Как нагреть Марс: красная планета может стать пригодной для жизни

Терраформирование Марса , идея согреть холодную планету для поддержания человеческой цивилизации, уже давно является классической темой научной фантастики. Однако недавние исследования, опубликованные в журнале Science Advances , предполагают, что этот замысел может быть не таким уж фантастическим.

Исследователи выяснили, что введение в атмосферу Марса крошечных частиц может повысить температуру планеты более чем на 10°C всего за несколько месяцев. Это достаточно для поддержания жидкой воды. Хотя для этого потребуется около 2 миллионов тонн частиц в год, они могут быть изготовлены из материалов, доступных в марсианской пыли.

"Не часто появляются действительно новые и инновационные идеи для терраформирования," - говорит Колин МакИннес, космический инженер из Университета Глазго. "Разрыв между текущими условиями на Марсе и возможной пригодностью планеты для жизни меньше, чем мы могли бы подумать."

Когда-то вода текла по поверхности Марса, но сегодня ее остатки замерзли в полярных ледяных шапках и под поверхностью планеты. С тонкой атмосферой и слабым Солнцем средняя температура на Марсе составляет около –62°C, что значительно холоднее, чем на Земле. Для того чтобы сделать Марс пригодным для жизни, требуется значительное повышение температуры.

Исследователи полагают, что могут использовать тот же механизм, который вызывает глобальное потепление на Земле. "Основная идея заключается в создании искусственного парникового эффекта," - объясняет Самане Ансари, аспирантка Северо-Западного университета и ведущий автор исследования. Ученые ищут вещество, которое, будучи введенным в атмосферу в больших количествах, сможет удерживать тепло подобно водяному пару и углекислому газу на Земле.

Ранее предлагалось использовать хлорфторуглероды , те же вещества, что разрушают озоновый слой Земли и ранее использовались в аэрозолях. В другом недавнем исследовании предлагалось разместить на поверхности Марса пластины из аэрогеля кремнезема , прозрачного и легкого материала, который бы удерживал тепло в марсианской почве и блокировал вредное ультрафиолетовое излучение.

Основным препятствием для обоих подходов являются затраты: хлорфторуглероды редки на поверхности Марса, а аэрогели требуют изготовления человеком, что потребовало бы огромного количества материалов, доставляемых с Земли, что практически невозможно при использовании современных ракет.

Ансари и ее коллеги решили проверить тепловые свойства вещества, которого на Марсе в избытке: пыли. Марсианская пыль богата железом и алюминием, что придает ей характерный красный оттенок. Однако ее микроскопический размер и сферическая форма не способствуют поглощению или отражению излучения.

Исследователи предложили использовать железо и алюминий из пыли для создания 9-микрометровых стержней, которые примерно в два раза больше частиц марсианской пыли и меньше, чем коммерчески доступный блесток.

Ансари разработала симуляцию для тестирования взаимодействия этих теоретических частиц с светом. Она обнаружила "неожиданно значительные эффекты" в том, как они поглощали инфракрасное излучение с поверхности и рассеивали его обратно на Марс, что является ключевыми факторами для создания парникового эффекта.

Коллеги из Университета Чикаго и Университета Центральной Флориды ввели эти частицы в компьютерные модели марсианского климата. Они изучили эффект ежегодного введения 2 миллионов тонн стержней на высоте от 10 до 100 метров над поверхностью. Согласно результатам исследования, Марс мог бы нагреться на 10°C всего за несколько месяцев, что потребовало бы в 5000 раз меньше материала, чем другие предложенные схемы парникового газа.

Хотя 2 миллиона тонн частиц представляют собой около шести Эмпайр-стейт-билдингов и примерно 0,1% от ежегодно добываемых промышленных металлов на Земле, добыча исходных материалов для стержней может осуществляться непосредственно на Марсе, что исключает необходимость транспортировки с Земли.

Однако, повышение температуры на планете - это лишь один из шагов, необходимых для того, чтобы сделать Марс пригодным для жизни без посторонней помощи. Содержание кислорода в марсианской атмосфере составляет всего 0,1% по сравнению с 21% на Земле. Давление на Марсе в 150 раз ниже, чем на Земле, что вызвало бы кипение человеческой крови. Кроме того, на Марсе отсутствует озоновый слой, который защищает от вредного ультрафиолетового излучения Солнца. И даже после нагрева, марсианская почва может оставаться слишком соленой или токсичной для выращивания культур.

Несмотря на это, Ансари и ее коллеги продолжают исследовать возможности. В дальнейшем они планируют создать и протестировать свои предложенные наностержни в лаборатории, изучая влияние различных форм, размеров и других компонентов, таких как углерод и магнетит.

Пока что маловероятно, что ученые скоро начнут масштабные инженерные работы на Марсе. Однако Эдвин Кайт, планетолог из Университета Чикаго и соавтор исследования, отмечает, что исследования терраформирования подчеркивают важность изучения Земли. "Можем ли мы понять климат и экосистемы достаточно хорошо, чтобы построить их в других местах?"