Курс на Марс. Самый реалистичный проект полета к Красной планете

Рис. 9.4. Равновесное давление, достигаемое на Марсе в предположении, что общие запасы газообразного CO₂ будут соответствовать атмосферному давлению в 500 мбар, после того как 50 мбар CO₂ выпарили из полярной шапки. DT – это искусственно поддерживаемый устойчивый рост температуры

Рис. 9.5. Равновесная максимальная сезонная температура (суточное среднее значение), достижимая на Марсе в предположении, что общие запасы газообразного CO₂ будут соответствовать атмосферному давлению в 500 мбар, после того как 50 мбар CO₂ выпарили из полярной шапки

Рис. 9.6. Равновесное давление, достигаемое на Марсе в предположении, что общие запасы газообразного CO₂

будут соответствовать атмосферному давлению в 1000 мбар, после того как 100 мбар CO₂ выпарили из полярной шапки. DT – это искусственно поддерживаемый устойчивый рост температуры

Рис. 9.7. Равновесная максимальная сезонная температура (суточное среднее значение), достижимая на Марсе в предположении, что общие запасы газообразного CO₂ будут соответствовать атмосферному давлению в 1000 мбар, после того как 100 мбар CO

₂ выпарили из полярной шапки

Важный вывод, который можно сделать из этого анализа, заключается в том, что, хотя окончательные условия на Марсе после терраформирования могут быть весьма чувствительны к ныне неизвестному значению температуры, необходимой, чтобы освободить диоксид углерода из реголита, – T_d, они даже более чувствительны к уровню постоянно поддерживаемого искусственного парникового эффекта. Проще говоря, конечные условия в системе атмосфера – реголит на Марсе после терраформирования можно контролировать. Повышая среднюю температуру планеты исключительно путем освобождения природных запасов углекислого газа, мы сможем преодолеть ограничения, налагаемые даже предельными значениями T_d

.

Как быстро углекислый газ выходит из реголита?

До сих пор мы рассматривали конечные условия, которые возникнут, после того как весь доступный нам углекислый газ испарится из полярной шапки и высвободится из реголита. Материал, полученный из полярной шапки, выделяется быстро, но вытеснение адсорбированного диоксида углерода из реголита на значительной глубине может занять некоторое время. Для терраформирования скорость, с которой происходит выделение углекислого газа из реголита, очень важна. В конце концов, если процесс испарения значительного количества газа из реголита займет 100 миллионов лет, то все наши расчеты будут представлять разве что академический интерес.

Скорость, с которой газ выходит из реголита, прямо пропорциональна скорости, с которой повышение температуры, которое мы создали на поверхности Марса, может передаваться грунту. Мы получим довольно хорошую оценку этого темпа, если предположим, что марсианский реголит во многом похож на сухую почву на Земле, возможно, с небольшой примесью льда. Скорость, с которой тепло распространяется в такой среде, регулируется процессом теплопроводности. Уравнения теплопроводности предсказывают, что время, необходимое, чтобы повышение температуры распространилось на заданное расстояние в некой среде, пропорционально квадрату расстояния. Если взять за основу показатели для сухой земной почвы, скорость распространения тепла на Марсе составит около 16 квадратных метров в год. Мы также должны оценить количество газа в реголите. Если взять раздробленные цеолиты и при марсианских температурах подержать их в углекислом газе, они адсорбируют достаточное количество диоксида углерода, примерно 20 % от их чистой массы. Марсианский реголит состоит не из цеолита, но, вероятно, включает в себя много глиноподобного материала, который сходен с цеолитами по свойствам. Давайте предположим, что марсианский реголит насыщен углекислым газом примерно на 5 % и что свободный материал имеет среднюю плотность 2,5 тонны на кубометр. В этом случае нам бы пришлось вытеснять углекислый газ из реголита – дегазировать его – до глубины 200 метров, чтобы произвести на Марсе давление в 1000 мбар (1 атмосфера, давление на уровне моря на Земле). Скажем, мы индуцировали устойчивый искусственный рост температуры на поверхности в 10 °К, чего вполне достаточно, чтобы извлечь значительную часть газа, находящегося в реголите. Затем тепло начнет распространяться в грунте. Скорость, с которой это произойдет, показана в табл. 9.1.

Как видите, если на достижение значительной глубины уходит очень много времени, то небольшая прогреется достаточно быстро. И хотя нужны тысячи лет, чтобы тепло распространилось на 200 метров вниз и высвободило из реголита запас углекислого газа для давления в 1000 миллибар, первые 100 миллибар можно получить в течение всего нескольких десятилетий.