Курс на Марс. Самый реалистичный проект полета к Красной планете

Атмосферное давление Земли на уровне моря составляет 14,7 фунта на квадратный дюйм, или приблизительно 1 бар. (Бар – единица измерения давления. Бар и миллибар, одна тысячная доля бара, обычно используются в метеорологии, я тоже остановлюсь на этих единицах при обсуждении терраформирования.) Давление в углекислотной атмосфере Марса составляет около 1 % атмосферного давления на Земле на уровне моря, оно колеблется от 6 до 10 миллибар (мбар). Однако мы знаем наверняка, что атмосфера Марса когда-то была гораздо плотнее, чем сейчас. Каналы, змеящиеся по поверхности Марса, служат доказательством, что когда-то по планете текла жидкая вода, а жидкая вода может существовать только при определенном диапазоне температур и давлений. На уровне моря на Земле этот температурный диапазон составляет от О °С – точка замерзания – до 100 °C – точка кипения. Чтобы вода могла течь по поверхности Марса, атмосферное давление и температура должны быть выше, чем сейчас.

Хотя атмосфера Марса в настоящее время весьма тонкая, большинство исследователей считает, что на планете есть достаточные запасы углекислого газа, чтобы уплотнить атмосферу. Часть двуокиси углерода существует в замороженном виде как сухой лед, составляющий значительную часть южной полярной шапки. Дополнительные запасы заключены в реголите, рыхлом материале, покрывающем поверхность планеты. (Реголит – это астрогеофизический термин для рыхлого грунта, применимый к любому планетарному телу. Почва – это земной реголит.) Высвобождение всех этих запасов углекислого газа значительно увеличит плотность атмосферы, возможно, до значения около 30 % от земного, или 300 мбар (почти треть бара). Нагревание планеты вызовет испарение огромных запасов захваченного диоксида углерода. Это не просто теория: мы знаем наверняка, что температура и атмосферное давление Марса изменяются благодаря движению планеты по эллиптической орбите вокруг Солнца в течение марсианского года. Когда Марс нагревается и охлаждается в течение года, его атмосферное давление меняется на 20 % в обе стороны по сравнению со средним сезонным значением.

Разумеется, мы не можем сдвинуть Марс ближе к Солнцу. Но нам известен еще один способ нагревания планеты, который мы, по-видимому, невольно практиковали на Земле в течение прошлого века. Я говорю о высвобождении или производстве газов, которые удерживают инфракрасное излучение Солнца – его тепло – и таким образом нагревают планету. На Земле это называется «парниковый эффект», и он вызван углекислым газом, который выделяется в результате сжигания ископаемого топлива, а также промышленными парниковыми газами. Называйте это терраформированием или парниковым эффектом, но то же самое мы способны устроить на Марсе. Парниковый эффект в атмосфере Марса может быть создан по крайней мере тремя различными способами: нагревом выбранных участков планеты для выделения крупных запасов природного парникового газа, двуокиси углерода; постройкой на Марсе заводов по производству очень мощных искусственных парниковых газов, например галогенуглеводородов, или фреонов (CFC); размножением бактерий, которые могли бы производить естественные парниковые газы, более мощные, чем диоксид углерода (но менее мощные, чем галогенуглеводороды), такие как аммиак или метан, если на Марсе удастся создать условия для жизни микроорганизмов.

Хотя концепция терраформирования Марса может показаться фантастической, идеи, на которые она опирается, просты. Главная из них – идея положительной обратной связи, явление, которое возникает, когда получаемый продукт системы увеличивает то, что поступает на вход системы. Для парникового эффекта на Марсе система с положительной обратной связью обнаруживается в соотношении между атмосферным давлением и температурой. Нагрев Марса выпускает углекислый газ из полярных шапок и из марсианского реголита. Освобожденный диоксид углерода увеличивает плотность атмосферы и повышает ее способность удерживать тепло. Удержание тепла увеличивает температуру поверхности и, следовательно, количество диоксида углерода, высвобождаемого из ледяных шапок и марсианского реголита. Это и есть ключ к терраформированию Марса – чем теплее он становится, тем плотнее будет его атмосфера, а чем плотнее его атмосфера, тем больше он нагревается.

В следующих разделах мы увидим, как можно смоделировать такую систему, и ознакомимся с результатами расчетов для такой модели. Эти результаты подтверждают, что в течение XXI века люди могут сделать марсианскую среду куда более пригодной для обитания живых организмов. Преобразовать Марс действительно в наших силах.

Расчеты для терраформирования

Как я отметил, Марс купается в диоксиде углерода, главном парниковом газе, но большая его часть удерживается на полюсах в замороженном виде или заблокирована в реголите планеты. Оба источника углекислого газа помогут создать на Марсе парниковый эффект, но именно замороженный углекислый газ на полюсах поспособствует началу процесса.