Som en del av vår fortsatta ' Definitiv guide till terraformning ”-serien, Universe Today presenterar gärna vår guide till terraforming av Mars. För närvarande finns det flera planer på att placera astronauter och ständigt bosättare på den röda planeten. Men om vi verkligen vill bo där en dag, kommer vi att behöva göra en total planetarisk renovering. Vad kommer det att krävas?
Trots ett väldigt kallt och väldigt torrt klimat – för att inte tala om lite atmosfär att tala om – Jorden och Mars har 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; ett perspektiv som inkluderar att omvandla miljön så att den passar mänskliga behov (aka. terraforming).
Med det sagt finns det också många viktiga skillnader som skulle göra att leva på Mars, en växande oro bland många människor (när man tittar på dig, Elon Musk och Bas Lansdorp! ), en betydande utmaning. Om vi skulle leva på planeten måste vi vara ganska starkt beroende av vår teknik. Och om vi skulle förändra planeten genom ekologisk ingenjörskonst skulle det ta mycket tid, ansträngning och massor av resurser!
Utmaningarna med att leva på Mars är ganska många. Till att börja med finns den extremt tunna och andningsbara atmosfären. Medan jordens atmosfär består av 78 % kväve, 21 % syre och spårmängder av andra gaser, består Mars atmosfär av 96 % koldioxid, 1,93 % argon och 1,89 % kväve, tillsammans med spårmängder av syre och vatten.
Konstnärens intryck av Mars terraformning, från dess nuvarande tillstånd till en livlig värld. Kredit: Daein Ballard
Mars atmosfärstryck varierar också från 0,4 till 0,87 kPa, vilket motsvarar ungefär 1 % av jordens vid havsnivån. Den tunna atmosfären och det större avståndet från solen bidrar också till Mars kalla miljö, där yttemperaturerna är i genomsnitt 210 K (-63 °C/-81,4 °F). Lägg till detta att Mars saknar en magnetosfär, så kan du se varför ytan utsätts för betydligt mer strålning än jordens.
På Mars yta, den medeldos av strålning är cirka 0,67 millisievert (mSv) per dag, vilket är ungefär en femtedel av vad människor utsätts för här på jorden under loppet av ett år. Därför, om människor ville leva på Mars utan behov av strålningsskärmning, trycksatta kupoler, syre på flaska och skyddsdräkter, skulle några allvarliga förändringar behöva göras. I grund och botten skulle vi behöva värma planeten, förtjocka atmosfären och ändra sammansättningen av nämnda atmosfär.
Exempel i skönlitteratur:
1951 skrev Arthur C. Clarke den första romanen där terraformeringen av Mars presenterades i fiktion. Betitlad Sanden på Mars ,berättelsen handlar om att bosättare från mars värmer upp planeten genom att omvandla Mars måne Phobos till en andra sol, och odlar växter som bryter ner sanden på mars för att frigöra syre.
1984 skrev James Lovelock och Michael Allaby vad som av många anses vara en av de mest inflytelserika böckerna om terraforming. Betitlad Mars grönare , undersöker romanen bildningen och utvecklingen av planeter, livets ursprung och jordens biosfär. De terraformningsmodeller som presenteras i boken förebådade faktiskt framtida debatter om målen med terraforming.
Kim Stanley Robinsons Red Mars-trilogi. Kredit: varieté.com
1992 släppte författaren Frederik Pohl Bryta Oort ,en science fiction-historia där Mars terraformeras med kometer som avleds från Oort moln . Under hela 1990-talet släppte Kim Stanley Robinson sin berömda Mars trilogi -Röd Mars, Grön Mars, Blå Mars– som fokuserar på förvandlingen av Mars under många generationer till en blomstrande mänsklig civilisation.
2011 producerade Yu Sasuga och Kenichi Tachibana mangaserien Terra formars ,en serie som utspelar sig på 2000-talet där forskare försöker värma Mars långsamt. Och 2012 släppte Kim Stanley Robinson 2312 , en berättelse som utspelar sig i ett solsystem där flera planeter har terraformerats – vilket inkluderar Mars (som har hav).
Föreslagna metoder:
Under de senaste decennierna har flera förslag lagts fram för hur Mars skulle kunna förändras 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 ammoniakisar från det yttre solsystemet och sedan påverka dem på ytan.
Eftersom ammoniak (NH³) är en kraftfull växthusgas, skulle dess införande i Mars atmosfär få effekten att förtjocka atmosfären och höja den globala temperaturen. Eftersom ammoniak mestadels är kväve i vikt, kan det också ge den nödvändiga buffertgasen som, i kombination med syrgas, skulle skapa en andningsbar atmosfär för människor.
Forskare kunde mäta graden av vattenförlust på Mars genom att mäta förhållandet mellan vatten och HDO från idag och för 4,3 miljarder år sedan. Kredit: Kevin Gill
En annan metod har att göra med albedo-reduktion, där ytan på Mars skulle beläggas med mörka material för att öka mängden solljus som den absorberar. Detta kan vara allt från damm från Phobos och Deimos (två av de mörkaste kropparna i solsystemet) till extremofila lavar och växter som är mörka i färgen. En av de största förespråkarna för detta var den berömda författaren och vetenskapsmannen Carl Sagan.
1973 publicerade Sagan en artikel i tidskriften Icarus med titeln ' Planetteknik på Mars ', där han föreslog två scenarier för att mörka Mars yta. Dessa inkluderade transport av lågalbedomaterial och/eller plantering av mörka växter på polarisarna för att säkerställa att de absorberade mer värme, smälte och omvandlade planeten till mer 'jordliknande förhållanden'.
1976 tog NASA officiellt upp frågan om planetarisk teknik i en studie med titeln ' On the Habitability of Mars: An Approach to Planetary Ecosynthesis '. Studien drog slutsatsen att fotosyntetiska organismer, smältningen av polarisarna och införandet av växthusgaser kunde användas för att skapa en varmare, syre- och ozonrik atmosfär.
1982 skrev planetologen Christopher McKay 'Terraforming Mars', en tidning för Journal of the British Interplanetary Society .I den diskuterade McKay utsikterna för en självreglerande Mars-biosfär, som inkluderade både de nödvändiga metoderna för att göra det och etiken kring det. Detta var första gången som ordet terraforming användes i titeln på en publicerad artikel, och skulle hädanefter bli den föredragna termen.
Detta följdes 1984 av James Lovelock och Michael Allabys bok, Mars grönare . I den beskrev Lovelock och Allaby hur Mars kunde värmas upp genom att importera klorfluorkolväten (CFC) för att utlösa global uppvärmning.
Konstnärens idé om en möjlig Mars-terraformande växt, som värmer planeten genom införandet av kolväten. Kredit: nationalgeographic.com
1993 skrev Mars Societys grundare Dr Robert M. Zubrin och Christopher P. McKay från NASA Ames Research Center ' Tekniska krav för terraformande Mars '. I den föreslog de att man skulle använda omloppsspeglar för att värma Mars-ytan direkt. Placerade nära polerna skulle dessa speglar kunna sublimera CO2inlandsis och bidra till den globala uppvärmningen.
I samma tidning argumenterade de för möjligheten att använda asteroider som skördats från solsystemet, som skulle omdirigeras för att påverka ytan, sparka upp damm och värma atmosfären. I båda scenarierna förespråkar de användningen av kärnkraftselektriska eller nukleära termiska raketer att dra alla nödvändiga material/asteroider i omloppsbana.
Användningen av fluorföreningar – ”superväxthusgaser” som ger en växthuseffekt tusentals gånger starkare än CO² – har också rekommenderats som en långsiktig klimatstabilisator. År 2001 gjorde ett team av forskare från Division of Geological and Planetary Sciences vid Caltech dessa rekommendationer i ' Håller Mars varm med nya superväxthusgaser '.
Där denna studie indikerade att den initiala nyttolasten av fluor skulle behöva komma från jorden (och fyllas på regelbundet), hävdade den att fluorhaltiga mineraler också kunde brytas på Mars. Detta är baserat på antagandet att sådana mineraler är lika vanliga på Mars (som är en jordisk planet) vilket skulle möjliggöra en självförsörjande process när kolonier väl etablerats.
NASA:s Curiosity Mars-rover har upptäckt fluktuationer i metankoncentrationen i atmosfären, vilket innebär att den läggs till och tas bort hela tiden. (Bildkredit: NASA/JPL-Caltech/SAM-GSFC/Univ. of Michigan)
Importera metan och andra kolväten från det yttre solsystemet – som det finns gott om på Saturnus måne Titan – har också föreslagits. Det finns också möjlighet till resursanvändning på plats (ISRU), tack vare Curiosity-roverns 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 Mars mark. År 2014 NASA Institute for Advanced Concepts (NAIC)-programmet och Techshot Inc. började arbeta med detta koncept, som fick namnet ' Mars Ecopoiesis testbädd '. I framtiden har projektet för avsikt att skicka små behållare med extremofila fotosyntetiska alger och cyanobakterier ombord på ett roveruppdrag för att testa processen i en miljö på mars.
Om detta visar sig framgångsrikt avser NASA och Techshot att bygga flera stora biodomar för att producera och skörda syre för framtida mänskliga uppdrag till Mars – vilket skulle minska kostnaderna och förlänga uppdragen genom att minska mängden syre som måste transporteras. Även om dessa planer inte utgör ekologisk eller planetarisk ingenjörskonst, har Eugene Boland (chefsforskare för Techshot Inc.) sagt att det är ett steg i den riktningen:
'Ecopoiesis är konceptet att initiera livet på en ny plats; mer exakt, skapandet av ett ekosystem som kan stödja liv. Det är konceptet att initiera 'terraforming' med hjälp av fysiska, kemiska och biologiska metoder, inklusive introduktionen av ekosystembyggande pionjärorganismer... Detta kommer att vara det första stora steget från laboratoriestudier till implementering av experimentella (i motsats till analytiska) planetariska in situ forskning av största intresse för planetarisk biologi, ekopoes och terraformning.'
'Grönande av Mars' skulle vara en process med flera nivåer, som involverar import av gaser och marklevande organismer för att omvandla planeten under loppet av många generationer. Kredit: nationalgeographic.com
Potentiella förmåner:
Utöver utsikterna för äventyr och tanken på att mänskligheten återigen ger sig in på en era av djärv utforskning av rymden, finns det flera anledningar till att terraforming av Mars föreslås. Till att börja med finns det en 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 sikt.
Denna skola citerar saker som jordens växande befolkning – som förväntas nå 9,6 miljarder i mitten av seklet – samt det faktum att år 2050, ungefär två tredjedelar av världens befolkning förväntas bo i större städer . Ovanpå det 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 år 2100.
Andra skäl betonar hur Mars ligger inom vår sols ' Guldlockszon ” (aka. ”beboelig zon), och var en gång en beboelig planet. Under de senaste decennierna har ytuppdrag som NASA:s Mars Science Laboratory (MSL) och dess Nyfikenhet rover har avslöjat en mängd bevis som pekar på strömmande vatten som fanns på Mars i det djupa förflutna (liksom förekomsten av organiska molekyler ).
Project Nomad, ett koncept för 2013 års skyskrapatävling som involverade mobila fabriksskyskrapor som terraformerade Mars. Kredit: evolo.com/A.A. Sainz/J.R. Nuñez/K.T. Rial
Dessutom NASA Mars Atmosphere and Volatile Evolution Mission (MAVEN) (och andra orbiters) har tillhandahållit omfattande information om Mars tidigare atmosfär. Vad de har kommit fram till är att ungefär 4 miljarder år sedan , Mars hade rikligt med ytvatten och en tjockare atmosfär. Men på grund av förlusten av Mars magnetosfär - vilket kan ha varit orsakas av en stor påverkan eller snabb kylning av planetens inre – atmosfären avskalades långsamt.
Ergo, om Mars en gång var beboelig och 'jordliknande', är det möjligt att det kan bli det igen en dag. Och om mänskligheten verkligen letar efter en ny värld att bosätta sig i, är det bara vettigt 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 komma till nytta på Mars.
I århundraden har vårt beroende av industrimaskiner, kol och fossila bränslen haft en mätbar effekt på jordens miljö. Och detta har varit en oavsiktlig konsekvens av modernisering och utveckling här på jorden; på Mars skulle förbränning av fossila bränslen och regelbundna utsläpp av föroreningar i luften ha en positiv effekt.
Infografik som visar en kostnadsuppskattning och tidsram för terraformningen av Mars. Kredit: NASA/National Geographic Channel/Discovery Channel
Andra skäl är att utöka vår resursbas och bli ett 'post-bristsamhälle'. En koloni på Mars skulle kunna möjliggöra gruvdrift på den röda planeten, där både mineraler och vattenis finns i överflöd och kan skördas. En bas på Mars kan också fungera som en inkörsport till Asteroidbälte , vilket skulle ge oss tillgång till tillräckligt med mineraler för att hålla oss på obestämd tid.
Utmaningar:
Utan tvekan kommer utsikterna att terraforma 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 farhågor om att varje åtgärd som vidtas kan få oavsiktliga konsekvenser. Och för det tredje, det är hur lång tid det skulle ta.
Till exempel, när det kommer till koncept som kräver införande av växthusgaser för att utlösa uppvärmning, är de mängder som krävs ganska häpnadsväckande. 2001 års Caltech-studie, som krävde införandet av fluorföreningar, visade att sublimering av de sydpolära CO²-glaciärerna skulle kräva införandet av cirka 39 miljoner ton CFC i Mars atmosfär – vilket är tre gånger så mycket som producerats på jorden mellan 1972 och 1992.
Konstnärens föreställning om en terraformerad Mars. Kredit: Ittiz/Wikimedia Commons
Fotolys skulle också börja bryta ner CFC i samma ögonblick som de introducerades, vilket skulle kräva tillskott av 170 kiloton varje år för att fylla på förlusterna. Och sist, införandet av CFC skulle också förstöra allt ozon som producerades, vilket skulle undergräva ansträngningarna att skydda mot ytan från strålning.
Dessutom indikerade NASAs genomförbarhetsstudie från 1976 att även om terraforming av Mars skulle vara möjligt med hjälp av marklevande organismer, insåg den också att tidsramarna som krävs skulle vara avsevärda. Som det står i studien:
'Ingen grundläggande, oöverstiglig begränsning av Mars förmåga att stödja en terrestrisk ekologi har identifierats. Avsaknaden av en syrehaltig atmosfär skulle förhindra människans beboelse av Mars utan hjälp. Den nuvarande starka ultravioletta ytbestrålningen är en ytterligare stor barriär. Skapandet av en adekvat syre- och ozonhaltig atmosfär på Mars kan vara genomförbart genom användning av fotosyntetiska organismer. Den tid som behövs för att skapa en sådan atmosfär kan dock varaflera miljoner år.'
Studien fortsätter med att konstatera att detta kan minskas drastiskt genom att skapa extremofila organismer speciellt anpassade för den hårda miljön på mars, skapa en växthuseffekt och smälta polarisarna. Men hur lång tid det skulle ta att omvandla Mars skulle sannolikt fortfarande vara i storleksordningen århundraden eller årtusenden.
Konstnärens koncept för ett NASA-bemannat uppdrag till Mars (Human Exploration of Mars Design Reference Architecture 5.0, feb 2009). Kredit: NASA
Och naturligtvis finns det problemet med infrastrukturen. Att skörda resurser från andra planeter eller månar i solsystemet skulle kräva en stor flotta av rymdbilar, och de skulle behöva vara utrustade med avancerade drivsystem för att göra resan inom rimlig tid. För närvarande finns inga sådana drivsystem, och konventionella metoder – allt från jonmotorer till kemiska drivmedel – är varken tillräckligt snabba eller ekonomiska.
För att illustrera NASA Nya horisonter uppdraget tog mer än 11 år att få göra sitt historiska möte med Pluto i Kuiperbältet, med hjälp av konventionella raketer och gravitationshjälpmetoden . Under tiden har Gryning mission, som förlitade sig på jonisk framdrivning, tog nästan fyra år att nå Vesta i Asteroidbälte . Ingen av metoderna är praktiska för att göra upprepade resor till Kuiperbältet och dra tillbaka isiga kometer och asteroider, och mänskligheten har inte i närheten av det antal fartyg vi skulle behöva för att göra detta.
Å andra sidan skulle det krävas flera raketer med tung nyttolast för att å andra sidan gå vägen på plats – vilket skulle involvera fabriker eller gruvdrift på ytan för att släppa ut CO², metan eller CFC-innehållande mineraler i luften. Röd planet. Kostnaden för detta skulle dvärga alla rymdprogram hittills. Och när de väl hade satts ihop på ytan (antingen av robotarbetare eller mänskliga arbetare), skulle dessa operationer behöva drivas kontinuerligt i århundraden.
Det finns också flera frågor om etiken i terraforming. I grund och botten, att förändra 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 lever där. Om Mars faktiskt har det inhemskt mikrobiellt liv (eller mer komplexa livsformer), vilket många forskare misstänker, att ändra ekologin kan påverka eller till och med utplåna dessa livsformer. Kort sagt, framtida kolonister och marktekniska ingenjörer skulle faktiskt begå folkmord.
NASA:s resa till Mars. NASA utvecklar de möjligheter som behövs för att skicka människor till en asteroid 2025 och Mars på 2030-talet. Kredit: NASA/JPL
Med tanke på alla dessa argument måste man undra vad fördelarna med att terraforma Mars skulle vara. Medan tanken på att utnyttja solsystemets resurser är vettig i det långa loppet, är de kortsiktiga vinsterna mycket mindre påtagliga. I grund och botten är skördade resurser från andra världar inte ekonomiskt lönsamma när man kan utvinna dem här hemma för mycket mindre. Och med tanke på faran, vem skulle vilja åka?
Men som satsningar som MarsOne har visat finns det gott om människor som är villiga att göra en enkelresa till Mars och agera som jordens 'första våg' av oförskämda upptäcktsresande. Dessutom har NASA och andra rymdorganisationer varit mycket högljudda om sin önskan att utforska den röda planeten, som inkluderar bemannade uppdrag fram till 2030-talet. Och som olika undersökningar visar, offentligt stöd ligger bakom dessa strävanden , även om det innebär drastiskt ökade budgetar.
Så varför göra det? Varför terraform Mars för mänskligt bruk? För att den finns där? Säker. Men ännu viktigare, för vi kan behöva. Och drivkraften och viljan att kolonisera den finns också. Och trots svårigheten som är inneboende i var och en, finns det ingen brist på föreslagna metoder som har vägts och fastställts genomförbara. I slutändan är allt som behövs mycket tid, mycket engagemang, mycket resurser och mycket se till att vi inte oåterkalleligen skadar livsformer som redan finns där.
Men naturligtvis, skulle våra värsta förutsägelser slå in, kan vi till slut upptäcka att vi inte har något annat val än att skapa ett hem någon annanstans i solsystemet. Allt eftersom detta århundrade fortskrider kan det mycket väl vara Mars eller byst!
Vi har skrivit många intressanta artiklar om terraforming här på Universe Today. Här är Den definitiva guiden till terraformning , Kan vi terraforma månen? , Ska vi Terraforma Mars? , Hur terraformerar vi Venus? , och Studentteamet vill terraforma Mars med hjälp av cyanobakterier .
Vi har också artiklar som utforskar den mer radikala sidan av terraforming, som Kan vi terraforma Jupiter? , Kan vi terraforma solen? , och Kan vi terraforma ett svart hål?
Astronomy Cast har också bra avsnitt om ämnet, som Avsnitt 96: Humans to Mar, del 3 – Terraforming Mars
För mer information, kolla in Terraformande Mars och NASA Quest! och NASA:s resa till Mars .
Och om du gillar videon, kom och kolla in vår Patreon sida och ta reda på hur du kan få de här videorna tidigt samtidigt som du hjälper oss att ge dig mer bra innehåll!
Podcast (ljud): Ladda ner (Längd: 2:33 — 2,3 MB)
Prenumerera: Apple Podcasts | RSS
Podcast (video): Ladda ner (40,5 MB)
Prenumerera: Apple Podcasts | RSS
