Elu Marsil: kuidas hiljutised avastused lähendavad meid Punasele planeedile kolimisele ja kui kaua see aega võtab.
16. augustil 2019 säutsus ekstsentriline miljardär ja leiutaja Elon Musk Nuke Marsi! ("Lööme Marsi tuumapommidega!"). Marss - ja mida inimene sellega teha saab - teeb inimkonnale muret vähemalt Ray Bradbury teosest "Marsi kroonikad". Kuid poole sajandi taguste fantaasiate ja meie päevade vahel on tohutu erinevus: viimased teaduslikud avastused on viinud vestlused Marsi elust fantaasiaringkondadest teadlaste ja isegi ärimeeste kontoritesse.
Päikesesüsteemi neljas planeet on raadiuses poole väiksem kui Maa, kuid pindalalt võrdub see kõigi Maa mandritega kokku (õnneks pole ookeane), pluss 2008. aastal leidis NASA uurimissond sealt vett (aastal jää kujul). Pole üllatav, et planeedi asustamiseks on kiusatus ja sõna otseses mõttes 2019. aasta juulis suutsid esimest korda sinna lendamiseks mõeldud raketimootorid õhku tõsta Starhopperi, prototüübi, mis mõne aasta pärast saab tähelaevaks - spetsiaalselt Marsile lendamiseks loodud rakett ja kosmoseaparaat. Tänu Starshipi täielikule taaskasutatavusele (üle saja kasutusala) peaks Marsile lendamise hind langema.
Samal ajal on Marsi aasta keskmine temperatuur -63 kraadi Celsiuse järgi, umbes sama, mis Vostoki Antarktika jaamas. Seal on nii külm, sest selle atmosfäär on 150 korda õhem kui Maa oma. Nii õhukese gaasikestaga on kasvuhooneefekt väga nõrk, mistõttu on külm. Probleemi saab lahendada, kui viia Marsi kliimatingimused Maa kliimale lähemale - seda protsessi nimetatakse terraformiks. Marsi puhul on selleks vaja kuidagi järsult soojendada planeedi pinda, mis isegi parimatel aastatel asub siit 56 miljoni kilomeetri kaugusel.
Teadlased võitlevad selle probleemiga üsna kõvasti ja hiljuti, 2019. aasta suvel, esitati vähemalt osaliselt ebatavaline viis Punase planeedi elamiskõlblikuks muutmiseks. Selgus, et eksootilisest, vaid paarikümne sentimeetri paksusest geelmaterjalist valmistatud kuppel soojendab Marsi pinnase maapealset jäljendamist nõrgas kohalikus valguses nii palju, et suudab taimeelu toetada ilma lisakütteta. Ja see on tõeline sensatsioon. Me ütleme teile, mida saab üldiselt teha nii, et teatud arvu aastate pärast kõnnivad inimesed Marsi põldudel ja imetlevad kahte kuud korraga.
Airgel-kuplid: 80-aastased kasvuhooned, mille teadlased avastasid kuu aega tagasi
Läheme otse viimase avastuse juurde. 2019. aasta juulis viis teadlaste rühm läbi lihtsad laborikatsed, kus nad paigutasid Marsi pinnase analoogi haruldase atmosfääri ja Marsi temperatuuriga kambrisse. Siis särasid nad kuplitel lampidega, mis andsid 150 vatti energiat ruutmeetri kohta - täpselt nii palju, kui päike keskmiselt Marsi pinnale annab.
See osutus üllatavaks: ilma vähimagi välise kuumutamiseta soojenes ülalt geelkupliga kaetud Marsi pinnase pindala veidi üle nulli kraadi. Vaid kahe sentimeetri paksune kuppel laseb nähtavat valgust hästi läbi, soojendades mulda, kuid ultraviolett-, infrapunakiirgust ja soojust väga halvasti. Selle tootmiseks (tavaline liiv) on nii Marsil kui ka Maal toorainet rohkem kui piisavalt.
Maapinna kuumutamine 65 kraadi lihtsa läbipaistva kupliga näeb välja nagu ime, sest altpoolt pole maapinnal erilist soojusisolatsiooni ja osa soojusest läheb ikkagi külgedele. See tähendab, et see on nagu külmunud maa katmine nutikalt paigutatud õliriidega - ja siis juhtub kõik iseenesest. Kuid siin pole erilist imet. Aerogeelid avastati 1931. aastal ja tegelikult on see tavaline alkoholigeel, millest kogu alkohol aurutatakse kuumutades, jättes õhku täis kanalite võrgu. Selle sama paksusega soojusisolatsiooniomadused on kuni 7,5 korda kõrgemad kui vahtplastil või mineraalvillal, samas kui see on praktiliselt läbipaistev. Sellest ja Maalt valmistatud tavaline eluruum, mis on täiesti läbipaistev, ei vaja kütmist, välja arvatud pika polaaröö ajal.
Huvitav on see, et tegelikult on seda materjali juba Marsil katsetatud: Ameerika röövlid kasutavad aerogeeli, et nende sisemised instrumendid ei jääks Marsi öösel, kui temperatuur võib langeda -90 kraadini, liiga jahedaks.
Teadlased, kes on pakkunud selliseid kupleid ühe päeva marsile liikumiseks, märgivad, et aerogeeli kupleid on lihtne pikki vahemaid transportida. Pealegi on maismaa laborites tehtud katsed juba näidanud, et isegi tomatid kasvavad täielikult Marsi mulla analoogil, kui temperatuur oleks normaalne. Ka nende jaoks pole vaja palju vett kulutada: tal pole kupli alt kuhugi aurustuda, see tähendab, et isegi väikest kogust seda tarbivad taimed pidevalt "ringis". Muide, nende ettepanekute kinnitamiseks kavatsevad autorid katsed viia Antarktikasse - McMurdo kuivadesse orgudesse, mis on kliima ja veeta olekus Marsile äärmiselt lähedal.
Muskil on õigus: Marssi saab tõepoolest pommitada - ja võib-olla kasulik (kuid mitte fakt)
Kõige radikaalsema viisi probleemi lahendamiseks, nagu sageli juhtub, pakkus välja Elon Musk: pommitada Marsi pooluseid termotuumapommidega. Plahvatused peaksid aurustama süsinikdioksiidi, mis moodustab suurema osa selle planeedi polaarmütside jääst. CO2 tekitab kasvuhooneefekti, st neljandal planeedil toimuvatest tuumapommidest soojeneb see tõsiselt ja kauaks.
Tõsi, 2018. aastal esitas NASA sponsoreeritud uuring hoopis teise vaatenurga: pooluste pommitamine on kasutu. Ja üldiselt ei piisa kogu Marsi süsinikdioksiidist tõsise soojenemise jaoks piisavalt tiheda atmosfääri loomiseks. Teadusliku rühma "nasov" arvutuste kohaselt võib süsinikdioksiidi polaarsed korgid sulatades tõsta sealset rõhku ainult 2,5 korda. Soojemaks läheb, kuid siiski on Antarktika temperatuur - ja atmosfäär on 60 korda õhem kui meil. Töö autorid nimetasid otse inimest, kelle vaatepunkti nad kritiseerivad: Elon Musk. Kuid tundub, et see ei häirinud teda vähimalgi määral.
Isegi Marsil võib leida tuhandete kilomeetrite pikkuse kanjoni - ja sinna sisse elada.
Marsil on väga ebatavalisi reljeefseid omadusi, mida Maal pole. Üks neist on 4000 kilomeetri pikkune Marineri oru kanjonisüsteem, mis on kõige pikem päikesesüsteemis. Selle laius on kuni 200 kilomeetrit ja sügavus kuni 7 kilomeetrit. See tähendab, et kanjonite põhjas on atmosfäärirõhk poolteist korda kõrgem ning seal on märgatavalt soojem ja niiskem kui ülejäänud planeedil. See on osa Marineri orgudest, kus kosmoseaparaadid pildistavad veeaurust tõelisi udusid (pildil allpool) ja teiste piirkondade nõlvadel - tumedad ojajäljed liivas ja need ojad on kahtlaselt sarnased veega.
Marineri orud pole kõikjal laiad - mõnes kohas on nende laius vaid paar kilomeetrit. Pikka aega on tehtud ettepanek katta sellised kohad klaaskupliga, uskudes, et sellest piisab soojuse säilitamiseks ja kohaliku kõrge temperatuuri moodustamiseks. Sellise veega ala kohal asuv aerogeeli kuppel võib põhjustada kohaliku suhteliselt sooja kliima, millel on oma sademed ja vesi. Selliseid kohti saab järk-järgult üles ehitada ja mida suurem on kattuvate kuplitega kaetud ala, seda kõrgem on keskmine temperatuur (vähem soojuskadu seinte kaudu). Nii et tegelikult võib selline järkjärguline "roomav" maastiku kujundamine hõivata planeedil väga suure ala.
Mis on NASA arvutuste viga ja miks on SpaceXis juba eriarvamusel olevad teadlased tööle võetud?
Marsi globaalseks soojenemiseks Maa temperatuurini on lihtsam viis. Nagu märkis teine teadlaste rühm, oleme seda meetodit juba Maal proovinud, tahtmata - eraldades selle atmosfääri 37 miljardit tonni süsinikdioksiidi ja tõstes järk-järgult temperatuuri planeedil. See tee on kasvuhoonegaasid.
Muidugi pole Marsil kivisütt, mis põletamisel tekitaks kasvuhooneefekti. Ja CO2 pole kõige tõhusam kasvuhoonegaas. On palju paremaid kandidaate, kellest kõige lootustandvam on SF6. Selle molekul koosneb ühest väävliaatomist, mille ümber paistab välja kuus fluoriaatomit. Oma "mahukuse" tõttu võtab molekul ideaalselt nii ultraviolett- kui ka infrapunakiirgust kinni, läbides samal ajal nähtavat valgust hästi. Selle põhjustatud kasvuhooneefekti tugevuse poolest on see 34 900 korda suurem kui süsinikdioksiid. See tähendab, et vaid miljon tonni seda ainet annaks sama kasvuhooneefekti kui kümned miljardid tonnid CO2, mida inimkond täna eraldab.
Lisaks on SF6 gaas väga visa - selle eluiga atmosfääris on sõltuvalt välistest tingimustest 800 kuni 3200 aastat. See tähendab, et te ei pea Marsi atmosfääris selle lagunemise pärast muretsema: kui see on toodetud, jääb see sinna väga kauaks. Lisaks on gaas inimesele ja kõigile elusorganismidele kahjutu. Tegelikult on Marsil see pigem kasulik, sest see võtab kinni UV-kiirte, mis pole halvemad kui osoon, mida veel pole.
Arvutuste kohaselt võib umbes 100 aasta jooksul seda tüüpi superkasvuhoonegaaside sissepritse planeedil temperatuure tõsta kümnete kraadi võrra.
Huvitav on see, et veidi varem tehti NASA toel veel üks teadustöö, mis kirjeldas just sellist stsenaariumi - Marsi terraformatsioon suurenenud efektiivsusega inimese loodud kasvuhoonegaaside mõjul. Selle töö üks autoritest oli pikka aega NASAs töötanud Marina Marinova, kes täna sai tööd SpaceXis. Veelgi enam, Elon Musk ise nimetas seda kaasautoriks, kritiseerides tööd, mis räägib CO2 puudumisest Marsil, takistades väidetavalt selle muutumist planeediks, mille temperatuur on Maa lähedal.
Sellise ülivõimsa kasvuhooneefekti oluline tunnus: pärast Marsi pinnase soojendamist peaks selles seotud CO2 eralduma atmosfääri, suurendades veelgi planeedi kuumenemist.
Millal näeb Marss tegelikult välja nagu Maa?
Kuigi SF6 suudab tõepoolest muuta kogu planeeti, tuleb selgelt mõista, et homme seda ei juhtu. Arvutuste kohaselt peate selleks kulutama miljardeid kilovatt-tunde aastas - ja kulutama need Marsile, valmistades sama SF6-gaasi fluori- ja halli pinnasega mullast. See tähendab, et maastiku kujundada soovijad peavad planeedile ehitama terve 500-megavatise tuumajaama, automatiseeritud tootmisrajatised, mis eraldavad SF6-gaasi pidevalt atmosfääri. See protsess annab pärast saja-aastast tööd käegakatsutavaid tulemusi. Noh, või veidi kiiremini väga suurte investeeringutega tehaste loomisse.
Kogu selle aja peavad inimesed, kes pakuvad oma tegevust ja uurivad Marsi, kuskil elama. On ilmne, et parim lahendus planeedi kohalikuks ümberkujundamiseks nende asulakohtades on aerogeeli kuplid. See tähendab, et vajadusel toimub maastiku kujundamine korraga kahel viisil: kohalik - praegustele kolonistidele kuplite abil - ja globaalne - planeedile tervikuna.
Kes saab juba Marsil elada - ja miks see oluline on
Punase planeedi õunapuud lähiajal ei õitse, kuid õuetaimestik võib sinna tegelikult tulla varem kui arvame.
Veel 2012. aastal viis Saksamaa Lennundus- ja Kosmoseagentuur läbi katse arktilise samblikuga Xanthoria elegans. Teda hoiti Maa omast 150 korda madalamal rõhul - ilma hapnikuta, Marsi temperatuuridel. Hoolimata keskkonna võõrast olemusest, ei samblik mitte ainult ellu jäänud, vaid ei kaotanud ka võimet fotosünteesida edukalt (päevavalgust jäljendavatel perioodidel).
See tähendab, et paljudes Marsi piirkondades - samades meremeeste orgudes - võivad sellised organismid ekvatoriaalses tsoonis elada juba täna. Ja pärast SF6 gaasi tootmise algust Marsil hakkab neile sobiv territoorium kiiresti laienema. Sarnaselt teistele samblikele toodab elegantne Xanthoria fotosünteesi käigus hapnikku. Tegelikult võimaldas just samblike laskmine maa pinnale umbes 1,2 miljardit aastat tagasi (0,7 miljardit aastat enne kõrgemaid taimi), mis võimaldas maa atmosfääril hapnikusisaldust järsult tõsta tänapäevase maismaamägede tasemele. Tõenäoliselt on Marsil samblikel sama funktsioon - valmistada atmosfääri ette nii, et keerukamatel olenditel oleks selles lihtsam elada.
Ehk inimesed.
