Материальный способ сделать Марс пригодным для жизни
Люди давно мечтали изменить марсианский климат, чтобы сделать его пригодным для жизни людей. Карл Саган был первым за пределами области научной фантастики, предложившим терраформирование. В статье 1971 года Саган предположил, что испарение северных полярных ледяных шапок «принесет ~ 10 с г см-2 атмосферы над планетой, более высокие глобальные температуры из-за парникового эффекта и значительно повысит вероятность образования жидкой воды».
Работа Сагана вдохновила других исследователей и футуристов серьезно отнестись к идее терраформирования. Ключевой вопрос заключался в следующем: достаточно ли на Марсе парниковых газов и воды, чтобы поднять атмосферное давление до земного уровня?
В 2018 году пара финансируемых НАСА исследователей из Университета Колорадо, Боулдера и Университета Северной Аризоны обнаружила, что обработка всех источников, доступных на Марсе, повысит атмосферное давление только примерно до 7 процентов от земного — намного меньше того, что необходимо для сделать планету пригодной для жизни.
Терраформирование Марса казалось несбыточной мечтой.
Теперь у исследователей из Гарвардского университета, Лаборатории реактивного движения НАСА и Эдинбургского университета появилась новая идея. Вместо того, чтобы пытаться изменить всю планету, что, если бы вы выбрали более региональный подход?
Исследователи предполагают, что участки марсианской поверхности можно сделать пригодными для жизни с помощью материала — аэрогеля кремнезема — который имитирует парниковый эффект атмосферы Земли. Путем моделирования и экспериментов исследователи показывают, что экран из аэрогеля кремнезема толщиной от двух до трех сантиметров может пропускать достаточно видимого света для фотосинтеза, блокировать опасное ультрафиолетовое излучение и постоянно повышать температуру под ним выше точки плавления воды, и все это без необходимости. для любого внутреннего источника тепла.
Статья опубликована в журнале Nature Astronomy.
«В отличие от предыдущих идей сделать Марс пригодным для жизни, это то, что можно систематически разрабатывать и тестировать с использованием материалов и технологий, которые у нас уже есть».
«Этот региональный подход к тому, чтобы сделать Марс пригодным для жизни, гораздо более достижим, чем глобальное изменение атмосферы», — сказал Робин Вордсворт, доцент кафедры экологических наук и инженерии Гарвардской школы инженерии и прикладных наук имени Джона А. Полсона (SEAS) и Департамента Земли. и планетарная наука. «В отличие от предыдущих идей сделать Марс пригодным для жизни, это то, что можно систематически разрабатывать и тестировать с использованием материалов и технологий, которые у нас уже есть».
«Марс — самая обитаемая планета в нашей Солнечной системе, помимо Земли», — сказала Лаура Кербер, научный сотрудник Лаборатории реактивного движения НАСА. «Но он остается враждебным миром для многих видов жизни. Система создания небольших обитаемых островов позволит нам трансформировать Марс контролируемым и масштабируемым образом».
Исследователей вдохновило явление, которое уже происходит на Марсе.
В отличие от полярных ледяных шапок Земли, которые состоят из замерзшей воды, полярные ледяные шапки на Марсе представляют собой комбинацию водяного льда и замерзшего CO2. Как и его газообразная форма, замороженный CO2 позволяет проникать солнечному свету, удерживая при этом тепло. Летом этот твердый парниковый эффект создает очаги потепления подо льдом.
«Мы начали думать об этом твердотельном парниковом эффекте и о том, как его можно использовать для создания обитаемой среды на Марсе в будущем», — сказал Вордсворт. «Мы начали думать о том, какие материалы могли бы минимизировать теплопроводность, но при этом пропускать как можно больше света».
Исследователи остановились на аэрогеле кремнезема, одном из самых изолирующих материалов, когда-либо созданных.
Аэрогели кремнезема на 97 процентов пористы, а это означает, что свет проходит через материал, но соединяющие нанослои диоксида кремния препятствуют инфракрасному излучению и значительно замедляют теплопроводность.Эти аэрогели сегодня используются в нескольких инженерных приложениях, в том числе в марсоходах НАСА для исследования Марса.
«Кремнеземистый аэрогель — многообещающий материал, потому что его эффект пассивен», — сказал Кербер. «Для поддержания тепла в течение длительного периода времени не потребуется большого количества энергии или технического обслуживания движущихся частей».
Используя моделирование и эксперименты, имитирующие марсианскую поверхность, исследователи продемонстрировали, что тонкий слой этого материала повышает среднюю температуру в средних широтах на Марсе до температуры, близкой к земной.
«Распространившись на достаточно большую площадь, вам не понадобятся никакие другие технологии или физика, вам просто понадобится слой этого материала на поверхности, а под ним будет постоянная жидкая вода», — сказал Вордсворт.
Этот материал можно использовать для строительства жилых куполов или даже автономных биосфер на Марсе.
«В связи с этим возникает целый ряд увлекательных инженерных вопросов, — сказал Вордсворт.
Затем команда планирует протестировать материал в марсианском климате на Земле, например, в сухих долинах Антарктиды или Чили.
Вордсворт отмечает, что любая дискуссия о том, как сделать Марс пригодным для жизни людей и жизни на Земле, также поднимает важные философские и этические вопросы о планетарной защите.
«Если вы собираетесь создать жизнь на марсианской поверхности, вы уверены, что там уже нет жизни? Если да, то как нам с этим справиться», — спросил Вордсворт. «В тот момент, когда мы решим отправить людей на Марс, эти вопросы неизбежны».
