Idén om på något sätt terrordannande Mars för att göra den mer bebörlig är en visionär, sci-fi-dröm. Men nu kan ett material som kallas kiseldioxidluggel göra hela idén om terrordannande Mars något mindre omöjlig.
Anmärkningsvärda människor från Carl Sagan till Elon Musk har föreslagit att värma Mars och ge den en atmosfär, och tricket ligger i den frysta koldioxid och vattnet i planetens polarlock. Sagan sade att om dessa kapsyler på något sätt skulle kunna förångas, skulle CO2-växthuseffekten göra resten. Musk sa, tydligt och halvt skämtande, att atombomber som tappades på polerna skulle göra susen.
Det pågår allvarligt vetenskapligt arbete för att utforska idén, åtminstone i teorin. Den centrala frågan är, har Mars tillräckligt med CO2 och vatten för att skapa en atmosfärisk densitet som liknar jorden?
År 2018 studerade forskare vid University of Colorado frågan. Deras slutsats? Terraforming av Mars är inte möjligt med vår nuvarande teknik, något som de flesta redan ansåg att var sant.
”Våra resultat antyder att det inte finns tillräckligt med CO2 kvar på Mars för att ge betydande växthusuppvärmning var gasen som skulle föras in i atmosfären; dessutom de flesta av CO2 gas är inte tillgänglig och kunde inte lätt mobiliseras. Som ett resultat är det inte möjligt att terraformera Mars med dagens teknik, säger Bruce Jakosky, professor vid laboratoriet för atmosfär och rymdfysik vid University of Colorado, Boulder.
Men det var för ett år sedan, och tekniken utvecklas ständigt.
I en ny studie i Nature Astronomy föreslår en trioforskare från NASA: s Jet Propulsion Laboratory, Harvard University och University of Edinburgh att Mars skulle kunna göras beboeliga om vi förändrar vårt tänkande och använder ny teknik. I stället för stora drömmar om att göra hela den röda planeten beboelig, vad forskare kallar Global Atmospheric Modification (GAM,) vad händer om små regioner skulle kunna omvandlas?
Nyckeln bakom deras tankegång är silica airgel.
"Denna regionala strategi för att göra Mars beboelig är mycket mer möjlig än global atmosfärisk modifiering."
Robin Wordsworth, Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences
Silica airgel är inte vad du kanske tror att det är. I stället för en verklig gel är det ett fast, styvt, torrt material. Det skapas genom att extrahera vätskan från en gel med en process som kallas superkritisk torkning, samma process som används för att göra koffeinfritt kaffe.
Forskarna bakom denna nya studie använde modeller och experiment för att visa att ett tunt, 2 till 3 cm (0,8 till 1,2 tum) lager av airgel kunde låta solljus tränga in, men skulle fånga värme. Gelén skulle också tillåta tillräckligt med solljus för fotosyntes, och skulle permanent värma det område som det täckte, vilket gjorde att is och fryst CO2 smälter. Kanske bäst av allt, det behövs inte en energihunglig värmekälla för att göra det.
"Denna regionala metod för att göra Mars beboelig är mycket mer uppnåelig än global atmosfärisk modifiering," sade Robin Wordsworth, biträdande professor i miljövetenskap och teknik vid Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) och Department of Earth och planetarisk vetenskap. "Till skillnad från de tidigare idéerna för att göra Mars beboelig, är detta något som kan utvecklas och testas systematiskt med material och teknik som vi redan har," sade han i ett pressmeddelande.
“Small Islands of Habitability”
"Mars är den mest bebodda planeten i vårt solsystem förutom jorden," sa Laura Kerber, forskningsforskare vid NASA: s Jet Propulsion Laboratory. ”Men det förblir en fientlig värld för många slags liv. Ett system för att skapa små öar med anpassningsbarhet skulle göra det möjligt för oss att förvandla Mars på ett kontrollerat och skalbart sätt. ”
Silica airgel, idén om öppenhet är inspirerad av något som redan förekommer vid Mars: s poler.
Till skillnad från på jorden är CO2 på Mars fryst, fångad vid polerna. Medan här på jorden är polerna vattenis, de Martiska polerna är en kombination av vattenis och CO2-is. Men även om det är frusit låter den koldioxid fortfarande få solljus att tränga in medan han fångar upp värmen.
Bilder av Mars: s stolpar visar hur detta händer.
I denna bild av is på Mars har CO2 fångat solens värme. Detta skapar små fickor med värme på sommaren, som dyker upp som svarta smälta fläckar i isen.
"Vi började tänka på denna växthuseffekt i fast tillstånd och hur den kunde åberopas för att skapa bebodda miljöer på Mars i framtiden," sade Wordsworth. "Vi började tänka på vilken typ av material som skulle kunna minimera värmeledningsförmågan men ändå överföra så mycket ljus som möjligt."
Det visar sig att kiseldioxidluggel passar räkningen. Det uppfanns första gången 1931, och det är ett av de mest isolerande material som någonsin gjorts. Det beror på att det är ett mycket poröst material som nästan helt är tillverkat av luft. Det är ungefär 99,8% luft, liksom ett termiskt fönster.
Kiseldioxid-aeroglar är 97 procent porösa, vilket innebär att ljus rör sig genom materialet men de sammankopplande nanolagren av kiseldioxid fångar den infraröda strålningen och långsamt bromsar ledningen av värme. Dessa aeroglar används i flera tekniska applikationer idag, inklusive NASA: s Mars Exploration Rovers. De används för att hålla den känsliga elektroniken varm.
"Silica airgel är ett lovande material eftersom dess effekt är passiv", säger Kerber. "Det kräver inte stora mängder energi eller underhåll av rörliga delar för att hålla ett område varmt under långa tidsperioder."
Forskarna inrättade experiment för att härma förhållanden på Mars. De experimenterade med två typer av kiseldioxidgelgel: partiklar och plattor. De fann att båda var effektiva för att höja temperaturen. Båda var också effektiva för att blockera farlig UV-strålning.
Deras resultat visar att ett lager av airgel på 2 cm eller mer reducerade UVC-strålning till mindre än 0,5%. UVC är UV-strålning med högre energi och kan vara särskilt skadligt. På jorden når nästan ingen mätbar UVC-strålning ytan på grund av ozon, molekylärt syre och vattenånga i den övre atmosfären.
"Spridda över ett tillräckligt stort område, du behöver inte någon annan teknik eller fysik, du behöver bara ett lager av det här på ytan och under dig skulle du ha permanent flytande vatten," sa Wordsworth. "Det finns en hel mängd fascinerande tekniska frågor som härrör från detta."
Det är lätt nog att föreställa sig någon slags kupolkonstruktion gjord av kiseldioxidgel. Det skulle vara tillräckligt varmt för att vara bebott, och skulle också hindra UV. Det kan vara likt ett växthus på jorden, där vatten förblev som vätska och växter kunde odlas.
Det finns naturligtvis mycket mer arbete och forskning som ska göras. Wordsworth och de andra forskarna har för avsikt att testa kiseldioxid Aerogels på Mars-liknande platser här på jorden. De riktar sig till torr dal i Chile och Antarktis.
Wordsworth är tydlig på en sak: att konstruera Mars klimat är inte bara en teknisk och teknisk fråga. Det är också en etisk och filosofisk fråga.
Om det redan finns några mikrober som bor på Mars, kanske under ytan någonstans, hur är det med dem? Ska vi göra det? Har vi rätt?
"Om du kommer att möjliggöra liv på den Martiska ytan, är du säker på att det inte finns liv där redan? Om det finns, hur navigerar vi det, frågade Wordsworth. "Det ögonblick som vi bestämmer oss för att ha människor på Mars är dessa frågor oundvikliga."
Källor:
- Forskningsdokument: Att möjliggöra martans livsmiljö med kiseldioxidgelgel via fast tillstånd växthuseffekten
- Pressmeddelande: Ett materiellt sätt att göra Mars beboelig
- Pressmeddelande: Mars går inte i terrassformning med dagens teknik
- Wikipedia: Airgel
- Rymdmagasinet: Ska vi terrraformera Mars?
