Ideen om å terraformere Mars - også kalt "Earth's Twin" - er en fascinerende idé. Mellom å smelte de polare iskappene, sakte skape en atmosfære og deretter konstruere miljøet til å ha løv, elver og stående vannmasser, er det nok til å inspirere omtrent hvem som helst! Men hvor lang tid vil en slik anstrengelse ta, hva vil det koste oss, og er det virkelig en effektiv bruk av vår tid og energi?
Dette var spørsmålene som ble behandlet i to artikler som ble presentert på NASAs “Planetary Science Vision 2050 Workshop” forrige uke (mandag 27. februar - onsdag 1. mars). Den første, med tittelen “The Terraforming Timeline”, presenterer en abstrakt plan for å gjøre den røde planeten til noe grønt og beboelig. Den andre, med tittelen “Mars Terraforming - the Wrong Way”, avviser ideen om å terraformere helt og presenterer et alternativ.
Det tidligere papiret ble produsert av Aaron Berliner fra University of California, Berkeley, og Chris McKay fra Space Sciences Division ved NASA Ames Research Center. I sin artikkel presenterer de to forskerne en tidslinje for terraforming av Mars som inkluderer en oppvarmingsfase og en oksygenasjonsfase, samt alle nødvendige trinn som vil gå foran og følge.
Som de oppgir i sin artikkel Innledning:
“Terraformerende Mars kan deles inn i to faser. Den første fasen varmer planeten fra den nåværende gjennomsnittlige overflatetemperatur på -60 ° C til en verdi nær jordas gjennomsnittstemperatur til + 15 ° C, og gjenskaper en tykk CO²-atmosfære. Denne oppvarmingsfasen er relativt enkel og rask, og kan ta ~ 100 år. Den andre fasen produserer nivåer av O² i atmosfæren som vil tillate mennesker og andre store pattedyr å puste normalt. Denne oksygeneringsfasen er relativt vanskelig og vil ta 100 000 år eller mer, med mindre man postulerer et teknologisk gjennombrudd. ”
Før disse kan begynne, erkjenner Berliner og McKay at visse "pre-terraforming" skritt må tas. Disse inkluderer å undersøke Mars 'miljø for å bestemme nivåene av vann på overflaten, nivået av karbondioksid i atmosfæren og i isform i de polare områdene, og mengden nitrater i Marsjord. Som de forklarer, er alle disse nøkkelen til det praktiske ved å lage en biosfære på Mars.
Så langt peker de tilgjengelige bevisene mot alle de tre elementene som finnes i overflod på Mars. Mens det meste av Mars-vannet for tiden er i form av is i polarområdene og polarhettene, er det nok der til å støtte en vannsyklus - komplett med skyer, regn, elver og innsjøer. I mellomtiden hevder noen estimater at det er nok CO² i isform i de polare områdene til å skape en atmosfære som tilsvarer havnivået på jorden.
Nitrogen er også et grunnleggende krav for liv og nødvendig bestanddel av en pustende atmosfære, og nyere data fra Nysgjerrighet Rover indikerer at nitrater utgjør ~ 0,03 vekt% av jorden på Mars, noe som er oppmuntrende for terraforming. På toppen av det vil forskere måtte ta tak i visse etiske spørsmål knyttet til hvordan terrforming kan påvirke Mars.
For eksempel, hvis det for tiden er noe liv på Mars (eller liv som kan bli gjenopplivet), vil dette gi et ubestridelig etisk dilemma for menneskelige kolonister - spesielt hvis dette livet er relatert til livet på jorden. Som de forklarer:
"Hvis Marsliv er relatert til jordens liv - muligens på grunn av meteorittutveksling - er situasjonen kjent og spørsmål om hva andre typer jordliv skal introdusere og når må tas opp. Imidlertid, hvis Marsliv ikke er relatert til jordens liv og tydelig representerer en andre genese av livet, blir viktige tekniske og etiske spørsmål reist. "
For å bryte fase 1 - “Den oppvarmende fasen” - kortfattet, tar forfatterne opp et problem som er kjent for oss i dag. I hovedsak endrer vi vårt eget klima her på jorden ved å introdusere CO² og "super klimagasser" til atmosfæren, noe som øker jordas gjennomsnittstemperatur med en hastighet på mange grader celsius per århundre. Og selv om dette har vært utilsiktet på Jorden, kan det på Mars bli omdisponert til å bevisst varme opp miljøet.
"Tidsrammen for å varme Mars etter en fokusert innsats for super klimagassproduksjon er kort, bare 100 år eller så," hevder de. "Hvis all solhendelsen på Mars skulle fanges opp med 100% effektivitet, ville Mars varme til jordlignende temperaturer på omtrent 10 år. Effektiviteten av drivhuseffekten er imidlertid sannsynligvis cirka 10%, og det vil derfor ta ~ 100 år å varme Mars.
Når denne tykke atmosfæren er skapt, innebærer det neste trinnet å konvertere den til noe pustende for mennesker - der O²-nivåer tilsvarer omtrent 13% av lufttrykket i havet her på jorden og CO²-nivåene ville være under 1%. Denne fasen, kjent som “Oksygenasjonsfasen”, vil ta betydelig lengre tid. Nok en gang henvender de seg mot et landlig eksempel for å vise hvordan en slik prosess kunne fungere.
Her på jorden, hevder de, skyldes høye nivåer av oksygengass (O²) og lave nivåer av CO² på fotosyntesen. Disse reaksjonene er avhengige av solens energi for å omdanne vann og karbondioksid til biomasse - som er representert av ligningen H²O + CO² = CH²O + O². Som de illustrerer, vil denne prosessen ta mellom 100 000 og 170 000 år:
“Hvis all sollys hendelsen på Mars ble utnyttet med 100% effektivitet for å utføre denne kjemiske transformasjonen, ville det bare ta 17 år å produsere høye nivåer av O². Imidlertid er den sannsynlige effektiviteten til enhver prosess som kan omdanne H²O og CO² til biomasse og O² mye mindre enn 100%. Det eneste eksemplet vi har på en prosess som globalt kan endre CO² og O² på et helt anlegg er global biologi. På jorden er effektiviteten til den globale biosfæren ved bruk av sollys til produsert biomasse og O2 0,01%. Dermed er tidsskalaen for å produsere en O²-rik atmosfære på Mars 10.000 x 17 år, eller ~ 170.000 år. ”
Imidlertid tar de hensyn til syntetisk biologi og andre bioteknologier, som de hevder kan øke effektiviteten og redusere tidsskalaen til faste 100 000 år. I tillegg, hvis mennesker kunne bruke naturlig fotosyntese (som har en relativt høy virkningsgrad på 5%) over hele planeten - dvs. å plante løvverk over hele Mars - kan tidsskalaen reduseres til enda noen hundre år.
Til slutt skisserer de trinnene som må tas for å få ballen til å rulle. Disse trinnene inkluderer å tilpasse nåværende og fremtidige robotoppdrag for å vurdere Martian ressurser, matematiske og datamodeller som kan undersøke prosessene involvert, et initiativ for å lage syntetiske organismer for Mars, et middel til å teste terraformingsteknikker i et begrenset miljø og en planetarisk avtale som ville etablere begrensninger og beskyttelse.
De siterer Kim Stanley Robinson, forfatter av Røde Mars-trilogien, (det sædverdige arbeidet med science fiction om terraforming av Mars) og gir en handlingsapparat. De tar for seg hvor lang tid prosessen med å terraformere Mars vil ta, og hevder at vi “kan like godt starte nå”.
Til dette tilbyr Valeriy Yakovlev - en astrofysiker og hydrogeolog fra Laboratory of Water Quality i Kharkov, Ukraina - et mislikende syn. I papiret sitt, "Mars Terraforming - the Wrong Way", gjør han saken for å lage rombiosfærer i Low Earth Orbit som vil stole på kunstig tyngdekraft (som en O'Neill-sylinder) for å tillate mennesker å bli vant til livet i rom.
Ser man på en av de største utfordringene med romkolonisering, peker Yakovlev på hvordan livet på kropper som Månen eller Mars kan være farlig for menneskelige nybyggere. I tillegg til å være sårbare for sol- og kosmisk stråling, ville kolonister måtte håndtere betydelig lavere tyngdekraft. Når det gjelder månen, vil dette være omtrent 0,165 ganger det menneskene opplever her på jorden (aka 1 g), mens det på Mars vil være omtrent 0,376 ganger.
De langsiktige virkningene av dette er ikke kjent, men det er klart det vil inkludere muskelgenerering og bentap. Ser man lenger, er det helt uklart hva effekten vil ha for de barna som ble født i begge miljøer. Yakovlev tar for seg måtene som disse kan bli dempet på (som inkluderer medisin og sentrifuger), og påpeker hvordan de mest sannsynlig ville være ineffektive:
”Håpet om medisinutvikling vil ikke avbryte den fysiske nedbrytningen av muskler, bein og hele organismen. Rehabilitering i sentrifuger er mindre formålstjenlig løsning sammenlignet med skipets biosfære der det er mulig å tilveiebringe en i det vesentlig konstant imitasjon av normal tyngdekraften og beskyttelseskomplekset fra skadelige påvirkninger av rommiljøet. Hvis banen for romutforskning er å skape en koloni på Mars og videre de påfølgende forsøk på å terrasse planeten, vil det føre til uberettiget tap av tid og penger og øke den kjente risikoen for menneskelig sivilisasjon. "
I tillegg peker han på utfordringene med å skape det ideelle miljøet for enkeltpersoner som bor i rommet. Utover å bare lage bedre kjøretøy og utvikle midler for å skaffe de nødvendige ressursene, er det også behovet for å skape det ideelle rommiljøet for familier. I hovedsak krever dette utvikling av boliger som er optimale når det gjelder størrelse, stabilitet og komfort.
I lys av dette presenterer Yakolev det han anser for å være de mest sannsynlige utsiktene for menneskehetens utgang til rommet mellom nå og 2030. Dette vil omfatte opprettelsen av de første rombiosfærene med kunstig tyngdekraft, noe som vil føre til viktige utviklinger når det gjelder materialer teknologi, livstøttesystemer og robotanlegg og infrastruktur som er nødvendig for å installere og servicere naturtyper i Low Earth Orbit (LEO).
Disse leveområdene kunne betjenes takket være etableringen av robot romfartøy som kunne høste ressurser fra nærliggende kropper - for eksempel månen og objekter i nærheten av jorden (NEO). Dette konseptet vil ikke bare fjerne behovet for planetarisk beskyttelse - dvs. bekymringer for å forurense Mars 'biosfære (forutsatt at det er bakterieliv), det vil også tillate mennesker å bli vant til rommet mer gradvis.
Som Yakovlev fortalte Space Magazine via e-post, kan fordelene med romhabitater deles inn i fire punkter:
"1. Dette er en universell måte å mestre de uendelige romene i Cosmos, både i solsystemet og utenfor det. Vi trenger ikke overflater for å installere hus, men ressurser som roboter vil levere fra planeter og satellitter. 2. Muligheten for å skape et habitat så nær jordens vugge som mulig lar en flykte fra den uunngåelige fysiske fornedrelsen under en annen tyngdekraft. Det er lettere å lage et beskyttende magnetfelt.
“3. Overføringen mellom verdener og kilder til ressurser vil ikke være en farlig ekspedisjon, men et normalt liv. Er det bra for seilere uten deres familier? 4. Sannsynligheten for død eller fornedrelse av menneskeheten som et resultat av den globale katastrofen er betydelig redusert, ettersom koloniseringen av planetene inkluderer rekognosering, varelevering, skytteltransport av mennesker - og dette er mye lenger enn byggingen av biosfæren i Månens bane. Dr. Stephen William Hawking har rett, en person har ikke mye tid. ”
Og med plasshabitater på plass, kan noen veldig viktig forskning begynne, inkludert medisinsk og biologisk forskning som ville involvere de første barna som ble født i verdensrommet. Det vil også lette utviklingen av pålitelige romferger og ressursutvinningsteknologier, som vil være nyttige for bosetting av andre organer - som månen, Mars og til og med eksoplaneter.
Til syvende og sist mener Yakolev at biosfærene i rommet også kan oppnås innen en rimelig tidsramme - dvs. mellom 2030 og 2050 - noe som ganske enkelt ikke er mulig med terraforming. Yakolev, som siterer den økende tilstedeværelsen og kraften i kommersiell romfartsektor, mente at mye av infrastrukturen som er nødvendig allerede er på plass (eller er under utvikling).
”Etter at vi har overvunnet tregheten til å tenke +20 år, vil den eksperimentelle biosfæren (som bosetningen i Antarktis med klokker), om 50 år vil den første generasjonen barn født i Kosmos vokse og jorden vil avta, fordi den vil komme inn i legender som helhet… Som et resultat, vil terraforming bli kansellert. Og den påfølgende konferansen vil åpne for virkelig utforsking av kosmos. Jeg er stolt over å være på samme planet som Elon Reeve Musk. Missilene hans vil være nyttige for å løfte design for den første biosfæren fra månefabrikkene. Dette er en nær og direkte måte å erobre Cosmos. ”
Med forskere og gründere fra NASA som Elon Musk og Bas Landorp som ønsker å kolonisere Mars i nær fremtid, og andre kommersielle luftfartsselskaper som utvikler LEO, er størrelsen og formen på menneskehetens fremtid i verdensrommet vanskelig å forutsi. Kanskje vil vi i fellesskap bestemme oss for en vei som tar oss til Månen, Mars og utover. Kanskje vi vil se vår beste innsats rettet mot verdensrommet nær jord.
Eller kanskje vil vi se oss gå i flere retninger samtidig. Mens noen grupper vil gå inn for å skape romhabitater i LEO (og senere, andre steder i solsystemet) som er avhengige av kunstig tyngdekraft og robot romskip som gruver asteroider for materialer, vil andre fokusere på å etablere utposter på planetariske kropper, med målet å gjøre dem om til “Nye jordar”.
Mellom disse kan vi forvente at mennesker vil begynne å utvikle en grad av "romkompetanse" i dette århundret, noe som absolutt vil komme godt med når vi begynner å skyve grensene for utforskning og kolonisering enda lenger!
