Люди практикуют это искусство совсем недавно по сравнению с остальными живыми существами. Начиная с самых ранних наших цивилизаций, мы использовали ирригацию, высаживали сельскохозяйственные культуры, пропалывали их, приручали животных и защищали их стада, чтобы получить от родной планеты как можно больше. Поступая таким образом, мы расширили биосферу для человеческой популяции, в результате чего возросла наша численность и вместе с тем способность изменять окружающую среду, чтобы поддержать продолжение экспоненциального роста. В результате мы буквально переделали Землю в такое место, где могут жить миллиарды людей, значительная часть которых освобождена от необходимости трудиться ежедневно ради выживания. И теперь мы можем смотреть в ночное небо и искать новые миры.
Некоторые люди считают идею терраформирования Марса еретической – дескать, человечество играет в Бога. Но другие видят в таких достижениях самое глубокое доказательство божественной природы человеческого духа – способность возвращать мертвый мир к жизни. Лично мне эта точка зрения ближе. Но я бы пошел дальше. Я бы сказал, что отказ терраформировать Марс означает отказ от человеческой природы и от нашей ответственности как членов сообщества самой жизни. Сегодня биосфера готова расширить свое влияние: охватить целый новый мир. Люди с их интеллектом и технологиями – уникальный инструмент, с помощью которого она может завоевать новую землю, первую среди многих. Бесчисленное множество существ жило и умирало, чтобы превратить наш мир в подходящее для людей место. Теперь наша очередь внести свой вклад в это дело.
Так давайте поставим вопрос еще раз: можно ли преобразовать Марс, чтобы сделать его полностью пригодным для жизни? Рассмотрим эту проблему. Несмотря на то что сегодня Марс – холодная, сухая и, вероятно, безжизненная планета, там есть все составляющие, необходимые для поддержания жизни: вода, углерод, кислород (в виде диоксида углерода) и азот. Физические свойства Марса, его сила тяжести, скорость вращения, наклон оси вращения и расстояние от Солнца достаточно близки к аналогичным показателям Земли, и это нам подходит. В одном Марс серьезно недотягивает: там не такая уж мощная атмосфера.
Атмосферное давление Земли на уровне моря составляет 14,7 фунта на квадратный дюйм, или приблизительно 1 бар. (Бар – единица измерения давления. Бар и миллибар, одна тысячная доля бара, обычно используются в метеорологии, я тоже остановлюсь на этих единицах при обсуждении терраформирования.) Давление в углекислотной атмосфере Марса составляет около 1 % атмосферного давления на Земле на уровне моря, оно колеблется от 6 до 10 миллибар (мбар). Однако мы знаем наверняка, что атмосфера Марса когда-то была гораздо плотнее, чем сейчас. Каналы, змеящиеся по поверхности Марса, служат доказательством, что когда-то по планете текла жидкая вода, а жидкая вода может существовать только при определенном диапазоне температур и давлений. На уровне моря на Земле этот температурный диапазон составляет от О °С – точка замерзания – до 100 °C – точка кипения. Чтобы вода могла течь по поверхности Марса, атмосферное давление и температура должны быть выше, чем сейчас.
Хотя атмосфера Марса в настоящее время весьма тонкая, большинство исследователей считает, что на планете есть достаточные запасы углекислого газа, чтобы уплотнить атмосферу. Часть двуокиси углерода существует в замороженном виде как сухой лед, составляющий значительную часть южной полярной шапки. Дополнительные запасы заключены в реголите, рыхлом материале, покрывающем поверхность планеты. (Реголит – это астрогеофизический термин для рыхлого грунта, применимый к любому планетарному телу. Почва – это земной реголит.) Высвобождение всех этих запасов углекислого газа значительно увеличит плотность атмосферы, возможно, до значения около 30 % от земного, или 300 мбар (почти треть бара). Нагревание планеты вызовет испарение огромных запасов захваченного диоксида углерода. Это не просто теория: мы знаем наверняка, что температура и атмосферное давление Марса изменяются благодаря движению планеты по эллиптической орбите вокруг Солнца в течение марсианского года. Когда Марс нагревается и охлаждается в течение года, его атмосферное давление меняется на 20 % в обе стороны по сравнению со средним сезонным значением.
Разумеется, мы не можем сдвинуть Марс ближе к Солнцу. Но нам известен еще один способ нагревания планеты, который мы, по-видимому, невольно практиковали на Земле в течение прошлого века. Я говорю о высвобождении или производстве газов, которые удерживают инфракрасное излучение Солнца – его тепло – и таким образом нагревают планету. На Земле это называется «парниковый эффект», и он вызван углекислым газом, который выделяется в результате сжигания ископаемого топлива, а также промышленными парниковыми газами. Называйте это терраформированием или парниковым эффектом, но то же самое мы способны устроить на Марсе. Парниковый эффект в атмосфере Марса может быть создан по крайней мере тремя различными способами: нагревом выбранных участков планеты для выделения крупных запасов природного парникового газа, двуокиси углерода; постройкой на Марсе заводов по производству очень мощных искусственных парниковых газов, например галогенуглеводородов, или фреонов (CFC); размножением бактерий, которые могли бы производить естественные парниковые газы, более мощные, чем диоксид углерода (но менее мощные, чем галогенуглеводороды), такие как аммиак или метан, если на Марсе удастся создать условия для жизни микроорганизмов.
Хотя концепция терраформирования Марса может показаться фантастической, идеи, на которые она опирается, просты. Главная из них – идея положительной обратной связи, явление, которое возникает, когда получаемый продукт системы увеличивает то, что поступает на вход системы. Для парникового эффекта на Марсе система с положительной обратной связью обнаруживается в соотношении между атмосферным давлением и температурой. Нагрев Марса выпускает углекислый газ из полярных шапок и из марсианского реголита. Освобожденный диоксид углерода увеличивает плотность атмосферы и повышает ее способность удерживать тепло. Удержание тепла увеличивает температуру поверхности и, следовательно, количество диоксида углерода, высвобождаемого из ледяных шапок и марсианского реголита. Это и есть ключ к терраформированию Марса – чем теплее он становится, тем плотнее будет его атмосфера, а чем плотнее его атмосфера, тем больше он нагревается.
В следующих разделах мы увидим, как можно смоделировать такую систему, и ознакомимся с результатами расчетов для такой модели. Эти результаты подтверждают, что в течение XXI века люди могут сделать марсианскую среду куда более пригодной для обитания живых организмов. Преобразовать Марс действительно в наших силах.
Расчеты для терраформирования
Как я отметил, Марс купается в диоксиде углерода, главном парниковом газе, но большая его часть удерживается на полюсах в замороженном виде или заблокирована в реголите планеты. Оба источника углекислого газа помогут создать на Марсе парниковый эффект, но именно замороженный углекислый газ на полюсах поспособствует началу процесса.
Крис Маккей и я использовали в расчетах модели марсианского климата, чтобы установить, что небольшое, но устойчивое изменение температуры на южном полюсе Марса – всего 4 °C – может инициировать парниковый эффект в полярной области, который приведет к испарению ледяной шапки. (Для желающих вникнуть в тонкости расчетов я добавил в конце главы техническую заметку, которая детально описывает модель, используемую нами в качестве основы для этого разговора о терраформировании.) По мере испарения шапки температура и давление атмосферы будут расти, что, в свою очередь, приведет к высвобождению огромных количеств углекислого газа, запертых в реголите. Короче говоря, скромное повышение температуры на 4 °C на южном полюсе может глобально поднять температуру на десятки градусов и преобразовать атмосферу с давлением в 6 миллибар в такую, где давление измеряется в сотнях миллибар.
