Автор: Великов Данил, Епанешников Иван
Аннотация: Потребность человечества в концепции терраформации имеет много корней, таких как дефицит ресурсов, перенаселенность Земли, любопытство к завоеванию новой земли и даже геополитические причины, такие как нежелание вести войну в непосредственной близости от себя. В последние годы количество ученых и организаций, работающих в области терраформационных технологий, стремительно растет. По предыдущим причинам идея терраформирования очень важна и актуальна сегодня, но насколько близка эта идея к реализации?
Ключевые слова: терраформирование, атмосфера, Солнечная система, планетология, Земля, Марс
Термин «терраформирование» обычно сводится к преобразованию экосистем других планет или их спутников, чтобы они были способны обеспечивать жизнь, подобную земной. Сегодня люди хотят знать больше о Марсе. Они хотят знать о своих шансах выжить на Марсе и о способах его колонизации. Но надвигающиеся экологические последствия того, что называется антропоценом, предполагают, что в ближайшие десятилетия нам нужно будет терраформировать Землю, чтобы она оставалась пригодна для жизни людей.
В случае демографического кризиса у человечества возникают базовые вопросы - сколько людей действительно может поддержать наша планета? Почему пришла пандемия COVID-19? Очищается ли планета? А может природа лечит, мы вирус? Некоторые ответы можно найти в работе [1]. Но человечество хочет перестраховать и подготовить другую планету к жизни. Терраформирование Марса означает, что он должен быть приспособлен для жизни, подобной Земле - чтобы изменить атмосферу, температуру, топографию поверхности, экологию планеты.
Все начинается с мечты, и в данном случае с фантастического романа Джека Уильямсона в 1942 году. Каждая мечта должна быть реализована, и теперь ученые уже теоретизировали способы терраформации Марса — вот несколько этапов: биологическое воздействие (рис.1), способ внесения простых растений с целью повышения уровня кислорода (рис.2) [2]. Этот способ терраформирования требует скорее времени, чем чисто технических инструментов.
рис.1 «Этапы терраформирования Марса»
Процесс биологического терраформирования Марса можно сравнить с процессом первичной экологической преемственности на наземных бесплодных породах. Каждый этап преемственности изменяет окружающую среду таким образом, что становится возможным следующий этап процесса. На начальном этапе терраформирования Марса будут доминировать микроорганизмы и лишайники. Также начнется процесс удаления углекислого газа из марсианской атмосферы, добавления кислорода и азота, а также добавления органики в реголит для производства истинной марсианской почвы. На втором этапе будут преобладать бриофиты, простые растения, такие как мхи и лишайники, который будет опираться на уровень углекислого газа в марсианской атмосфере и поднять уровень кислорода. Удаленный углекислый газ будет заперт в торфяниках и вечной мерзлоте. Критическими ограничивающими факторами для введения цветущих растений являются уровень кислорода в атмосфере и отсутствие опылителей. Большинство цветущих растений требуют минимального уровня кислорода от 20 до 50 мбар. Большинство цветущих заводов требуют этих минимальных уровней кислорода для того, чтобы поддержать аэробное дыхание в их корнях и прорастании их семян. Многие цветущие виды растений также должны иметь опылителей для завершения воспроизводства. Некоторые водные растения и арктические растения, однако, очень терпимы к аноксическим условиям. Некоторые из этих же арктических растений могут успешно размножаться без опылителей, используя один или несколько альтернативных репродуктивных механизмов, таких как вегетативное распространение, апомиксис, аутогамия и анемофилия. Таким образом, путем разумного отбора существующих наземных растений и, возможно, генной инженерии, можно обойти критические ограничения и ввести цветущие растения на Марс на более ранней стадии терраформирования.
рис.2 «Атмосфера Марса в процентном соотношении»
Другие методы терраформирования Марса: снижение альбедо с использованием черной пыли с Деймоса и Фобоса [3]; размещение магнитного дипольного поля между планетой и Солнцем для защиты от высокоэнергетических солнечных частиц [4] - щит может позволить планете восстановить свою атмосферу; более экстремальный метод создания теплиц на Марсе - бросание больших ледяных астероидов, содержащих аммиак, на красную планету приведет к образованию тонны парниковых газов и воды. Также есть и более экстраординарные идеи терраформации марса, например, бомбардировка ледяных шапок на полюсах планеты ядерными ракетами, это также может стать хорошим толчком к терраформированию, т.к. это выпустит большое количество водяного пара и газа в атмосферу.
Все эти способы перспективны и могут привести к успеху в терраформировании Марса, но во многих случаях требуются такие технологии, как двигатели, которые могли бы доставлять экипажи и инструменты на планету намного быстрее, чем сейчас (примерно 9 месяцев полета в одном направлении нужно сократить до 1 месяца как минимум). Такие двигатели уже предлагались и в статье Мэри-Энн Руссон в статье «Новая технология двигателей, которая может быстрее доставить нас на Марс» в BBCNews [5].
Идея о том, что в природе существует внутренний баланс (или что, предоставленный самому себе, он возвращается к состоянию равновесия), существует уже давно, и в течение многих лет она имела смысл, как и во времена, предшествовавшие научно-техническому развитию, единственные существенные изменения, которые мы могли ощутить, были цикличными, когда один сезон сменялся другим. Однако от этой идеи отказались задолго до конца прошлого века из-за ее идеалистического подтекста и неточности в описании того, что на самом деле является хаосом или постоянными динамическими потрясениями: экосистемы регулярно дестабилизируются в отсутствие человеческого влияния, и даже оставшиеся в мире «Дикие» части постоянно меняются [6]. В статье описана фундаментальная проблема продолжающегося климатического кризиса, вызванного человечеством: природа нуждается в помощи человека для того, чтобы выжить. К сожалению, направление технического прогресса за последние два столетия привело к стихийным бедствиям, которые уже оказали ужасное влияние как на девственные леса, так и на многолюдные города. Таким образом, наиболее эффективным способом решения этой проблемы является планетарная инженерия, которая должна привести к минимальному ущербу для природы при ее эффективном использовании, без уничтожения лесов и исчезновения видов. В упомянутой статье предлагается один из возможных вариантов. Идея использования нанотехнологий позволяет манипулировать веществом на атомном и молекулярном уровнях, что ведет к повышению эффективности и сокращению использования топлива на всех этапах производства. Это очень перспективное предложение, которое делает возможными многие другие идеи прошлого, такие как генетическое лечение, получение особых материалов и т. д.
Таким образом, анализ материалов [7] и обзор литературы побудили рассмотреть вариант терраформирования различных планет с помощью сферы Дайсона (теоретическая мегаструктура, предложенная Фрименом Дайсоном). Эта концепция извлечения всей энергии звезды имеет безграничные возможные способы использования, такие как обеспечение Земли или другой планеты бесчисленным количеством энергии в качестве основного варианта. Однако интересно завершить строительство этой структуры в Солнечной системе. Эта концепция предлагает основную сторону источника энергии, но может быть и другим способом его использования - некоторые планеты размером и силой тяжести с Землей расположены вблизи очень горячих звезд, что едва ли делает планету пригодной для обитания из-за высокой температуры на поверхности. Сфера Дайсона может помочь изменить температуру планеты до уровня Земли, уменьшая и поглощая излучение звезды, с некоторыми изменениями в структуре сферы. Это даст нам планету, готовую к колонизации, с относительно небольшой работой. Необходимые для этого технологии не так уж и невозможны даже для современной науки. Чтобы построить такую структуру, нам нужно огромное количество спутников вокруг звезды, работающих как концентраторы и отражатели света в распределительных центрах, объект размером с планету, который нужно разбирать на материалы, и оборудование для массовых космических запусков. Процесс строительства мог бы начаться с небольшого завода спутников и буровых установок с небольшим количеством людей для управления процессом, а после начала производства первого спутникового блока расширение по планете станет намного быстрее, с дополнительным источником энергии. Основными проблемами в этой идее являются отсутствие двигателя со скоростью света и снабжение экипажем людей, но мы предполагаем, что в ближайшие 100 лет обе проблемы будут решены. Но даже начав, проект такого масштаба потребовал бы минимум нескольких человек и десятилетия, так что это только время для достижения, что приведет к решению проблем с источником энергии для последующей колонизации и терраформирования планеты.
Ссылки (References):
- Navarro, T. (2020) Terraforming the Earth, Redesigning the World. Retrieved from http://lab.cccb.org/en/terraforming-the-earth-redesigning-the-world/
- Fries, M., Cintala, M., Steele, A. and Welzenbach, L.C. (2017). DUST INFALL ONTO PHOBOS AND DEIMOS CAN EXPLAIN THEIR CARBONACEOUS REFLECTANCE SIGNATURE, PERHAPS
OVERLYING A MARS-IMPACT-ORIGIN CORE: A HYPOTHESIS. Retrieved from https://www.hou.usra.edu/meetings/lpsc2017/pdf/2570.pdf
- Site of Wikipedia: Terraforming of Mars. Retrieved from https://en.wikipedia.org/wiki/Terraforming_of_Mars
- Russon, M.A. (2019). New engine tech that could get us to Mars faster. Retrieved from https://www.bbc.com/news/science-environment-48912458
- Hawking, S. (1990). От большого взрыва до черных дыр. Краткая история времени [A Brief History of Time: From the Big Bang to Black Holes]. Moscow: Mir [in Russian]
- YouTube. (2018, December 20). How to Build the Dyson Sphere – a Grand Megastructure [Video File] Retrieved from https://www.youtube.com/watch?v=pP44EPBMb8A