Livet på Mars: hur senaste upptäckter för oss närmare flytten till den röda planeten och hur lång tid det tar.
Den 16 augusti 2019 twittrade den excentriska miljardären och uppfinnaren Elon Musk Nuke Mars! ("Låt oss slå Mars med kärnbomber!"). Mars - och vad en person kan göra med det - oroar mänskligheten åtminstone sedan Ray Bradburys The Martian Chronicles. Men det finns en enorm skillnad mellan fantasierna för ett halvt sekel sedan och våra dagar: de senaste vetenskapliga upptäckterna har överfört samtal om livet på Mars från fantasikretsar till kontor för forskare och till och med affärsmän.
Solsystemets fjärde planet är halva storleken på jorden i radie, men i arean är den lika med alla jordens kontinenter (lyckligtvis finns det inga hav), plus 2008 hittade NASA: s forskningssond vatten där (i formen av is). Det är inte förvånande att det finns en frestelse att fylla planeten och bokstavligen i juli 2019 kunde raketmotorer för en flygning dit för första gången lyfta upp luften Starhopper, en prototyp som om några år kommer att förvandlas till Starship - en raket och rymdfarkost skapad speciellt för flyg till Mars. Tack vare Starships fullständiga återanvändning (mer än hundra användningsområden) bör flygkostnaderna till Mars sjunka.
Samtidigt är den genomsnittliga årstemperaturen på Mars -63 grader Celsius, ungefär densamma som vid Vostok Antarktis station. Det är så kallt där eftersom dess atmosfär är 150 gånger tunnare än jordens. Med ett så tunt gasskal är växthuseffekten mycket svag, varför det är kallt. Problemet kan lösas genom att föra klimatförhållandena på Mars närmare jordens klimat - denna process kallas terraformning. För Mars är det nödvändigt att på något sätt kraftigt värma upp planetens yta, som även under de bästa åren ligger 56 miljoner kilometer härifrån.
Forskare kämpar med detta problem ganska hårt, och nyligen, sommaren 2019, presenterades ett ovanligt sätt att göra den röda planeten beboelig - till en början åtminstone delvis. Det visade sig att en genomskinlig kupol gjord av ett exotiskt gelmaterial bara ett par centimeter tjockt värmer den markbundna imitationen av marsjord så mycket i dålig lokal belysning att den kan stödja växtlivet utan ytterligare uppvärmning. Och det här är en riktig känsla. Vi berättar vad som kan göras i allmänhet så att människor efter ett visst antal år går genom marsfälten och beundrar två månar samtidigt.
Airgel-kupoler: nivå 80 växthus som upptäcktes av forskare för en månad sedan
Låt oss gå direkt till den senaste upptäckten. I juli 2019 genomförde ett team av forskare enkla laboratorieexperiment där de placerade en analog av marsjord i en kammare med en sällsynt atmosfär och mars temperatur. Sedan lysde de på kupolerna med lampor som gav 150 watt energi per kvadratmeter - exakt så mycket som solen i genomsnitt ger till Mars yta.
Det visade sig förvånande: utan den minsta externa uppvärmningen värmdes ytan av Marsjorden, täckt uppifrån med en gelkupol, något över noll grader. Kupolen, bara två centimeter tjock, överför synligt ljus väl, värmer upp jorden, men överför mycket dåligt ultraviolett, infraröd strålning och värme. Det finns mer än tillräckligt med råvaror för dess produktion (vanlig sand) på Mars såväl som på jorden.
Att värma marken med 65 grader med en enkel genomskinlig kupol ser ut som ett mirakel, för under marken har ingen speciell värmeisolering och en del av värmen går fortfarande åt sidorna. Det vill säga, det är som att täcka den frysta marken med en smart ordnad oljeduk - och sedan händer allt av sig själv. Men det finns inget särskilt mirakel här. Aerogels upptäcktes 1931, och i själva verket är det en vanlig alkoholgel, från vilken all alkohol avdunstas genom uppvärmning och lämnar ett nätverk av luftfyllda kanaler. Dess värmeisoleringsegenskaper med samma tjocklek är upp till 7,5 gånger högre än för skum eller mineralull, medan den är praktiskt taget transparent. En konventionell bostad gjord av den och på jorden, som är helt transparent, kräver inte uppvärmning, utom under den långa polarnatten.
Intressant är att detta material faktiskt redan har testats på Mars: Amerikanska rovers använder airgel så att deras interna instrument inte blir överkylda under marsnatten, när temperaturen kan sjunka till -90 grader.
Forskare som har föreslagit sådana kupoler som ett sätt att en dag flytta till Mars noterar att aerogelkupoler är lätta att transportera över långa avstånd. Dessutom har experiment i markbundna laboratorier redan visat att tomater växer helt på en analog av Marsjorden, om temperaturen skulle vara normal. Det finns inget behov av att spendera mycket vatten för dem heller: den har ingenstans att avdunsta under kupolen, det vill säga till och med en liten mängd av den kommer att konsumeras ständigt av växter "i en cirkel". För att bekräfta dessa förslag planerar författarna förresten att överföra experimenten till Antarktis - de torra dalarna i McMurdo, som ligger extremt nära Mars när det gäller klimat och vattenlöshet.
Musk har rätt: Mars kan verkligen bombas - och möjligen användbart (men inte ett faktum)
Det mest radikala sättet att lösa problemet, som ofta är fallet, föreslogs av Elon Musk: att bomba polerna på Mars med termonukleära bomber. Explosionerna bör förånga koldioxid, som utgör det mesta av isen i denna planetens polkappar. CO2 kommer att skapa en växthuseffekt, det vill säga från kärnkraftsbombningar på den fjärde planeten kommer den att värmas upp på allvar och under lång tid.
Det är sant att en studie sponsrad av NASA under 2018 lade fram en helt annan synvinkel: det är värdelöst att bomba polerna. Och i allmänhet räcker inte hela Mars koldioxid för att skapa en atmosfär som är tät nog för allvarlig uppvärmning. Enligt beräkningarna från den "nasov" vetenskapliga gruppen, efter att ha smält de polära locken av koldioxid, kan trycket där bara höjas 2,5 gånger. Det blir varmare, men det är fortfarande temperaturer i Antarktis - och atmosfären är 60 gånger tunnare än vår. Författarna till arbetet nämnde direkt personen vars syn de kritiserar: Elon Musk. Men det verkar som om det inte störde honom åtminstone.
Även på Mars kan du hitta en kanjon tusentals kilometer lång - och bosätta sig i den.
Mars har mycket ovanliga lättnader som inte finns på jorden. En av dessa är det 4 000 kilometer långa kanjonsystemet Mariner Valley, det längsta kända i solsystemet. Dess bredd är upp till 200 kilometer och djupet är upp till 7 kilometer. Detta betyder att atmosfärstrycket i botten av kanjonerna är en och en halv gånger högre och det finns märkbart varmare och fuktigare än på resten av planeten. Det är över en del av Mariner-dalarna som rymdfarkoster fotograferar riktiga dimma från vattenånga (bilden nedan) och i sluttningarna av andra områden - mörka spår av strömmar i sanden, och dessa strömmar liknar misstänkt vatten.
Mariner-dalarna är inte breda överallt - på vissa ställen är deras bredd bara några kilometer. Det har länge föreslagits att täcka sådana platser med en glaskupol och tro att detta kommer att räcka för att behålla värmen och bilda en lokal hög temperatur. En aerogelkupol över ett sådant område med vatten kan leda till bildandet av ett lokalt relativt varmt klimat med egen nederbörd och vatten. Sådana platser kan byggas upp gradvis, och ju större området täcks av angränsande kupoler, desto högre blir medeltemperaturen (mindre värmeförlust genom väggarna). Så i själva verket kan en sådan gradvis "krypande" terraformning ta upp ett mycket stort område på planeten.
Vad är fel med NASA: s beräkningar och varför anställs redan avvikande forskare på SpaceX?
Det finns ett enklare sätt att den globala uppvärmningen av Mars till jordens temperaturer. Som konstaterats av en annan grupp forskare har vi redan försökt denna metod på jorden utan att vilja - släppa ut 37 miljarder ton koldioxid i sin atmosfär och gradvis höja temperaturen på planeten. Denna väg är växthusgaser.
Naturligtvis finns det inget kol på Mars som kan skapa en växthuseffekt om det bränns. Och koldioxid är inte den mest effektiva växthusgasen. Det finns mycket bättre kandidater, varav den mest lovande är SF6. Dess molekyl består av en svavelatom, runt vilken sex fluoratomer sticker ut. På grund av dess "ojämnhet" avlyssnar molekylen perfekt både ultraviolett och infraröd strålning, samtidigt som det sänder synligt ljus väl. När det gäller styrkan hos växthuseffekten som den orsakar är den 34 900 gånger större än koldioxid. Det vill säga bara en miljon ton av detta ämne skulle ge samma växthuseffekt som de tiotals miljarder ton koldioxid som släpps ut av mänskligheten idag.
Dessutom är SF6-gas mycket tålig - dess livstid i atmosfären är från 800 till 3200 år, beroende på yttre förhållanden. Detta innebär att du inte behöver oroa dig för dess förfall i Mars-atmosfären: när den väl är producerad kommer den att förbli där under mycket lång tid. Dessutom är gasen ofarlig för människor och alla levande organismer. I själva verket på Mars är det ganska användbart, eftersom det avlyssnar UV-strålar inte värre än ozon, som inte finns där ännu.
Enligt beräkningar kan injektionen av super-växthusgaser av denna typ på cirka 100 år höja temperaturerna på planeten med tiotals grader.
Det är intressant att lite tidigare, med stöd av NASA, genomfördes ett annat vetenskapligt arbete som beskrev just ett sådant scenario - terrorformningen av Mars på grund av konstgjorda växthusgaser med ökad effektivitet. En av författarna till detta arbete var Marina Marinova, som arbetat för NASA länge, och idag fick hon jobb på SpaceX. Dessutom hänvisade Elon Musk själv till det som en medförfattare och kritiserade arbetet som talar om bristen på koldioxid på Mars och påstås förhindra att det förvandlas till en planet med temperaturer nära jorden.
Ett viktigt inslag i en sådan superkraftig växthuseffekt: efter uppvärmning av marsjord bör den koldioxid som är bunden i den släppas ut i atmosfären och ytterligare öka uppvärmningen av planeten.
När kommer Mars faktiskt att se ut som jorden?
Även om SF6 verkligen kan omvandla hela planeten, måste det förstås tydligt att detta inte kommer att hända imorgon. Enligt beräkningarna måste du spendera miljarder kilowattimmar per år på detta - och spendera dem på Mars och göra samma SF6-gas från en jord rik på fluor och grå jord. Det vill säga de som vill terraforma måste bygga ett helt kärnkraftverk på 500 megawatt på planeten, automatiserade produktionsanläggningar som ständigt släpper ut SF6-gas i atmosfären. Denna process kommer att ge konkreta resultat efter hundra års arbete. Tja, eller lite snabbare med mycket stora investeringar i skapande av fabriker.
Hela den här tiden måste människor som tillhandahåller sina aktiviteter och studerar Mars bo någonstans. Det är uppenbart att den bästa lösningen för lokal transformation av planeten på platserna för deras bosättning kommer att vara airgel-kupoler. Det vill säga, om det behövs, kommer terformation att ske på två sätt samtidigt: lokalt - för nuvarande kolonister med hjälp av kupoler - och globalt - för planeten som helhet.
Vem som redan kan bo på Mars - och varför det betyder något
Äppelträd på den röda planeten kommer inte att blomstra inom en snar framtid, men utomhusvegetation kan faktiskt komma dit tidigare än vi tror.
Tillbaka 2012 genomförde den tyska rymdorganisationen ett experiment med arktisk lav Xanthoria elegans. Han hölls vid ett tryck 150 gånger lägre än jordens - utan syre, vid mars temperaturer. Trots den främmande naturen i miljön överlevde laven inte bara utan förlorade inte heller förmågan att framgångsrikt fotosyntetisera (under perioder som efterliknar dagsljus).
Detta betyder att sådana organismer i ekvatorialzonen redan i dag kan leva i ett antal regioner på Mars - samma sjömänns dalar. Och efter starten av produktionen av SF6-gas på Mars börjar det lämpliga territoriet att expandera snabbt. Liksom andra lavar producerar den eleganta Xanthoria syre under fotosyntes. Egentligen var det frisläppandet av lavar på jordens mark för cirka 1,2 miljarder år sedan (0,7 miljarder år före högre växter) som gjorde att jordens atmosfär kraftigt kunde höja syrehalten till nivån i dagens markhöga länder. Troligtvis kommer lavar att ha samma funktion på Mars - att förbereda atmosfären så att det blir lättare för mer komplexa varelser att leva i den.
Kanske människor.
