Terraformowanie Marsa

Terraformacja Marsa. W obliczu niemożliwego

Pytania o przemianę Marsa na ziemskie podobieństwo nie jest nowe, ale raport NASA oparty o badania sondy MAVEN, rzuca na nie nieco nowego światła. A właściwie cienia, bo świeże dane nie napawają optymizmem.

Ostatnie analizy dowodzą, że powierzch­nia Czer­wo­nej Planety więzi znacznie mniej CO2 niż się dotąd spo­dzie­wano. To gigan­tyczny problem, bowiem naj­czę­ściej powta­rzane pro­po­zy­cje zakła­dały, że ter­ra­for­ma­cja Marsa zostanie dokonana poprzez pod­nie­sie­nie tam­tej­szej tem­pe­ra­tury, co z kolei dopro­wa­dzi do uwol­nie­nia dużych ilości dwu­tlenku węgla, co jeszcze pod­nie­sie tem­pe­ra­turę i zagęści atmos­ferę. Nic dziwnego, że po nie­daw­nych donie­sie­niach w śro­do­wi­sku naukowym zawrzało. Media, zdając się na eks­per­tów z NASA obwie­ściły nie­re­al­ność ter­ra­for­mo­wa­nia Marsa, zaś entu­zja­ści kosmicz­nej kolo­ni­za­cji podjęli zawziętą polemikę, próbując zła­go­dzić nie­po­ko­jące prognozy. Ja sam nie­zmien­nie pozo­staję scep­ty­kiem, toteż nie poczułem więk­szego roz­cza­ro­wa­nia czy zdzi­wie­nia. O ile mam nadzieję, że dożyję momentu odbicia ludzkiej stopy w czer­wo­nym rego­li­cie, o tyle próbę zmiany klimatu i atmos­fery Marsa zawsze uważałem za wyzwanie dla pokoleń z przy­szłej epoki technologicznej. 

Jednak zanim przej­dziemy do pro­ble­mów wysu­nię­tych w raporcie NASA – postaram się streścić naj­czę­ściej przed­sta­wiane pomysły na ujarz­mie­nie nie­go­ścin­nej planety. W ten sposób będzie nam łatwiej pojąć nie­re­al­ność ich założeń, w świetle aktu­al­nego stanu wiedzy.

Większe ciśnienie lekarstwem na wszystko

Klucza do trans­for­ma­cji Marsa w przy­tulną, lub przy­naj­mniej mniej zabójczą planetę, upa­try­wano w efekcie cie­plar­nia­nym. Zjawisko tak nie­lu­biane w ziem­skich warun­kach – spro­wa­dza­jące na nasze głowy żar, powodzie i huragany – powinno sku­tecz­nie roz­ru­szać skost­niały glob. Na pierwszy rzut oka nie powinien tu istnieć żaden kłopot. Atmos­fera naszego pla­ne­tar­nego sąsiada składa się w aż 95% pro­cen­tach z dwu­tlenku węgla, a więc popu­lar­nego gazu cie­plar­nia­nego. W naszym powie­trzu stężenie CO2 ledwo prze­kro­czyło 0,04%, co już wystar­czyło do zasiania nie­ma­łego zamętu. Sęk w tym, że choć pro­cen­towy udział dwu­tlenku węgla w mar­sjań­skiej atmos­fe­rze robi wrażenie, sama atmos­fera jako całość pozo­staje tak roz­rze­dzona, że osta­tecz­nie nie wywołuje to żadnych skutków. Zadaniem kolo­ni­za­to­rów miałoby być zatem nie tyle zwięk­sze­nie stężenia gazów cie­plar­nia­nych, co ogólne pogru­bie­nie gazowej kołdry otu­la­ją­cej Czerwony Glob. 

Oto jak pre­zen­tuje się sytuacja wyj­ściowa. Gdybyś prze­by­wał nocą w okolicy mar­sjań­skiego równika, zastał­byś mróz porów­ny­walny z antark­tycz­nymi rekor­dami. W dzień roz­mro­zi­łoby Cię sym­pa­tyczne ciepełko, jednak nie nacie­szył­byś się nim zbyt długo w związku z ciśnie­niem atmos­fe­rycz­nym nie­prze­kra­cza­ją­cym 10 hPa (hek­to­pa­skali) lub jak kto woli 10 mbar (mili­ba­rów). Dla porów­na­nia: dzi­siej­sze ciśnie­nie ziem­skiej atmos­fery w Polsce wyniosło 1016 hPa. Zatem, mar­sjań­ska otoczka gazowa nie dobija nawet do 1% gęstości dro­go­cen­nego powie­trza, którym masz szczę­ście oddychać w tym momencie.

Atmosfera Marsa

Wcale nie potrzeba nowych danych aby widzieć wyraźnie, jak prze­po­tężny wysiłek czeka ludzkość, jeśli ta pokusi się o zła­go­dze­nie mar­sjań­skich eks­tre­mów. A jest to abso­lut­nie nie­zbędne. Nie chodzi nawet o oddy­cha­nie, ponieważ przy takim składzie atmos­fery poten­cjalni miesz­kańcy i tak będą skazani na maski tlenowe. Wysokie ciśnie­nie pozwo­li­łoby jednak na pozbycie się, lub przy­naj­mniej “odchu­dze­nie” kom­bi­ne­zo­nów, zmniej­szy­łoby ogromne wahania tem­pe­ra­tur i w jakimś stopniu zwięk­szy­łoby ochronę przed szko­dli­wym pro­mie­nio­wa­niem docie­ra­ją­cym ze Słońca i z głębi kosmosu (kwestia pro­mie­nio­wa­nia pozo­staje szalenie istotna w kon­tek­ście ter­ra­for­mo­wa­nia Marsa, ale nie chciał­bym jej tutaj zgłębiać. Temat ten poru­szy­łem w innym artykule).

I jeszcze jedno. Bardzo niskie ciśnie­nie w praktyce unie­moż­li­wia ist­nie­nie wody w stanie ciekłym. Co prawda w ostatnim miesiącu sonda Mars Express ujawniła zbiornik ciekłej wody, jednak znajduje się on pod ziemią, czy raczej pod lodowcem. Na powierzchni jezioro wypa­ro­wa­łoby w ciągu godzin lub dni. A to pokrzy­żo­wa­łoby nasze ambitne plany. 

Marsjański CO2

Remedium na całe zło wydaje się więc zagęsz­cze­nie atmos­fery, przy zacho­wa­niu przewagi gazów cie­plar­nia­nych. W pewnym sensie chodzi tu o odre­stau­ro­wa­nie Marsa, bo przecież nauka posiada dowody świad­czące o ist­nie­niu na jego powierzchni wody w stanie płynnym, przed miliar­dem lat. Skoro niegdyś tam­tej­sza atmos­fera była dosta­tecz­nie okazała, a tem­pe­ra­tura odpo­wied­nio wysoka, to istnieje cień szansy na przy­wró­ce­nie dawnych warunków. A wła­ści­wie istniał, zgodnie z nie­ak­tu­al­nymi przewidywaniami.

Czapa polarna na Marsie

Do tej pory astro­no­mo­wie snuli podej­rze­nia, iż ogromne złoża CO2 pozo­stają uwię­zione w rdzawej powierzchni Marsa. Drugi wielki rezer­wuar tego gazu miały stanowić czapy polarne w oko­li­cach biegunów. Od czasów zdjęć wyko­na­nych przez wystrze­loną w 1964 roku sondę Mariner 4, uczeni żywili nadzieję, że mar­sjań­skie lodowce to po prostu suchy lód – zesta­lony w niskiej tem­pe­ra­tu­rze i ciśnie­niu dwu­tle­nek węgla. Nawet w dwóch książ­kach pocho­dzą­cych z końca lat 90., które mam teraz pod ręką, autorzy wyrażają właśnie takie prze­ko­na­nie (patrz: lite­ra­tura uzupełniająca). 

Gdyby te życzenia się ziściły, sytuacja byłaby kom­for­towa. Oczy­wi­ście ter­ra­for­mo­wa­nie wciąż sta­no­wi­łoby nie­praw­do­po­dobne wyzwanie, ale przy­naj­mniej od strony teo­re­tycz­nej posia­da­li­by­śmy pewny punkt zacze­pie­nia. Jako się rzekło, kluczem do okieł­zna­nia planety jest efekt cie­plar­niany, którego tak obawiamy się w kon­tek­ście Ziemi. Ale jak go osiągnąć w pustym, martwym i odległym świecie? Czy zwo­len­nicy budowy mar­sjań­skich osiedli mieli plan na trans­port lub wypro­du­ko­wa­nie ogrom­nych ilości gazów, które zwie­lo­krot­ni­łyby gęstość atmos­fery całej planety i pod­nio­sły tem­pe­ra­turę o kil­ka­dzie­siąt stopni? Oczy­wi­ście, że nie! Na co dzień emi­tu­jemy CO2, spalając wspól­nymi siłami kolejne tony orga­nicz­nych paliw kopal­nych – czego na obcej planecie przecież nie zrobimy. 

Optymistyczne założenia

Zgodnie z dawnymi prze­wi­dy­wa­niami, wystar­czy­łoby podgrzać wybrane sektory Marsa zaledwie o 4 stopnie. Rzecz jasna pod­nie­sie­nie tem­pe­ra­tury dużego terenu choćby o stopień nie jest łatwe, ale nie wydaje się nie­moż­liwe. Według obliczeń Roberta Zubrina (na foto­gra­fii poniżej) i Chrisa McKaya, prze­kro­cze­nie tego progu roz­po­czę­łoby efekt domino. Najpierw doszłoby do odpa­ro­wy­wa­nia CO2 z powierzchni czap polar­nych, co samo w sobie wpro­wa­dzi­łoby do powie­trza więcej gazów cie­plar­nia­nych niż jest w stanie w krótkim czasie wypro­du­ko­wać człowiek. To znów pod­krę­ci­łoby tem­pe­ra­turę, przy­śpie­szyło znikanie lodowców i w końcu zaini­cjo­wa­łoby uwol­nie­nie dwu­tlenku węgla zamknię­tego w zmar­z­nię­tym rego­li­cie. W swojej książce z 1997 roku, Zubrin teoretyzuje:

Wydzie­le­nie się dwu­tlenku węgla z całego regolitu bardzo znacząco zwięk­szy­łoby ciśnie­nie atmos­fe­ryczne, być może do wartości 30% ciśnie­nia na Ziemi, czyli do wyso­ko­ści 300 mbar (prawie 1/3 bara). Ogrzanie planety spo­wo­duje uwol­nie­nie ogrom­nych zasobów uwię­zio­nego dwu­tlenku węgla. (…) Mogłoby się wydawać, że pod­nie­sie­nie tem­pe­ra­tury na połu­dnio­wym biegunie o 4°C nie wystar­czy, by zapo­cząt­ko­wać podobną trans­for­ma­cję planety. Sytuacja jednakże przy­po­mina piramidę z jabłek usta­wioną w sklepie warzyw­nym: wystar­czy usunąć jedno jabłko z dołu, a cała kon­struk­cja runie.

Robert Zubrin, “Czas Marsa”

Gdyby te zało­że­nia okazały się słuszne, wystar­czy­łoby podgrzać choćby sam mar­sjań­ski biegun. Pod­nio­słoby to tem­pe­ra­turę tylko o kilka stopni, lecz jed­no­cze­śnie uru­cho­miło całą reakcję łań­cu­chową. Nigdy nie bra­ko­wało pomysłów na tech­niczną reali­za­cję tego celu. Mówiło się o licznych żaglach sło­necz­nych peł­nią­cych rolę kosmicz­nego lustra, mającego nakie­ro­wy­wać pro­mie­nie sło­neczne w wybrane tereny. Inną, bardziej wybu­chową kon­cep­cję przed­sta­wił kilka lat temu prezes SpaceX, Elon Musk. Według miliar­dera dobrze byłoby zbom­bar­do­wać mar­sjań­skie bieguny ładun­kami ter­mo­ją­dro­wymi. Regu­larne eks­plo­zje prze­pro­wa­dzane wysoko nad powierzch­nią planety miałyby pełnić rolę “pul­su­ją­cych Słońc”, które pozwo­li­łyby na wydo­sta­nie z gruntów CO2.

Robert Zubrin, "Czas Marsa"
Robert Zubrin uważa, że ter­ra­for­ma­cja Marsa jest możliwa.

Kiedy Czerwona Planeta stałaby się nieco mniej zabójcza niż obecnie, można by pomyśleć nad hodowlą odpo­wied­nich bakterii. Mikro­or­ga­ni­zmy mody­fi­ko­wa­łyby skład powie­trza, głównie przez wyda­la­nie jeszcze wydaj­niej­szych gazów cie­plar­nia­nych, jak metan. 

Zawsze byłem pełen podziwu do pracy Roberta Zubrina i nigdy nie uważałem go za fantastę. Szef Mars Direct popełnił bardzo szcze­gó­łowe opisy kolo­ni­za­cji obcego globu, podparte twardymi obli­cze­niami. Gdyby tylko przyjęte przez niego zało­że­nia okazały się poprawne… 

Brutalna rzeczywistość

Wszyst­kie obie­cu­jące sce­na­riu­sze, kreślone w pocie czoła przez członków Mars Direct, stanęły pod znakiem zapy­ta­nia po raz pierwszy w 2007 roku. Wtedy to euro­pej­ska misja Mars Express, prze­ana­li­zo­wała z orbity struk­turę czapy polarnej wokół bieguna połu­dnio­wego. Okazało się, iż zde­cy­do­wana więk­szość lodowców to nie zesta­lony dwu­tle­nek węgla, lecz zwykła zamar­z­nięta woda. Z jednej strony to dobrze, gdyż obecność H2O na planecie również ma swoje zalety. Z drugiej jednak odkrycie ozna­czało, że topienie lodowców nie zmieni atmos­fery tak bardzo, jak pier­wot­nie zakła­dano. Szacuje się, że odpa­ro­wa­nie suchego lodu na obu bie­gu­nach zwięk­szy­łoby ciśnie­nie do około 1,5% ciśnie­nia ziem­skiego. Zawsze coś, jednak liczy­li­śmy na znacznie więcej. 

Drugi cios nastąpił po lipcowym artykule z Nature Astro­nomy. Podstaw do niego dostar­czyły naj­śwież­sze analizy pocho­dzące z ame­ry­kań­skiej sondy MAVEN oraz wspo­mnia­nej już misji Mars Express. W oparciu o nie, autorzy publi­ka­cji – doświad­czeni badacze Układu Sło­necz­nego, Bruce Jakosky i Chri­sto­pher Edwards – podali kolejne nie­po­ko­jące liczby. Cały mar­sjań­ski regolit więzi tyle CO2 aby zwięk­szyć gęstość atmos­fery do 4%, a mar­sjań­skie minerały o kolejne 1,2%. Zesta­wia­jąc to wszystko – tj. obecny atmos­fe­ryczny CO2, ilość suchego lodu na bie­gu­nach, a także dwu­tle­nek węgla zatrzy­many w podłożu i skałach – uzy­ska­li­by­śmy na Marsie niecałe 7% gęstości ziem­skiego powie­trza. Przy­po­mnę, że w swojej książce Robert Zubrin śmiało zakładał prze­bi­cie granicy 30% ziem­skiego ciśnie­nia. Byłoby ono wciąż niskie – bo porów­ny­walne z warun­kami panu­ją­cymi na szczycie Mount Everestu – jednak nie śmier­tel­nie niskie. 

Terraformacja Marsa wymaga dużych ilości CO2

Mówiąc krótko i bru­tal­nie: Mars nie posiada zasobów dwu­tlenku węgla pozwa­la­ją­cych na zaini­cjo­wa­nie efektu cie­plar­nia­nego na skalę jakiej potrzebujemy. 

Terraformacja Marsa niemożliwa?

Jakosky i Edwards doszli do kon­klu­zji, że “ter­ra­for­mo­wa­nie Marsa nie jest możliwe przy użyciu dzi­siej­szej tech­no­lo­gii”. To zdanie, którego bez wąt­pie­nia kurczowo będą się trzymać wszyst­kie osoby z por­tre­tem Elona Muska nad łóżkiem i ilu­stra­cją Olympus Mons usta­wioną na tapecie. Rze­czy­wi­ście, trudno mówić o pełnym wyklu­cze­niu planów kolo­ni­za­cji Czer­wo­nej Planety. Wszakże dopóki nie istnieją fizyczne prawa zabra­nia­jące reali­za­cji danego celu, wszystko wydaje się wyko­nalne. Werdykt panów z NASA należy odczy­ty­wać jako nie­moż­li­wość prak­tyczną. Dotych­cza­sowe sce­na­riu­sze wzięły w łeb. Alter­na­tywy będą nato­miast wymagać tak wiele czasu, tak wiele energii i tak zło­żo­nych tech­no­lo­gii – na jakie ludzkość nie jest i przez długi czas nie będzie gotowa.

Chcemy odpo­wie­dzieć na pytanie, czy jest możliwe wydo­by­cie gazów obecnych na Marsie, wypusz­cze­nie ich do atmos­fery i w efekcie zwięk­sze­nie ciśnie­nia oraz tem­pe­ra­tury, tak aby rośliny lub ludzie mogli prze­trwać na powierzchni? Pytamy, czy można to osiągnąć, biorąc pod uwagę reali­styczne szacunki dostęp­nych sub­stan­cji lotnych, bez korzy­sta­nia z nowych tech­no­lo­gii, które wykra­czają daleko poza dzi­siej­sze moż­li­wo­ści. (…) Wyniki sugerują, że nie ma na Marsie wystar­cza­ją­cej ilości CO2, aby zapewnić znaczne ocie­ple­nia i umieścić gazy w atmos­fe­rze; ponadto więk­szość CO2 w tych zbior­ni­kach nie jest dostępna i nie można ich łatwo wykorzystać.

Bruce Jakosky, Chri­sto­pher Edwards

Typowy maruda mógłby stwier­dzić, że przecież nawet nie prze­pro­wa­dzi­li­śmy jeszcze zało­go­wej wyprawy na inną planetę, więc bez względu na bogactwo CO2, i tak nie doży­li­by­śmy epoki ter­ra­for­mo­wa­nia Marsa. Zapewne miałby on rację. Jednak zwłoka jakiej dopusz­czamy się wobec lotu na Marsa, wynika wyłącz­nie z przyczyn eko­no­micz­nych i braku odpo­wied­nich impulsów. Nie istnieją żadne tech­niczne ogra­ni­cze­nia i gdyby taka wyprawa była tylko opła­calna, to człowiek praw­do­po­dob­nie już jutro mógłby oso­bi­ście podzi­wiać kaniony Valles Mari­ne­ris. Jednakże, tak czy inaczej, w końcu odwie­dzimy Czerwony Glob, niemal na pewno jeszcze w tym pokoleniu.

Mars, daj się terraformować!

Prze­kre­śle­nie planów ter­ra­for­mo­wa­nia autor­stwa Zubrina, Muska i innych kosmicz­nych opty­mi­stów, oznacza prze­su­nię­cie idei kolo­ni­za­cji Marsa w daleką, bliżej nie­okre­śloną przy­szłość. Dotych­cza­sowe sce­na­riu­sze dawały ilu­zo­ryczną szansę na to, że nasze prawnuki roz­poczną dłu­go­fa­lowy projekt dosto­so­wa­nia obcej planety do swoich potrzeb. Brak wystar­cza­ją­cych zapasów dwu­tlenku węgla na miejscu, przy­pusz­czal­nie zmusi ludzkość do prób samo­dziel­nego wytwo­rze­nia sztucz­nej atmos­fery, przy wyko­rzy­sta­niu środków, wiedzy i tech­no­lo­gii, którą dopiero zdo­bę­dziemy. Może to nastąpić za sto, dwieście lub pięćset lat. 

A może jeszcze później. A może nie? Może będziemy świad­kami nagłego przełomu, który uczyni wizję przy­ja­znego Marsa realną, już w XXII stuleciu? 

Literatura uzupełniająca:
B. Jakosky, C. Edwards , Inventory of CO2 available for terraforming Mars, “Nature Astronomy” vol. 2, 2018;
Mars polar cap mystery solved, [online: www.esa.int/Our_Activities/Space_Science/Mars_Express/Mars_polar_cap_mystery_solved];
T. Leopold, Elon Musk’s new idea: Nuke Mars, [online: edition.cnn.com/2015/09/11/us/elon-musk-mars-nuclear-bomb-colbert-feat/index.html];
J. Małecki, Lodowa Czerwona Planeta – kosmiczne lodowce na Marsie, [online: glacjoblogia.wordpress.com/2014/03/10/lodowa-czerwona-planeta-kosmiczne-lodowce-na-marsie];
R. Zubrin, R. Wagner, Czas Marsa. Dlaczego i w jaki sposób musimy skolonizować Czerwoną Planetę, przeł. L. Kallas, Warszawa 1997;
H. McSween, Od gwiezdnego pyłu do planet. Geologiczna podróż przez Układ Słoneczny, przeł. A. Pilski, Warszawa 1996.
Total
287
Shares
Inne teksty
Czytaj dalej

Kościół Galaktyczny

W Waty­kań­skim Obser­wa­to­rium Astro­no­micz­nym działa ciągle nowo­cze­sny teleskop VATT, na sympozja do Stolicy Pio­tro­wej zaprasza się zna­mie­ni­tych naukow­ców,…