Тераформирането на Марс е физически възможно! Преглед на новата пътна карта и основните рискове на проекта

Климатичните промени на Марс от дълго време се обсъждат само в теоретичен план. Намаляването на разходите за извеждане на товари в орбита и все по-голямата точност на климатичните модели обаче направиха възможно този въпрос да се пренесе в инженерната плоскост.

Екип от експерти от водещи американски изследователски центрове, сред които Чикагският университет, Масачузетският технологичен институт (MIT) и Националната лаборатория в Лос Аламос, публикува подробна пътна карта. Документът представлява анализ на това какви физически процеси са необходими за повишаване на температурата на планетата, какви технологии могат да постигнат това и пред какви непреодолими понастоящем ограничения е изправена науката.

Целта на публикуваното изследване вече не е да призове за незабавна промяна на планетата, а да систематизира знанията. Учените са определили последователността от действия и експерименти, които ще позволят да се каже със сигурност: дали е възможно да се създадат условия за течна вода на Марс и колко ще струва това.

Физиката на температурния баланс

Към днешна дата Марс е студена пустиня. Средната температура на повърхността е минус 63 градуса по Целзий. Планетата е в топлинно равновесие: тя получава около 1,6 x 10¹⁶ вата енергия от Слънцето и излъчва точно същото количество енергия обратно в космоса под формата на инфрачервени вълни.

За да съществуват на повърхността течни океани или поне стабилни езера от топяща се вода, планетата трябва да задържа допълнително 1,3 x 10¹⁶ вата енергия. На практика това означава необходимост от повишаване на температурата на повърхността с около 35 градуса по Целзий.

Традиционният подход за доставяне на парникови газове от Земята е признат за технически неосъществим. За да се постигне желаният ефект, ще са необходими стотици милиони тонове специализирани газове (например флуорни съединения).

Самият Марс не разполага с достатъчно количество от подходящите химични елементи, за да ги произведе. Ето защо пътната карта предлага три алтернативни метода, базирани на използването на местни ресурси и управление на слънчевата енергия.

Първи метод: локални топлозадържащи материали

Най-реалистичният сценарий за следващите десетилетия не е изменение на климата на цялата планета, а локално повишаване на температурата в местата на кацане на бъдещите експедиции. За тази цел се предлага да се използват твърди прозрачни материали, които пропускат видимата светлина от Слънцето, но блокират изхода на топлинното излъчване от нагрятата земя.

Основният кандидат за тази роля е аерогел на основата на силициев диоксид. Той е изключително лек порест материал. Изчисленията показват, че слой аерогел с дебелина само три сантиметра е в състояние да повиши температурата на марсианската почва под него с 60 градуса.

Планира се тези материали да бъдат поставени върху областите, където радарите са установили наличието на лед под повърхността. Загряването ще доведе до разтопяване на леда и преминаването му в парообразно състояние. Водните пари няма да могат да излязат в атмосферата през материала и ще се събират в специални кондензационни устройства. Това ще осигури на бъдещите бази питейна вода, кислород и ресурси за създаване на ракетно гориво.

Основният проблем при този метод е логистиката. Доставката на готов аерогел от Земята ще струва милиарди долари дори за покриване на площ от един квадратен километър. Ето защо основната задача на изследователите е да разработят технологии за синтезиране на аерогел или подобни прозрачни полимери директно на Марс от местната почва и атмосфера.

Вторият метод: орбитални рефлектори

Вторият подход включва поставянето на големи отразяващи структури в орбитата на Марс. Тяхната задача е да насочват допълнителна слънчева светлина към определени зони от повърхността.

На първоначалния етап рефлектори с площ от няколко квадратни километра могат да осигурят допълнителна енергия и светлина на изследователските бази. В глобален мащаб се планира те да бъдат използвани за отопление на Южния полюс на Марс. Ако фокусираната светлина се насочи към полярните ледени шапки, които са съставени от замръзнал въглероден диоксид, ще започне процес на интензивно освобождаване на газ в атмосферата. Това ще доведе до сгъстяване на атмосферата и ще предизвика мащабно затопляне.

Инженерната трудност при този метод се състои в масата. За да бъде проектът финансово жизнеспособен, рефлекторите трябва да бъдат изключително леки – с тегло не повече от 20 грама на квадратен метър. Освен това те трябва да функционират като космически платна. Това означава, че след като бъдат изстреляни в околоземна орбита, те трябва да могат сами да достигнат Марс, като използват налягането на слънчевата светлина вместо традиционните двигатели и химически горива. Създаването на материали, които могат да издържат на такъв полет и да запазят гладка отразяваща повърхност, все още е трудно техническо предизвикателство.

Трети метод: изкуствени атмосферни частици

Третият и най-амбициозен метод е да се разпръснат изкуствено създадени частици (аерозоли) в атмосферата. Естественият марсиански прах охлажда планетата, тъй като отразява слънчевата светлина обратно в космоса. Инженерите трябва да създадат частици с по-различна форма: те трябва да позволяват на слънчевата светлина да преминава безпрепятствено надолу, но да блокират топлината, която Марс се опитва да излъчи нагоре.

За производството на такива частици се разглеждат два източника на суровини:

1. метали от марсианската почва. Лабораторните тестове показват, че микроскопични структури от желязо, магнезий и алуминий имат подходящите физични свойства да задържат топлината.
2. Въглерод от атмосферата. Марсианският въздух се състои от 95% въглероден диоксид. С помощта на специални съоръжения газът може да бъде разграден, като от него се извлече чист въглерод. От този въглерод се предлага да се образуват микроскопични дискове.

Глобалното повишаване на температурата би изисквало задържането на около три милиона тона такива частици във въздуха. Основният научен проблем тук е времето на престой на частиците в атмосферата. При естествени условия микроскопичните елементи бързо се слепват и падат на повърхността. За да работи методът, частиците трябва да се задържат във въздуха поне четири месеца. В противен случай производството няма да може да компенсира загубите.

Логистичните бариери и автономното производство

Всички предложени концепции се сблъскват с една и съща пречка – високите разходи за транспортиране на товари в космоса. Дори при оптимистичен сценарий, ако цената на превоза спадне до 2000 долара на килограм, ще бъде невъзможно да се достави на Марс готова инфраструктура за борба с климатичните промени поради огромното количество необходими материали. Ето защо пътната карта набляга на технологиите за преработване на местните ресурси.

Всеки от тези планове изисква напълно автономни фабрики. Тези роботизирани фабрики ще трябва сами да обработват почвата, да извличат подходящите химически елементи от нея и да произвеждат аерогел, аерозоли или компоненти на оборудването. До момента не съществуват автономни технологии за строителство и производство с подобно ниво на надеждност.

Етапи на изследванията и безопасността

Съставителите на документа настояват за поетапност. Изследователската програма е разделена на няколко етапа:

1. Компютърно моделиране и лабораторни тестове на Земята. На този етап се проверяват формите на аерозолните частици и скоростта им на утаяване в условията на марсианско налягане.
2. Орбитални тестове в близост до Земята за проверка надеждността на леките космически платна.
3. Микроексперименти на Марс. Те включват разпръскване на няколкостотин грама изкуствени частици или разполагане на няколко квадратни метра топлозадържащи материали за събиране на точни данни.
4. Създаване на първата малка роботизирана фабрика на повърхността на планетата.

Критичен аспект е обратимостта на всички процеси. Ако експериментът не протече по план или предизвика непредвидени прахови бури, последствията трябва да отшумят по естествен път за кратко време.

Пътната карта взема предвид и правилата за планетарна защита. Трябва да се проведе изчерпателно търсене на микробиологичен живот на Марс (например дълбоко под повърхността), преди да започне каквато и да е работа, която може да повиши температурата на планетата. Ако се окаже, че Марс е населен на микробиално ниво, плановете за промяна на климата му ще бъдат преразгледани или отменени, за да не се унищожи извънземната биосфера.

В заключение изследователите отбелязват, че дори ако проектът за затопляне на Марс никога не се осъществи, самото търсене на решения ще донесе огромни ползи. Разработването на нови леки материали, създаването на компактни автономни производства и точното моделиране на климатичните процеси са технологии, които ще намерят широко приложение в промишлеността и екологията на Земята.