Будущее космической колонизации - терраформинг или космическое поселение?

Идея терраформирования Марса, она же создание Близнеца Земли очень увлекательна. Таяние полярных льдов, медленное преобразование атмосферы, создание окружающей среды для рек, озер, озеленение целой планеты одного этого достаточно для вдохновения! Но как долго данный процесс будет длиться, сколько он нам будет стоить, и действительно ли это эффективное использование нашего времени и энергии?

Таковы были вопросы, которые рассматривались в двух докладах представленных на "Planetary Science Vision 2050 Workshop" в НАСА с 27 февраля по 1 марта.

Первый из них, под названием "Терраформирование - Временная шкала", представляет собой абстрактный план для превращения Красной планеты в зеленую и пригодную для жизни.

Во-втором, под названием "Терраформирование Марса - неправильный путь", отвергается идея преобразования в целом и представляется альтернатива - космические поселения.

Первый документ был подготовлен Ароном Берлинером из университета Калифорнии, Беркли, и Крисом Маккеем из отдела космических наук в исследовательском центре Эймса. В своей работе, два исследователя представляют временную шкалу терраформирования Марса, которая включает в себя фазу нагревания и оксигенации (повышения количества кислорода), а также все необходимые для этого шаги.

Как заявляется в введении к докладу:

"Преобразование Марса можно разделить на две фазы. Первая фаза согревание планеты от текущей средней температуры поверхности -60°С до величины, близкой к средней температуре Земли +15°C, и воссоздание толстой атмосферы из углекислого газа. Это фаза потепления относительно легка, и может занять около 100 лет. Вторая фаза повышение уровня кислорода до величин позволяющих людям и другим крупным млекопитающим нормально дышать. Эта фаза оксигенации является относительно сложной и займет больше 100000 лет, если не произойдет технологический прорыв".

Берлинер и Маккей признают что перед началом терраформирования нужно провести необходимые исследования Марса. К ним относятся определение количества воды, уровня углекислого газа в атмосфере и в виде льда в полярных районах, а также количество нитратов в марсианской почве.

До сих пор, имеющиеся данные указывает на существование в изобилии всех трех элементов. Количество водяного льда в полярных областях Марса достаточно для поддержания водного цикла с облаками, дождями, реками и озерами. В то же время, по некоторым оценкам, количество углекислого газа так же находящегося в виде сухого льда в полярных регионах при его поступлении в атмосферу создаст давление примерно равное давлению на уровне моря Земли.

Азот является также основным условием жизни и необходимой составляющей атмосферы пригодной для дыхания, последние данные с Кьюриосити показывают, что нитраты составляют около 0,03% по массе почвы Марса, это обнадеживающие данные для терраформинга.

Кроме этого, возможно возникнут этические вопросы, связанные с тем, как терраформирование может повлиять на Марс.

Если в настоящее время существует какая-то жизнь на Марсе (или жизнь, которая может быть возрождена), то это будет представлять несомненную этическую дилемму для колонистов:

"Если Марсианская жизнь связана с жизнью Земли, например с помощью обмена метеоритами то ситуация знакома и решаема так же как и при сохранении любых других жизненных форм на Земле, однако, если марсианская жизнь не связана с земной и представляет независимую вторую генерацию, то это создаст значительные технические и этические вопросы".

Авторы предлагают поднять температуру поверхности Марса по примеру собственного климата на Земле, путем введения CO2 и "супер" парниковых газов в атмосферу. В то время как на Земле выбросы газов делаются непреднамеренно, на Марсе это можно сделать целенаправленно, что обогреет планету примерно за сто лет. "Если все солнечное излучение приходящее к Марсу поглощалось бы со 100% эффективностью, то Марс бы нагрелся до уровня Земли за 10 лет. Однако правдоподобная эффективность парникового эффекта составляет около около 10%, таким образом, время нагревания Марса может составлять около 100 лет ".

После того, как толстая атмосфера создана следующий шаг заключается в преобразовании её в подходящую для дыхания, что эквивалентно уровню кислорода в 13% на поверхности планеты. Эта фаза, известная как "фаза оксигенации", будет занимать значительно больше времени. Как считают авторы высокие уровни кислорода и низкий уровень CO2 на Земле обусловлены фотосинтезом.

Реакция фотосинтеза преобразует воду и углекислый газ в биомассу и представлена ??уравнением H2O + CO2 = CH2O + O2.

"Если весь солнечный свет, падающий на Марс пустить со 100% эффективностью на фотосинтез, то это химическое преобразование заняло бы всего 17 лет. Тем не менее эффективность данного процесса намного меньше 100%. На Земле глобальная эффективность биосферы составляет 0.01% . Таким образом, временные рамки составляют 10000х17лет, или около 170000 лет ".

Тем не менее, авторы делают поправку на возможности синтетической биологии и других биотехнологий, которые могут повысить эффективность процесса, если люди смогут использовать природный фотосинтез (который имеет сравнительно высокую эффективность 5%) по всей планете - то есть осуществить посадки листвы на всем Марсе - то временные могут сократится до нескольких веков.

Уже прямо сейчас следует наметить шаги необходимые для терраформирования Марса. Эти шаги должны включать в себя адаптацию нынешних и будущих миссий на Марс для оценки марсианские ресурсов, математические и компьютерные модели связанные с инициативой создания синтетических организмов для Марса, средства для тестирования методов терраформинга в ограниченной среде, а также планетарное соглашение данной деятельности включающее в себя ограничения и защитные меры.

Цитируя Кима Стэнли Робинсона, автора трилогии Красного Марса "Мы можем начать прямо сейчас".

Валерий Яковлев - астрофизик и гидрогеолог из лаборатории качества воды в Харькове из Украины предлагает особое мнение.

В своей статье "Терраформирование Марса - неправильный путь" автор делает упор на создание космических биосфер на низкой околоземной орбите, в которых будет создаваться искусственная гравитация путем вращения, что позволит людям привыкнуть к жизни в космосе.

Яковлев указывает на то, что одна из самых больших проблем космической колонизации на таких телах как Луна или Марс это опасность для жизни самих колонистов. В дополнение к уязвимости от солнечной и космической радиации, людям придется иметь дело с существенно более низкой гравитацией. В случае Луны человек будет весить в 6 раз легче, на Марсе примерно в три раза.

Долгосрочные последствия этого не известны, но очевидно, они будут включать в себя мышечную дегенерацию и потерю костной массы. Глядя дальше, совершенно неясно, какие последствия будут для детей родившихся в подобной среде. Пути же смягчения последствий с помощью медицины и центрифуг, скорее всего будут неэффективны:

"Надежда на развитие медицины не отменяет физическую деградацию мышц, костей и всего организма в целом. Реабилитация в центрифугах менее целесообразное решение по сравнению с кораблем-биосферой, где можно обеспечить по существу постоянную имитацию нормальной тяжести и комплекс защиты от любых вредных воздействий космической среды. Путь освоения космоса заключающийся в создании колонии на Марсе и последующих попытках терраформировать планету приведет к неоправданной потере времени и денег, и увеличению известных рисков человеческой цивилизации ".

Кроме того, он указывает на проблемы создания идеальной среды для людей, живущих в космосе. Помимо создания более продвинутых транспортных кораблей и разработки средств для доставки необходимых ресурсов, существует также необходимость в создании идеальной космической среды для семей. По существу, это требует развития жилищного строительства, оптимального с точки зрения размера, стабильности и комфорта.

В свете этого наиболее лучшие перспективы до 2030 года должны включать в себя создание первых космических биосфер с искусственной силой тяжести. Что приведет большому прогрессу в материаловедении и технологиях жизнеобеспечения, а также роботизированных системах и инфраструктуре необходимой для установки и обслуживания мест обитания на низкой околоземной орбите (НОО).

Эти места обитания могут обслуживаться благодаря созданию автоматических космических аппаратов, которые будут собрать ресурсы из близлежащих тел - например Луны и объектов сближающихся с Землей (ОСЗ). Эта концепция не только устраняет опасения по поводу загрязнения биосферы Марса (предполагая на нем наличие бактериальной жизни), но и позволяет людям привыкать к космосу более постепенно.

Преимущества для космических сред обитания можно разбить на четыре пункта:

1. Это универсальный способ освоения бесконечных просторов космоса, как в Солнечной системе и за ее пределами. Нам не нужны поверхности планет для дома, а роботы будут поставлять ресурсы с планет и спутников.

2. Возможность создания среды обитания как можно близкой к земной колыбели, что позволяет уйти от неизбежной физической деградации под действием другой силы тяжести и более легкие способы создания защитного магнитного поля.

3. Переезд между мирами и источниками ресурсов не будет опасной экспедиций, это будет частью нормальной жизни. Хорошо ли морякам без их семей?

4. Вероятность уничтожения или деградации человечества в результате глобальной катастрофы значительно снижается. Колонизация планет включает в себя разведывательную деятельность, доставку грузов, и людей - все это требует гораздо больше ресурсов, чем строительство биосферы на орбите Луны или Земли. Доктор Стивен Хокинг прав, у человечества мало времени.

В космических поселениях могут начаться важные исследования, в том числе медицинские и биологические, которые будут включать в себя первых детей, рожденных в космосе. Так же они будут способствовать развитию надежных космических челноков и технологий добычи полезных ископаемых, которые пригодятся для создания поселений вокруг других тел таких как Луна, Марс и даже экзопланеты.

Яковлев считает, что космические биосферы могут быть построены за разумное время между 2030 и 2050 годами - что просто не представляется возможным для терраформинга Марса. Растущая сила коммерческого космического сектора приводит к тому что часть необходимой инфраструктуры уже находится в разработке.

"После того, как мы преодолеем инерцию мышления +20 лет, экспериментальная биосфера (например, поселение в Антарктиде), в 50 лет первое поколение детей рожденных в космосе затем число людей в космосе будет расти, а на Земле уменьшаться, и концепция терраформирования будет отменена. Последующие конференции откроют путь для реального освоения космоса. Я горжусь тем, что живу на той же планете, что Элон Маск. Его ракеты будут полезны для подъема конструкций первой биосферы и лунных заводов. Это близкий и прямой путь покорить космос".

Размер и форму будущего обитания человечества в космосе трудно предсказать. Возможно, мы будем совместно решать задачи ведущие нас к Луне, Марсу, и за его пределы. Возможно, мы увидим усилия направленные на околоземное космическое пространство.

Или может быть мы пойдем в несколько направлений одновременно. В то время как некоторые группы будут выступать за создание средств обитания в околоземном пространстве (а позже, в других местах в Солнечной системе) полагающихся на искусственную гравитацию и роботизированные корабли добывающие материалы с астероидов, другие будут сосредоточены на создании форпостов на планетарных телах, с целью превращения их в "новые Земли".

Безусловно в этом столетии люди будут все больше и скрупулезнее разрабатывать планы по колонизации и исследованию космоса, которые несомненно пригодятся в дальнейшем.