Возможно ли терраформирование Марса?

Авторы научной фантастики долгое время считали терраформирование, процесс создания земной или обитаемой среды на другой планете, возможным. Сами ученые предложили терраформирование, чтобы обеспечить долгосрочную колонизацию Марса.

Основанием, общим для обеих групп, является выброс газообразного диоксида углерода, захваченного на поверхности Марса, для сгущения атмосферы и действия его в качестве «одеяла» для нагрева планеты.

Тем не менее, Марс не сохраняет достаточного количества углекислого газа, который можно было бы практически вернуть в атмосферу, чтобы нагреть Марс, согласно новому исследованию, проведенному НАСА. Преобразование неприветливой среды Марса в место, где астронавты могли бы находиться без искусственной поддержки их жизни, невозможно без технологий, которые выходят за рамки сегодняшних возможностей.

Хотя нынешняя марсианская атмосфера сама по себе состоит в основном из двуокиси углерода, она слишком тонкая и холодная, чтобы поддерживать жидкую воду, неотъемлемый ингредиент для жизни. На Марсе давление атмосферы составляет менее одного процента давления земной атмосферы. Любая жидкая вода на поверхности очень быстро испаряется или замерзает.

Сторонники терраформирования Марса предлагают выпускать газы из разных источников на Красной планете для сгущения атмосферы и повышения температуры до такой степени, что жидкая вода будет оставаться на поверхности. Эти газы называются «парниковыми газами» по их способности улавливать тепло и нагревать климат.

«Двуокись углерода (CO₂) и водяной пар (H₂O) являются единственными парниковыми газами, которые, вероятно, будут присутствовать на Марсе в достаточном количестве, чтобы обеспечить любое значительное потепление», — сказал Брюс Якоски из Университета Колорадо, ведущий автор исследования, появившееся в издании Nature Astronomy 30 июля.

Хотя исследования, изучающие возможность терраформирования Марса, были сделаны и ранее, новый результат использует около 20 лет дополнительных наблюдений космических аппаратов на Марсе.

«Эти данные предоставили существенную новую информацию об истории легко испаренных (летучих) материалов, таких как СО₂ и Н₂О на планете, обилие летучих веществ, запертых на поверхности и под поверхностью, и про потерю газа из атмосферы в космос», сказал соавтор работы Кристофер Эдвардс из Университета Северной Аризоны.

Исследователи проанализировали обилие углеродосодержащих минералов и появление СО₂ в полярном льду с использованием данных космического аппарата NASA «Mars Reconnaissance Orbiter» и космического корабля «Mars Odyssey», и использовали данные о потере атмосферы Марса в космос с помощью инструмента MAVEN NASA.

«Наши результаты свидетельствуют о том, что на Марсе недостаточно CO₂, чтобы обеспечить значительное потепление с помощью парниковых газов, кроме того, большая часть газа CO₂ не доступна и не может быть легко мобилизована. Терраформирование Марса невозможно с использованием современных технологий», — сказал Брюс Якоски.

Хотя Марс имеет значительное количество водяного льда, который можно использовать для создания водяного пара, предыдущие анализы показывают, что вода не может обеспечить значительное потепление сама по себе; по словам ученых, температура не позволяет воде сохраняться в виде пара без предварительного прогрева CO2.

Кроме того, использование других газов, таких как хлорфторуглеродов или других соединений на основе фтора, которые были предложены для повышения атмосферной температуры, также проблематично, так как эти газы являются недолговечными и потребуют крупномасштабных производственных процессов, поэтому они не учитывались в текущем исследовании.

Атмосферное давление на Марсе составляет около 0,6 процента от Земного. Исследователи полагают, что когда Марс находится дальше от Солнца, для повышения температуры, достаточной для обеспечения стабильной жидкой воды, требуется давление CO₂, подобное общему атмосферному давлению Земли.

Наиболее доступным источником является CO₂ в полярных ледяных шапках; он может испаряться, через распространение пыли на него, чтобы он смог поглощать больше солнечной радиации или с помощью взрывчатых веществ. Однако, по новому анализу, испарение ледяных шапок принесет CO₂, чтобы удвоить марсианское давление до 1,2 процента от Земли.

Другим источником является CO₂, прикрепленный к пылевым частицам в марсианской почве, который можно нагревать до выпуска газа. По оценкам исследователей, нагрев почвы может обеспечить до 4 процентов необходимого давления.

Третий источник — это углерод, заблокированный в месторождениях полезных ископаемых. По оценкам команды NASA на месторождениях полезных ископаемых, наиболее вероятное количество будет давать менее 5 процентов от требуемого давления в зависимости от того, насколько обширные залежи могут быть захоронены вблизи поверхности.

Углеродсодержащие минералы, находяшиеся глубоко в марсианской коре, могут содержать достаточное количество СО₂ для достижения необходимого давления, но количество этих глубоких отложений неизвестно, и восстановление их с использованием современной технологии чрезвычайно энергоемко, требует температур выше 300 градусов по Цельсию. Мелкие углеродсодержащие минералы недостаточно обильны, чтобы вносить значительный вклад в парниковые газы, а требуют такой же интенсивной обработки.

Хотя поверхность Марса является негостеприимной для известных форм жизни сегодня, особенности поверхности, которые напоминают сухие русла рек и минеральные отложения, которые образуются только в присутствии жидкой воды, свидетельствуют о том, что в далеком прошлом марсианский климат поддерживал жидкую воду на поверхности.

Но солнечная радиация и солнечный ветер могут удалять как водяной пар, так и СО₂ из атмосферы Марса. Как MAVEN, так и миссии Марса Экспресс показывают, что большая часть древней, потенциально обитаемой атмосферы Марса была потеряна в космос, из-за солнечного ветра и излучения.

Даже если эта потеря была бы предотвращена каким-то образом, позволяя атмосфере медленно расти из-за выхода газов по геологической активности, текущий приток чрезвычайно низкий — по словам ученых, потребуется около 10 миллионов лет, чтобы удвоить нынешнюю атмосферу Марса.

Другая идея терраформирования заключается в том, чтобы импортировать летучие вещества, перенаправляя кометы и астероиды, чтобы поразить ими поверхность Марса.  Есть и еще один путь — создание генетически модифицированных микроорганизмов, мхов, лишайников и растений, которые бы в результате своей жизнедеятельности, выделяли бы необходимые вещества в атмосферу Марса.

Впрочем, любые такие усилия видимо возможны в весьма отдаленном будущем.

Больше информации: Bruce M. Jakosky et al. Inventory of CO2 available for terraforming Mars, Nature Astronomy (2018). DOI: 10.1038/s41550-018-0529-6