Концепция марсианского магнитного щита в точке Лагранжа L1, которая находится на расстоянии примерно 320 радиусов Марса. Иллюстрация: NASA/J.Green

Илон Маск (директор компании SpaceX) в своём твиттере предложил защитить колонистов на Марсе локализованными генераторам электромагнитного поля. Эту фразу он бросил в ответ на критическое замечание, что поселение с людьми невозможно развивать на планете без магнитосферы. Илон Маск тогда и сказал про генераторы.

Тут же развернулась дискуссия насчёт технической реализуемости такого решения.

Кто-то вспомнил, что раньше похожую идею предлагали специалисты NASA, но только для защиты всего Марса целиком. Концепция генератора магнитного поля обсуждалась на конференции Planetary Science Vision 2050 Workshop, которую организовал отдел NASA Planetary Science Division в феврале-марте 2017 года.

Магнитный щит

Концепция предполагает установку магнитного щита в точке Лагранжа L1 для защиты марсианской атмосферы от солнечного ветра и космического излучения.

Согласно научному консенсусу, когда-то у Марса было магнитное поле, которое защищало атмосферу. Примерно 4,2 миллиарда лет назад магнитное поле внезапно исчезло, что вызвало медленное рассеяние атмосферы Марса. В течение следующих 500 миллионов лет Марс превратился из тёплой и влажной среды в холодное и непригодное для жизни место, известное нам сегодня.

Эта теория подтверждена орбитальными аппаратами, такими как Mars Express от ESA и Mars Atmosphere and Volatile EvolutioN Mission (MAVEN) от от NASA, которые изучают марсианскую атмосферу с 2004 и 2014 годов, соответственно. Они собрали доказательства, что солнечный ветер виноват в потере атмосферы Марса — и измерили скорость, с которой атмосфера по-прежнему теряется сейчас. Сейчас плотность марсианской атмосферы составляет примерно 1% от земной, а потеря ионов частично компенсируется вулканической активностью.

Понятно, что без атмосферы Марс останется холодной и сухой планетой, и там трудно будет развить нормальную жизнь. Кроме того, и первые колонисты, которых туда планируют отправить в 2030-е годы, столкнутся с серьёзными опасностями. В первую очередь это радиационное облучение и опасность задохнуться в отсутствие кислорода.

Ведущий автор научной работы Джим Грин, директор отдела планетарных наук НАСА, с коллегами представили на конференции амбициозную идею. По сути, они предлагают расположить магнитный дипольный щит в точке Лагранжа L1. Он сформирует искусственную магнитосферу, которая охватит всю планету, защитив её от солнечного ветра и космического излучения.

Грин с коллегами признают, что идея звучит немного «причудливо», но она подтверждается последними исследованиями миниатюрных магнитосфер (для защиты космических аппаратов и их экипажей). Авторы считают, что в будущем можно соорудить «надувную конструкцию», которая будет индуцировать магнитный диполь на уровне 1 или 2 Тесла (от 10 000 до 20 000 Гауссов) в качестве активного щита против солнечного ветра. Для сравнения, современные системы магнитно-резонансной томографии в больницах на Земле индуцируют магнитное поле 1,5−3 Тесла, то есть такой щит — не фантастика.

Расположение этого магнитного щита обеспечит экранирование двух областей, где теряется основная часть атмосферы Марса: над Северным полюсом и в экваториальной зоне с сезонной потерей ионов кислорода до 0,1 кг/с. Ряд симуляций в Coordinated Community Modeling Center (CCMC) подтвердил, что идея жизнеспособна.

Эффект щита

Такой щит позволяет накопить атмосферу с увеличением её средней температуры примерно на 4 °C. Этого достаточно, чтобы растопить лёд из углекислого газа в Северной полярной ледяной шапке. Следствием станет парниковый эффект, который ещё больше согреет атмосферу и приведёт к таянию водяного льда в полярных шапках. По расчётам Грина с коллегами, результатом операции станет восстановление 1/7 океанов Марса — тех, которые покрывали его миллиарды лет назад.

Удивительно, но эффект от одного магнитного щита совпадает с эффектом от полноценного терраформирования Марса.

Марс после терраформирования. Изображение: Ittiz/Wikimedia Commons

Такая трансформация после 2040-х годов позволит выращивать растения на открытом воздухе, размещать на поверхности больше оборудования, проще добывать кислород и т. д. В перспективе она открывает путь для полноценной колонизации Марса. Сейчас учёные работают над новыми симуляциями, чтобы дать более точную оценку, сколько времени займут прогнозируемые изменения. Также есть смысл рассчитать стоимость такого магнитного щита.

Возможно, именно эту идею имел в виду Илон Маск, когда говорил о локализованных генераторах электромагнитного поля. Или он имел в виду портативный генератор магнитного поля, который устанавливается прямо на поверхности Марса или на орбите, чтобы защитить только локальную колонию? Идея та же, только менее масштабная.

Кроме генератора магнитного поля в точке Лагранжа, учёные высказывали ещё одну идею (см. научную работу 2008 года): опоясать планету сверхпроводящими кабелями. На иллюстрации ниже показана схема такого проекта для Земли.

Самый длинный из кабелей длиной 40 000 км массой 15 млн тонн с охлаждением жидким азотом будет генерировать магнитное поле 7,1 Тесла.

Впрочем, этот проект кажется ещё более необычным и трудным в реализации.

Реализуемость

На самом деле для защиты от солнечного ветра достаточно очень слабого магнитного поля, как на Земле (25−65 мкТл у поверхности, на порядок меньше, чем у холодильника).

Как уже отмечалось, индуцировать 1−2 Тесла в районе марсианского щита не является такой большой проблемой. Но возникает вопрос: какой источник энергии использовать для магнитного щита? Может быть, разместить в точке Лагранжа несколько спутников с ядерными генераторами? Опять же, если сравнивать с МРТ-системами, то потребляемая мощность высокопольного МРТ со сверхпроводимым магнитом составляет до 35 кВт. Вероятно, нужно ещё топливо для маневровых двигателей, чтобы станция со щитом сохраняла точное положение в точке L1.

Для локального генератора понадобится меньшая индукция и меньшая потребляемая мощность, так что предложение Илона Маска кажется вполне реализуемым.