočega za ljudi - kjer bi bila raven O² enakovredna približno 13% morskega tlaka na Zemlji, na ravni Zemlje pa manj kot 1%. Ta faza, znana kot "faza oksigenacije", bi trajala precej dlje. Še enkrat se obrnejo proti prizemnemu zgledu, da pokažejo, kako bi tak postopek lahko deloval.
Na Zemlji trdijo, da sta visoki nivoji kisika (O²) in nizka raven CO 2 posledica fotosinteze. Te reakcije temeljijo na sončni energiji za pretvorbo vode in ogljikovega dioksida v biomaso - kar je predstavljeno z enačbo H²O + CO² = CH²O + O². Kot ponazarjajo, bi ta postopek trajal med 100.000 in 170.000 let:
"Če bi vse sončne svetlobe na Marsu izkoristili s 100-odstotno učinkovitostjo, da bi izvedli to kemično preobrazbo, bi bilo za proizvodnjo visokih ravni O² potrebnih le 17 let. Vendar pa je verjetna učinkovitost katerega koli procesa, ki lahko H2O in CO² pretvori v biomaso in O², precej manjši od 100%. Edini primer postopka, ki lahko globalno spremeni CO 2 in O 2 celotne rastline, je globalna biologija. Na Zemlji je učinkovitost svetovne biosfere pri uporabi sončne svetlobe za proizvedeno biomaso in O2 0,01%. Tako je časovni razpon za ustvarjanje atmosfere, bogatega O² na Marsu, 10.000 x 17 let ali ~ 170.000 let. "
Vendar pa dopuščajo sintetično biologijo in druge biotehnologije, za katere trdijo, da bi lahko povečale učinkovitost in zmanjšale časovni razpon na dobrih 100.000 let. Poleg tega bi človeška bitja lahko uporabila naravno fotosintezo (ki ima 5-odstotno sorazmerno veliko učinkovitost) na celotnem planetu - to je saditev listja po celotnem Marsu -, zato bi lahko časovni razpon zmanjšali na celo nekaj stoletij.
Na koncu so opisani koraki, ki jih je treba izvesti, da se žoga valja. Ti koraki vključujejo prilagajanje sedanjih in prihodnjih robotskih misij za oceno marsovskih virov, matematične in računalniške modele, ki bi lahko preučili vpletene procese, pobudo za ustvarjanje sintetičnih organizmov za Mars, sredstvo za preizkušanje tehnik oblikovanja v omejenem okolju in planetarni sporazum, ki vzpostavila bi omejitve in zaščito.
Citirajoč Kim Stanleyja Robinsona, avtorja trilogije Rdeči Mars, (osnovno delo znanstvene fantastike o oblikovanju Marsa), sprožijo poziv k akciji. Ko govorijo o tem, kako dolgo bo trajal proces oblikovanja Marsa, trdijo, da "bomo lahko začeli tudi zdaj".
Na to Valerij Jakovlev - astrofizik in hidrogeolog iz laboratorija za kakovost vode v Harkovu v Ukrajini - ponuja razhajanje. V svojem prispevku, "Mars Terraforming - the Wrong Way", govori o ustvarjanju vesoljskih biosfer v nizki zemeljski orbiti, ki bi se opirale na umetno gravitacijo (kot O'Neill Cylinder), ki bi ljudem omogočila, da se navadijo na življenje v prostor.
Yakovlev opozarja na enega največjih izzivov kolonizacije vesolja, kako bi bilo življenje na telesih, kot sta Luna ali Mars, lahko nevarno za naseljenike. Kolonisti bi se morali poleg ranljivih za sončno in kozmično sevanje spoprijeti tudi z bistveno nižjo težo. V primeru Lune bi bilo to približno 0,165-krat toliko, kot ljudje doživljajo tukaj na Zemlji (približno 1 g), medtem ko bi bilo na Marsu približno 0,376-krat.
Dolgoročni učinki tega niso znani, jasno pa je, da bi vključevali degeneracijo mišic in izgubo kosti. Če pogledamo dlje, ni povsem jasno, kakšni bi bili učinki na tiste otroke, ki so se rodili v katerem koli okolju. Yakovlev opozarja na načine, kako jih je mogoče omiliti (vključno z zdravili in centrifugami), kako najverjetneje bodo neučinkoviti:
»Upanje v razvoj zdravila ne bo prekinilo fizične degradacije mišic, kosti in celotnega organizma. Sanacija v centrifugah je manj primerna rešitev v primerjavi z ladjo-biosfero, kjer je mogoče zagotoviti bistveno konstantno imitacijo normalne gravitacije in zaščitnega kompleksa pred kakršnimi koli škodljivimi vplivi vesoljskega okolja. Če je pot raziskovanja vesolja ustvarjanje kolonije na Marsu in nadaljnji poskusi oblikovanja planeta, bo to privedlo do neupravičene izgube časa in denarja ter poveča znana tveganja za človeško civilizacijo. "
Poleg tega opozarja na izzive ustvarjanja idealnega okolja za posameznike, ki živijo v vesolju. Poleg preprosto oblikovanja boljših vozil in razvoja sredstev za zagotovitev potrebnih virov je treba ustvariti tudi idealno vesoljsko okolje za družine. To v bistvu zahteva razvoj ohišja, ki je optimalno glede na velikost, stabilnost in udobje.
Glede na to Yakolev predstavlja tisto, kar se mu zdi najverjetnejše možnosti za izhod človeštva v vesolje med letoma 2030 in to bo vključevalo ustvarjanje prvih vesoljskih biosfer z umetno gravitacijo, kar bo privedlo do ključnih dogodkov v zvezi z materiali tehnologijo, sisteme življenjske podpore ter robotske sisteme in infrastrukturo, potrebne za namestitev in servisiranje habitatov v nizki zemeljski orbiti (LEO).
Te habitate bi bilo mogoče vzdrževati zahvaljujoč ustvarjanju robotskih vesoljskih plovil, ki bi lahko pridobivala vire iz bližnjih teles - na primer Lune in bližnjih zemeljskih objektov (NEO). Ta koncept ne bi odpravil samo potrebe po planetarnih zaščitah - tj. Skrbi zaradi onesnaženja Mars-ove biosfere (ob predpostavki prisotnosti bakterijskih življenj), ampak bi tudi omogočil, da se bodo ljudje počasneje navadili na vesolje.
Kot je Yakovlev povedal za Space Magazine po e-pošti, lahko prednosti vesoljskih habitatov razdelimo na štiri točke:
„1. To je univerzalen način obvladovanja neskončnih prostorov Kozmosa, tako v Osončju kot zunaj njega. Za nameščanje hiš ne potrebujemo površin, temveč vire, ki jih bodo roboti dobavili s planetov in satelitov. 2. Možnost ustvarjanja habitata čim bližje zemeljski zibelki omogoča, da se izognemo neizbežni fizični degradaciji pod drugačno težo. Lažje je ustvariti zaščitno magnetno polje.
„3. Prenos med svetovi in viri virov ne bo nevarna odprava, ampak normalno življenje. Je dobro za mornarje brez družin? 4. Verjetnost smrti ali degradacije človeštva zaradi svetovne katastrofe se znatno zmanjša, saj kolonizacija planetov vključuje izvidnice, dostavo blaga, avtobusni prevoz ljudi - in to veliko dlje kot gradnja biosfere v Lunovi orbiti. Dr. Stephen William Hawking ima prav, človek nima veliko časa. "
Z vesoljskimi habitati bi se lahko začele nekatere zelo ključne raziskave, vključno z medicinskimi in biološkimi raziskavami, ki bi vključevale prve otroke, rojene v vesolju. Olajšal bi tudi razvoj zanesljivih vesoljskih shuttlov in tehnologij za črpanje virov, kar bo še kako koristno za poselitev drugih teles - kot so Luna, Mars in celo eksoplaneti.
Konec koncev Yakolev meni, da bi bilo mogoče vesoljske biosfere doseči tudi v razumnem časovnem okviru - tj. Med letoma 2030 in 2050 - kar preprosto ni mogoče pri oblikovanju terena. Kot je navedel vse večjo prisotnost in moč komercialnega vesoljskega sektorja, je Yakolev tudi verjel, da je veliko potrebne infrastrukture že vzpostavljeno (ali v razvoju).
"Ko bomo premagali vztrajnost razmišljanja +20 let, bo poskusna biosfera (podobno kot naselje na Antarktiki z urami) čez 50 let prva generacija otrok, rojenih v Kozmosu, rasla in Zemlja se bo zmanjšala, ker bo vstopila v legende kot celota… Posledično bo oblikovanje teras preklicano. In naslednja konferenca bo odprla pot do resničnega raziskovanja Kozmosa. Ponosen sem, da sem na istem planetu kot Elon Reeve Musk. Njegovi projektili bodo koristni za dvigovanje modelov prve biosfere iz lunarnih tovarn. To je tesen in neposreden način za osvojitev Kozmosa. "
Ker bodo znanstveniki in podjetniki iz Nasine, kot sta Elon Musk in Bas Landorp, v bližnji prihodnosti kolonizirali Mars in druga komercialna vesoljska podjetja, ki razvijajo LEO, je težko predvideti velikost in obliko človekove prihodnosti v vesolju. Morda se bomo skupaj odločili za pot, ki nas popelje na Luno, Mars in naprej. Morda bomo videli svoje najboljše napore, usmerjene v vesoljski prostor.
Ali pa bomo morda videli, da bomo odšli v več smereh hkrati. Medtem ko se bodo nekatere skupine zavzemale za ustvarjanje vesoljskih habitatov v LEO (in pozneje drugje v Osončju), ki se zanašajo na umetno gravitacijo in robotske vesoljske ladje, ki rudarijo asteroide za materiale, se bodo druge osredotočile na vzpostavljanje postaj na planetarnih telesih, s ciljem, da jih spremenijo v "Nove Zemlje".
Med njimi lahko pričakujemo, da bodo ljudje v tem stoletju začeli razvijati stopnjo "vesoljske strokovnosti", kar bo zagotovo koristno, ko bomo še bolj potiskali meje raziskovanja in kolonizacije!
