В своих знаменитых «Марсианских хрониках» Рей Бредбери нарисовал Красную планету, как похожий на Землю кислородный мир с плотной атмосферой. К сожалению, реальность оказалось далека от представлений начала 1950-х годов. Сегодня - очевидно, что планета Марс безжизненна и непригодна для обитания человека без средств защиты.
Однако, данный факт вовсе не означает, что Марс невозможно приспособить для жизни людей. До путешествий к другим звездным мирам еще довольно далеко. Поэтому на данном этапе учеными составляются планы по т.н. терраформированию ближайшей к нам Красной планеты, т.е. его превращению в землеподобный мир.
Каковы условия на поверхности Марса сейчас?
Автоматические роверы, отправленные американцами на Красную планету, передали на Землю многочисленные фото Марса. Всего агентством НАСА были реализованы четыре миссии с участием марсоходов: «Соджонер» (1997 г.), «Спирит» (2004-2010 гг.), «Оппортьюнити» (2004-2018 гг.) и «Кьюриосити» (2012-2018 гг.) Два последних до сих пор передвигаются по пыльным дорожкам далекой планеты, транслируя фото Марса, которые не отличаются особым разнообразием.
Красная планета оправдывает свое название, поскольку в ее унылых пейзажах, действительно, преобладает красно-бурый цвет (это фото Марса прислал на землю марсоход «Спирит»)
Примерно четверть марсианского грунта составляет кремнезем, т.е. оксид кремния. Из него же, кстати, состоит и львиная доля литосферы Земли, что делает планеты похожими. Красный цвет Марсу придают оксиды и гидраты железа, содержание которых в верхних слоях планеты достигает 15%. Данный факт делает перспективным металлургическое производство после колонизации Марса и не является проблемой для земледелия, а вот терраформирование отнюдь не упрощает.
Однако, настоящую проблему для жизни человека на поверхности планеты составляют пять основных факторов.
1. Атмосфера планеты непригодна для дыхания, поскольку на 95,3% состоит из углекислого газа.
2. Давление на поверхности составляет всего 0,63% от земного, поэтому человека без скафандра на Марсе попросту разорвет внутренним кровяным давлением, рассчитанным на взаимодействие с мощным столбом земной атмосферы.
3. Средняя температура на Марсе составляет -63 С, т.е. в целом здесь значительно холоднее, чем в Антарктиде. Вместе с тем, в экваториальных областях температура может достигать +27 и даже +35 С (именно такой максимальный показатель зафиксировал марсоход «Спирит»), а в районе полярных шапок - снижаться до -127 С. Столь огромные колебания связаны со слабой конвекцией в атмосфере Марса в силу ее разреженности.
4. Магнитное поле Марса очень слабое – примерно в 500 раз меньше земного, поэтому он практически не имеет защиты от солнечной радиации. В 2001 г. с помощью аппарата НАСА «Одиссей» было установлено, что облучение на поверхности Красной планеты составит для человека около 8 Рад в год, что в 13 раз больше, чем на Земле. И это не считая того, что во время солнечных вспышек радиационная нагрузка на Марс заметно повышается.
5. На Марсе повышена метеоритная опасность, поскольку его атмосфера настолько разрежена, что метеоры не сгорают в ней (как в земной или венерианской атмосферах), а почти все достигают поверхности.
На Марсе гораздо больше кратеров от падения метеоритов, чем на Земле, поскольку они не сгорают в разреженной атмосфере Красной планеты, а почти беспрепятственно достигают ее поверхности
Указанные проблемы тесно взаимосвязаны между собой. Например, именно магнитное поле оказывает важное влияние на удержание атмосферы Земли. Если бы не оно, то солнечный ветер постепенно сносил воздух, и через несколько сотен миллионов лет наша планета оказалась бы похожей на Марс – истончившаяся атмосфера не смогла бы удерживать воду в жидком состоянии, не говоря уже о поддержании жизни.
По последним данным, именно это и произошло с Марсом после того, как 4-4,2 млрд. лет назад остановилось его внутренне «динамо», т.е. металлическое ядро перестало вращаться. Данное событие произошло либо вследствие столкновения планеты с крупным астероидом или из-за слишком быстрого остывания ее ядра.
Как и Земля, Марс имеет внутреннее металлическое ядро, однако, в отличие от нашей планеты, оно не вращается и, соответственно, не создает магнитного поля
Терраформирование Марса начнется с создания магнитного поля планеты
Перед тем, как насыщать атмосферу Марса и, соответственно, повышать давление и температуру на его поверхности, следует позаботиться об устранении естественной утечки воздуха в космос. Для этого понадобится воссоздать магнитное поле планеты или хоть какое-то его подобие. На сегодня не существует реалистичных проектов по запуску вращения металлического ядра Марса. Эта задача столь масштабна, что человечеству понадобилось бы перепрыгнуть сразу через несколько ступенек своего развития.
Зато разработаны куда более простые и менее энергозатратные проекты создания магнитного поля Марса.
Один из них в 2017 г. представила группа ученых из планетологического отделения агентства НАСА. Согласно их замыслу в точке Лагранжа между Марсом и Солнцем будет развернут космический модуль с мощными дипольными магнитами, которые создадут поле мощностью до 2 Тесла. Примерно такие же магниты сейчас работают в Большом адронном коллайдере, поэтому технологически устройство воспроизводимо уже сейчас.
Висящий в точке гравитационного равновесия аппарат, будет окутывать Марс искусственным магнитным полем
Формируемый аппаратом магнитный «хвост» накроет собой Марс, где его напряженность будет достигать нескольких долей Тесла. Это сопоставимо с напряженностью земного магнитного поля, а значит - вполне хватит для удержания газовой оболочки вокруг Красной планеты. Как полагают авторы проекта, уже этого хватит для постепенного естественного увеличения плотности воздушной оболочки.
Данный эффект, в свою очередь, приведет к повышению давления и температуры на поверхности, но до каких именно показателей – точно неизвестно.
Необходимо также отметить, что современные технологии пока неспособны создать источник энергии, который бы длительное время запитывал дипольные магниты огромной мощности. Не исключено, что такие возможности появятся ближе к середине XXI века, впрочем, раньше этого срока о колонизации Марса думать все равно слишком рано.
Атмосфера Марса довольно тонка – давление на его поверхности соответствует давлению в атмосфере Земли на высоте 35 км, составляя всего 1/160 земного
Второй этап: повышение давления на поверхности Марса
Для этого придется фактически заново сформировать атмосферу Марса, по плотности сопоставимую с земной. Причем на первом этапе, скорее всего, ее главным компонентом будет углекислый газ, который в связанном состоянии уже есть на Марсе. Проще всего добыть его из полярных шапок, которые, собственно и состоят из СО2.
Изобретательный Илон Маск уже придумал свой вариант превращения твердой (замерзшей) углекислоты в газообразную. Для этого он предложил подвергнуть полярные шапки Марса бомбардировке термоядерными зарядами, которых человечество все равно - наделало столько, что их некуда девать.
Северная полярная шапка Марса в 3 раза больше Южной, ее поперечник весной достигает 1500 км, однако содержащейся в обеих шапках углекислоты явно недостаточно для существенного повышения давления на поверхности планеты
Ученое сообщество подвергло критике идею Илона Маска, поскольку СО2, содержащегося в полярных шапках совершенно не хватит для формирования атмосферы надлежащей плотности. Даже если полностью их растопить и превратить в газ, давление на Марсе поднимется всего до 40 миллибар, т.е. до 2,5% от земного, чего явно недостаточно. При этом Северные и Южные районы Марса (прежде всего водные ресурсы) будут безнадежно заражены радиацией.
Скорее всего, наряду с переводом в атмосферу содержимого марсианских полярных шапок, ученым предстоит разработать эффективный способ добычи газов из грунта планеты.
При наличии соответствующих технологий, рассмотренных ниже, а также средств, Марс получится превратить в уменьшенную копию Земли примерно за 200-300 лет
Возможно, в этом помогут бурно развивающиеся биотехнологии. Создать анаэробные микроорганизмы или даже растения, которые будут вольготно себя чувствовать на кремнеземах Марса и выделять в его атмосферу СО2 – задача не такая уж сложная даже на текущем этапе развития науки.
Третьим источником газов для атмосферы Марса может стать техногенная деятельность людей. Если выбросы в атмосферу Земли того же СО2 – вредны, то для Марса работа электростанций и перерабатывающих комплексов (если конечно там найдется что добывать) может стать одним из важных факторов терраформирования.
При освоении Марса в первую очередь будут построены электростанции, выбросы которых внесут свою лепту в создании его атмосферы
Наконец, четвертой возможностью насыщения атмосферы Красной планеты – может стать буксировка на его поверхность глыб из близлежащего пояса астероидов. Наряду с каменными осколками в нем достаточно тел, состоящих из замерзших газов и даже воды. Кроме выполнения основной задачи по повышению плотности атмосферы, большие массивы водяного льда, спущенные на поверхность, помогут образовать водоемы, ведь собственной воды на Марсе, судя по всему, немного. Пока у человечества нет двигателей и космических аппаратов, способных перемещать столь крупные объекты, но возможно, к старту колонизации Марса они уже появятся. Разумеется, подобная бомбардировка поверхности астероидами будет проводиться до периода колонизации Марса, пока там еще нет людей.
Рельеф Марса таков, что после привнесения на планету воды, здесь возникнет всего один океан и один материк с двумя большими внутренними озерами
Третий этап: насыщение атмосферы кислородом
Данная задача, пожалуй, самая простая и вполне реализуема даже без разработки неких инновационных технологий. Уже сейчас биологам известны десятки организмов, способных выживать при больших колебаниях температур, поглощать углекислый газ и выделять кислород. Ярким примером являются широко известные цианобактерии, которым для жизни нужна только вода и СО2, причем размножаются они с огромной скоростью.
Если «уронить» на Марс несколько водяных комет, а в получившиеся водоемы высеять цианобактерии, а также сине-зеленые водоросли, «кислородообразующий» этап терраформирования Марса растянется на несколько десятилетий.
С учетом повсеместного присутствия в марсианском грунте железосодержащих минералов, в насыщении атмосферы кислородом могут помочь и анаэробные, т.н. железовосстанавливающие бактерии, хорошо известные современной биологии. Правда в этом случае Марс утратит право носить название Красной планеты. В результате жизнедеятельности - подобные микроорганизмы выделяют смешанные гидроксиды железа, имеющие зеленоватый оттенок. Таким образом, Марс претерпит коренной редизайн и станет Бурой, а то и Сине-зеленой планетой.
Примерно так может выглядеть планета Марс на различных этапах ее терраформирования
Заключительный этап колонизации Марса – аграрный
Имея пусть искусственное, но эффективное, магнитное поле, давление сопоставимое с земным, а также кислородную атмосферу, Марс станет пригодным для существования биосферы. Ее началом, разумеется, станут простейшие микроорганизмы – бактерии, грибы, водоросли, а затем и растения. Благодаря этому на поверхности рано или поздно появится слой гумуса. Это и будет той точкой, когда человечество получит в свое распоряжение Землю-2, на которой можно будет вести сельское хозяйство, строить города и жить примерно той же жизнью, что и на материнской планете.
Возможно, именно так будет выглядеть типичный пейзаж Марса после его терраформирования
Не исключено, что кажущиеся сегодня фантастическими планы, начнут реализовываться уже в середине, в крайнем случае, в конце текущего столетия. Так может Рей Бредбери в своих «Хрониках», был не так уж далек от истины, лишь немного поторопив время?
Читайте еще по теме освоения ближнего космоса: Гелий-3 на Луне – будущее земной энергетики?
Читайте о том, как будут жить поселенцы Марса: Для первых колонистов Марса построят землянки