Som en del av vår fortsatta "Definitive Guide To Terraforming" -serie presenterar Space Magazine gärna vår guide till terraforming Mars. För närvarande finns det flera planer att sätta astronauter och någonsin nybyggare på Röda planeten. Men om vi verkligen vill bo där en dag, kommer vi att behöva göra en fullständig planetärrenovering. Vad kommer det att ta?
Trots att det har ett väldigt kallt och väldigt torrt klimat - för att inte säga lite atmosfär att tala om - har Jorden och Mars mycket gemensamt. Dessa inkluderar likheter i storlek, lutning, struktur, sammansättning och till och med närvaron av vatten på deras ytor. På grund av detta anses Mars vara en främsta kandidat för mänsklig bosättning; en möjlighet som inkluderar omvandling av miljön så att den passar mänskliga behov (även terraforming).
Med det sagt finns det också många viktiga skillnader som skulle göra att leva på Mars, en växande upptäckt bland många människor (ser på dig, Elon Musk och Bas Lansdorp!), En betydande utmaning. Om vi skulle leva på planeten skulle vi behöva vara ganska starkt beroende av vår teknik. Och om vi skulle förändra planeten genom ekologisk teknik, skulle det ta mycket tid, ansträngning och megatons resurser!
Utmaningarna med att bo på Mars är ganska många. Till att börja med finns det den extremt tunna och oförstörbara atmosfären. Medan jordens atmosfär består av 78% kväve, 21% syre och spårmängder av andra gaser, består Mars: s atmosfär av 96% koldioxid, 1,93% argon och 1,89% kväve, tillsammans med spårmängder syre och vatten.
Mars 'atmosfärstryck sträcker sig också från 0,4 - 0,87 kPa, vilket motsvarar cirka 1% av jordens havsnivå. Den tunna atmosfären och större avstånd från solen bidrar också till Mars: s kalla miljö, där yttemperaturerna i genomsnitt är 210 K (-63 ° C / -81,4 ° F). Lägg till det faktum att Mars 'saknar en magnetosfär, och du kan se varför ytan utsätts för betydligt mer strålning än jordens.
På den Marsiska ytan är den genomsnittliga strålningsdosen cirka 0,67 millisieverts (mSv) per dag, vilket är ungefär en femtedel av vad människor utsätts för här på jorden under ett år. Därför, om människor ville leva på Mars utan behov av strålskydd, tryckkupoler, syre på flaska och skyddsdräkter, skulle några allvarliga förändringar behöva göras. I grund och botten skulle vi behöva värma upp planeten, förtjocka atmosfären och ändra nämnda atmosfärs sammansättning.
Exempel på fiktion:
1951 skrev Arthur C. Clarke den första romanen där terrassformningen av Mars presenterades i fiktion. Betitlad Marsens sand, berättelsen involverar marsiska bosättare som värmer upp planeten genom att omvandla Mars månens Phobos till en andra sol och växa växter som bryter ner Martians sand för att släppa syre.
1984 skrev James Lovelock och Michael Allaby vad som av många anses vara en av de mest inflytelserika böckerna om terraforming. Betitlad The Greening of Mars, undersöker romanen bildandet och utvecklingen av planeter, livets ursprung och jordens biosfär. De terraformande modellerna som presenteras i boken fördjupade faktiskt framtida debatter om målen med terraforming.
1992 släppte författaren Frederik Pohl Mining The Oort, en science fiction-berättelse där Mars terraformeras med kometer som avleds från Oort Cloud. Under hela 1990-talet släppte Kim Stanley Robinson sin berömda Mars-trilogin – Röda Mars, Gröna Mars, Blå Mars - som centrerar på omvandlingen av Mars under många generationer till en blomstrande mänsklig civilisation.
2011 producerade Yu Sasuga och Kenichi Tachibana mangaserien Terra Formars, en serie som äger rum under 2000-talet där forskare försöker värma Mars långsamt. Och 2012 släppte Kim Stanley Robinson 2312, en berättelse som sker i ett solsystem där flera planeter har terraformats - som inkluderar Mars (som har hav).
Föreslagna metoder:
Under de senaste decennierna har flera förslag gjorts för hur Mars kan ändras för att passa mänskliga kolonister. 1964 släppte Dandridge M. Cole "Islands in Space: The Challenge of the Planetoids, the Pioneering Work", där han förespråkade att utlösa en växthuseffekt på Mars. Detta bestod av att importera ammoniak-is från det yttre solsystemet och sedan påverka dem på ytan.
Eftersom ammoniak (NH3) är en kraftfull växthusgas, skulle dess införande i den Martiska atmosfären ha en effekt av att tjockare atmosfären och höja globala temperaturer. Eftersom ammoniak mestadels är kväve i vikt, kan den också ge den nödvändiga buffertgas som, i kombination med syregas, skulle skapa en andningsbar atmosfär för människor.
En annan metod har att göra med reduktion av albedo, där ytan på Mars skulle beläggas med mörka material för att öka mängden solljus som den tar upp. Detta kan vara allt från damm från Phobos och Deimos (två av de mörkaste kropparna i solsystemet) till extremofila lavar och växter med mörka färger. En av de största förespråkarna för detta var den berömda författaren och forskaren, Carl Sagan.
År 1973 publicerade Sagan en artikel i tidskriften Icarus med titeln ”Planetary Engineering on Mars”, där han föreslog två scenarier för mörkare ytan på Mars. Dessa inkluderade transport av låg albedo-material och / eller plantering av mörka växter på de polära iskapslarna för att säkerställa att de absorberade mer värme, smälte och omvandlade planeten till mer "jordliknande förhållanden".
1976 behandlade NASA officiellt frågan om planeringsteknik i en studie med titeln "On the Habitability of Mars: An Approach to Planetetary Ecosynthesis". Studien drog slutsatsen att fotosyntetiska organismer, smältningen av polära iskappar och införandet av växthusgaser alla skulle kunna användas för att skapa en varmare, syre- och ozonrik atmosfär.
1982 skrev Planetolog Christopher McKay "Terraforming Mars", ett papper för Journal of the British Interplanetary Society. I den diskuterade McKay möjligheterna till en självreglerande Martian-biosfär, som inkluderade både de nödvändiga metoderna för att göra det och etik för den. Detta var första gången ordet terraforming användes i titeln på en publicerad artikel och skulle framöver bli det föredragna uttrycket.
Detta följdes 1984 av James Lovelock och Michael Allabys bok, The Greening of Mars. I den beskrev Lovelock och Allaby hur Mars kunde värmas upp genom att importera klorfluorkolväten (CFC) för att utlösa den globala uppvärmningen.
1993 skrev Mars Society-grundaren Dr. Robert M. Zubrin och Christopher P. McKay från NASA Ames Research Center ”Teknologiska krav för terraformering av Mars”. I den föreslog de att man använder orbitalspeglar för att värma den Martiska ytan direkt. Dessa speglar placerade nära polerna skulle kunna sublimera CO2 isark och bidra till den globala uppvärmningen.
I samma artikel hävdade de möjligheten att använda asteroider skördade från solsystemet, som skulle omdirigeras för att påverka ytan, sparka upp damm och värma upp atmosfären. I båda scenarierna förespråkar de användning av kärnkraftselektriska eller nukleär termiska raketer för att dra alla nödvändiga material / asteroider till bana.
Användningen av fluorföreningar - "super-växthusgaser" som ger en växthuseffekt tusentals gånger starkare än CO² - har också rekommenderats som en klimatstabilisator på lång sikt. 2001 gjorde ett team av forskare från Division of Geological and Planetary Sciences på Caltech dessa rekommendationer i ”Keeping Mars warm with new super greenhouse gases”.
Där denna studie indikerade att de initiala nyttolasterna av fluor måste komma från jorden (och fyllas på regelbundet) hävdade den att fluorinnehållande mineraler också kunde brytas på Mars. Detta är baserat på antagandet att sådana mineraler är lika vanliga på Mars (som är en markplanet) vilket skulle möjliggöra en självbärande process när kolonierna upprättades.
Import av metan och andra kolväten från det yttre solsystemet - som är rikligt med Saturns mån Titan - har också föreslagits. Det finns också möjligheten att använda resursanvändning på plats, tack vare Curiosity roverens upptäckt av en "tiofaldig spik" av metan som pekade på en underjordisk källa. Om dessa källor kunde brytas, kanske metan inte ens behöver importeras.
Nyare förslag inkluderar skapandet av förseglade biodomar som skulle använda kolonier av syreproducerande cyanobakterier och alger på Marsjord. 2014 inledde NASA Institute for Advanced Concepts (NAIC) -programmet och Techshot Inc. arbetet med detta koncept, som kallades ”Mars Ecopoiesis Test Bed”. I framtiden avser projektet att skicka små kapslar med extremofila fotosyntetiska alger och cyanobakterier ombord på ett rover-uppdrag för att testa processen i en marsmiljö.
Om detta visar sig vara framgångsrikt avser NASA och Techshot att bygga flera stora biodomar för att producera och skörda syre för framtida mänskliga uppdrag till Mars - vilket skulle sänka kostnaderna och förlänga uppdragen genom att minska mängden syre som måste transporteras. Även om dessa planer inte utgör ekologisk eller planerad teknik, har Eugene Boland (chefforskare vid Techshot Inc.) uttalat att det är ett steg i den riktningen:
”Ekopoiesis är begreppet att initiera livet på en ny plats; mer exakt, skapandet av ett ekosystem som kan stödja livet. Det är konceptet att initiera ”terraforming” med fysiska, kemiska och biologiska medel inklusive införande av ekosystembyggande pionjärorganismer ... Detta kommer att vara det första stora språnget från laboratoriestudier till implementering av experimentella (i motsats till analytiska) planetariska in situ forskning av största intresse för planetbiologi, ekopoies och terraforming. ”
Potentiella fördelar:
Utöver utsikterna för äventyr och idén om mänskligheten återigen inledar en era med djärv rymdutforskning, finns det flera skäl till varför terraformerande Mars föreslås. Till att börja med är det oro för att mänsklighetens påverkan på planeten Jorden är ohållbar och att vi kommer att behöva expandera och skapa en "backup-plats" om vi tänker överleva på lång sikt.
Den här skolan citerar dock saker som jordens växande befolkning - som förväntas nå 9,6 miljarder i mitten av sekel - liksom det faktum att ungefär två tredjedelar av världens befolkning år 2050 förväntas leva i större städer. Dessutom finns utsikterna till allvarliga klimatförändringar, som - enligt en serie scenarier beräknade av NASA - kan leda till att livet blir ohållbart på vissa delar av planeten fram till år 2100.
Andra skäl betonar hur Mars ligger inom vår sols "Goldilocks Zone" (alias "bebörlig zon) och en gång var en beboelig planet. Under de senaste decennierna har uppdrag som NASA: s Mars Science Laboratory (MSL) och dess Nyfikenhet rover har avslöjat en mängd bevis som pekar på rinnande vatten som finns på Mars i det djupa förflutna (liksom förekomsten av organiska molekyler).
Dessutom NASA: s Mars Atmosphere och Volatile EvolutioN Mission (MAVEN) (och andra banor) har gett omfattande information om Mars tidigare atmosfär. Vad de har dragit slutsatsen är att för cirka 4 miljarder år sedan hade Mars rikligt med ytvatten och en tjockare atmosfär. På grund av förlusten av Mars magnetosfär - som kan ha orsakats av en stor påverkan eller snabb nedkylning av planetens inre - avlägsnades atmosfären långsamt.
Ergo, om Mars en gång var beboelig och "jordliknande", är det möjligt att det skulle kunna vara en dag igen. Och om mänskligheten verkligen letar efter en ny värld att bosätta sig på, är det bara meningsfullt att det är på en som har så mycket gemensamt med jorden som möjligt. Dessutom har det också hävdats att vår erfarenhet av att förändra klimatet på vår egen planet skulle kunna utnyttjas på Mars.
I århundraden har vårt förlitande på industrimaskiner, kol och fossila bränslen haft en mätbar effekt Jordens miljö. Och detta har varit en oavsiktlig följd av modernisering och utveckling här på jorden. på Mars skulle förbränningen av fossila bränslen och regelbunden utsläpp av föroreningar i luften ha en positiv effekt.
Andra orsaker är att utöka vår resursbas och bli ett "samhälle efter knapphet". En koloni på Mars skulle möjliggöra gruvdrift på Röda planeten, där både mineraler och vattenis är rikligt och kan skördas. En bas på Mars kan också fungera som en port till asteroidbältet, vilket skulle ge oss tillgång till tillräckligt med mineraler för att hålla oss på obestämd tid.
Utmaningar:
Utan tvekan kommer utsikterna till terraformering av Mars med sin del av problem, som alla är särskilt skrämmande. Till att börja med finns det den stora mängd resurser som det skulle ta för att omvandla Mars miljö till något hållbart för människor. För det andra finns det oro för att alla åtgärder som vidtagits kan få oavsiktliga konsekvenser. Och för det tredje är det den tid det skulle ta.
Till exempel när det gäller begrepp som kräver införande av växthusgaser för att utlösa uppvärmning, är de mängder som krävs ganska häpnadsväckande. 2001 Caltech-studien, som krävde införandet av fluorföreningar, indikerade att sublimering av de södra polära CO²-glaciärerna skulle kräva införande av cirka 39 miljoner ton CFC i Mars atmosfär - vilket är tre gånger de mängder som producerades på jorden mellan 1972 och 1992.
Fotolys skulle också börja bryta ner CFC: erna i det ögonblick de infördes, vilket skulle kräva ytterligare 170 kiloton varje år för att fylla på förlusterna. Och sist, införandet av CFC: er skulle också förstöra Martian varje ozon som producerades, vilket skulle undergräva ansträngningarna att skydda mot ytan från strålning.
Dessutom indikerade genomförbarhetsstudien från NASA 1976 att även om terraformering av Mars skulle vara möjlig med markorganismer, erkände den också att de tidsramar som krävdes skulle vara betydande. Som det står i studien:
”Ingen grundläggande, oöverträfflig begränsning av Mars: s förmåga att stödja en markekologi identifieras. Avsaknaden av en syreinnehållande atmosfär skulle förhindra människans obebodda bebyggelse av människor. Den nuvarande starka bestrålningen av ultraviolett yta är en ytterligare viktig barriär. Skapandet av en adekvat syre- och ozoninnehållande atmosfär på Mars kan vara möjlig genom användning av fotosyntetiska organismer. Den tid som behövs för att skapa en sådan atmosfär kan dock vara flera miljoner år.”
Studien fortsätter med att konstatera att detta skulle kunna minskas drastiskt genom att skapa extremofila organismer som är specifikt anpassade för den hårda marsmiljön, skapa en växthuseffekt och smälta de polära iskapslarna. Hur lång tid det skulle ta att förvandla Mars skulle emellertid fortfarande vara i storleksordning av århundraden eller årtusenden.
Och naturligtvis finns det problemet med infrastruktur. Att skörda resurser från andra planeter eller månar i solsystemet skulle kräva en stor flotta av rymdtransporter och de måste vara utrustade med avancerade drivsystem för att göra resan på rimlig tid. För närvarande finns inga sådana drivsystem och konventionella metoder - allt från jonmotorer till kemiska drivmedel - är varken snabba eller ekonomiska nog.
För att illustrera, NASA: s Nya horisonter uppdraget tog mer än 11 år för att få göra sitt historiska möte med Pluto i Kuiper Belt, med hjälp av konventionella raketer och tyngdkraftsmetoden. Samtidigt Gryning uppdraget, som förlitade sig på jonisk framdrivning, tog nästan fyra år att nå Vesta i Asteroidbältet. Ingen av metoderna är praktiska för att göra upprepade resor till Kuiper Belt och dra tillbaka isiga kometer och asteroider, och mänskligheten har ingenstans nära det antal fartyg vi skulle behöva göra detta.
Å andra sidan, att gå in-situ-vägen - som skulle innebära fabriker eller gruvdrift på ytan för att släppa CO², metan eller CFC-innehållande mineraler i luften - skulle kräva flera raketer med tung nyttolast för att få alla maskiner till Röd planet. Kostnaden för detta skulle dvärga alla rymdprogram hittills. Och när de samlades på ytan (antingen av robotarbetare eller mänskliga arbetare), måste dessa operationer drivas kontinuerligt i århundraden.
Det finns också flera frågor om terraformningens etik. I grund och botten, förändring av andra planeter för att göra dem mer lämpade för mänskliga behov väcker den naturliga frågan om vad som skulle hända med alla livsformer som redan bor där. Om Mars faktiskt har inhemskt mikrobiellt liv (eller mer komplexa livsformer), som många forskare misstänker, kan förändring av ekologin påverka eller till och med utplåna dessa livsformer. Kort sagt, framtida kolonister och markingenjörer skulle effektivt begå folkmord.
Med tanke på alla dessa argument måste man undra vad fördelarna med att terraformera Mars skulle vara. Även om idén att utnyttja solsystemets resurser är meningsfull på lång sikt, är de kortsiktiga vinsterna mycket mindre påtagliga. I grund och botten är skördade resurser från andra världar inte ekonomiskt hållbara när du kan extrahera dem här hemma för mycket mindre. Och med tanke på faran, vem skulle vilja gå?
Men som ventures som MarsOne har visat, det finns många människor som är villiga att göra en envägsresa till Mars och agera som jordens "första våg" av oförskämda utforskare. Dessutom har NASA och andra rymdbyråer varit mycket stämma över sin önskan att utforska Red Planet, som inkluderar bemannade uppdrag från 2030-talet. Och som olika opinionsundersökningar visar, ligger det offentliga stödet bakom dessa ändtider, även om det innebär drastiskt ökade budgetar.
Så varför gör du det? Varför terraform Mars för mänskligt bruk? För att det är där? Säker. Men ännu viktigare, för vi kanske måste göra det. Och drivkraften och önskan att kolonisera den finns också där. Och trots svårigheterna i var och en, finns det ingen brist på föreslagna metoder som har vägs och fastställts genomförbara. I slutändan är allt som behövs mycket tid, mycket engagemang, mycket resurser och mycket se till att vi inte oåterkalleligt skadar livsformer som redan finns.
Men naturligtvis, om våra värsta förutsägelser skulle komma, kan vi i slutändan upptäcka att vi har lite annat val än att skapa ett hem någon annanstans i solsystemet. När detta århundrade fortskrider kan det mycket väl vara Mars eller byst!
Vi har skrivit många intressanta artiklar om terraforming här på Space Magazine. Här är den definitiva guiden för terraforming, kan vi terrraforma månen?, Bör vi terraformera mars?, Hur gör vi terraformer Venus ?, och studentteamet vill terraformera mars med Cyanobacteria.
Vi har också fått artiklar som utforskar den mer radikala sidan av terraforming, som Could We Terraform Jupiter ?, Could We Terraform The Sun ?, och Could We Terraform A Black Hole?
Astronomy Cast har också bra avsnitt om ämnet, som avsnitt 96: Humans to Mar, del 3 - Terraforming Mars
För mer information, kolla in Terraforming Mars på NASA Quest! och NASA's Journey to Mars.
Och om du gillar videon, kom och kolla in vår Patreon-sida och ta reda på hur du kan få dessa videor tidigt och hjälpa oss att ge dig mer bra innehåll!
Podcast (ljud): Ladda ner (Längd: 2:33 - 2.3 MB)
Prenumerera: Apple Podcasts | Android | RSS
Podcast (video): Ladda ner (40,5 MB)
Prenumerera: Apple Podcasts | Android | RSS
