Życie na Marsie: jak ostatnie odkrycia przybliżają nas do przejścia na Czerwoną Planetę i jak długo to potrwa.
16 sierpnia 2019 roku ekscentryczny miliarder i wynalazca Elon Musk napisał na Twitterze Nuke Mars! („Uderzmy w Marsa bombami atomowymi!”). Mars – i to, co człowiek może z nim zrobić – martwi ludzkość przynajmniej od czasów The Martian Chronicles Raya Bradbury'ego. Ale istnieje ogromna różnica między fantazjami sprzed pół wieku a naszymi czasami: najnowsze odkrycia naukowe przeniosły rozmowy o życiu na Marsie z kręgów fantazji do gabinetów badaczy, a nawet biznesmenów.
Czwarta planeta Układu Słonecznego jest o połowę mniejsza od Ziemi w promieniu, ale w obszarze jest równa wszystkim kontynentom Ziemi razem wziętym (na szczęście nie ma oceanów), plus w 2008 roku sonda badawcza NASA znalazła tam wodę (w forma lodu). Nic dziwnego, że istnieje pokusa zaludnienia planety, a dosłownie w lipcu 2019 r. silniki rakietowe do lotu tam po raz pierwszy zdołały wzbić się w powietrze Starhopper, prototyp, który za kilka lat zamieni się w Starship - rakieta i statek kosmiczny stworzony specjalnie do lotów na Marsa. Dzięki możliwości pełnego ponownego wykorzystania Starship (ponad sto zastosowań), koszty lotów na Marsa powinny gwałtownie spaść.
W tym samym czasie średnia roczna temperatura na Marsie wynosi -63 stopnie Celsjusza, mniej więcej tyle samo, co na stacji antarktycznej Wostok. Jest tam tak zimno, ponieważ jego atmosfera jest 150 razy cieńsza niż ziemska. Przy tak cienkiej powłoce gazu efekt cieplarniany jest bardzo słaby, dlatego jest zimno. Problem można rozwiązać, zbliżając warunki klimatyczne na Marsie do klimatu ziemskiego – proces ten nazywamy terraformowaniem. W przypadku Marsa do tego trzeba jakoś ostro ogrzać powierzchnię planety, która nawet w najlepszych latach znajduje się 56 milionów kilometrów stąd.
Naukowcy dość mocno walczą z tym problemem, a ostatnio, latem 2019 roku, zaprezentowano niezwykły sposób na uczynienie Czerwonej Planety zdatną do zamieszkania – przynajmniej częściowo. Okazało się, że przezroczysta kopuła wykonana z egzotycznego materiału żelowego o grubości zaledwie kilku centymetrów tak mocno nagrzewa ziemską imitację marsjańskiej gleby w słabym lokalnym oświetleniu, że jest w stanie wspierać życie roślin bez dodatkowego ogrzewania. I to jest prawdziwa sensacja. Podpowiadamy, co można ogólnie zrobić, aby po określonej liczbie lat ludzie spacerowali po marsjańskich polach i podziwiali jednocześnie dwa księżyce.
Kopuły aerożelowe: szklarnie poziomu 80 odkryte przez naukowców miesiąc temu
Przejdźmy od razu do najnowszego odkrycia. W lipcu 2019 r. zespół naukowców przeprowadził proste eksperymenty laboratoryjne, w których umieścił analog marsjańskiej gleby w komorze o rozrzedzonej atmosferze i marsjańskiej temperaturze. Następnie oświetliły kopuły lampami dającymi 150 watów energii na metr kwadratowy - dokładnie tyle, ile słońce średnio oddaje powierzchni Marsa.
Okazało się to zaskakujące: bez najmniejszego zewnętrznego ogrzewania powierzchnia marsjańskiej gleby, pokryta od góry kopułą żelową, rozgrzała się nieco powyżej zera stopni. Kopuła o grubości zaledwie dwóch centymetrów dobrze przepuszcza światło widzialne ogrzewając glebę, ale bardzo słabo przepuszcza promieniowanie ultrafioletowe, podczerwone i ciepło. Na Marsie i na Ziemi jest aż nadto surowców do jego produkcji (piasek zwykły).
Ogrzanie gruntu o 65 stopni prostą przezroczystą kopułą wygląda jak cud, bo spod gruntu nie ma specjalnej izolacji termicznej, a część ciepła nadal trafia na boki. To znaczy, jakby przykryć zamarzniętą ziemię sprytnie ułożoną ceratą – i wtedy wszystko dzieje się samo. Ale nie ma tu żadnego szczególnego cudu. Aerożele zostały odkryte w 1931 roku i w rzeczywistości jest to zwykły żel alkoholowy, z którego cały alkohol jest odparowywany przez ogrzewanie, pozostawiając sieć kanałów wypełnionych powietrzem. Jej właściwości termoizolacyjne przy tej samej grubości są do 7,5 razy wyższe niż pianki czy wełny mineralnej, a jednocześnie jest praktycznie przezroczysta. Konwencjonalne mieszkanie zrobione z niego i na Ziemi, będąc całkowicie przezroczystym, nie wymagałoby ogrzewania, z wyjątkiem długiej nocy polarnej.
Co ciekawe, w rzeczywistości ten materiał został już przetestowany na Marsie: amerykańskie łaziki używają aerożelu, aby ich wewnętrzne instrumenty nie przechłodziły się podczas marsjańskiej nocy, kiedy temperatura może spaść do -90 stopni.
Naukowcy, którzy zaproponowali takie kopuły jako sposób na pewnego dnia przeprowadzkę na Marsa, zauważają, że kopuły aerożelowe są łatwe w transporcie na duże odległości. Co więcej, eksperymenty w laboratoriach naziemnych wykazały już, że nawet pomidory rosną całkowicie na analogu marsjańskiej gleby, jeśli temperatura byłaby normalna. Nie trzeba też na nie wydawać dużo wody: nie ma gdzie wyparować spod kopuły, to znaczy nawet niewielka jej ilość będzie stale konsumowana przez rośliny „w kółko”. Nawiasem mówiąc, aby potwierdzić te propozycje, autorzy planują przenieść eksperymenty na Antarktydę – suche doliny McMurdo, które są niezwykle blisko Marsa pod względem klimatycznym i bezwodnym.
Musk ma rację: Marsa rzeczywiście można zbombardować – i być może pożytecznie (ale nie fakt)
Najbardziej radykalny sposób rozwiązania problemu, jak to często bywa, zaproponował Elon Musk: zbombardowanie biegunów Marsa bombami termojądrowymi. Eksplozje powinny wyparować dwutlenek węgla, który stanowi większość lodu w czapach polarnych tej planety. CO2 wywoła efekt cieplarniany, to znaczy, że po bombardowaniach atomowych na czwartej planecie będzie się nagrzewał poważnie i przez długi czas.
To prawda, że w 2018 roku badanie sponsorowane przez NASA przedstawiło zupełnie inny punkt widzenia: bombardowanie słupów jest bezcelowe. Ogólnie rzecz biorąc, cały dwutlenek węgla na Marsie nie wystarcza do wytworzenia atmosfery wystarczająco gęstej do poważnego ocieplenia. Według obliczeń grupy naukowej „nasov”, po stopieniu polarnych czapek dwutlenku węgla ciśnienie można tam podnieść tylko 2,5 razy. Zrobi się cieplej, ale nadal panują temperatury Antarktydy - a atmosfera jest 60 razy cieńsza niż nasza. Autorzy pracy wprost wymienili osobę, której punkt widzenia krytykują: Elona Muska. Ale to, jak się wydaje, nie przeszkadzało mu w najmniejszym stopniu.
Nawet na Marsie można znaleźć kanion o długości tysięcy kilometrów - i osiedlić się w nim.
Mars ma bardzo niezwykłe rzeźby terenu, których nie ma na Ziemi. Jednym z nich jest system kanionów Mariner Valley o długości 4000 km, najdłuższy znany w Układzie Słonecznym. Jego szerokość wynosi do 200 kilometrów, a głębokość do 7 kilometrów. Oznacza to, że na dnie kanionów ciśnienie atmosferyczne jest półtora raza wyższe i jest zauważalnie cieplejsze i bardziej wilgotne niż na reszcie planety. To na części Dolin Marynarskich statki kosmiczne fotografują prawdziwe mgły z pary wodnej (na zdjęciu poniżej), a na zboczach innych obszarów - ciemne ślady strumieni na piasku, które są podejrzanie podobne do wody.
Doliny Mariner nie wszędzie są szerokie – miejscami ich szerokość wynosi zaledwie kilka kilometrów. Od dawna proponowano przykrycie takich miejsc szklaną kopułą, wierząc, że wystarczy to, aby zatrzymać ciepło i wytworzyć lokalną wysoką temperaturę. Kopuła aerożelu nad takim obszarem z wodą może prowadzić do powstania lokalnego, stosunkowo ciepłego klimatu z własnymi opadami i wodą. Miejsca takie można budować stopniowo, a im większa powierzchnia pokryta sąsiednimi kopułami, tym wyższa będzie średnia temperatura (mniejsze straty ciepła przez ściany). Tak więc w rzeczywistości takie stopniowe, „pełzające” terraformowanie może zająć bardzo duży obszar planety.
Co jest nie tak z obliczeniami NASA i dlaczego różniący się od siebie naukowcy są już zatrudnieni w SpaceX?
Jest łatwiejszy sposób na globalne ocieplenie Marsa do ziemskich temperatur. Jak zauważyła inna grupa naukowców, wypróbowaliśmy już tę metodę na Ziemi, nie chcąc - emitując do jej atmosfery 37 miliardów ton dwutlenku węgla i stopniowo podnosząc temperaturę na planecie. Ta ścieżka to gazy cieplarniane.
Oczywiście na Marsie nie ma węgla, który po spaleniu może wywołać efekt cieplarniany. A CO2 nie jest najbardziej wydajnym gazem cieplarnianym. Są znacznie lepsi kandydaci, z których najbardziej obiecującym jest SF6. Jego cząsteczka składa się z jednego atomu siarki, wokół którego wystaje sześć atomów fluoru. Ze względu na swoją „pojemność” cząsteczka doskonale przechwytuje zarówno promieniowanie ultrafioletowe, jak i podczerwone, jednocześnie dobrze przepuszczając światło widzialne. Pod względem siły powodowanego przez nią efektu cieplarnianego jest on 34 900 razy większy niż dwutlenek węgla. Oznacza to, że zaledwie milion ton tej substancji dałoby taki sam efekt cieplarniany, jak dziesiątki miliardów ton CO2 emitowanego dzisiaj przez ludzkość.
Ponadto gaz SF6 jest bardzo uporczywy – jego czas życia w atmosferze wynosi od 800 do 3200 lat, w zależności od warunków zewnętrznych. Oznacza to, że nie musisz się martwić o jego rozkład w marsjańskiej atmosferze: raz wyprodukowany pozostanie tam przez bardzo długi czas. Ponadto gaz jest nieszkodliwy dla ludzi i wszystkich żywych organizmów. W rzeczywistości na Marsie jest raczej przydatny, ponieważ przechwytuje promienie UV nie gorzej niż ozon, którego jeszcze nie ma.
Według wyliczeń za około 100 lat wtrysk tego typu gazów supercieplarnianych może podnieść temperaturę na planecie o kilkadziesiąt stopni.
Ciekawe, że nieco wcześniej, przy wsparciu NASA, przeprowadzono kolejną pracę naukową, która opisywała właśnie taki scenariusz - terraformowanie Marsa z powodu wytwarzanych przez człowieka gazów cieplarnianych o zwiększonej wydajności. Jedną z autorek tej pracy była Marina Marinova, która przez długi czas pracowała dla NASA, a dziś dostała pracę w SpaceX. Co więcej, sam Elon Musk nazwał go współautorem, krytykując pracę, która mówi o braku CO2 na Marsie, rzekomo uniemożliwiając jego przemianę w planetę o temperaturach zbliżonych do Ziemi.
Ważna cecha tak potężnego efektu cieplarnianego: po podgrzaniu marsjańskiej gleby związany w niej CO2 powinien zostać uwolniony do atmosfery, jeszcze bardziej zwiększając ogrzewanie planety.
Kiedy Mars będzie rzeczywiście wyglądał jak Ziemia?
Chociaż SF6 rzeczywiście może przekształcić całą planetę, należy jasno zrozumieć, że nie stanie się to jutro. Według obliczeń, w tym celu trzeba wydać miliardy kilowatogodzin rocznie - i wydać je na Marsa, wytwarzając ten sam gaz SF6 z gleby bogatej w fluor i szarej gleby. Oznacza to, że ci, którzy chcą terraformować, będą musieli zbudować na planecie całą 500-megawatową elektrownię jądrową, zautomatyzowane zakłady produkcyjne, które stale uwalniają gaz SF6 do atmosfery. Ten proces da wymierne efekty po stu latach pracy. No lub trochę szybciej przy bardzo dużych inwestycjach w tworzenie fabryk.
Przez cały ten czas ludzie, którzy prowadzą swoją działalność i studiują Marsa, będą musieli gdzieś mieszkać. Oczywistym jest, że najlepszym rozwiązaniem dla lokalnej transformacji planety w miejscach ich osadnictwa będą kopuły aerożelowe. Oznacza to, że jeśli to konieczne, terraformowanie będzie przebiegać jednocześnie na dwa sposoby: lokalny – dla obecnych kolonistów za pomocą kopuł – i globalny – dla całej planety.
Kto może już mieszkać na Marsie – i dlaczego ma to znaczenie
Jabłonie na Czerwonej Planecie nie zakwitną w najbliższej przyszłości, ale roślinność zewnętrzna może tam pojawić się wcześniej, niż nam się wydaje.
W 2012 roku Niemiecka Agencja Kosmiczna przeprowadziła eksperyment z arktycznymi porostami Xanthoria elegans. Był utrzymywany pod ciśnieniem 150 razy niższym niż ziemskie - bez tlenu, w marsjańskich temperaturach. Mimo obcego charakteru środowiska porosty nie tylko przetrwały, ale też nie straciły zdolności do skutecznej fotosyntezy (w okresach naśladujących godziny dzienne).
Oznacza to, że w wielu regionach Marsa - tych samych Dolinach Marynarzy - takie organizmy w strefie równikowej mogą żyć już dzisiaj. A po rozpoczęciu produkcji gazu SF6 na Marsie odpowiednie dla nich terytorium zacznie się gwałtownie rozszerzać. Podobnie jak inne porosty, elegancka ksantoria wytwarza tlen podczas fotosyntezy. Właściwie to uwolnienie porostów na ziemi około 1,2 miliarda lat temu (0,7 miliarda lat przed roślinami wyższymi) pozwoliło ziemskiej atmosferze gwałtownie podnieść zawartość tlenu do poziomu dzisiejszych wyżyn lądowych. Najprawdopodobniej na Marsie porosty będą pełnić tę samą funkcję - przygotować atmosferę tak, aby łatwiej było w niej żyć bardziej złożonym stworzeniom.
Może ludzie.
