Idea Marsin muotoilusta - alias “Earth’s Twin” - on kiehtova idea. Polaaristen jäälakien sulattamisen, hitaasti ilmapiirin luomisen ja sitten ympäristön suunnittelun välillä on lehdet, joet ja seisovat vesistöt, siellä on tarpeeksi inspiroimaan melkein ketään! Mutta kuinka kauan tällainen yritys kesti, mitä se maksaa meille, ja onko se todella meidän aikamme ja energian tehokas käyttö?
Tällaisia olivat kysymykset, joita käsiteltiin kahdessa lehdessä, joka esiteltiin NASA: n "Planetary Science Vision 2050 -työpajassa" viime viikolla (maanantaina 27. helmikuuta - torstaina 1. maaliskuuta). Ensimmäinen, nimeltään ”Maapallonmuotoinen aikajana”, esittää abstraktin suunnitelman Punaisen planeetan muuttamisesta jollekin vihreälle ja asuttavalle. Toinen, nimeltään ”Mars Terraforming - Wrong Way”, hylkää kokonaan ajatuksen muotoilusta ja tarjoaa vaihtoehdon.
Aikaisemman paperin tuottivat Aaron Berliner Kalifornian yliopistosta Berkeleystä ja Chris McKay NASA Amesin tutkimuskeskuksen avarustieteiden osastolta. Kaksi tutkijaa esittelevät paperissaan Marsin maanmuokkausajan, joka sisältää lämpenemisvaiheen ja hapetusvaiheen, sekä kaikki tarvittavat vaiheet, jotka edeltävät ja seuraavat.
Kuten he toteavat paperinsa johdannossa:
”Terraforming Mars voidaan jakaa kahteen vaiheeseen. Ensimmäinen vaihe on planeetan lämmittäminen nykyisestä -60 ° C: n pintalämpötilasta arvoon, joka on lähellä Maan keskilämpötilaa +15 ° C: seen, ja paksun hiilidioksidin ilmakehän palauttaminen uudelleen. Tämä lämpenemisvaihe on suhteellisen helppo ja nopea, ja se voi viedä ~ 100 vuotta. Toinen vaihe tuottaa ilmakehän tasoja happea, joka antaa ihmisille ja muille suurille nisäkkäille hengittää normaalisti. Tämä hapetusvaihe on suhteellisen vaikea ja kesti 100 000 vuotta tai enemmän, ellei postuloida teknistä läpimurtoa. "
Ennen kuin nämä voidaan aloittaa, Berliner ja McKay myöntävät, että on toteutettava tietyt ”esiterapeuttiset” vaiheet. Niihin kuuluu Marsin ympäristön tutkiminen pinnan vesimäärien, ilmakehän ja jäämuodon hiilidioksidin tason määrittämiseksi napa-alueilla sekä nitraattien määrän löytämiseksi Marsin maaperässä. Kuten he selittävät, nämä kaikki ovat avain biosfäärin tekemisen käytännöllisyyteen Marsilla.
Toistaiseksi käytettävissä olevat todisteet viittaavat kaikkiin kolmeen Marsissa runsaasti esiintyvään elementtiin. Vaikka suurin osa Marsin vedestä on tällä hetkellä jään muodossa napa-alueilla ja napakorkkeilla, siellä on riittävästi vesisyklin tukemiseen - täydellinen pilvien, sateen, jokien ja järvien kanssa. Samaan aikaan jotkut arviot väittävät, että napa-alueilla on jään muodossa riittävästi hiilidioksidia ilmakehän luomiseksi, joka on yhtä suuri kuin merenpinnan paine maan päällä.
Typpi on myös perusedellytys hengittävän ilmapiirin elämälle ja välttämättömälle ainesosalle, ja Uteliaisuus Rover osoittavat, että nitraattien osuus maan pinnasta on ~ 0,03 painoprosenttia, mikä on rohkaisevaa maanmuodostukseen. Tämän lisäksi tutkijoiden on puututtava tiettyihin eettisiin kysymyksiin, jotka liittyvät siihen, miten maanmuodostus voi vaikuttaa Marsiin.
Esimerkiksi, jos Marsilla on tällä hetkellä elämää (tai elämää, joka voitaisiin elvyttää), se aiheuttaisi kiistatta eettisen dilemman ihmisen siirtomaalaisille - varsinkin jos tämä elämä liittyy elämään maapallolla. Kuten he selittävät:
”Jos marsilainen elämä liittyy maapallon elämään - mahdollisesti meteoriittien vaihdon vuoksi -, niin tilanne on tuttu, ja kysymykset siitä, mitä muita maapallon elämää tulee ottaa käyttöön ja milloin on käsiteltävä. Jos marsilainen elämä ei liity maapallon elämään ja edustaa selvästi elämän toista sukupolvea, nostetaan esiin merkittäviä teknisiä ja eettisiä kysymyksiä. "
Ensimmäisen vaiheen - ”Lämpenemisvaiheen” - lyhentämiseksi kirjoittajat käsittelevät meille tänään tuttua asiaa. Pohjimmiltaan muutamme omaa ilmastoa täällä maan päällä tuomalla ilmakehään hiilidioksidia ja ”super kasvihuonekaasuja”, mikä nostaa maan keskilämpötilaa useilla celsiusasteilla vuosisataa kohti. Ja vaikka tämä on ollut tahatonta maapallolla, Marsilla se voitaisiin uudelleen suunnitella tarkoituksellisesti lämmittämään ympäristöä.
"Aika aika Marsin lämmittämiselle keskittyneen super kasvihuonekaasujen tuotannon jälkeen on lyhyt, vain noin 100 vuotta", he väittävät. ”Jos kaikki Marsissa olevat aurinkoilmapiirit salaisuuteen sataprosenttisella hyötysuhteella, niin Mars lämpenee maapallomaisiin lämpötiloihin noin 10 vuodessa. Kasvihuoneilmiön tehokkuus on kuitenkin todennäköisesti noin 10%, joten Marsin lämmittämiseen kuluva aika olisi ~ 100 vuotta. "
Kun tämä paksu ilmapiiri on luotu, seuraavaan vaiheeseen kuuluu muuntaa se jotain ihmisille hengittävää - missä O2-tasot vastaavat noin 13% merenpinnan ilmanpaineesta maan päällä ja CO 2 -tasot ovat alle 1%. Tämä vaihe, joka tunnetaan nimellä “hapetusvaihe”, kesti huomattavasti pidempään. Jälleen kerran he kääntyvät kohti maanpäällistä esimerkkiä osoittaakseen, kuinka tällainen prosessi voisi toimia.
He väittävät, että täällä maan päällä korkeat happikaasupitoisuudet (O2) ja alhaiset hiilidioksiditasot johtuvat fotosynteesistä. Nämä reaktiot luottavat auringon energiaan veden ja hiilidioksidin muuttamiseksi biomassalle - jota edustaa yhtälö H²O + CO² = CH2O + O². Kuten he kuvaavat, tämä prosessi kesti 100 000 - 170 000 vuotta:
”Jos kaikki Marsiin sattunut auringonvalo valjastetaan 100-prosenttisesti tehokkaasti tämän kemiallisen muunnoksen suorittamiseksi, korkeiden O2-pitoisuuksien tuottaminen vie vain 17 vuotta. Kaikkien prosessien, jotka voivat muuttaa H2O: n ja CO 2: n biomassaksi ja O 2: ksi, todennäköinen tehokkuus on kuitenkin paljon vähemmän kuin 100%. Ainoa esimerkki prosessista, joka voi muuttaa globaalisti koko laitoksen hiilidioksidia ja hiilidioksidia, on globaali biologia. Maapallolla globaalin biosfäärin hyötysuhde auringonvalon käyttämisessä biomassan ja O2: n tuottamiseksi on 0,01%. Näin ollen O2-rikkaan ilmakehän tuottamisen aikataulu Marsilla on 10 000 x 17 vuotta tai ~ 170 000 vuotta. ”
He kuitenkin ottavat huomioon synteettisen biologian ja muun bioteknologian, jotka heidän mukaansa voisivat lisätä tehokkuutta ja vähentää aikataulua kiinteään 100 000 vuoteen. Lisäksi, jos ihmiset voisivat hyödyntää luonnollista fotosynteesiä (jonka hyötysuhde on suhteellisen korkea 5%) koko planeetalla - eli istuttaa lehdet kaikkialle Marsiin -, aikataulu voitaisiin lyhentää jopa muutamiin vuosisatoihin.
Lopuksi ne hahmottavat vaiheet, jotka on toteutettava pallon saamiseksi liikkumaan. Nämä vaiheet sisältävät nykyisten ja tulevien robottioperaatioiden mukauttamisen Marsin resurssien arvioimiseksi, matemaattiset ja tietokonemallit, joilla voitaisiin tutkia mukana olevia prosesseja, aloite synteettisten organismien luomiseksi Marsille, keinot testata maanmuokkaustekniikoita rajoitetussa ympäristössä ja planeettasopimus, joka asettaisi rajoituksia ja suojauksia.
Lainaten Punaisen Marsin trilogian kirjailijaa Kim Stanley Robinsonia (tieteellisen fiktion perusteellinen muoto Marsista), he julkaisevat toimintakehotuksen. Vastatessaan, kuinka kauan Marsin maapallonmuodostusprosessi kestää, he väittävät, että "voimme yhtä hyvin aloittaa nyt".
Tähän Valeriy Yakovlev - astrofysiikka ja hydrogeologi Ukrainan Kharkovin vedenlaadun laboratoriosta - tarjoaa erimielisen näkemyksen. Hänen artikkelissaan ”Mars Terraforming - Wrong Way” hän kehottaa luomaan matalan maan kiertoradalla avaruusbiosfäärejä, jotka luottaisivat keinotekoiseen painovoimaan (kuten O'Neill-sylinteri), jotta ihmiset voisivat tottua elämään tilaa.
Yhdessä avaruusalan siirtämisen suurimmista haasteista Yakovlev huomauttaa, kuinka kuun tai Marsin kaltaisissa elimissä eläminen voi olla vaarallista ihmisille. Sen lisäksi, että kolonistit ovat alttiita aurinko- ja kosmiselle säteilylle, niiden olisi myös käsiteltävä huomattavasti pienempää painovoimaa. Kuun tapauksessa tämä olisi noin 0,165 kertaa enemmän kuin ihmiset kokevat täällä maan päällä (alias. 1 g), kun taas Marsissa se olisi noin 0,376 kertaa.
Tämän pitkän aikavälin vaikutuksia ei tunneta, mutta on selvää, että niihin sisältyy lihasten rappeutuminen ja luukato. Kauempana katsottuna on täysin epäselvää, mitä vaikutuksia olisi niille lapsille, jotka ovat syntyneet kummassakin ympäristössä. Käsittelemällä tapoja, joilla näitä voidaan vähentää (mukaan lukien lääketiede ja sentrifugit), Yakovlev huomauttaa, kuinka ne todennäköisesti olisi tehottomia:
”Toive lääkekehityksestä ei poista lihasten, luiden ja koko organismin fyysistä hajoamista. Sentrifugien kuntoutus on vähemmän tarkoituksenmukainen ratkaisu verrattuna laivan biosfääriin, jossa on mahdollista aikaansaada olennaisesti jatkuva normaalin painovoiman ja suojakompleksin jäljitelmä avaruusympäristön vahingollisilta vaikutuksilta. Jos avaruustutkimuksen tie on luoda siirtokunta Marsille ja lisäksi myöhemmät yritykset maapallon muovaamiseen, se johtaa perusteettomaan ajan ja rahan menetykseen ja lisää ihmisten sivilisaation tunnettuja riskejä. "
Lisäksi hän huomauttaa haasteista luoda ihanteellinen ympäristö avaruudessa asuville ihmisille. Sen lisäksi, että luodaan yksinkertaisesti parempia ajoneuvoja ja kehitetään keinoja tarvittavien resurssien hankkimiseksi, on luotava myös ihanteellinen avaruusympäristö perheille. Pohjimmiltaan tämä vaatii asumisen kehittämistä, joka on optimaalinen koon, vakauden ja mukavuuden kannalta.
Tämän perusteella Yakolev esittelee sen, mitä hän pitää todennäköisimminä ihmiskunnan poistumiseen avaruuteen välillä vuoteen 2030. Tähän sisältyy ensimmäisten avaruusbiosfäärien luominen, joissa on keinotekoinen painovoima, mikä johtaa avainasemassa materiaalien kehitykseen teknologia, elämän tukijärjestelmät sekä robottijärjestelmät ja infrastruktuuri, joita tarvitaan elinympäristöjen asentamiseen ja huoltoon maapallon maapallon kiertoradalla (LEO).
Näitä luontotyyppejä voidaan huoltaa luomalla robotti avaruusaluksia, jotka voivat kerätä resursseja lähellä olevista kappaleista - kuten Kuu ja Maan lähellä olevat esineet (NEO). Tämä konsepti ei vain poistaisi planeettasuojausten tarvetta - toisin sanoen huolet Marsin biosfäärin saastumisesta (olettaen, että esiintyy bakteerien elämää), se myös mahdollistaisi ihmisten tottumisen avaruuteen vähitellen.
Kuten Yakovlev kertoi Space Magazine -lehdessä sähköpostitse, avaruusluontotyyppien edut voidaan jakaa neljään kohtaan:
”1. Tämä on universaali tapa hallita kosmon loputtomia tiloja, sekä aurinkokunnassa että sen ulkopuolella. Meillä ei tarvitse pintoja talojen asentamiseen, vaan resursseja, jotka robotit toimittavat planeetoilta ja satelliiteilta. 2. Mahdollisuus luoda elinympäristö niin lähellä maapallon kehtoa antaa yhden paeta väistämättömästä fyysisestä pilaantumisesta eri painovoiman alla. Suojaavan magneettikentän luominen on helpompaa.
”3. Siirto maailmojen ja lähteiden välillä ei ole vaarallinen retkikunta, vaan normaali elämä. Onko se hyvä merimiehille ilman heidän perheitään? 4. Ihmiskunnan kuoleman tai rappeutumisen todennäköisyys maailmanlaajuisen katastrofin seurauksena vähenee huomattavasti, koska planeettojen kolonisaatio sisältää tiedustelua, tavaroiden toimittamista, ihmisten kuljetuskuljetuksia - ja tämä on paljon pidempi kuin biosfäärin rakentaminen Kuun kiertoradalla. Tohtori Stephen William Hawking on oikeassa, henkilöllä ei ole paljon aikaa. ”
Ja kun avaruusluontotyypit ovat paikoillaan, voisi aloittaa joitakin erittäin tärkeitä tutkimuksia, mukaan lukien lääketieteellinen ja biologinen tutkimus, johon osallistuisivat ensimmäiset avaruudessa syntyneet lapset. Se helpottaisi myös luotettavien avaruussukkujen ja luonnonvarojen poimintatekniikoiden kehittämistä, jotka ovat hyödyllisiä muiden elinten - kuten Kuun, Marsin ja jopa eksoplaneettojen - asuttamisessa.
Viime kädessä Yakolev ajattelee, että myös avaruusbiosfäärit voitaisiin saada aikaan kohtuullisessa ajassa - ts. Välillä 2030 - 2050 - mikä ei yksinkertaisesti ole mahdollista maisemoinnilla. Mainitsemalla kaupallisen avaruusalan kasvavaa läsnäoloa ja voimaa Yakolev uskoi myös, että suuri osa tarvittavasta infrastruktuurista on jo olemassa (tai kehitteillä).
”Kun olemme voittaneet +20 vuoden ajattelun inertian, kokeellisen biosfäärin (kuten Antarktikan asutuksen kelloilla), 50 vuodessa kasvussa syntynyt ensimmäinen sukupolvi lapsia kasvaa ja maapallo vähenee, koska se tulee legendat kokonaisuutena… Seurauksena on, että maanmuokkaus peruutetaan. Ja seuraava konferenssi avaa tien tosiasialliseen kosmon tutkimiseen. Olen ylpeä siitä, että olen samalla planeetalla Elon Reeve Muskin kanssa. Hänen ohjuksistaan on hyötyä nostettaessa ensimmäisen biosfäärin mallit kuun tehtaista. Tämä on läheinen ja suora tapa valloittaa Kosmos. "
NASAn tutkijoiden ja yrittäjien, kuten Elon Muskin ja Bas Landorpin, kanssa, joka haluaa siirtää Marsin lähitulevaisuudessa, ja muiden kaupallisten ilmailuyritysten kanssa, jotka kehittävät LEO: ta, ihmiskunnan tulevaisuuden laajuutta ja muotoa avaruudessa on vaikea ennustaa. Ehkäpä päätämme yhdessä polusta, joka vie meidät Kuulle, Marsille ja muille. Ehkä näemme parhaamme ponnisteluillamme lähellä Maapallon tilaa.
Tai ehkä näemme itsemme lähtevän moniin suuntiin kerralla. Kun jotkut ryhmät kannattavat avaruusluontotyyppien luomista LEO: ssa (ja myöhemmin muualla aurinkokunnassa), jotka luottavat keinotekoiseen painovoimaan ja robottien avaruusaluksiin, jotka kaivovat materiaaleja asteroideihin, toiset keskittyvät aseman luomiseen planeettakappaleisiin tavoitteena muuttaa ne ”Uudet maat”.
Niiden välillä voidaan odottaa, että ihmiset alkavat kehittää tietyn asteen "avaruusasiantuntemusta" tällä vuosisadalla, mikä on varmasti hyödyllistä, kun alamme työntää etsinnän ja kolonisaation rajoja entisestään!
