Терраформирование Марса — это не климатическая проблема, а индустриальный кошмар

Даже когда впервые была выдвинута идея терраформирования Марса, она казалась сложной. Изменение окружающей среды целой планеты — задача непростая. В последующие десятилетия многие ученые и инженеры изучали эту проблему, и большинство пришли к одному и тому же выводу: мы не сможем в ближайшее время сделать Марс похожим на Землю. Новая статья Славы Турышева из Лаборатории реактивного движения НАСА, доступная в препринте на arXiv, хорошо объясняет, почему это так.

Но прежде чем перейти к ограничениям, следует обозначить некоторые этапы. Существует пять «конечных состояний», необходимых для того, чтобы сделать Марс пригодным для жизни. Первое — это текущий вариант: очень холодно с минимальным атмосферным давлением — место, где невозможно жить без мощной системы жизнеобеспечения. Второе — это состояние, когда поверхностное давление поднимается выше «тройной точки» воды — примерно 6,1 миллибар при 0℃ — хотя бы на некоторое время. При таком давлении и температуре все три фазы воды могут сосуществовать в равновесии.

Следующая инженерная цель — создание «теплицы с коротким рукавом», где крупномасштабное земледелие может осуществляться на местном или региональном уровне. Обычно это предполагает использование массивных теплиц, что на Марсе на самом деле проще, поскольку более высокое давление (около 100 мбар) внутри куполов поможет сохранить структурную целостность, противодействуя более низкому давлению снаружи. Этот метод часто называют «паратерраформированием», и при необходимости его можно масштабировать на всю планету, после чего он станет «мировым домом».

Дальнейшее повышение общего атмосферного давления в конечном итоге приведет к глобальному давлению в 62,7 мбар, чего достаточно, чтобы человеческая кровь не закипала на поверхности при температуре 37℃. Это звучит как необходимость, если мы действительно собираемся «терраформировать» Марс. Последним шагом станет создание полностью пригодной для дыхания атмосферы с толстым азотным буфером и примерно 210 мбар кислорода (и 500 мбар общего давления), а также гораздо более высокой температурой.

Хотя эти цели могут показаться разумными для такого масштабного проекта, как терраформирование планеты, масштаб становится по-настоящему пугающим, когда речь заходит о том, что на самом деле означает каждый из этих этапов. Например, чтобы достичь всего 1 мбар давления, нам потребуется добавить 3,89 × 10¹⁵ кг газа. Это почти эквивалентно всей массе Деймоса — меньшего спутника Марса. Для создания полноценной пригодной для дыхания атмосферы потребуется около 10¹⁸ кг, как, например, у Януса, неправильного спутника Сатурна. Справедливости ради, стоит отметить, что в Солнечной системе, как ожидается, существуют сотни тел такого размера, поэтому ради создания атмосферы для одной из восьми планет, возможно, стоит пожертвовать одной из них.

Но давление — это лишь одна часть уравнения, другая — температура. Нам пришлось бы повысить температуру Марса в среднем на 60℃, чтобы достичь глобально стабильных температур, при которых вода может растаять. Существует несколько способов сделать это, от впрыскивания в атмосферу наночастиц, поглощающих коротковолновое излучение, до выброса целой тонны углекислого газа. Некоторые инженеры предлагали добавить массивные зеркала для концентрации солнечного света на Красной планете, но, по расчетам Турышева, потребуется около 70 миллионов квадратных километров зеркал — что намного превышает наши нынешние промышленные возможности.

Для создания пригодной для дыхания атмосферы, в которой не будет кипеть кровь, нам потребуется произвести 8,2 × 10¹⁷ кг кислорода — самый простой способ — получить его путем расщепления воды. Для этого потребуется даже немного больше воды, поскольку в процессе превращения воды в кислород часть массы теряется в пользу водорода, из которого она образуется. Такое количество воды эквивалентно шести кубическим метрам воды на каждый квадратный метр поверхности Марса.

Вновь подбрасывая кость оптимистам — на поверхности Марса на самом деле достаточно воды для этого, и даже для создания океанов и озёр. Фактически, вся вода, необходимая для создания атмосферы, составляет лишь около 20% от известного, легкодоступного льда на поверхности планеты. Поэтому некоторые из более экстремальных вариантов терраформирования, такие как столкновение нескольких водных комет с поверхностью планеты для создания океанов, озёр и богатой кислородом атмосферы, вероятно, излишни. Но это может быть проще, чем альтернатива.

Энергия является настоящим узким местом этого процесса. Для преобразования необходимого количества кислорода в атмосферу нам потребуется как минимум 1,2 × 10²⁵ Джоулей энергии. Даже в течение 1000 лет это потребует непрерывной выработки электроэнергии в 380 тераватт — почти в 20 раз больше, чем наше нынешнее годовое глобальное потребление энергии на Земле.

В действительности, без такого количества необходимой энергии не обойтись, и её производство выходит за рамки наших нынешних возможностей на нашем уровне цивилизации. Но это может быть по силам нашим потомкам, и тем временем мы можем начать работу в этом направлении. Самый простой способ сделать это — достичь второго этапа и создать компактные теплицы, где условия жизни внутри будут стабильными. Любой, кто читал трилогию о Марсе Кима Стэнли Робинсона, знаком с этой концепцией, и хотя он, очевидно, допустил ошибку в расчётах времени и энергии, необходимых для реализации своего замысла, Красная планета по-прежнему представляет огромный интерес как место назначения для будущих исследователей космоса. Просто может потребоваться некоторое время, чтобы сделать её похожей на Землю, если они решат, что хотят этого.