Один из классических сюжетов научной фантастики — терраформирование Марса: согревание нашего холодного соседа, чтобы он мог поддерживать человеческую цивилизацию. Эта идея может быть не такой уж и нереальной, как предполагает исследование, опубликованное в Science Advances.
Исследователи обнаружили, что введение крошечных частиц в атмосферу Марса может нагреть планету более чем на 10°C за несколько месяцев — достаточно, чтобы поддерживать жидкую воду. Хотя эта схема потребует около 2 миллионов тонн частиц в год, их можно производить из легкодоступных ингредиентов, найденных в марсианской пыли.
«Не так уж часто можно встретить действительно совершенно новую, инновационную идею терраформирования», — говорит Колин Макиннес, космический инженер из Университета Глазго, не участвовавший в работе. «Разрыв между тем, где находится Марс, и тем, где Марс мог бы быть с точки зрения пригодности для жизни, меньше, чем мы могли бы подумать».
Хотя считается, что вода текла по Марсу миллиарды лет назад, то немногое, что осталось сегодня, заморожено в полярных ледяных шапках и под почвой. При тонкой атмосфере и слабом Солнце средняя температура составляет около –62ºC, что холоднее, чем когда-либо бывает в большинстве мест на Земле. Чтобы сделать Красную планету пригодной для выращивания сельскохозяйственных культур, жидкой воды и наших собственных тел, требуется значительное повышение температуры.
По иронии судьбы, исследователи думают, что они могли бы преобразовать нашего планетарного соседа, используя тот же механизм, который приводит к глобальному потеплению на Земле. «Основная идея заключается в искусственном создании парника», — говорит Самане Ансари, аспирант Северо-Западного университета и ведущий автор нового исследования. Ученые пытаются найти вещество, которое при попадании в атмосферу в больших количествах будет удерживать тепло так же, как водяной пар и углекислый газ на Земле.
Предыдущее исследование предлагало поднять хлорфторуглероды — те же самые разрушающие озоновый слой соединения, которые когда-то использовались в аэрозолях, таких как лак для волос, — высоко в атмосферу. В другом недавнем исследовании ученые предложили разместить на земле плитки из аэрогеля кремния , прозрачного и легкого твердого вещества, чтобы удерживать тепло в марсианских почвах, а также блокировать вредное ультрафиолетовое излучение.
Однако главным препятствием для обоих подходов станет стоимость: поскольку хлорфторуглероды на поверхности Марса встречаются редко, а силикагели требуют человеческого производства, огромные количества каждого вещества пришлось бы доставлять с Земли, что практически невозможно с использованием современных ракет.
Ансари и ее коллеги хотели проверить способность удерживать тепло у вещества, которого Марс содержит в изобилии: пыли. Марсианская пыль богата железом и алюминием, которые придают ей характерный красный оттенок. Но ее микроскопический размер и приблизительно сферическая форма не способствуют поглощению излучения или отражению его обратно на поверхность.
Поэтому исследователи придумали другую частицу: используя железо и алюминий в пыли, изготовить стержни длиной 9 микрометров, которые примерно в два раза больше частички марсианской пыли и меньше имеющихся в продаже блесток.
Ансари разработала симуляцию для проверки того, как эти теоретические частицы будут взаимодействовать со светом. Она обнаружила «неожиданно огромные эффекты» в том, как они поглощают инфракрасное излучение с поверхности и как они рассеивают это излучение обратно на Марс — ключевые факторы, которые определяют, создает ли аэрозольная частица парниковый эффект.
Затем сотрудники Чикагского университета и Университета Центральной Флориды ввели частицы в компьютерные модели климата Марса. Они изучили эффект ежегодного впрыскивания 2 миллионов тонн стержней на высоту от 10 до 100 метров над поверхностью, где они будут подняты на большую высоту турбулентными ветрами и будут оседать из атмосферы в 10 раз медленнее, чем естественная марсианская пыль.
Команда обнаружила, что Марс может нагреться примерно на 10°C в течение нескольких месяцев, несмотря на то, что для этого потребуется в 5000 раз меньше материала, чем для других предлагаемых схем по парниковым газам. 2 миллиона тонн частиц по-прежнему представляют собой около шести зданий Эмпайр-стейт-билдинг и примерно 0,1% промышленных металлов, добываемых на Земле каждый год. Но поскольку сырье для стержней находится на Марсе, люди могли бы добывать его на Красной планете, говорит команда, устраняя необходимость в транспортировке с Земли.
Тем не менее, «повышение температуры планеты — это всего лишь одна из вещей, которые нам нужно сделать, чтобы жить на Марсе без посторонней помощи», — говорит Хуан Алдей, научный сотрудник Открытого университета, не участвующий в работе. Во-первых, количество кислорода в атмосфере Марса составляет всего 0,1% по сравнению с 21% на Земле. Давление на Марсе также в 150 раз ниже, чем на Земле, что заставило бы человеческую кровь закипеть. И на Марсе нет озонового слоя, что означает отсутствие защиты от вредного ультрафиолетового излучения Солнца. Более того, даже после нагревания марсианские почвы могут быть слишком солеными или токсичными для выращивания сельскохозяйственных культур. Другими словами, говорит Макиннес, повышение температуры «не является каким-то волшебным выключателем», который сделал бы Марс пригодным для жизни.
Это не мешает Ансари и ее коллегам исследовать возможности. Далее они надеются изготовить и протестировать свои предлагаемые наностержни в лабораторных условиях, одновременно исследуя влияние различных форм, размеров и других ингредиентов, таких как углерод и магнетит.
Исследователи признают, что вряд ли ученые в ближайшее время займутся проектированием планетарного масштаба на Марсе. Но Эдвин Кайт, планетолог из Чикагского университета и соавтор исследования, говорит, что исследования по терраформированию также показывают, насколько важно изучать Землю. «Можем ли мы достаточно хорошо понять климат и экосистемы, чтобы строить их в другом месте?»
