Тэраформінг - будаўніцтва новай Зямлі на новым месцы

Аднойчы можа аказацца, што ў выпадку глабальнай катастрофы аднавіць цывілізацыю на Зямлі або вярнуцца ў той стан, у якім яна была да пагрозы, не атрымаецца. Варта мець у запасе новы свет і будаваць там усё нанова - лепш, чым мы гэта зрабілі на роднай планеце. Аднак мы не ведаем нябесных цел, гатовых да неадкладнага засялення. Даводзіцца лічыцца з тым, што спатрэбіцца некаторая работа па падрыхтоўцы такога месца.

1. Вокладка апавядання «Сутыкненне на арбіце»

Тэрафармаванне планеты, месяца ці іншага аб'екта - гэта гіпатэтычны, нідзе больш (наколькі нам вядома) працэс змены атмасферы, тэмпературы, тапаграфіі паверхні ці экалогіі планеты ці іншага нябеснага цела, каб яны нагадвалі навакольнае асяроддзе Зямлі і зрабіць яго прыдатным для зямнога жыцця.

Канцэпцыя тэрафармавання развівалася як у палявых умовах, так і ў рэальнай навуцы. Сам тэрмін быў уведзены Джэк Уільямсан (Уіл Сцюарт) у апавяданні «Арбіта сутыкнення» (1), апублікаваным у 1942 годзе.

Венера прахалодная, Марс цёплы

У артыкуле, апублікаваным у часопісе Science у 1961 годзе, астраном Карл Саган прапанаваны. Ён уявіў сабе пасадку ў яго атмасферы багавіння, якія будуць ператвараць ваду, азот і вуглякіслы газ у арганічныя злучэнні. Гэты працэс выдаліць з атмасферы вуглякіслы газ, што знізіць парніковы эфект да таго часу, пакуль тэмпература не ўпадзе да камфортнага ўзроўню. Лішак вугляроду будзе лакалізаваны на паверхні планеты, напрыклад, у выглядзе графіту.

Нажаль, пазнейшыя адкрыцці аб умовах Венеры паказалі, што такі працэс немагчымы. Хоць бы таму, што аблокі там складаюцца з высокаканцэнтраванага раствора сернай кіслаты. Нават калі б багавінне тэарэтычна маглі развівацца ў варожым асяроддзі верхніх пластоў атмасферы, сама атмасфера тамака проста занадта шчыльная - высокі атмасферны ціск вырабляла б амаль чысты малекулярны кісларод, а вуглярод згараў бы, зноў вылучаючы СА.₂.

Аднак часцей за ўсё мы гаворым аб тэрафармаванні ў кантэксце патэнцыйнай адаптацыі Марса. (2). У артыкуле «Планетарная інжынерыя на Марсе», апублікаваным у часопісе «Ікар» у 1973 годзе, Саган лічыць Чырвоную планету патэнцыйна заселеным месцам для людзей.

2. Бачанне наступных этапаў тэрафармавання Марса

Праз тры гады НАСА афіцыйна звярнулася да праблемы планетарнай інжынерыі, выкарыстоўваючы тэрмін.планетарны экасінтэз“. Апублікаванае даследаванне прыйшло да высновы, што Марс зможа падтрымліваць жыццё і стане заселенай планетай. У тым жа годзе была арганізавана першая сесія канферэнцыі па тэрафармаванні, вядомаму тады таксама як "планетарнае мадэляванне".

Аднак толькі ў 1982 годзе слова "тэрафармаванне" стала выкарыстоўвацца ў сучасным сэнсе. Планетолаг Крыстафер Маккей (7) напісаў працу «Тэрафармаванне Марса», якая з'явілася ў «Журнале Брытанскага міжпланетнага таварыства». У дакуменце абмяркоўваліся перспектывы самарэгуляцыі марсіянскай біясферы, і слова, выкарыстанае Маккеем, з таго часу стала пераважным. У 1984 годзе Джэймс Лаўлак i Майкл Алабі апублікаваў кнігу «Азеляненне Марса» — адну з першых, у якой апісаў новы метад абагравання Марса з дапамогай хлорфторвугляродаў (ХФУ), якія дадаюцца ў атмасферу.

Усяго ўжо праведзена мноства даследаванняў і навуковых дыскусій аб магчымасці награвання гэтай планеты і змены яе атмасферы. Цікава, што некаторыя гіпатэтычныя метады трансфармацыі Марса ўжо могуць быць у межах тэхналагічных магчымасцей чалавецтва. Аднак эканамічныя рэсурсы, неабходныя для гэтага, будуць нашмат большыя, чым тыя, якія любы ўрад ці грамадства ў цяперашні час гатовы вылучыць для такой мэты.

Метадычны падыход

Пасля таго, як тэрафармаванне ўвайшло ў шырэйшы зварот паняццяў, яго сфера стала сістэматызавацца. У 1995 годзе Марцін Дж. Фогг (3) у сваёй кнізе «Тэрафармаванне: распрацоўка планетарнага асяроддзя» ён прапанаваў наступныя азначэнні для розных аспектаў, звязаных з гэтай вобласцю:

• планетарная інжынерыя - выкарыстанне тэхналогій для ўздзеяння на глабальныя ўласцівасці планеты;
• геаінжынерыі – планетарная інжынерыя, якая прымяняецца непасрэдна да Зямлі. Ён ахоплівае толькі тыя макроинженерные канцэпцыі, якія злучаны са зменай вызначаных глабальных параметраў, такіх як парніковы эфект, склад атмасферы, сонечнае выпраменьванне ці ўдарны струмень;
• тэрафармаванне - працэс планетарнай інжынерыі, накіраваны, у прыватнасці, на павышэнне здольнасці пазаземнага планетарнага асяроддзя падтрымліваць жыццё ў вядомым стане. Канчатковым дасягненнем у гэтай галіне стане стварэнне адкрытай планетарнай экасістэмы, якая імітуе ўсе функцыі зямной біясферы, поўнасцю прыстасаванай для пражывання чалавека.

Фог таксама распрацаваў вызначэнні планет з рознай ступенню сумяшчальнасці з пункту гледжання выжывання на іх чалавека. Ён адрозніваў планеты:

• заселены () - мір з навакольным асяроддзем, дастаткова падобнай на Зямлю, каб людзі маглі камфортна і свабодна пражываць у ім;
• біясумяшчальны (ВР) - планеты з фізічнымі параметрамі, якія дазваляюць квітнець жыцця на іх паверхні. Нават калі яны першапачаткова пазбаўлены яе, яны могуць змяшчаць вельмі складаную біясферу без неабходнасці тэрафармавання;
• лёгка тэрафармуецца (ETP) - планеты, якія могуць стаць биосовместимыми або прыдатнымі для жыцця і могуць падтрымлівацца за кошт адносна сціплага набору планетарных інжынерных тэхналогій і рэсурсаў, якія захоўваюцца на бліжэйшым касмічным караблі або рабатызаваных місіі-папярэдніку.

Фогг мяркуе, што ў маладосці Марс быў біялагічна сумяшчальнай планетай, хоць у цяперашні час ён не трапляе ні ў адну з трох катэгорый - яго тэрафармаванне выходзіць за рамкі ETP, занадта складана і занадта дорага.

Наяўнасць крыніцы энергіі з'яўляецца абсалютным патрабаваннем для жыцця, але ўяўленне аб непасрэднай або патэнцыйнай жыццяздольнасці планеты засноўваецца на шматлікіх іншых геафізічных, геахімічных і астрафізічных крытэрах.

Адмысловая цікавасць уяўляе набор фактараў, якія, апроч прасцейшых арганізмаў на Зямлі, падтрымліваюць складаныя шматклеткавыя арганізмы. жывёлы. Даследаванні і тэорыі ў гэтай галіне з'яўляюцца часткай навукі аб планетах і астрабіялогіі.

Заўсёды можна выкарыстоўваць тэрмаядзерны

У сваёй дарожнай карце па астрабіялогіі НАСА вызначае асноўныя крытэры адаптацыі, перш за ўсё, як "адэкватныя рэсурсы вадкай вады, умовы, якія спрыяюць агрэгацыі складаных арганічных малекул, і крыніцы энергіі для падтрымкі метабалізму". Калі ўмовы на планеце становяцца прыдатнымі для жыцця вызначанага выгляду, можа пачацца імпарт мікробнага жыцця. Па меры таго, як умовы становяцца бліжэй да зямных, туды можа быць занесена і расліннае жыццё. Гэта паскорыць вытворчасць кіслароду, што тэарэтычна зробіць планету, нарэшце, здольнай падтрымліваць жыццё жывёл.

На Марсе адсутнасць тэктанічнай актыўнасці перашкаджала рэцыркуляцыі газаў з мясцовых адкладаў, што на Зямлі спрыяльна для атмасферы. Па-другое, можна меркаваць, што адсутнасць ўсёабдымнай магнітасферы вакол Чырвонай планеты прывяла да паступовага разбурэння атмасферы сонечным ветрам (4).

4. Слабая магнітасфера не абараняе марсіянскую атмасферу

Канвекцыя ў ядры Марса, якое ў асноўным складаецца з жалеза, першапачаткова стварала магнітнае поле, аднак дынама даўно перастала функцыянаваць, і марсіянскае поле ў значнай ступені знікла, магчыма, з-за страты цяпла ядром і зацвярдзення. Сёння магнітнае поле ўяўляе сабой набор драбнейшых палёў, падобных на мясцовыя парасоны, у асноўным вакол паўднёвага паўшар'я. Рэшткі магнітасферы пакрываюць каля 40% паверхні планеты. Вынікі даследаванняў місіі НАСА Спецыяліст паказваюць, што атмасфера чысціцца ў першую чаргу з-за выкідаў сонечнай каранальнай масы, якія бамбуюць планету высокаэнергетычных пратонамі.

Тэрафармаванне Марса павінна было б уключаць два вялікія адначасовыя працэсы - стварэнне атмасферы і яе нагрэў.

Гусцейшая атмасфера парніковых газаў, такіх як вуглякіслы газ, спыніць паступальнае сонечнае выпраменьванне. Паколькі падвышаная тэмпература дадасць парніковых газаў у атмасферу, гэтыя два працэсы будуць узмацняць адзін аднаго. Аднак аднаго вуглякіслага газу было б недастаткова для падтрымання тэмпературы вышэй за кропку замярзання вады — трэба было б нешта яшчэ.

Яшчэ адзін марсіянскі зонд, які нядаўна атрымаў імя настойлівасць і будзе запушчаны ў гэтым годзе, зойме спроба генераваць кісларод. Мы ведаем, што разрэджаная атмасфера змяшчае 95,32% вуглякіслага газу, 2,7% азоту, 1,6% аргону і каля 0,13% кіслароду, а таксама мноства іншых элементаў у яшчэ меншых колькасцях. Эксперымент, вядомы як бадзёрасць (5) заключаецца ў выкарыстанні вуглякіслага газу і выманні з яго кіслароду. Лабараторныя выпрабаванні паказалі, што гэта ў цэлым магчыма і тэхнічна здзяйсняльна. Вы павінны з нечага пачаць.

5. Жоўтыя модулі для эксперыменту MOXIE у марсаходзе Perseverance.

бос SpaceX, Ілон Маск, ён быў бы не сабой, калі б не ўставіў свае тры капейкі ў дыскусію аб тэрафармаванні Марса. Адна з ідэй Маска - спусціцца да марсіянскіх палюсоў. вадародныя бомбы. Масіраваная бамбардзіроўка, на яго думку, стварыла б шмат цеплавой энергіі, растапіўшы лёд, а гэта вызваліла б вуглякіслы газ, які ў атмасферы стварыў бы парніковы эфект, затрымліваючы цяпло.

Магнітнае поле вакол Марса абароніць марсанаўтаў ад касмічных прамянёў і дазволіць стварыць мяккі клімат на паверхні планеты. Але вы сапраўды не зможаце засунуць унутр яго велізарны кавалак вадкага жалеза. Таму спецыялісты прапануюць іншае рашэнне - устаўка w кропкавыя либрации L1 у сістэме Марс-Сонца выдатны генератар, Што створыць дастаткова моцнае магнітнае поле.

Канцэпцыя была прадстаўлена на семінары Planetary Science Vision 2050, доктарам Джым Грын, дырэктар Планетарнага навуковага аддзела - аддзела даследавання планет НАСА. З часам магнітнае поле прывяло б да павелічэння атмасфернага ціску і сярэдніх тэмператур. Падвышэнне ўсяго на 4 ° C падпаліць лёд у палярных рэгіёнах, вызваліўшы назапашаны CO.₂гэта выкліча магутны парніковы эфект. Туды зноў пацячэ вада. Па словах стваральнікаў, рэальны час рэалізацыі праекта - 2050 год.

У сваю чаргу, рашэнне, прапанаванае ў ліпені мінулага года даследнікамі з Гарвардскага ўніверсітэта, не абяцае тэрафармаваць усю планету адразу, але можа быць паэтапным метадам. Навукоўцы прыдумалі узвядзенне «купалаў» з тонкіх пластоў кремнеземного аэрагеля, якія былі б празрыстымі і ў той жа час забяспечвалі абарону ад УХ-выпраменьвання і сагравалі паверхню.

Падчас мадэлявання высветлілася, што досыць тонкага, 2-3 гл пласта аэрагеля, каб нагрэць паверхню аж на 50 °С. Калі мы правільна абярэм месцы, значыць, тэмпература аскепкаў Марса будзе падвышаная да -10°С. Ён па-ранейшаму будзе нізкім, але ў дыяпазоне, з якім мы можам справіцца. Больш за тое, гэта, верагодна, дазволіла б падтрымліваць ваду ў гэтых рэгіёнах у вадкім стане круглы год, чаго ў спалучэнні з пастаянным доступам сонечнага святла павінна быць дастаткова для таго, каб расліннасць магла ажыццяўляць фотасінтэз.

Экалагічнае тэрафармаванне

Калі ідэі ўзнаўлення Марса, каб ён стаў падобны на Зямлю, гучаць фантастычна, то патэнцыйнае тэрафармаванне іншых касмічных целаў паднімае ўзровень фантастычнасці ў энную ступень.

Венера ўжо згадвалася. Менш вядомыя меркаванні адносна тэрафармаванне месяца. Джэфры А. Лэндзіс з НАСА падлічылі ў 2011 годзе, што для стварэння атмасферы вакол нашага спадарожніка з ціскам 0,07 атм з чыстага кіслароду спатрэбіцца аднекуль пастаўка 200 мільярдаў тон кіслароду. Даследчык выказаў здагадку, што гэта магло быць зроблена з дапамогай рэакцый аднаўлення кіслароду з месяцовых парод. Праблема ў тым, што з-за нізкай гравітацыі ён хутка яе страціць. Што да вады, то больш раннія планы па бамбардзіроўцы паверхні Месяца каметамі могуць аказацца несапраўднымі. Апыняецца, у месяцовым грунце шмат мясцовага H₂0, асабліва вакол Паўднёвага полюса.

Іншыя магчымыя кандыдаты на тэрафармаванне - магчыма, толькі частковае - або паратэрафармаванне, якое складаецца ў стварэнні на іншапланетных касмічных целах зачыненыя месцы рассялення для людзей (6) гэта: Тытан, Каліста, Ганімед, Еўропа і нават Меркурый, спадарожнік Сатурна Энцэлад і карлікавая планета Цэрэра.

6. Мастацкае бачанне частковага тэрафармавання

Калі пайсці далей, да экзапланет, сярод якіх нам усё часцей трапляюцца светы з вялікім падабенствам з Зямлёй, то мы раптам выходзім на зусім новы ўзровень абмеркавання. Мы можам ідэнтыфікаваць тамака на адлегласці планеты тыпу ETP, BP і, можа быць, нават HP, г.зн. тых, якіх у нас няма ў Сонечнай сістэме. Тады дасягненне такога свету становіцца праблемай большай, чым тэхналогія і выдаткі на тэрафармаванне.

Многія прапановы планетарнай інжынерыі мяркуюць выкарыстанне генетычна мадыфікаваных бактэрый. Гэры Кінг, мікрабіёлаг з Універсітэта штата Луізіяна, які вывучае самыя экстрэмальныя арганізмы на Зямлі, адзначае, што:

"Сінтэтычная біялогія дала нам выдатны набор інструментаў, якія можна выкарыстоўваць для стварэння новых тыпаў арганізмаў, спецыяльна адаптаваных да сістэм, якія мы хочам планаваць".

Навуковец апісвае перспектывы тэрафармавання, тлумачачы:

"Мы хочам вывучыць выбраныя мікробы, знайсці гены, якія адказваюць за выжыванне і карыснасць для тэрафармавання (такія як устойлівасць да радыяцыі і адсутнасць вады), а затым прымяніць гэтыя веды для геннай інжынерыі спецыяльна распрацаваных мікробаў".

Навуковец бачыць самыя вялікія праблемы ў здольнасці генетычна падабраць і адаптаваць прыдатныя мікробы, мяркуючы, што на пераадоленне гэтай перашкоды можа сысці "дзесяць гадоў ці больш". Ён таксама адзначае, што лепш за ўсё было б распрацаваць "не адзін від мікробаў, а некалькі, якія працуюць разам".

Эксперты выказалі здагадку, што замест тэрафармавання або ў дадатак да тэрафармавання іншапланетнага асяроддзя людзі могуць адаптавацца да гэтых месцаў з дапамогай геннай інжынерыі, біятэхналогій і кібернетычных удасканаленняў.

Ліза Ніп з каманды малекулярных машын MIT Media Lab заявіў, што сінтэтычная біялогія можа дазволіць навукоўцам генетычна мадыфікаваць людзей, расліны і бактэрыі, адаптуючы арганізмы да ўмоў на іншай планеце.

Марцін Дж. Фогг, Карл Саган вораз Роберт Зубрын i Рычард Л.С. ТайлаЯ лічу, што рабіць іншыя светы прыдатнымі для жыцця - як працяг гісторыі жыцця трансфармуецца навакольнага асяроддзя на Зямлі - зусім недапушчальна. маральны абавязак чалавецтва. Яны таксама ўказваюць на тое, што наша планета ў канчатковым выніку ўсё роўна перастане быць жыццяздольнай. У доўгатэрміновай перспектыве вы павінны ўлічваць неабходнасць пераезду.

Хаця прыхільнікі лічаць, што няма нічога агульнага з тэрафармаваннем бясплодных планет. этычныя праблемы, ёсць думкі, што ў любым выпадку было б неэтычна ўмешвацца ў прыроду.

Прымаючы да ўвагі больш ранні зварот чалавецтва з Зямлёй, іншыя планеты лепш не падвяргаць дзейнасці чалавека. Крыстафер Маккей сцвярджае, што тэрафармаванне этычна правільнае толькі тады, калі мы абсалютна ўпэўненыя, што чужая планета не хавае роднае жыццё. І нават калі нам атрымаецца яго знайсці, мы не павінны спрабаваць пераўтварыць яго для ўласнага выкарыстання, а дзейнічаць так, каб адаптавацца да гэтага чужога жыцця. Ні ў якім разе не наадварот.

Глядзі таксама: