Производство галогенуглеводородов на Марсе
Наиболее очевидный способ повысить температуру на Марсе – построить заводы по производству самых сильных парниковых газов, известных человеку, то есть галогенуглеводородов, или CFC, и распространить их в атмосфере. На Земле CFC обвиняют не только в создании парникового эффекта, но и в разрушении озонового слоя. Однако, если мы будем выбирать наши галогенуглеводородные парниковые газы тщательно и использовать разновидности, не содержащие хлора, мы можем создать защищающий от ультрафиолетового излучения озоновый слой для марсианской атмосферы. Одним из хороших кандидатов на роль такого газа будет перфторметан, CF4, который также отличается стабильностью в верхних слоях атмосферы (сохраняется в течение более чем 10 000 лет). В таблице 9.2 мы приводим количество галогенуглеводородных газов, которое необходимо выпустить в атмосферу, чтобы обеспечить заданный рост температуры, и количество энергии, которая позволит произвести требуемые CFC в течение двадцати лет. Если эти газы имеют срок жизни в атмосфере, равный ста годам, то примерно одна пятая часть уровня мощности, указанного в таблице, потребуется для поддержания концентрации CFC после того, как она будет накоплена. Промышленные усилия, связанные с таким уровнем энергии, будут значительными, поскольку будет производиться несколько десятков тонн чистого материала каждый день и потребуется задействовать несколько тысяч рабочих на Марсе. Может понадобиться уровень мощности около 5000 МВт, что примерно совпадает с количеством энергии, которое использует сегодня большой американский город, например Чикаго. В общей сложности бюджет проекта может составить несколько сотен миллиардов долларов. Тем не менее, если рассмотреть все аспекты, такой проект вряд ли окажется неподъемным для человечества середины XXI века.
|
|
|
Биологическое решение
Мы потратим гораздо меньше усилий на создание парникового эффекта на Марсе, если обратимся к нашим биологическим помощникам. Такой подход к терраформированию отстаивал покойный Карл Саган, начиная с 1960-х годов, когда предположил, что Венеру можно было бы сделать более пригодной для жизни, если посеять в ее атмосферу водоросли, которые бы потребляли углекислый газ и тем самым уменьшали адский парниковый эффект на планете [49]. Идея, скорей всего, неработоспособная, но в поздних исследованиях Марса Саган и его коллега Джеймс Поллак выяснили, что существуют бактерии, которые могут потреблять азот и воду и производить аммиак [50]. В атмосфере Марса азот присутствует в незначительных количествах, но его богатые запасы могут обнаружиться в нитратных залежах реголита. Другие бактерии умеют соединять воду и углекислый газ в метан. И аммиак, и метан являются отличными парниковыми газами, в тысячи раз более мощными, чем двуокись углерода, хотя и не такими эффективными, как галогенуглеводороды. Если запустить парниковый эффект полярными зеркалами или производством CFC и тем самым обеспечить циркуляцию некоторого количества жидкой воды, мы, вероятно, сможем создать на поверхности планеты бактериальную экосистему, которая ускорит процесс благодаря выделению больших количеств аммиака и метана. В самом деле, если бы 1 % поверхности планеты был покрыт такими бактериями (а мы предполагаем, что они работают с эффективностью около 0,1 %, преобразуя энергию солнечного света в химические соединения), то ежегодно производилось бы около миллиарда тонн метана и аммиака. Этого достаточно, чтобы нагреть планету на 10 °К примерно за тридцать лет.
|
|
|
Таблица 9.2. Создание парникового эффекта на Марсе с помощью галогенуглеводородов (CFC)
Кроме того, аммиак и метан будут защищать поверхность планеты от солнечного ультрафиолетового излучения. Хотя в процессе аммиак и метан будут непрерывно разрушаться, так как типичная молекула имеет срок жизни в атмосфере в несколько десятилетий. Но бактерии постоянно будут их заменять. Также по мере нагревания планеты и дегазации диоксида углерода из реголита озоновый слой Марса будет утолщаться , обеспечивая дополнительное УФ-экранирование и для поверхности, и для аммиака и метана в атмосфере. (Углекислый газ способствует образованию озона. В самом деле, Марс в настоящее время имеет озоновый слой[32] толщиной около 1/60 толщины земного, что довольно хорошо, если считать, что толщина его атмосферы всего 1/120 от земной.)
|
|
|
В считаные десятилетия, используя комбинацию из этих подходов, можно преобразовать Марс из сухой ледяной пустыни в относительно теплую и слегка влажную планету, на которой мы сумеем поддерживать жизнь. Воздух преобразованного Марса не станет подходящим для дыхания, но людям больше не понадобятся скафандры, можно будет свободно передвигаться в обычной открытой одежде и простом дыхательном приспособлении типа акваланга. Кроме того, поскольку атмосферное давление удастся довести до приемлемого для людей уровня, можно будет строить для людей огромные жилые помещения под надувными куполами, содержащие пригодный для дыхания воздух. (Купола могут быть неограниченного размера, потому что они не будут страдать от перепада давления между их внутренней и внешней средой, как во время строительства базы.) С другой стороны, простые выносливые растения могут процветать за пределами жилых помещений в среде, богатой углекислым газом, и быстро распространиться по всей поверхности планеты. С течением веков эти растения будут внедрять кислород в марсианскую атмосферу в возрастающих количествах, пригодных для дыхания, и тем самым создавать приемлемые условия для более сложных растений и животных. Содержание диоксида углерода в атмосфере при этом станет уменьшаться, а планета – остывать, пока не будут введены парниковые газы, способные блокировать те участки инфракрасного спектра, которые ранее блокировал диоксид углерода. Рано или поздно настанет день, когда в куполообразных тентах не останется необходимости.
|
|
|
Активация гидросферы
Первые успехи в терраформировании Марса, нагрев планеты и уплотнение ее атмосферы, могут быть достигнуты удивительно скромными средствами, например, использованием галогенуглеводородных газов местного производства с некоторой помощью бактерий. Уровень содержания кислорода и азота в атмосфере, однако, будет слишком низким для многих растений, и, если не предпринять мер, планета останется довольно сухой, так как при небольшом повышении температуры понадобятся столетия, чтобы расплавить льды и глубоко похороненную вечную мерзлоту Марса. Именно на этом втором этапе терраформирования Марса активируется гидросфера, атмосфера становится пригодной для сложных растений и примитивных животных, а температура продолжает расти, и в этом, вероятно, все более важную роль будут играть изготовленные в космосе крупные солнечные концентраторы. Быстро активировать гидросферу нам позволит использование орбитальных зеркал.
Например, если бы зеркало радиусом 125 километров, которое мы собирались использовать для испарения полярной шапки, сконцентрировало полученную им энергию на меньшей области, это дало бы 27 ТВт энергии, чтобы растопить озера (один тераватт, или ТВт, равен одному триллиону ватт). Этого достаточно, чтобы растопить 2 триллиона тонн воды в год (озеро со стороной 200 километров и 50 метров в глубину). Одно такое зеркало поможет нам перевести огромное количество воды из вечной мерзлоты в нарождающуюся марсианскую экосистему. Чем быстрее начнет циркулировать вода, тем активнее станет деятельность денитрифицирующих бактерий по разрушению нитратного слоя Марса, а значит, в атмосферу будет поступать все больше свободного азота и станет больше растений, производящих кислород. Активация гидросферы также поспособствует разрушению окисляющих химических соединений в марсианском реголите (которые, как показали данные миссии «Викинг», неустойчивы в присутствии воды), и в процессе в атмосферу будет высвобождаться дополнительный кислород. Таким образом, хотя проектирование и производство таких зеркал потребуют от нас грандиозных усилий, пользу от полученных десятков тераватт энергии трудно переоценить.
Наполнение атмосферы планеты кислородом
Самая сложная в технологическом плане задача – наполнить атмосферу Марса таким количеством кислорода, которое позволяет поддерживать животную жизнь. В то время как бактерии и простейшие растения могут выжить без кислорода, более сложные растения требуют давления по крайней мере 1 мбар, а людям нужно 120 мбар. Несмотря на то что в марсианском реголите, вполне вероятно, содержатся супероксиды или нитраты, которые можно нагреть, чтобы высвободить кислород и азот в виде газов, процесс потребует огромного количества энергии, примерно 2200 ТВт. лет на каждый произведенный миллибар. Подобные количества энергии потребуются и растениям, чтобы выделять кислород из диоксида углерода. Однако у растений есть преимущество: если их однажды посадили, они могут разрастаться и размножаться. Поэтому производство кислородной атмосферы на Марсе распадается на две фазы. На первом этапе используются инженерные методы грубой силы, дополненные распространением для начала цианобактерий и примитивных растений для получения достаточного количества кислорода (около 1 мбар), чтобы затем сделать возможным распространение более сложных растений по всему Марсу. Если предположить, что у нас будут три космических зеркала 125-километрового радиуса и достаточные запасы необходимых материалов на поверхности Марса, мы получим желаемый результат примерно за двадцать пять лет. Есть и другой способ: количество кислорода, дающее давление в 1 мбар, может быть добавлено в атмосферу примерно за век благодаря деятельности фотосинтезирующих бактерий. В любом случае, как только появятся начальный запас кислорода, умеренный климат, утолщенная углекислая атмосфера, обеспечивающая достаточное давление и значительно снижающая дозу космической радиации, и приличное количество циркулирующей воды, можно будет внедрять генетически модифицированные растения, которые сумеют приспособиться к марсианскому реголиту и осуществлять фотосинтез с высокой эффективностью, вместе с бактериями-симбионтами. Предположим, что распространить растения по всему Марсу мы сумеем в течение нескольких десятилетий и что эффективность этих растений благодаря генной модификации будет составлять 1 % (довольно много, но иногда встречается и на Земле), то они будут эквивалентны продуцирующему кислород источнику энергии примерно на 200 ТВт. Если объединить усилия таких биологических систем с энергией около 90 ТВт от космических зеркал и 10 ТВт от элементов питания на поверхности (земная цивилизация сегодня использует около 15 ТВт), требуемые 120 мбар кислорода, которые нужны для жизни людей и других высших животных под открытым небом, могут быть произведены примерно в течение девятисот лет. Если мы сумеем разработать более мощные искусственные источники энергии или вывести еще более эффективные растения (или, допустим, сконструировать самовоспроизводящиеся машины для фотосинтеза), процесс может ускориться. И этот факт сам по себе способен стать двигателем для воплощения таких технологий в жизнь. Можно отметить, что энергия термоядерного синтеза в количествах, необходимых для ускоренного терраформирования, также является ключевой технологией для осуществления пилотируемых межзвездных полетов. Если терраформированию Марса суждено способствовать появлению такой боковой отрасли, то конечным результатом этого проекта станет доступность для человечества не только одного нового мира, пригодного для проживания, но целых мириад миров.
Подарок для будущего
(…Ты зло
Во благо обращаешь, и о том)
Свидетельствует новозданный мир,
Второе Небо, что невдалеке
От Врат Небесных, на глазах у нас,
Ты сотворил, воздвиг и основал
На чистом гиалине – на хрустальном
Прозрачном океане. Создал Ты
Простор, почти безмерный, полный звезд, —
Миров, которые когда-нибудь
Возможно, ты захочешь населить… [33]
Джон Мильтон. Потерянный рай. Книга седьмая
Теоретические расчеты выносят однозначный вердикт: Красная планета может быть терраформирована. Но только астронавты-исследователи, работающие на Марсе, сумеют получить достаточное количество информации о планете и способах использования ее ресурсов, чтобы превратить мечту в реальность. Но игра, конечно, стоит свеч, потому что на кону стоит целый новый мир.
В некотором смысле, обсуждение потенциала человечества по терраформированию Марса возвращает нас в исходную точку. Каково наше место во Вселенной? Кеплер доказал, что законы небес постижимы для человеческого разума. Первые астронавты, которые долетят до Марса, докажут, что миры небесные достижимы для человеческой жизни. Но, если мы можем терраформировать Марс, это докажет, что миры небесные сами по себе подвластны человеческой разумной воле.
Марс может стать вторым домом для жизни во всех ее проявлениях, не только для людей, и даже не только для «рыб морских… птиц небесных… и каждого живого существа, что движется по земле», но и для множества видов, которых еще не существует. Новые миры порождают новые формы жизни, и в новых условиях терраформированного Марса жизнь, привезенная с Земли, может пойти дальше и множиться в еще неизведанном разнообразии новых царств и родов.
Это чудесное наследие, которое мы передадим будущим поколениям. Это не только новый мир для жизни и цивилизации, но пример того, чего мужчины и женщины, обладающие интеллектом, смелостью и дальновидностью, могут достичь, когда действуют во имя высших идеалов. Нам никогда не быть богами. Но человечество, которое преобразует Марс, докажет, что люди больше, чем просто животные, что на самом деле мы – существа, которые несут особую искру. Видя обновленный Марс, каждый сможет гордиться тем, что он – человек. Слушая историю Красной планеты, каждый сможет вдохновиться и взяться за задачи, ведущие к звездам.
Дата добавления: 2018-09-22; просмотров: 262; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!