Žaliasis Marsas, mėlynoji Venera: kaip kosmosą pritaikyti žmonių gyvenimui? (I dalis)

Pastaruoju metu vis daugiau kalbama apie gausėjančius žmonių skrydžius į kosmosą ir įsikūrimą ten gyventi. Ar tai būtų kosminiai viešbučiai, ar Artemis tyrimų stotis Mėnulyje, ar svajonės apie miestus Marse – idėjų nestinga. Prieš keletą metų apie jas rašiau plačiau (I dalis, II dalis). Tačiau jos visos turi šį tą bendro: kalbama apie gyvenimą užsidarius nuo atšiaurios aplinkos. Kaip ir nekeista: už Žemės ribų žmogui išgyventi neįmanoma, taigi reikalingas barjeras tarp atviro kosmoso ar nedaug geresnio kitos planetos/palydovo paviršiaus ir žmonių gyvenamos erdvės.

Bet galbūt mastome nepakankamai ambicingai? Ar nepavyktų, užuot užsidarant nuo aplinkos, tą aplinką paversti tinkama mums? Užpilti Marsą vandenynu, išauginti džiungles bei prerijas Veneroje, sušildyti Europą, prasklaidyti debesis Titane? Apie tai čia ir pakalbėkime.

Venera, Žemė, Mėnulis ir Marsas – visi pritaikyti žmonių gyvenimui. Žemės paveiksliukas – garsioji „Blue Marble“ nuotrauka; kiti trys – Daein Ballard darbai. Montažas – groovychk DeviantArt’e

Šį pažintinį straipsnį parašiau, nes turiu daug dosnių rėmėjų Contribee platformoje. Ačiū jums! Jei manote, kad mano tekstai verti vieno-kito euro per mėnesį, prisidėti prie jų galite ir jūs.

Kitų planetų ar kitokių dangaus kūnų pavertimas tinkamu gyventi žmonėms vadinamas teraformavimu. Bandant pagal Tarpukario politiką šį žodį sulietuvinti, gautųsi turbūt „sužeminimas“, bet toks terminas pernelyg primena „įžeminimą“, tad naudosiu tarptautinį. Pats terminas sugalvotas praeito amžiaus viduryje, nors tokią koncepciją randame dar Wellso „Pasaulių Kare“. Šiame kūrinyje marsiečiai į Žemę atgabena augalų, kurie po truputį ima Žemę daryti panašią į Marsą. Na, to gal ir negalime vadinti teraformavimu, reikėtų sakyti marsaformavimas, bet pati idėja panaši. 1910 metais prancūzo Octave`o Béliardo kūrinyje „Paryžiečio diena XXI amžiuje“ paminėtas Mėnulis, kuriam po truputį suteikiama atmosfera ir įveisiami žemiški augalai. Vėliau ne vienas rašytojas fantastas teraformavo Marsą, kai kurie – ir Venerą. Terminą pirmasis panaudojo Jackas Williamsonas 1942 metų apysakoje „Collision orbit“.

Iš mokslinės pusės pirmasis apie teraformavimą rašė – kas gi daugiau – Carlas Saganas. 1961 metais jis iškėlė idėją, kaip Venerą galima būtų paversti žemišku pasauliu, dumbliais užsėjus jos atmosferą. 1973 metais jis nagrinėjo ir Marso teraformavimą, ištirpdant ledo kepures. Būtent Marsas ir Venera yra dažniausiai minimi taikiniai galimiems teraformavimo projektams, tad šiandien parašysiu apie juos, o antroje straipsnio dalyje – apie labiau egzotiškas galimybes.

Taigi, pradžioje įvardinkime, kokiais aspektais planeta yra panaši į Žemę, o kokiais – skiriasi. Štai Venera labai panaši tiek savo mase (82% Žemės), tiek iš Saulės gaunamos energijos kiekiu (1,9 karto daugiau, nei Žemė). Metai nedaug trumpesni – 224 Žemės paros. Deja, panašumai maždaug čia ir baigiasi. Venera aplink savo ašį sukasi be galo lėtai, vieną ratą apsuka per 244 Žemės paras; ji neturi magnetinio lauko, o atmosfera – ypatingai tanki, susidedanti iš anglies ir sieros dvideginių bei kitų nuodingų mums junginių. Planetos paviršiuje slėgis 90 kartų viršija žemišką, pasireiškia ypatingai stiprus šiltnamio efektas, temperatūra viršija 400 laipsnių Celsijaus. Vandens nėra, tektoninių plokščių irgi, ką jau kalbėti apie kokią nors gyvybę.

Veneros paviršiaus vaizdas, sudarytas iš Magellan ir Pioneer Venus Orbiter zondų surinktų radaro duomenų. Šaltinis: NASA/JPL-Caltech

Marsas už Žemę daug mažesnis – vos 11% Žemės masės. Energijos iš Saulės gauna apie 43% to, ką gauna Žemė. Metai beveik dvigubai ilgesni už mūsiškius. O štai paros trukmė – beveik tokia pati, ilgesnė vos pusvalandžio. Atmosferos labai nedaug, slėgis paviršiuje 200 kartų mažesnis, nei Žemėje, šiltnamio efektas irgi nykstamai menkas. Paviršiaus temperatūra – keliasdešimt laipsnių žemesnė, nei Žemės, bet vasaromis sušyla iki keliolikos laipsnių. Tektoninių plokščių nėra kaip ir Veneroje, vanduo sušalęs į ledą arba kartais sklando atmosferoje garų pavidalu. Magnetinio lauko irgi neturi, gyvybės, bent jau kiek žinome, – taip pat.

„Santa Cruz“ kalva Jezero krateryje Marse. Perseverance marsaeigio nuotrauka. Šaltinis: NASA/JPL-Caltech/ASU/MSSS

Iš pirmo žvilgsnio abi planetos turi savitų privalumų ir trūkumų, tačiau panašu, kad Marsas visgi tinkamesnis pirmajam bandymui susikurti antrą Žemę. Nors gravitacija ten ir silpna, bet greičiausiai užtektina gyvenimui, o kitos problemos, matyt, išsprendžiamos. Tad pažiūrėkime, kaip tą reikėtų padaryti.

Pirmasis, ir bene sudėtingiausias, uždavinys teraformuojant Marsą – atmosferos suteikimas planetai. Dabartinis slėgis Marso paviršiuje yra panašus į vandens trigubo taško slėgį – apie 611 paskalių arba 0,6% Žemės atmosferos slėgio. Esant tokiam slėgiui vanduo beveik negali būti skystas – ledas iškart garuoja (sublimuoja). Net slėgiui truputį pakilus, skysto vandens temperatūrų intervalas lieka nykstamai mažas apie 0 laipsnių Celsijaus. Norėdami, kad vanduo neužvirtų bent jau kambario temperatūroje (tarkime, iki 25 laipsnių), turėtume slėgį pakelti bent iki 3,5 kilopaskalio – šešis kartus. Aišku, galiausiai reikės pasiekti bent keliasdešimt kartų aukštesnį slėgį, kad galėtume gauti pakankamai deguonies kvėpavimui – vien jo dalinis slėgis Žemėje yra apie 20 kilopaskalių.

Deja, pačiame Marse išgauti pakankamai dujų būtų labai sudėtinga. Net ir ištirpdę ašigalių ledo kepures, suardę paviršiuje gulinčius karbonatus ir kitus lengvai prieinamus mineralus, anglies dvideginio išgautume tik 3-4 kartus daugiau, nei dabar yra atmosferoje. Toli net iki 3,5 kilopaskalio, o jei dar pagalvotume apie poreikį pakelti temperatūrą šiltnamio efektu, reikalas atrodo išvis bergždžias.

Anglies dvideginio šaltiniai Marse. Norint sukelti pakankamą šiltnamio efektą, kad klimatas taptų žemiškas, reikėtų apie 15 kartų daugiau anglies dvideginio, nei Marse yra iš viso. Šaltinis: NASA Goddard Space Flight Center

Aišku, dujų – tiek anglies dvideginio, tiek ypač deguonies ir azoto – būtų galima pridėti iš kitur. Bendra Marso atmosferos masė yra apie 25 trilijonus tonų. Norėdami padidinti ją šimtą kartų, turėtume pridėti apie 2,5 kvadrilijono tonų lakiųjų medžiagų. Tai atitiktų maždaug 85 kilometrų spindulio ledo luitą. Ar tai daug? Asteroidų žiede yra apie 150 tokių arba didesnių asteroidų, taip pat Saulės sistemoje žinome apie porą dešimčių tokių arba didesnių kometų. Taigi tinkamo dydžio objektą rasti įmanoma, bet sudėtinga. Nukreipti jo orbitą Marso link – dar sudėtingiau. Numesti taip, kad subyrėtų atmosferoje ir paskleistų dujas, bet nesukeltų globalios katastrofos – dar sudėtingiau. Lengviau būtų bandyti nukreipti ne vieną kometą, o daug mažesnių – taip būtų lengviau užtikrinti tinkamą dujų mišinį. Dar dujas būtų galima importuoti iš taip pat teraformuojamos Veneros. Storėjanti atmosfera sustiprintų ir šiltnamio efektą, dėl kurio Marsas sušiltų keliasdešimčia laipsnių – to reikia, kad skystas vanduo galėtų bent kai kur planetoje egzistuoti visus metus. Tiesa, šiltnamio efektui vien anglies dvideginio neužteks: kad gautume pakankamą poveikį vien iš šių dujų, jų slėgis turėtų pasiekti Žemės atmosferos slėgį. Tačiau kai anglies dvideginio dalinis slėgis viršija 1% Žemės atmosferos slėgio, žmonėms darosi sunku kvėpuoti, o slėgiui išaugus virš 5% gali ištikti koma ir mirtis. Tad reikėtų atmosferą papildyti ir kitais šiltnamio efektą sukeliančiais junginiais – metanu, chlorofluorokarbonais ir panašiais. Kiekvienas jų turi savų trūkumų.

Na, bet manykime, kad atmosferą sukūrėme. Jei tą darėme mėtydami kometas, greičiausiai prisirinkome ir vandens. Taip pat vandens galima gauti iš ledo kepurių bei popaviršinių rezervuarų. Ištirpdžius ledo kepures pasklidęs vanduo galėtų padengti Marsą maždaug 30 metrų storio sluoksniu, tuo tarpu išlaisvinus vandenį iš popaviršinių mineralų, planetą galėtume padengti gilesniu nei kilometro storio vandenynu. Palyginimui, Žemės vanduo, išskirstytas tolygiai, planetą padengtų 2,7 kilometro storio sluoksniu. Taigi bent jau su vandens kiekiu milžiniškų problemų nebūtų.

Tolimoje praeityje Marsas greičiausiai turėjo vandenyną šiauriniame pusrutulyje. Teraformuojant jis vėl tokį turės. Šaltinis: NASA/MAVEN/Lunar and Planetary Institute

Turėdami atmosferą ir vandens, galėtume pradėti ruošti biosferą. Tą daryti reikėtų nuo mikroorganizmų, kuriuos galėtume apgyvendinti tiek dirvoje, tiek naujuose vandenynuose. Atspariausioms bakterijoms reikia nedaug daugiau, nei vandens, Saulės šviesos (ar kitokio energijos šaltinio) ir atmosferinių dujų. Jau dabar Marso sąlygomis kai kurie mikroorganizmai galėtų išgyventi šimtus milijonų metų. Truputį pagerintoje terpėje bakterijos galėtų sėkmingai gaminti deguonį atmosferai bei versti gruntą derlinga dirva. Pridėkime prie to vis augančias sintetinės biologijos galimybes, ir gali paaiškėti, kad paversti mėlyną (atmosferos ir vandens turintį) Marsą žaliu – bene lengviausia teraformavimo proceso dalis.

Žaliuojantis kolonizuojamas Marsas. Kadras iš žaidimo „Surviving Mars: Green Planet“. Šaltinis: Haemimont Games, Paradox Interactive

Atsiradus šiokiai tokiai biosferai, galėtume importuoti vis sudėtingesnius organizmus. Pirmiau augalus, greičiausiai pradedant nuo atšiaurias sąlygas pakenčiančių kerpių bei vulkaninėse salose tarpstančių organizmų; vėliau gyvūnus, pradedant nuo vabzdžių, einant prie roplių ir žinduolių. Kuo daugiau procesas pažengtų, tuo biosfera taptų stabilesnė. Jei pradžioje, egzistuojant vos keletui rūšių, bet koks nuokrypis nuo pusiausvyros (pavyzdžiui, kiek šaltesnė žiema) galėtų lengvai nuvesti prie katastrofos, kai viena rūšis nunyksta, jos pasekoje nyksta kitos ir viskas destabilizuojasi, tai esant dešimtims rūšių atsirastų, kas užpildo atsiveriančias nišas. Žinoma, ne tobulai – net ir Žemėje turim pavyzdžių, kaip biosferas išderina invazinės rūšys. Bet po truputį vis geriau. Be to, daugelis organizmų greičiausiai būtų bent kažkiek genetiškai modifikuoti, pavyzdžiui, kad prisitaikytų prie dvigubai ilgesnės metų trukmės ar blausesnės Saulės šviesos. Tad ir įvairius kitus reikalingus bruožus galėtume įterpti. Galiausiai į Marsą galėtų kraustytis ir žmonės. Žinoma, jų Marse būtų ir viso proceso metu – uždarose tyrimų ir priežiūros stotyse po paviršiumi, ant jo bei orbitoje. Bet galiausiai jie galėtų išeiti į lauką ir įkvėpti gaivaus Marso oro.

Išeiti, įkvėpti, bet per ilgai neužsilikti, mat kosminiai spinduliai ir Saulės vėjas vis dar keltų pavojų. Nors ultravioletinę spinduliuotę sulaikytų atmosfera, energingos dalelės, nesutikusios magnetinio lauko, skverbtųsi į ją ir pro ją ir pažeistų visus gyvus padarus. Sukurti planetai magnetinį lauką kol kas neturime net teorinių galimybių, tačiau galime pagaminti magnetinį šydą. Tai būtų specialus erdvėlaivis, „pakabintas“ Saulės-Marso L1 taške. Šis taškas – tai vieta linijoje tarp Marso ir Saulės, maždaug už milijono kilometrų nuo planetos, kurioje esantis kūnas aplink Saulę skrietų tokiu pačiu periodu, kaip ir pati planeta. Kitaip tariant, jis visada ir kybotų tarp Saulės ir Marso. Ten sklandantis erdvėlaivis su labai stipriu elektromagnetu galėtų kurti tokį galingą magnetinį lauką, kad jo uodega uždengtų ir Marsą, panašiai, kaip Žemės magnetosfera pilnaties metu pridengia Mėnulį.

Marsą dengiančio magnetinio skydo schema. Erdvėlaivis L1 taške generuoja magnetosferą, kurios uodega gaubia ir planetą (kairėje). Šaltinis: NASA/J.Green

Ar jau galime sakyti, kad darbas baigtas ir Marsas amžiams paverstas žaliu pasauliu? Deja, ne. Net ir įveikę visus iššūkius, susiduriame su labiausiai fundamentalia problema: gravitacija. Marse ji apie pustrečio karto mažesnė, nei Žemėje. Iš vienos pusės tai visai smagu: Marse galėtume aukščiau šokinėti, aukštesni augtų medžiai ir kiti augalai, lengviau būtų skraidyti. Tačiau menka gravitacija sukelia ir problemų, nuo tokių, kaip ilgalaikė raumenų atrofija vietos gyventojams, iki tokios, kaip atmosferos pabėgimas. Iš Žemės atmosfera po truputį garuoja, tačiau praktiškai visos deguonies ir azoto molekulės juda per lėtai, kad įveiktų trauką ir pabėgtų į kosmosą. Marse, ypač pašildžius jį keliomis dešimtimis laipsnių, situacija būtų kitokia ir atmosfera garuotų gana sparčiai. Na, per šimtą ar tūkstantį metų nepranyktų, bet per milijoną – taip. Tad ilgalaikis žmonių išgyvenimas teraformuotame Marse priklausytų nuo technologinių žinių ir gebėjimų išlaikymo.

O kaipgi su Venera? Kuo jos teraformavimas skirtųsi nuo Marso, o kuo būtų panašus? Skirtųsi jau pati pradžia: Venerai reikia ne suteikti atmosferą, o ją pašalinti. Tiesiog nupūsti atmosferos nepavyks – jos paprasčiausiai per daug, net 90 kartų daugiau, nei Žemėje. Be to, gerai būtų atmosferą šalinti selektyviai: patraukti pagrindinę sudedamąją dalį anglies dvideginį, taip pat nuodingus sieros junginius, tačiau azotą – palikti. Į pagalbą gali ateiti paprasčiausia chemija. Anglies dvideginis aukštoje temperatūroje gerai reaguoja su vandeniliu: susidaro vanduo ir grafitas (anglis). Kita naudinga reakcija vyksta tarp anglies dvideginio ir kai kurių metalų, pavyzdžiui magnio ar kalcio: formuojasi šių metalų karbonatai. Taigi papildžius Veneros atmosferą dideliais kiekiais vandenilio, magnio arba kalcio, prasidėtų reakcijos, kurių metu ant paviršiaus iškristų daug nuosėdų, o vandenilio maitinimo atveju – ir vandens.

Nesibaigiantis lietus Veneroje buvo XX a. pradžios fantastų (bei kai kurių mokslininkų) pamėgtas tropas. Čia matome kadrą iš Ray`aus Bradbury`io apsakymo „Ilgasis lietus“ ekranizacijos. Šaltinis: Ray Bradbury, First Choice Superchannel

Sumažėjus atmosferos tankiui bei slėgiui, susilpnėtų ir šiltnamio efektas. Jei jis sumažėtų iki tokio lygio, kaip Žemėje, Veneros temperatūra būtų panaši mūsų planetos – tiksliai pasakyti sudėtinga, nes nežinome, kokią dalį Saulės šviesos ji atspindėtų atgal į kosmosą. Gali būti, kad gaunamą šviesos kiekį reikėtų sumažinti; tam pasitarnautų orbitinė stotis-šydas L1 taške. Panašiai kaip Marse toks šydas suteiktų magnetinę apsaugą, taip Veneroje dalinai pritemdytų pernelyg ryškią Saulę.

Kalbant apie magnetinį lauką, gali būti, kad Venerai išorinio šydo nereikėtų. Norėdami joje patogiai gyventi, turėtume susitvarkyti su paros trukme – abejoju, ar daug kam patiktų gyventi pasaulyje, kuriame para trunka keturis mėnesius. Be to, toks ciklas greičiausiai netiktų ir augalams augti. Tad reikėtų Venerą įsukti. Greičiau besisukančios planetos gelmėse galimai įsijungtų dinamas, kuris imtų generuoti nuosavą magnetinį lauką. Tiesa, kol kas neaišku, ar Veneros branduolys apskritai skystas.

Jau minėjau, kad vandens Venerai suteikti galima pripildant atmosferą vandeniliu. Išlijusi ant paviršiaus, atmosfera taptų vandenynu, kuris padengtų apie 80% paviršiaus. Veneros paviršius bendrai paėmus yra lygesnis, nei Žemės, tad vandenynas nebūtų labai gilus – iki 300 metrų gylio. Didžiąją dalį planetos dengtų seklios jūros, nusėtos įvairaus dydžio salomis. Tebūtų tik du žemynai – Australijos dydžio Ištarės žemė šiaurėje ir Afrikos dydžio Afroditės žemė ties pusiauju. Dar tęsiantis begaliniam lietui, būtų galima pradėti įveisinėti biosferą, o toliau šis procesas vyktų panašiai, kaip Marse. Tik tiek, kad maistinių medžiagų greičiausiai būtų daugiau, mat iš tos pačios atmosferos galėtume gauti tiek anglies junginių, tiek sieros ir dar viso ko.

Teraformuotos Veneros žemėlapis (venerlapis?). Ištarės žemė – šiaurėje per vidurį, Afroditės – ties pusiauju dešinėje. Šaltinis: NOAA

Veneros teraformavimas turi dar vieną privalumą, lyginant su Marso: etiką. Praeityje Marse tikrai buvo sąlygų, tinkamų gyvybei egzistuoti; kai kur jų gali būti ir dabar. Nors nežinome, ar ten esama kokių nors vietinių mikroorganizmų, kol kas negalime atmesti tokios tikimybės. Teraformuodami Marsą negrįžtamai sunaikintume bet kokius tokios gyvybės pėdsakus, o gal ir ją pačią. Tai būtų ir neetiška, ir didžiulis praradimas astrobiologijos mokslui – galimybė aptikti ir tyrinėti pirmąją natūralią nežemišką biosferą. Tuo tarpu Veneroje sąlygų gyvybei nėra ir bent pusę milijardo metų nebuvo. Net jei kada nors ten gyvybė ir egzistavo, jos nebelikę net pėdsakų. Vadinasi, ją teraformuodami nieko gyvo nesunaikinsime ir jokių neįkainojamų duomenų neprarasime.

Ir Veneros, ir Marso teraformavimas būtų ilgas, šimtmečius trunkantis, procesas. Jis kainuotų milžiniškus pinigus, nors rasti bent apytikrių kainos įvertinimų labai sudėtinga. Galime rasti įvertinimų nuo kelių trilijonų dolerių (mažiau nei JAV metinis BVP) iki milijardus kartų didesnių. Greičiausiai nei vienas šiandieninis bandymas vertinti tokio projekto kainą neturi daug prasmės, nes net jei žmonija apsispręstų imtis šio iššūkio, tai nutiks pakankamai negreit, kad technologijos – ir jų kaina – bus pasikeitusios neatpažįstamai. Bet iki tol galime bent jau pasvajoti (arba pažaisti daugybę žaidimų šia tema).

Marso teraformavimas. Šaltinis: Robert Kunzig, National Geographic Magazine

Laiqualasse

3 komentarai

  1. Geras, net nebūčiau pagalvojęs apie L1 taške esantį dirbtinį magnetinį lauką. Puiki idėja, bent jau teoriškai.

Leave a Reply

El. pašto adresas nebus skelbiamas.