Итак, представим, что одним прекрасным утром, человечество проснулось и решило стать мультипланетарной цивилизацией. Как по мне, это хорошая, годная идея. Я очень хотел-бы жить в мире, где баснословные деньги идут не на разработку оружия, а на колонизацию космоса. Но вернёмся к нашей теме: человечество решило соорудить себе Землю 2.0. У нас не так много кандидатов. Строго говоря, два: Марс и Венера. В этот раз мы поговорим именно о Марсе.
Многие скажут: «Ах, Марс — он так похож на Землю! Немного подшаманить и можно заселяться!» Да, у Марса практически такой же наклон оси вращения, как и у Земли. Да, продолжительность марсианских суток практически такая-же как и земных. И на этом положительные, для нас, преимущества Марса заканчиваются и начинаются ГИГАНТСКИЕ проблемы. И одна из целей этой статьи состоит в том, чтобы донести до людей немного нерадужное положение вещей относительно Марса.
Чтобы понять, с какими трудностями придётся столкнуться человечеству, решившему терраформировать целую планету, достаточно представить странную ситуацию. Представим себе, что в пустыню Сахару прилетел финский миллиардер. Побродив по пескам и не увидев ничего интересного на тысячи километров вокруг, наш герой приуныл. А ещё и жара, а ещё и сухость — северные люди к такому не привыкли. И вот, финна посещает идея построить в этом недружелюбном месте небольшой кусочек Финляндии, площадью несколько тысяч квадратных километров. Финну хочется, чтобы были скалистые горы, поросшие сосновыми лесами, в которых жили северные олени и медведи. Чтобы в холодных водах озёр можно было половить корюшку. Ну и, конечно, неплохо было-бы построить несколько небольших финских городков. Но есть проблема: вокруг, на многие тысячи километров, нет ничего, кроме барханов из песка. То есть, абсолютно всё: камни для скал, сосны, оленей, медведей, корюшку, воду для рек и озёр — придётся привезти издалека. А ещё решить большую проблему с климатом, который совсем не похож на финский. Если вы смогли представить себе вот это вот всё, то знайте: финляндизировать кусок Сахары бесконечно проще и дешевле, чем создать копию земных условий на целой планете Марс.
По моим наблюдениям, люди часто не осознают до конца смысл такого понятия, как «терраформирование». Читая комментарии многих обывателей, относительно терраформирования Марса, создаётся устойчивое ощущение того, что для многих, преобразование целой планеты — немногим сложнее постройки сортира на даче. Хочу разочаровать тебя, землянин: затевая ремонт планетарного масштаба, ты сталкиваешься с проблемами планетарного-же масштаба. Некоторые всерьёз полагают, что если поднять марсианское атмосферное давление до такого уровня, что можно ходить без скафандров, то наступит благодать, вот тогда и заживём. Неа, не заживём. При терраформировании, атмосферное давление — это один нескольких моментов, хотя и очень важный. Ведь вся суть терраформирования — создание условий, близких к земным, а это не только атмосфера с её давлением и газовым составом, но и гидросфера, но и биосфера. Когда повар готовит обед на сто персон, то, зная сколько продуктов уйдёт на одного человека, он сможет просчитать: сколько ингредиентов ему понадобится на сто человек. Если каких-то ингредиентов сильно не хватает, то обед не приготовить и всех не накормить. С терраформированием всё то же самое. Земная жизнь, в том виде, в котором мы её знаем, существует именно благодаря тому, что состав и количество ингредиентов для её существования именно таковы, каковы они есть. На Марсе всё сильно иначе. Имеющихся марсианских ресурсов явно недостаточно. Зная, сколько тонн воды и атмосферы приходится на квадратный километр земной поверхности, мы можем просчитать: сколько именно нам необходимо добавить на Марсе, чтобы достичь таких же показателей.
Технологии.
Но мы не из робкого десятка и твёрдо убеждены, что жить под куполами из стекла и стали — не наш путь. И прежде чем мы приступим, хотелось-бы оговорить уровень технологий, которыми, по логике вещей, должно владеть человечество на момент начала преобразования Марса.
Мы (скорее всего) НЕ УМЕЕМ:
1) Перемещаться со скоростью, близкой к скорости света.
2) Создавать порталы сквозь пространство для перемещения людей и грузов.
Мы УМЕЕМ:
1) Использовать энергию ядерного синтеза.
2) Добывать сырьё вне пределов Земли (астероиды, луны, планеты) и перерабатывать его.
3) Строить поселения в открытом космосе, вдали от Земли.
4) Создавать замкнутые, самоподдерживающиеся экосистемы в космических поселениях.
5) Строить гигантские структуры в открытом космосе, позволяющие эффективно использовать энергию солнца.
6) Строить заводы вдали от земли, способные производить автоматические межпланетные станции, роботов, двигатели и многое другое.
7) Создавать продвинутые системы искусственного интеллекта, способные управлять разработкой полезных ископаемых на астероидах, строительством станций, заводами, расположенными в дальнем космосе.
8) Строить космические лифты и/или прочие экономичные системы доставки грузов на орбиту.
9) Перемещаться по солнечной системе быстрее, чем сейчас. Используя ядерные реактивные двигатели, или другую прогрессивную технологию.
Совершенно очевидно, что данный уровень технологий — не вопрос пары десятилетий. По самым оптимистичным прогнозам, мы сможем достичь чего-то подобного не раньше второй половины этого века, если не позже.
Магнитосфера.
Да, я понимаю, что в комментариях мне выскажут, что магнитосфера не нужна и будет достаточно плотной атмосферы. Но согласитесь: магнитосфера, всё-таки, замедляет процесс улетучивания атмосферы в космическое пространство. В случае с Марсом, это немаловажный момент. Да и земная жизнь приспособлена к жизни в магнитном поле. А на Марсе, грубо говоря, магнитосферы нет. Солнечный ветер невозбранно выдувает остатки атмосферы, а высокоэнергетические частицы радостно долетают из космоса до самой поверхности марсианской пустыни. Вопрос с магнитосферой можно решить, как минимум, двумя способами. О первом совсем недавно писали, в том числе, и на Хабре: создание искусственного магнитного щита. Это достаточно бюджетный вариант и если это сработает, важно, чтобы эта система работала без перебоев. (Хотя, если честно, для меня не совсем понятно: как можно будет долговременно поддерживать магнитный зонтик на стабильной орбите, если он будет постоянно взаимодействовать с большим потоком заряженных частиц от Солнца. Это же, по сути, огромный электромагнитный солнечный парус.)
Второй вариант — попытаться оживить марсианскую магнитосферу. Сделать это будет оооочень непросто, если возможно вообще. Но я специально рассмотрю эту идею, дабы читателю был понятен масштаб работ, которые нужно провести над Марсом. Смысл идеи состоит в том, чтобы собрать на марсианской орбите массивный спутник, вызывающий приливы в ядре планеты и, таким образом, запустить планетарное динамо. Это безумно затратно, но если сработает, то даст некоторые бонусы:
1) не надо беспокоиться о том, что магнитное поле выключится от попадания метеорита в спутник, поддерживающий искусственный магнитный щит.
2) возможно пробуждение марсианского вулканизма, что благоприятно скажется на подпитке атмосферы вулканическими газами.
3) это реально надолго и не требует обслуживания.
4) это стабилизирует угол наклона оси вращения Марса.
5) если всё правильно реализовать, то вполне реально получить лунные циклы, аналогичные земным.
6) у марсианских астрологов наступит новая эра в составлении астропрогнозов. Три луны на небе! Три!!!
Можно рассчитать параметры такого спутника. Если представить, что он абсолютно пропорционален земной Луне, то при плотности вещества аналогичной лунной, его масса составит примерно 7,9×10¹⁸ тонн, а диаметр — приблизительно 1650 км. Чтобы понять насколько это много, можно представить, что этот спутник будет весить как 21.643.835.620.000.000 небоскрёбов «Эмпайр Стейт Билдинг», а его диаметр — это расстояние от Берлина до Кишинёва.
Далее по тексту будут ещё цифры, обозначающие массу и диаметры. И если вы всё ещё не прониклись масштабами вещей, о которых мы тут рассуждаем, то вот вам ещё аналогия:
Представим, что мы хотим построить на орбите Марса марсианскую луну, подняв строительный материал с поверхности Марса. Представим, что у нас есть ракета, которая может забросить на нужную орбиту 100 тонн полезной нагрузки. Представим, что каждый час мы отправляем 10 таких ракет. Мы делаем это постоянно, 24 часа в сутки. Для завершения проекта нам понадобится всего-лишь 900 миллиардов лет.(Заранее хочу предупредить, что все используемые мною аналогии достаточно условны и вполне возможно, что к моменту когда человечество всерьёз возьмётся за терраформирование планет, у него будут технологии, позволяющие относительно просто перемещать массивные космические глыбы.)
Впечатляет? Дальше будет ещё интереснее.
Атмосфера.
Мы всё ещё хотим запилить на Марсе условия, аналогичные земным. Мы стоим среди марсианской пустыни и мечтаем о садах, подобно финну, стоящему посреди Сахары и мечтающему о Финляндии и корюшке. Но, в отличие от финна, у нас есть очень серьёзная проблема: нечем дышать. И на Марсе нет столько газов, чтобы создать плотную атмосферу, пригодную для дыхания. Фактически, марсианская атмосфера ненамного плотнее вакуума. А значит, надо инвентаризировать то что имеется и завезти недостающее. На Марсе, на квадратный километр поверхности, приходится 173 тысячи тонн газов, 95% которых составляет диоксид углерода. Если мы хотим, чтобы «всё было как на Земле», значит на каждый квадратный километр поверхности нам нужно 10 миллионов тонн газов, 22% которых составляет кислород, а 78% — азот. Что? Азот не нужен, обойдёмся СО2 или другим газом? Увы, нет, не обойдёмся. Азот делает атмосферу более нейтральной и стабильной. Азот не так активно фиксируется биосферой, как оксид углерода. Кроме того, атмосферный азот, вовлекаясь в биохимические реакции, является неотъемлемой составляющей подавляющего большинства молекул, из которых состоит известная нам жизнь. Ядром любой аминокислоты, образующей белковые структуры, является молекула азота. А насколько часто азот встречается в молекуле ДНК, можно увидеть на иллюстрации ниже (азот там закрашен синеньким). Так что, нет азота — нет жизни!
Вот мы и определились с тем, что и чего нам надо по атмосфере. А теперь, давайте представим себе: сколько это? По приблизительным расчётам, в атмосферу Марса надо добавить 1.432х10¹⁵ тонн газов или азотно-кислородный ледяной шарик диаметром 140 км. В этот раз, чтобы понять насколько это много, мы воспользуемся Межпланетной Транспортной Системой от SpaceX и их Big Falсon Rocket, позволяющей доставить на Марс 150 тонн полезной нагрузки. (Привет, Илон!) Представим, что мы отправляем на Марс по 10 ракет в час, 24 часа в сутки, на протяжении бесчисленных лет. Мы возим азотный и кислородный лёд — так оно занимает меньше места. На наполнение атмосферы Марса нам потребуется всего 109 миллионов лет. Так что, до высадки яблонь на Марсе доживут не все. Вернее, не только лишь все. Мало кто сможет это сделать.
Но и это ещё не всё!
Гидросфера.
Несмотря на содержащиеся в Википедии данные о том, что растопленный марсианский лёд смог-бы покрыть Марс океаном глубиной 35 метров (если эту воду распределить равномерно), спешу расстроить многих: Марс исключительно сухая планета. Если распределить равномерно по поверхности Земли всю земную воду, глубина мирового океана составит 2,7 километра. Несмотря на вышесказанное, земные пустыни достаточно обширны. В случае же с Марсом, даже если очень сильно поднять атмосферное давление, воду можно будет наблюдать только в виде полярных шапок, ну и снега на вершине Олимпа. Так что, таки да: воду тоже придётся везти извне. И количество воды, которое нужно будет доставить на Марс, не идёт ни в какое сравнение с количеством атмосферных газов.
В среднем, на квадратный километр земной поверхности, приходится примерно 2,6 миллиардов тонн воды. Чтобы довести на Марсе это соотношение до земного, потребуется доставить на планету 3,27×10¹⁷ тонн воды. Это ледяной шарик диаметром примерно 900 км. То есть, тело сопоставимое по размерам с Церерой. И это печально, ведь воду на Марс нам придётся возить гораздо дольше, чем атмосферу: по массе, недостающая гидросфера примерно в 230 раз тяжелее недостающей атмосферы. Думай, Илон Маск!
Биосфера.
Масса земной биосферы составляет порядка 2,4 триллионов тонн. Иными словами, это, в среднем, 4700 тонн на квадратный километр. В пересчёте для Марса, это будет примерно 680 миллиардов тонн. С одной стороны, это очень немного и этим можно было-бы пренебречь. Но, с другой стороны, не совсем понятно: сколько необходимых для жизни химических элементов содержат марсианские породы и что (и сколько) нужно добавлять? На данный момент, исследовательские данные по химическому составу марсианских пород неполны. Если предположить, что плотность биомассы равна плотности воды, то потенциальную марсианскую биомассу можно было-бы уместить сферу, диаметром 11 километров (если считать один кубометр биосферы равным по массе одному кубометру воды).
Подведём итоги наших марсианских дефицитов следующей иллюстрацией:
Вместо послесловия.
Возможно, я расстрою этой статьёй некоторых граждан, оптимистично настроенных в отношении ближайшего терраформирования Марса. Даже наши далёкие потомки не увидят яблони, цветущие под голубым марсианским небом. Можно бесконечно фантазировать о том, как мы будем взрывать термоядерные заряды на полярных шапках Марса. Или засевать экваториальные области генетически видоименёнными бактериями и лишайниками. Или греть планету гигантскими орбитальными зеркалами. Но суровая реальность такова: невозможно построить дом, не имея стройматериалов. А на Марсе пока и близко нет всего необходимого для создания условий и биосферы похожих на земные. Я не призываю отказаться от мечты терраформировать Марс, скорее, наоборот. Уж если мы серьёзно намерены стать биологическим видом, вышедшим за пределы своей колыбели и научиться делать благоприятными для нашего проживания условия на других планетах, то нам крайне важно осознавать всю сложность этой затеи. Я считаю это необходимым шагом на пути к нашей цели. Ведь только тогда мы сможем создать инструменты, которые позволят нам достичь этой самой цели. А ещё, человечеству надо учиться планировать на тысячелетия, а не жить ради быстрой выгоды. Правда, это уже тема для совсем другого разговора.
И в качестве утешительного приза, предлагаю всем неравнодушным полюбоваться чудесными рендерами терраформированного Марса. Аминь!)
P.S.: Да, чуть не забыл: нужна ли статья о том, какие технологии можно использовать для терраформирования Марса и откуда можно брать стройматериалы для этого?
Источник
