Idén att terrassforma Mars - alias "Earth's Twin" - är en fascinerande idé. Mellan smälta de polära iskapslarna, långsamt skapa en atmosfär och sedan konstruera miljön för att ha lövverk, floder och stående vattendrag, finns det tillräckligt för att inspirera nästan vem som helst! Men hur lång tid skulle en sådan strävan ta, vad skulle det kosta oss, och är det verkligen en effektiv användning av vår tid och energi?
Sådana var frågorna som behandlades av två artiklar som presenterades vid NASA: s "Planetary Science Vision 2050 Workshop" förra veckan (mån 27 februari - ons 1 mars). Den första, med titeln "The Terraforming Timeline", presenterar en abstrakt plan för att förvandla den röda planeten till något grönt och bebodligt. Den andra, med titeln "Mars Terraforming - the Wrong Way", avvisar idén att helt och hållet terraformera och presenterar ett alternativ.
Det förra tidningen producerades av Aaron Berliner från University of California, Berkeley och Chris McKay från Space Science Division vid NASA Ames Research Center. I sina artiklar presenterar de två forskarna en tidslinje för terraformering av Mars som inkluderar en uppvärmningsfas och en syrefasfas samt alla nödvändiga steg som skulle föregå och följa.
Som de anger i sitt uppsats introduktion:
”Terraformande Mars kan delas in i två faser. Den första fasen värmer planeten från den nuvarande genomsnittliga yttemperaturen på -60 ° C till ett värde nära jordens medeltemperatur till + 15 ° C och återskapar en tjock CO²-atmosfär. Denna uppvärmningsfas är relativt enkel och snabb och kan ta ~ 100 år. Den andra fasen producerar nivåer av O² i atmosfären som skulle göra det möjligt för människor och andra stora däggdjur att andas normalt. Denna syresättningsfas är relativt svår och skulle ta 100 000 år eller mer, såvida man inte postulerar ett teknologiskt genombrott. ”
Innan dessa kan börja, erkänner Berliner och McKay att vissa "före terraformande" steg måste vidtas. Dessa inkluderar utredning av Mars-miljön för att bestämma nivåerna av vatten på ytan, nivån av koldioxid i atmosfären och i isform i de polära regionerna och mängden nitrater i marsjord. Som de förklarar är alla dessa nycklar till det praktiska att skapa en biosfär på Mars.
Hittills pekar de tillgängliga bevisen på alla tre element som finns i överflöd på Mars. Medan det mesta av Mars-vattnet för närvarande är i form av is i de polära regionerna och polära mössorna, finns det tillräckligt för att stödja en vattencykel - komplett med moln, regn, floder och sjöar. Samtidigt hävdar vissa uppskattningar att det finns tillräckligt med CO² i isform i de polära regionerna för att skapa en atmosfär som är lika med havsnivån på jorden.
Kväve är också ett grundläggande krav för liv och nödvändig beståndsdel i en andningsfull atmosfär, och senaste uppgifter från Nyfikenhet Rover indikerar att nitrater står för ~ 0,03 viktprocent av marken på Mars, vilket är uppmuntrande för terformering. Dessutom kommer forskare att behöva ta itu med vissa etiska frågor relaterade till hur terraforming kan påverka Mars.
Till exempel, om det för närvarande finns något liv på Mars (eller liv som kan återupplivas), skulle detta ge ett obestridligt etiskt dilemma för mänskliga kolonister - särskilt om detta liv är relaterat till livet på jorden. Som de förklarar:
”Om marsliv är relaterat till jordlivet - möjligen på grund av meteoritutbyte - är situationen bekant och frågor om vilka andra typer av jordliv som ska introduceras och när måste tas upp. Men om Marsliv inte är relaterat till jordlivet och tydligt representerar en andra livets uppkomst, tas väsentliga tekniska och etiska frågor upp. ”
För att bryta fas 1 - ”The Warming Phase” - kortfattat tar upp författarna en fråga som vi känner till idag. I huvudsak förändrar vi vårt eget klimat här på jorden genom att införa CO² och "super växthusgaser" till atmosfären, vilket ökar jordens medeltemperatur med en hastighet av många grader celsius per sekel. Och medan detta har varit oavsiktligt på jorden, på Mars skulle det kunna ändras om att medvetet värma upp miljön.
"Tidsskalan för att värma Mars efter en fokuserad ansträngning av super växthusgasproduktion är kort, bara 100 år eller så," hävdar de. ”Om all solhändelse på Mars skulle fångas med 100% effektivitet, skulle Mars värmas till jordliknande temperaturer på cirka tio år. Effektiviteten i växthuseffekten är dock troligtvis cirka 10%, vilket innebär att tiden det tar att värma Mars skulle vara ~ 100 år. ”
När denna tjocka atmosfär har skapats innebär nästa steg att omvandla den till något andningsbart för människor - där O²-nivåer skulle motsvara cirka 13% av havets lufttryck här på jorden och CO²-nivåer skulle vara mindre än 1%. Denna fas, känd som ”Oxygenation Phase”, skulle ta betydligt längre tid. Återigen vänder de sig mot ett landsexempel för att visa hur en sådan process skulle kunna fungera.
Här på jorden, hävdar de, beror de höga halterna av syrgas (O²) och låga nivåer av CO² på fotosyntesen. Dessa reaktioner förlitar sig på solens energi för att omvandla vatten och koldioxid till biomassa - vilket representeras av ekvationen H²O + CO² = CH²O + O². Som de illustrerar skulle denna process ta mellan 100 000 och 170 000 år:
”Om allt solljus som inträffade på Mars utnyttjades med 100% effektivitet för att utföra denna kemiska omvandling skulle det bara ta 17 år att producera höga nivåer av O². Men den troliga effektiviteten hos alla processer som kan omvandla H2O och CO² till biomassa och O² är mycket mindre än 100%. Det enda exemplet vi har på en process som globalt kan förändra CO² och O² för en hel anläggning är global biologi. På jorden är den globala biosfärens effektivitet vid användning av solljus till producerad biomassa och O2 0,01%. Således är tidsskalan för att producera en O²-atmosfär på Mars 10 000 x 17 år, eller ~ 170 000 år. "
De tar dock hänsyn till syntetisk biologi och andra bioteknologier, som de hävdar skulle kunna öka effektiviteten och minska tidsskalan till 100 000 år. Om människor dessutom skulle kunna använda naturlig fotosyntes (som har en jämförelsevis hög effektivitet på 5%) över hela planeten - dvs att plantera lövverk över hela Mars - kan tidsskalan minskas till till och med några århundraden.
Slutligen beskriver de stegen som måste vidtas för att få bollen att rulla. Dessa steg inkluderar anpassning av nuvarande och framtida robotuppdrag för att utvärdera Martianresurser, matematiska och datormodeller som kan undersöka processerna, ett initiativ för att skapa syntetiska organismer för Mars, ett sätt att testa terraformingstekniker i en begränsad miljö och ett planavtal som skulle skapa begränsningar och skydd.
De citerar Kim Stanley Robinson, författare till Red Mars Trilogy, (det seminala arbetet med science fiction om terraforming av Mars) de ger ut en uppmaning till handling. Genom att ta itu med hur lång tid processen med terraformering av Mars kommer att ta, hävdar de att vi ”lika bra kan börja nu”.
Till detta erbjuder Valeriy Yakovlev - en astrofysiker och hydrogeolog från Laboratory of Water Quality i Kharkov, Ukraina - en olik åsikt. I sitt papper, "Mars Terraforming - the Wrong Way", gör han saken för skapandet av rymdbiosfärer i låg jordbana som skulle förlita sig på konstgjord tyngdkraft (som en O'Neill-cylinder) för att låta människor växa vana vid livet i Plats.
Med tanke på en av de största utmaningarna med rymdkolonisering pekar Yakovlev på hur livet på kroppar som månen eller Mars kan vara farligt för mänskliga bosättare. Utöver att vara sårbara för sol- och kosmisk strålning, skulle kolonister behöva hantera betydligt lägre tyngdkraft. När det gäller månen skulle detta vara ungefär 0,165 gånger det som människor upplever här på jorden (alias 1 g), medan det på Mars skulle vara ungefär 0,376 gånger.
De långsiktiga effekterna av detta är inte kända, men det är tydligt att det skulle inkludera muskeldegeneration och benförlust. Om man tittar längre är det helt oklart vilka effekter det skulle ha för de barn som föddes i endera miljön. Yakovlev tar upp hur dessa kan mildras (som inkluderar medicin och centrifuger) och påpekar hur de troligtvis skulle vara ineffektiva:
”Hoppet för medicinutvecklingen kommer inte att avbryta den fysiska nedbrytningen av muskler, ben och hela organismen. Rehabilitering i centrifuger är mindre lämplig lösning jämfört med skepps-biosfären där det är möjligt att tillhandahålla en väsentligen konstant imitation av den normala tyngdkraften och skyddskomplexet från skadliga påverkan av rymdmiljön. Om rymdutforskningens väg är att skapa en koloni på Mars och dessutom de efterföljande försöken att terraforma planeten, kommer det att leda till den oberättigade förlusten av tid och pengar och öka de kända riskerna med mänsklig civilisation. ”
Dessutom pekar han på utmaningarna med att skapa en idealisk miljö för individer som bor i rymden. Utöver att helt enkelt skapa bättre fordon och utveckla medel för att skaffa de nödvändiga resurserna, finns det också behovet av att skapa en idealisk rymdmiljö för familjer. I huvudsak kräver detta utveckling av bostäder som är optimala vad gäller storlek, stabilitet och komfort.
Mot bakgrund av detta presenterar Yakolev vad han anser vara de mest troliga utsikterna för mänsklighetens utträde till rymden mellan nu och 2030. Detta kommer att inkludera skapandet av de första rymdbiosfärerna med konstgjord tyngdkraft, vilket kommer att leda till nyckelutvecklingen när det gäller material teknik, livssupportsystem och robotsystem och infrastruktur som behövs för att installera och serva livsmiljöer i Low Earth Orbit (LEO).
Dessa livsmiljöer kan servas tack vare skapandet av robotrymdfarkoster som kan skörda resurser från närliggande kroppar - till exempel Månen och Nära Jorden-objekt (NEO). Detta koncept skulle inte bara undanröja behovet av planetsskydd - dvs oro för att förorena Mars biosfär (förutsatt att det finns bakterieliv), det skulle också göra det möjligt för människor att vänja sig till rymden mer gradvis.
Som Yakovlev berättade för Space Magazine via e-post kan fördelarna med rymdhabitater delas upp i fyra punkter:
”1. Detta är ett universellt sätt att behärska de oändliga utrymmena i kosmos, både i solsystemet och utanför det. Vi behöver inte ytor för att installera hus, men resurser som robotar kommer att leverera från planeter och satelliter. 2. Möjligheten att skapa ett livsmiljö så nära jordens vagga som möjligt gör att man kan fly från den oundvikliga fysiska nedbrytningen under en annan tyngdkraft. Det är lättare att skapa ett skyddande magnetfält.
”3. Överföringen mellan världar och resurskällor kommer inte att vara en farlig expedition, utan ett normalt liv. Är det bra för sjömän utan deras familjer? 4. Sannolikheten för dödsfall eller nedbrytning av mänskligheten till följd av den globala katastrofen är avsevärt minskad, eftersom koloniseringen av planeterna inkluderar rekognosering, leverans av gods, transport av människor - och detta är mycket längre än byggandet av biosfären i månens omloppsbana. Dr. Stephen William Hawking har rätt, en person har inte mycket tid. ”
Och med rymdhabitater på plats kan en mycket avgörande forskning påbörjas, inklusive medicinsk och biologisk forskning som skulle involvera de första barn som föddes i rymden. Det skulle också underlätta utvecklingen av pålitliga rymdbussar och resursutvinningsteknologier, som kommer att vara praktiska för bosättningen av andra organ - som månen, Mars och till och med exoplaneter.
I slutändan tror Yakolev att rymdbiosfärer också skulle kunna åstadkommas inom en rimlig tidsram - dvs. mellan 2030 och 2050 - vilket helt enkelt inte är möjligt med terraformering. Med hänvisning till den växande närvaron och kraften i den kommersiella rymdsektorn ansåg Yakolev också att mycket av den infrastruktur som är nödvändig redan finns på plats (eller under utveckling).
”När vi har övervunnit trögheten i att tänka +20 år, kommer den experimentella biosfären (som bosättningen i Antarktis med klockor), på 50 år kommer den första generationen av barn födda i kosmos att växa och jorden kommer att minska, eftersom den kommer in i legender som helhet ... Som ett resultat kommer terraformering att avbrytas. Och den efterföljande konferensen öppnar vägen för verklig utforskning av kosmos. Jag är stolt över att vara på samma planet som Elon Reeve Musk. Hans missiler kommer att vara användbara för att lyfta mönster för den första biosfären från månfabrikerna. Detta är ett nära och direkt sätt att erövra kosmos. ”
Med NASA-forskare och entreprenörer som Elon Musk och Bas Landorp som vill kolonisera Mars inom en snar framtid och andra kommersiella flyg- och rymdföretag som utvecklar LEO, är storleken och formen på mänsklighetens framtid i rymden svårt att förutsäga. Kanske kommer vi gemensamt att bestämma oss för en väg som tar oss till månen, Mars och därefter. Kanske kommer vi att se våra bästa insatser riktade in i rymden nära jorden.
Eller kanske ser vi oss gå i flera riktningar på en gång. Medan vissa grupper kommer att förespråka att skapa rymdhabitater i LEO (och senare, någon annanstans i solsystemet) som förlitar sig på konstgjord tyngdkraft och robotrymmeskepp som bryter asteroider för material, kommer andra att fokusera på att skapa utposter på planetariska kroppar, med målet att förvandla dem till "Nya jordar".
Mellan dem kan vi förvänta oss att människor kommer att börja utveckla en grad av "rymdkompetens" under detta århundrade, vilket säkert kommer att vara praktiskt när vi börjar driva gränserna för utforskning och kolonisering ännu längre!
