Как нам обустроить Марс?

Совсем недавно Илон Маск презентовал свою амбициозную идею по созданию миллионной колонии на красной планете. Проект межпланетных полетов, представленный компанией SpaceX, а также вполне небольшие сроки, в которые планируется его реализация, не оставил никого равнодушным, разделив мир на фанатов и скептиков. Дискуссии и интернет-баталии об успешной реализации настолько громадного проекта, видимо, будут продолжаться не один год, а мы пока предлагаем вспомнить, какие концепты терраформирования Марса существуют сейчас и насколько они реальны.

Немного справки

Предположительно, около четырех миллиардов лет назад на Марсе все было гораздо лучше, чем сейчас: атмосфера была в разы плотнее, как следствие — температура на поверхности планеты выше, вполне вероятно, выпадали осадки, а снимки некоторых марсианских объектов трактуются большинством научного сообщества как пересохшие русла и дельты рек.

Эту информацию подтверждают и анализы грунта, взятые на поверхности планеты в гипотетических местах пересохших водоемов. Например, марсоход Opportunity исследовал равнину Меридиана, где обнаружил гематит (железная руда, которая часто образуется в грунтовых водах), кристаллы соли на дне высохшего водоема, глиняные отложения, которые возникают только в пресной воде и другие факторы, свидетельствующие о наличие жидкой воды в прошлом.

Дальнейшие исследования, проведенные орбитальными станциями, а также роверами Viking и Curiosity, только подтвердили гипотезу о существовании гейзеров, озер, рек и океанов.

Тогда же, примерно 4-3,5 миллиарда лет назад, произошла катастрофа, которая остановила работу марсианского ядра, вследствие чего магнитное поле планеты ослабло, солнечный ветер и вулканическая активность вызвали нагрев и потерю атмосферы, а на поверхности начались аномально активные движения литосферных плит. Наиболее популярная гипотеза говорит о том, что остановку ядра вызвало столкновение с крупным небесным телом, чей размер мог достигать 2/3 от размера Луны, а само столкновение привело к выбросу в атмосферу некоторой части марсианской породы. Другая, более спорная гипотеза, настаивает на наличии большого астероида, который вращался на расстоянии 50-70 тысяч км. от поверхности планеты, и «запускал» динамо-машину марсианского ядра, пока не был разрушен приливными силами. Итог у этих, как и у большинства менее известных предположений, один — остановка работы ядра и постепенное «затухание» планеты.

Для тех, кто хочет знать больше

Сколько лететь до Марса? Согласно Википедии расстояние от Земли до Марса колеблется от 55 до 400 миллионов километров. Точной цифры не существует просто потому, что все планеты постоянно перемещаются. Момент, в котором Земля находится точно между Солнцем и Марсом называется Противостоянием. Ближайшее противостояние будет 27 июля 2018 года — в этот день расстояние от Земли до Марса составит 57.7 миллионов километров. Свет проходит такое растояние за 3 минуты и 12 секунд. Станция Маринер-4 преодолела это расстояние в 1965 году за 7 меяцев и 16 дней. Марсоход Opportunity, совершивший посадку на Марс 25 января 2004 года, пролетел его за 6 месяцев и 17 дней.  

Сейчас температурные и атмосферные показатели Марса выглядят умеренно гостеприимно. Толщина атмосферы планеты составляет 110 км, но ее давление в 110-150 раз ниже земного, а состоит она на 95% из углекислого газа. Как и на Земле, чем ближе к полюсам, тем холоднее — до -130 градусов. На экваторе днем в некоторые сезоны бывает вполне приятно — до +30, а вот ночью температура падает до -55. В целом по планете, -50-60 градусов — это средняя температура, что, впрочем, не выходит за границу человеческих возможностей, но оставляет мало приятного.

Зачем вообще нужно терраформировать Марс?

Хотя эта идея лежит сугубо в области теории (сегодняшний уровень технического прогресса не позволяет реализовать практически ни одну из идей по терраформированию планеты), в недалеком будущем вполне вероятен переход от теории к практике. Основные цели лежат в плоскости увеличения температуры на поверхности и уплотнения атмосферы, которые, в свою очередь, сделают пребывание человека более комфортным и менее опасным для жизни. Наиболее смелые же проекты касаются возобновления работы ядра и возвращения планете магнитного поля, что, впрочем, выглядит вполне логично — без защиты от солнечного ветра большинство усилий будут иметь кратковременный успех.

Бомбардировка ядерными зарядами

В прошлом году Илон Маск заявил в эфире одного из американских шоу, что сбрасывание большого количества ядерных зарядов на поверхность — один из способов улучшить климат красной планеты. В основе этой концепции лежат устаревшие данные о том, что полярные шапки Марса состоят из углекислого льда. При гипотетической бомбардировке полюсов, таяние большого количества углекислого льда привело бы к повышению плотности, давления и температуры атмосферы, вода снова бы появилась в жидком виде и не испарялась бы в рекордные сроки (сейчас переход воды из жидкого в газообразное состояние происходит при +10), а жизнь стала бы немного лучше. На деле же, еще 10 лет назад оказалось, что полярные шапки Марса состоят из замерзшей воды, а не из углекислого льда, а их толщина составляет от двух до четырех километров. И уже сверху, на «водную» шапку намерзает углекислый лед, толщина которого — всего пару метров, и его растапливание не приведет хоть к сколько-нибудь значимым последствиям.

Отдельно стоит заметить, что даже если полярные шапки и правда полностью состояли бы из «сухого льда», то для их растапливания понадобилось бы рекордное количество ядерных боеголовок (больше, чем если сброситься всем миром) и неподъемные затраты на транспортировку к самой планете, так что пора бы уже перестать думать о том, чтобы разбомбить несчастный Марс.

Вывод астероида на орбиту планеты

В своей книге «Физика будущего» американский ученый Митио Каку выдвинул идею притягивания астероида, кометы или спутника на орбиту Марса для терраформирования. Идея состоит в том, что объект, вращаясь вокруг Марса, будет постепенно разрушаться, выбрасывая в атмосферу водяной пар и аммиак, тем самым подогревая ее. Еще ученый рассматривал вариант столкнуть притянутый астероид с полярной шапкой Марса, чтобы опять-таки растопить углекислый лед и повысить температуру на поверхности. К сожалению, хоть сколько-нибудь убедительных расчетов о «полезности» подобного метода не было приведено, да и смысла в этом не больше, чем в закидывании поверхности ядерными снарядами.

С точки зрения КПД, гораздо более эффективным может быть «притягивание» объекта, который смог бы воздействовать на ядро планеты, запустив геодинамическую машину, вызывающую самогенерацию магнитного поля. Такой объект должен быть достаточно большим, и чтобы его приливные силы воздействовали на железное ядро Марса, которое сейчас находится в состоянии покоя. В основе этой идеи лежит вышеупомянутая гипотеза о влиянии астероида на ядро Марса в далеком прошлом. Конечно, появление магнитного поля не образует атмосферу само по себе, но сделает возможным защиту от теплового испарения.

Подобный план, хотя и выглядит убедительно в рамках общей идеи, на данный момент не имеет практической реализации: если скорректировать движение комет можно хотя бы гипотетически, то изменить орбиту астероида или спутника кажется чем-то из разряда научной фантастики.

Создание орбитальных зеркал, фокусирующих солнечные лучи

В 1993 году Роберт Зубрин, американский инженер и автор ряда научно-популярных книг о колонизации планет, вместе с ученым-планетологом Кристофером МакКеем выпустили статью о терраформировании Марса. В ней, кроме теоретических идей и вполне реальных математических расчетов, выдвигалась, в том числе, и идея создания нескольких орбитальных зеркал. Имея радиус более 100 км и вес в 200 000 тонн, такие зеркала могли бы растопить южную полярную шапку, и создать парниковый эффект. Проблема этого метода, кроме необходимости практически с нуля начинать производство и придумывать способ сборки и транспортировки этих зеркал, состоит в устаревшей базе знаний. Хотя концепция орбитальных зеркал очень популярна, она построена на данных о наличии больших залежей углекислого льда, а как уже было сказано выше, эти данные давно признаны ошибочными в научном мире.

Однако, орбитальные зеркала действительно могут подогревать определенные участки поверхности, повышая локальную температуру на пару градусов. Теоретически, это может быть полезно для проведения научных экспериментов или подогрева разных помещений (например, жилых модулей или плантаций) но коммерческая выгода от подобной разработки очень сомнительна.

Что еще?

Кроме вышеуказанных, есть менее популярные, но теоретически действенные концепции. Среди таких, например, уменьшение альбедо поверхности планеты путем распыления темной пыли, полученной от спутников Марса или заселение микробными формами жизни, способными поглощать больше солнечного света, нагревая тем самым атмосферу. Кроме того, японские ученые Осаму Мотоима и Нагато Янаги в 2008 году предложили идею создания искусственного магнитного поля путем прокладки сверхпроводниковых колец вокруг планеты, которая применима и к Марсу. И хотя большая часть публикации относилась к тому, как не допустить уменьшения магнитных полей Земли, в своей работе авторы указывают, что создание подобной системы на других планетах или спутниках может защитить поверхность от воздействия солнечного ветра и радиации, а также приводят детальные схемы и расчеты.

Шанс на успех в ближайшем будущем

Если после прочтения вам показалось, что хоть сколько-нибудь вменяемых идей по обустройству красной планеты у человечества пока нет, то чутье вас не подводит. NASA предлагает концепты жилых мест под куполом, но реализация, как и в остальных случаях, находится под вопросом. Другие ученые настаивают на заселении Марса простейшими формами, которые способны жить и размножаться даже в марсианских условиях, но совершить подобное — значит поставить под угрозу те возможные организмы, которые активно ищут на поверхности планеты уже не первое десятилетие и нарушить гипотетическую экосистему.

Это, конечно, не значит, что при высадке на Марс человечество непременно ждет гибель: все-таки на планете есть вода, грунт и соли, жить можно в оборудованных блоках и там же выращивать картошку, на манер главного героя «Марсианина». Но вот прогуливаться в легком скафандре (а то и без него) и любоваться голубыми марсианскими закатами, без шанса замерзнуть насмерть, человеку ближайшие пару десятилетий точно не светит.

Для тех, кто хочет знать больше

• Почему человечеству нужно изучать космос
• Какой будет обитаемая научная база на Марсе (видео)
• «Марсианин»: научный взгляд на правдоподобную фантастику
• От «Лунохода» до Curiosity: эволюция внеземных машин
• Парусники, дирижабли, подлодки и другие средства исследования космоса
• Где мы будем жить: перспективы колонизации планет Солнечной системы