Будут яблони цвести?

Недавно Илон Маск предложил необычный и довольно радикальный подход к терраформированию Марса — ядерная бомбардировка поверхности, которая поможет нагреть красную планету. Несмотря на то что рассказал он об этом на юмористическом шоу и, скорее всего, это в большей степени была шутка, мы решили разобраться с тем, насколько это новый подход и как еще можно адаптировать поверхности других планет для жизни нас с вами.

Начать стоит с того, с какими трудностями столкнутся специалисты по терраформированию в своей работе — а их немало. Не каждая планета одинаково подходит к превращению в будущую колонию для переселенцев с Земли, в рассмотрение приходится включать целый спектр факторов — температурный режим планеты, наличие атмосферы, полезных ископаемых, сила гравитации, магнитное поле и так далее. Существует даже условная классификация небесных тел по их пригодности для человека: обитаемые, биосовместимые и легко терраформируемые планеты. Из всех объектов Солнечной системы, включая спутники газовых гигантов, есть надежда лишь на то, что Марс когда-то был биосовместимой (возможно, обитаемой, но тому еще нет никаких подтверждений) планетой. 

Одним из ключевых требований для существования жизни, подобной земной, является наличие на планете жидкой воды. Оно вносит существенные ограничения на температурные условия: поскольку все жидкости нашего организма несут в своей основе воду, то комфортное существование в условиях, когда окружающая температура постоянно ниже нуля или выше точки кипения, практически невозможно. За крайние состояния можно взять экстремофилов — организмов, способных продолжительное время выживать в экстремальных условиях. Криофилы, к примеру, могут жить при температурах от -20^oC, термофилы — до 122^oC. Кстати, на основе этого требования вводится понятие потенциально обитаемой зоны в окрестностях какой-либо звезды. 

Кроме того, для поддержания жизни необходима плотная атмосфера, выполняющая сразу две функции: защиты от коротковолнового (ультрафиолетового) излучения и создания богатой кислородом среды, необходимой для дыхания. Для удержания такой атмосферы, у планеты должна быть достаточно сильная гравитация, а также магнитное поле. В противном случае, солнечный ветер будет легко проникать сквозь атмосферу, ионизировать ее и уносить вместе с собой. Похожий процесс происходит, например, с атмосферой Плутона. 

Ученые предлагают различные способы исправления ситуации с одним или несколькими факторами пригодности планеты к жизни. На этих методах терраформирования мы и остановимся.

Одним из самых популярных комплексных подходов, которые можно было бы включить в условное "Руководство по терраформированию", является модификация состава и давления атмосферы. Причем, важно отметить, что эта модификация может идти как в сторону наращивания атмосферы, так и в сторону наоборот ее утоньшения. Для этого можно применять различные техники.

К примеру, можно использовать внешний нагрев для испарения части веществ, находящихся на поверхности планеты. Такой способ применим для планет, на поверхности которых есть вещества, которые легко испаряются при повышении температуры: сухой лед (CO₂), аммиак, метан. Самым хорошим примером является Марс, полярные шапки которого содержат сухой лед, наряду с водным. Для испарения сухого льда достаточно температур около -70^oC.

Для необходимого нагрева можно, последовав совету Илона Маска, использовать ядерные заряды, однако, как показывают расчеты, даже всех существующих на Земле боеголовок не хватит для полного испарения сухого льда. Другой вариант предполагает использование орбитального зеркала, которое концентрировало бы солнечную энергию и направляло ее на полярные шапки. Однако проблема состоит в том, что для повышения температуры на пять градусов потребуется зеркало диаметром в 250 километров, находящееся на расстоянии 214 тысяч километров от центра планеты. Например, титановый объект такого размера весил бы 250 тысяч тонн даже при толщине в один микрон.

Тем не менее, за счет выброса в атмосферу углекислого газа можно добиться возникновения парникового эффекта. В результате того, что тепло будет качественнее сохраняться вблизи поверхности планеты, начнется постепенное повышение температуры — которое приведет к увеличению скорости таяния льдов и интенсивности выброса в атмосферу различных газов. Постепенно поднимая температуру, планетарные инженеры смогут добиться возникновения на поверхности жидкой воды — если, конечно, она не испарится и не улетит вместе с атмосферой из-за солнечного ветра.

Другой способ увеличить концентрацию парниковых газов — столкнуть планету с какими-либо астероидом или другим небесным телом, на котором находятся большие количества аммиака или других льдов. Такой способ является хорошей альтернативой постройке на поверхности фабрик, продуцирующих парниковые газы (например, перфторалкены) или доставке их с Земли.

Кстати, он мог бы быть удобен для тераформирования Европы, спутника Юпитера, покрытого ледяной коркой. Под ней, как считается, существует водный океан. Главная проблема — практически отсутствующая атмосфера и низкая температура.

Задача может стоять и иначе. Например, в случае Венеры, атмосфера слишком плотна по сравнению с земной. Ее давление у поверхности составляет колоссальные 92 бара, а парниковый эффект поднимает температуру до отметок выше 400^оС. Здесь главным подходом может стать удаление углекислого газа, приводящее к утечке тепла с поверхности, а с ним и постепенному понижению температуры.

В 1960-х годах Карл Саган, астрофизик и популяризатор науки, предложил использовать для этого цианобактерии, которые можно посеять в атмосфере Венеры. Благодаря процессу фотосинтеза, они способны превратить углекислый газ в органические вещества и высвободить кислород. Неясной в таком подходе является возможность жизни цианобактерий в среде, насыщенной парами серной кислоты и дальнейшая судьба органических соединений. Существует риск, что они, осадившись на поверхности планеты, очень быстро окислятся и вновь вернутся в атмосферу в виде углекислого газа.

Альтернативой такому подходу является внесение в венерианскую атмосферу больших количеств водорода — по расчетам Бёрча, потребуется примерно 4×10¹⁹ килограмм газа, для того чтобы полностью превратить весь углекислый газ в воду и графит. Такое количество водорода можно добыть на газовых гигантах. Для протекания реакции также потребуется распылить железные опилки в качестве катализатора. В результате, давление опустится до отметки 3 бара, парниковый эффект пропадет, а при хорошем раскладе до 80 процентов поверхности планеты будет покрыто водой.

Радикальным способом уменьшить количество газов в атмосфере является использование столкновений небесных тел с планетой. К примеру, если Венера столкнется с объектом радиусом в 700 километров на скорости более 20 километров в секунду, то примерно одна тысячная ее атмосферы будет потеряна. Таким образом, для того, чтобы понизить давление до одной атмосферы потребуется несколько тысяч столкновений. Впрочем, даже тысяча столкновений не гарантирует, что рассеянный газ не будет собран планетой обратно.

Варьировать температуру поверхности можно и путем уменьшения или увеличения потока энергии от светила. Один из таких подходов уже упоминался — использование зеркал для подогрева полярных шапок Марса. Для уменьшения количества света необходимо обратное действие. 

Например, один из подходов предполагает размещение между Венерой и Солнцем полупрозрачной пленки, которая значительно ослабила бы световой поток. Подобная идея родилась на основе предложения, высказанного Уолтером Сейфритцем в 1989 году, использовать подобный экран для защиты Земли от глобального потепления. Вместе с тем, такой способ уменьшения количества энергии, достигающей поверхности, осложнен давлением солнечного света, которое будет постепенно смещать такую пленку. Впрочем, для этого была предложена система зеркал, способная скомпенсировать его, оставив экран между планетой и Солнцем.

Описанные методы никак не решают две важные проблемы — низкой гравитации у таких тел, как Марс (0,38 земной) или спутники Юпитера (менее одной десятой земной) и создания магнитного поля. Вместе с тем, достоверно не известно, как влияет на организм длительная жизнь в условиях низкой гравитации. Отсутствие магнитного поля и вовсе может свести на нет все усилия по созданию атмосферы у планеты — ее просто сдует солнечный ветер.

Конечно, можно добиться того, чтобы атмосфера постоянно подпитывалась за счет какого-либо планетного источника. Тем самым можно скомпенсировать потери от «сдувания» — но запасы газов не бесконечны. Для того, чтобы возвратить магнитное поле Марса потребуется по меньшей мере разогреть и расплавить его ядро, тогда магнитное динамо снова начнет защищать планету от различных частиц. Однако, как это сделать — непонятно. 

Все эти подходы к терраформированию выглядят, конечно, довольно странно, примерно как сфера Дайсона. Воспринимать их серьезно на имеющемся уровне проработки пока нельзя.Точно также, как и нельзя было всерьез воспринимать столетие назад идеи о полете на Луну или, еще совсем недавно, заявления частной компании о том, что она отправит ракету в космос.

Владимир Королёв