Nyligen finns det många planer angående utvecklingen av Mars och placeringen av baser där för astronauter och bosättare. Men om människor verkligen vill bo där en dag, måste den röda planeten terraformas grundligt. Vad behövs för detta? Mänskligheten har alltid drömt om att flyga till avlägsna stjärnor, människor ville resa i yttre rymden, leva på andra planeter. Den senaste tiden har det pratats och skrivits mycket om sådana flygningar och utsikterna för mänsklig migration till andra planeter, raketer byggs och rymdexpeditioner planeras. Idag skulle jag vilja fundera på om vi kommer att kunna förvandla Mars till en ny jord, hur man terraformerar den röda planeten och om det är möjligt i princip.
Läs också: Vad kan hindra oss från att kolonisera Mars?
Finns det liv på Mars?
Mars är en planet som har varit i rubrikerna för vetenskapliga nyheter och artiklar på sistone. Mars är definitivt den planet i solsystemet som vi ägnar mest uppmärksamhet åt. Detta beror inte bara på att det är ganska nära jorden (jämfört med andra planeter), utan också på grund av egenskaper som gör det något likt vår planet. Naturligtvis, så långt som möjligt på en himlakropp som saknar liv, syre i atmosfären, och på vilken rasande sandstormar som täcker hela planetens yta.
Under de senaste decennierna har forskare lärt sig mycket om Mars utveckling och förhållandena på dess yta, vilket har förändrat deras perspektiv. Även om dessa förhållanden inte är särskilt gynnsamma. Vi vet nu att även om Mars för närvarande är en väldigt kall, torr och ogästvänlig planet, var det inte alltid så. Dessutom märkte forskare att även i sin nuvarande form har Mars och jorden mycket gemensamt. Först och främst är de två planeterna lika i storlek, axellutning, struktur, sammansättning och till och med närvaron av vatten på ytan. Av denna anledning och på grund av dess relativa närhet till jorden anses Mars vara en främsta kandidat för mänsklig bosättning i framtiden. Detta perspektiv kommer att vara möjligt om det är möjligt att förändra förhållandena på planeten i enlighet med mänskliga behov (terraforming). Trots de nämnda likheterna kommer omvandlingen av Mars till en planet mer lämpad för mänskligt liv att orsaka många svårigheter. För det första finns en mycket tunn och andningsbar atmosfär, som består av 96 % koldioxid, 1,93 % argon och 1,89 % kväve, samt spår av syre och vattenånga.
Men istället för att recitera encyklopediska fakta om planetens storlek och sammansättning är det mer intressant att titta på Mars förflutna, eftersom det en gång kan ha varit mycket mer jordliknande. Vissa forskare, baserat på data som samlats in av Mars-sonder och rovers, tyder på att vatten i form av hav och grunt vatten en gång täckte större delen av den röda planeten. Men det var förmodligen ungefär 4 miljarder år sedan. Sedan dess har mycket förändrats, och forskare tror att en förändring i atmosfären ledde till att vattnet försvann på planeten. En gång i tiden kan Mars-atmosfären ha haft en annan sammansättning och var förmodligen tillräckligt tät för att stödja ett hav av flytande vatten.
Läs också: Utrymme på din dator. 5 bästa astronomiapparna
Varför har Mars atmosfär förändrats så mycket?
De gigantiska sandstrukturerna som observeras på Mars yta har inget liknande på jorden och är unika för den röda planeten. Vad kan de berätta om Mars antika atmosfär? Forskare antar att deras bildande orsakades av inverkan på ytan av vindar och orkaner som rasar i planetens tunna atmosfär. De skapar karakteristiska sanddyner och stenar som började bildas för 3,7 miljarder år sedan, och som vi studerar idag.
Att studera ytans struktur kan således hjälpa till att avgöra när Mars förlorade större delen av sin atmosfär. Men var tog stämningen vägen? Denna fråga är främst av intresse för forskare. Eftersom Mars är mindre än jorden är dess gravitationskraft svagare, och det skulle förmodligen inte ha räckt för att hålla planetens atmosfär. Solstrålning (det vill säga partiklar som susar ut i rymden från solen) har troligen tagit bort Mars från det mesta av dess atmosfär. Faktum är att Mars-atmosfären fortsätter att tunnas ut under påverkan av denna strålning.
Läs också: Universum: De mest ovanliga rymdobjekten
Men det finns fortfarande vatten där - ibland till och med flytande!
Det fanns och finns vatten på Mars! De rostiga stenarna på Mars, på grund av vilka den också kallas den "röda planeten", vittnar om ett förflutet fullt av vatten. Mars är täckt med djupa dalar, torra flodbäddar, sjöar, släta stenar - småsten, liknande de som bildas på jorden i en miljö där vatten rinner. Forskare har länge trott att den varma och våta perioden på Mars var relativt kort, men studier visar att dess vattentäcke kan ha funnits där mycket längre än man tidigare trott. High Resolution Imaging Science Experiment (HiRISE)-sonden från Mars omloppsbana gav data och extremt exakta bilder av planetens yta, tack vare vilken forskare analyserade egenskaperna hos mer än 200 gamla flodbäddar. Baserat på storleken på kanalerna, deras form och den relativa åldern på den omgivande terrängen, drog teamet slutsatsen att vatten strömmade över Mars yta för mellan 3,8 och 2 miljarder år sedan.
En av rovers som har funnits på Mars yta sedan 2012, Curiosity, har redan gett bevis för att Mars brukade ha vatten. Med hjälp av data från Curiosity rover, teamet NASA fastställt att det var vatten som orsakade avsättningen av sedimentära bergarter i Gale Crater. Lagren av dessa sedimentära bergarter utgjorde grunden för det skarpa bergsmassivet, som ligger i mitten av kratern. Data som erhållits från rovern tyder på att det för mellan cirka 3,8 och 3,3 miljarder år sedan fanns många bäckar och sjöar på denna plats, vars sediment gradvis bildade de lägre lagren av Mount Sharp. Det vill säga fyllningen av åtminstone de lägre skikten av bergsmassivet skedde under en period av cirka 500 miljoner år.
Dessa studier ger forskarna anledning att säga att vatten definitivt fanns på Mars yta, och tillför en hel del ny kunskap om utvecklingen av evolutionära processer på Mars, både i det förflutna och i nuet. Idag finns vatten på Mars i form av is under ett tunt lager av Marsjord. Ibland, när temperaturen tillåter (det händer att den på Mars stiger till +20 grader Celsius), smälter isen lokalt och flytande vatten rinner nedför de steniga sluttningarna.
Men forskare säger att de fortsätter att verifiera fakta om förekomsten av vatten på Mars. Det finns fortfarande ingen enskild åsikt i denna fråga. Huvudfrågan är vad som är orsakerna till omvandlingen av planeten från fuktigt och ganska varmt till öken och kallt.
Läs också: De viktigaste och mest intressanta rymduppdragen 2021
Hur kan Mars terraformeras?
Det råder ingen brist på idéer för detta. Det finns flera förslag på hur man gör Mars beboelig för mänskliga kolonister. Redan 1964 förespråkade Dandridge M. Cole skapandet av en växthuseffekt på Mars. Detta kan enligt hans mening göras om man levererar is bestående av ammoniak från den yttre delen av solsystemet, och sedan kastar den på ytan. Eftersom ammoniak (NH3) är en kraftfull växthusgas kommer dess inträde i Mars atmosfär att förtjocka den och öka den globala temperaturen. Eftersom ammoniak huvudsakligen består av kväve kan den även fylla atmosfären med en så kallad buffertgas, som i kombination med syre skapar en atmosfär som lämpar sig för mänsklig andning.
En annan föreslagen metod innebär att minska albedo (intensiteten av ljusreflektion av planetens yta), för vilken Mars yta måste täckas med mörka material som kommer att öka absorptionen av solljus. Detta kan vara allt från stoftet från Phobos och Deimos (de två steniga månarna på Mars och de mörkaste kropparna i solsystemet) till extrema lavar och mörka växter. En av de ivrigaste anhängarna av detta beslut var den berömda författaren och vetenskapsmannen Carl Sagan.
1976 tog NASA officiellt upp frågan om planetarisk teknik. Forskare har upptäckt att fotosyntetiska organismer, smältning av polära iskappor och utsläpp av växthusgaser i atmosfären kan alla användas för att skapa en varmare, syrerik atmosfär.
År 1993 skrev grundaren av Mars-gemenskapen, Dr Robert Zubrin, och Christopher P. McKay från NASA tillsammans tidningen "Technological Requirements for Terraforming Mars." I den föreslog de att man skulle använda speglar placerade i planetens bana för att värma upp dess yta direkt. Dessa speglar ligger nära polerna och kan smälta inlandsisen och bidra till den globala uppvärmningen. I samma tidning hävdade de att asteroider som samlats i solsystemet kunde omdirigeras till att träffa ytan, sparka upp damm och värma upp atmosfären. Varför behöver du använda kärnkraftselektriska eller nukleära termiska raketer för att skjuta upp allt nödvändigt material i omloppsbana.
Nyare förslag föreslår skapandet av slutna växthus där kolonier av cyanobakterier och alger som producerar syre kommer att leva. 2014, NASA Techshot Inc. rapporterade att arbetet med ett sådant koncept redan har påbörjats.
I framtiden avser NASA att skicka små behållare med extremofila fotosyntetiska alger och cyanobakterier ombord på en rover för att testa denna process i marsmiljön. Om uppdraget blir framgångsrikt avser NASA och Techshot att bygga flera stora växthus för att producera och samla syre för framtida mänskliga flygningar till Mars, vilket kommer att minska kostnaderna och förlänga uppdragen genom att minska mängden syre som måste transporteras.
Även om dessa planer inte involverar miljö- eller planetteknik, anser Eugene Boland (Chief Scientist på Techshot Inc.) att detta är ett steg i rätt riktning. Det fanns också idéer om att detonera atombomber på Mars yta (Elon Musk var en gång en förespråkare för detta koncept), vilket skulle skapa en enorm mängd damm som skulle blockera solens strålar och därmed värma planeten.
Läs också: Vad kommer uthållighet och uppfinningsrikedom att göra på Mars?
Global uppvärmning: kan Mars värmas upp?
Lyckligtvis, eller tyvärr, beroende på ditt perspektiv, har vi människor mycket erfarenhet av att värma planeten. Under ett sekel av koldioxidutsläpp har vi oavsiktligt ökat jordens yttemperatur genom en enkel växthusmekanism. Vi släpper ut koldioxid, som är riktigt bra på att släppa igenom solljus och förhindra värmestrålning från att strömma ut, så det fungerar som en enorm osynlig filt på jorden. Den ökade värmen bidrar till att havsvatten avdunstar i atmosfären, som därmed får ytterligare ett täckskikt, vilket ökar temperaturen, vilket i sin tur leder till att ännu mer vatten avdunstar och att planetens atmosfär värms upp.
Om det fungerar på jorden kanske det fungerar på Mars. Atmosfären på Mars har nästan helt försvunnit i rymden, men den röda planeten har enorma reserver av vattenis och frusen koldioxid i polarlocken och strax under planetens yta.
Om människor på något sätt kunde värma polarlocken, skulle det kunna släppa ut tillräckligt med koldioxid i atmosfären för att orsaka uppvärmning av växthus. Allt vi skulle behöva göra då är att gå och titta och vänta i århundraden på att fysiken ska göra sitt och göra Mars till en mycket mindre aggressiv plats.
Tyvärr kommer denna enkla idé förmodligen inte att fungera. Det första problemet är utvecklingen av värmeteknik. De konstruktioner som krävs för att göra detta, från gigantiska pelare till skapandet av en enorm rymdspegel som skulle fokusera mer ljus och därför värme, kräver radikala steg i teknik och tillverkning i rymden, långt bortom mänsklighetens nuvarande kapacitet. I fallet med en rymdspegel, till exempel, skulle vi behöva utvinna omkring 200 000 ton aluminium någonstans i rymden, medan vi idag kan utvinna ... ja, noll ton aluminium i rymden.
Gradvis kommer den smärtsamma insikten att det inte finns tillräckligt med CO2 på Mars för att orsaka en uppvärmningstrend. För närvarande överstiger inte atmosfärstrycket på Mars en procent av jordens atmosfärstryck. Om vi kunde förånga varje molekyl av CO2 och H2O på Mars till atmosfären, skulle trycket på den röda planeten vara ... 2% av atmosfärstrycket på jorden.
Det skulle krävas dubbelt så mycket atmosfärstryck för att förhindra att svett kokar på huden, och tio gånger så mycket för att förhindra att en person behöver en rymddräkt. Och vi pratar inte om bristen på syre.
För att lösa problemet med bristen på lättillgängliga växthusgaser finns det flera radikala förslag. Kanske för detta kan du använda växter som släpper ut klorfluorkolväten, som är riktigt aggressiva växthusgaser. Eller så kan vi locka till oss några ammoniakrika kometer från det yttre solsystemet. Ammoniak är en utmärkt växthusgas och bryts så småningom ner till ofarligt kväve, som utgör det mesta av vår atmosfär.
Om vi antar att vi kan övervinna de tekniska utmaningarna som är förknippade med dessa förslag, kvarstår ett kolossalt hinder: frånvaron av ett magnetfält. Om vi inte skyddar Mars med ett magnetfält kommer varje molekyl som kommer in i atmosfären att blåsas bort av solvinden.
Det blir inte lätt. Det finns många kreativa lösningar. Vi kanske kan bygga en enorm elektromagnet i rymden för att avleda solvinden. Eller så skulle det vara möjligt att omgjorda Mars med en supraledare och skapa en konstgjord magnetosfär. Naturligtvis är vi väldigt långt ifrån att implementera åtminstone en av dessa lösningar. Så kommer vi någonsin att kunna terraformera Mars i framtiden och göra den mer gästvänlig? Naturligtvis, ur vetenskaplig synvinkel är det möjligt - vi har inga grundläggande fysiklagar som hindrar det...
Läs också: Kina är också ivrigt att utforska rymden. Så hur mår de?
Varför alla dessa vetenskapsmän?
Det finns ännu fler scenarier för att terraforma Mars, men den stora frågan är varför vi egentligen tänker på det? Utöver utsikterna till äventyr och tanken att mänskligheten återupplivar en era av djärv rymdutforskning, finns det flera anledningar till varför Mars föreslås terraformeras. För det första är det rädslan att mänsklighetens inverkan på planeten jorden kommer att få katastrofala konsekvenser, och att vi måste skapa en "back-up plats" om vi ska överleva på lång sikt. För att inte tala om de direkta fördelar som utvecklingen av vetenskap och teknik kan ge alla. Andra skäl är möjligheten att utöka vår resursbas och bli en civilisation som inte behöver frukta resursutarmning. En koloni på Mars kommer att möjliggöra gruvdrift på den röda planeten, där mineraler och vattenis finns i överflöd och kan användas. En bas på Mars skulle också kunna fungera som utgångspunkt för användningen av asteroidbältet, vilket skulle ge oss tillgång till rätt mängd mineraler för att ha dem i överflöd nästan för alltid.
Bortsett från den uppenbara frågan om mänsklig vilja och de verkligt astronomiska kostnaderna, är det nödvändigt att förstå att sådana försök kommer att fortsätta så länge mänskligheten existerar. Som NASA rapporterade i den tidigare nämnda tidningen från 1976: "Inga grundläggande, oöverstigliga gränser för Mars förmåga att stödja jordens ekosystem har identifierats. Avsaknaden av en syrehaltig atmosfär skulle hindra människor från att leva på Mars utan föregående åtgärder. Den befintliga starka ultravioletta strålningen av ytan är ett ytterligare allvarligt hinder. Skapandet av en lämplig syrehaltig atmosfär på Mars kan åstadkommas med hjälp av fotosyntetiska organismer. Men tiden som krävs för att skapa en sådan atmosfär kan vara till och med ... flera miljoner år."
Samtidigt är forskare överens om att denna period drastiskt kan förkortas genom att skapa extremofila organismer speciellt anpassade till den tuffa marsmiljön, skapa en växthuseffekt och smälta polarisarna. Den tid som krävs för Mars att omvandla kommer förmodligen fortfarande att vara århundraden eller årtusenden. Det finns dock inget som hindrar oss från att starta denna process nu, om tillfälle ges. Vetenskapliga och tekniska fördelar, som kommer att dyka upp som ett resultat av förberedelserna och det förberedande arbetet, kan vara enorma.
Läs också:
Jag inbjuder alla att flyga till Mars!
Vi väntar på att tomter ska delas ut på Mars.