Магнитный щит для Марса: сработает ли идея NASA по терраформированию красной планеты?
Марс как возможное место существования жизни вне Земли, пожалуй, привлекает наибольшее внимание среди всех небесных тел. Этому способствовало и открытие каналов на Марсе в конце ХIХ века, и последующая «реклама» многих писателей-фантастов, а позднее, со второй половины ХХ века, и научные данные об условиях на поверхности этой планеты. Конечно, никаких, описывавшихся в фантастических романах, построек или растений, найдено не было, но даже научные данные показывают: по сравнению с Луной или Венерой Марс — «очень даже ничего».
Что мы имеем на поверхности Венеры? Температура около 500°C, давление около 100 атм, спускаемые аппараты со специальный защитой в такой среде живут не более нескольких десятков минут. На Луне: атмосфера отсутствует, из-за этого температура на дневной поверхности — плюс 100-150°C, во время двухнедельной ночи — столько же со знаком минус. Чтобы пережить такую ночь, нужны атомные источник энергии для подогрева (так называемый РИТЭГ — радиоизотопный термоэлектрический генератор).
Но вернемся к Марсу. На Марсе — пусть слабенькая, но атмосфера, хоть как-то защищающая от радиации и стабилизирующая температуру. Летом и на солнце может быть более +20°C, зимой — до -140°C, но можно найти места с минимальной температурой и повыше. В результате одна из сложнейших проблем космической техники — терморегулирование — снимается почти полностью, ведь в Антарктиде без каких-либо скафандров люди выдерживают до -80°C.
Главное же, что внушает оптимизм в смысле возможности длительного существования на Марсе, — наличие воды (льда) в очень больших количествах. Вода — это главный расходуемый ресурс при полетах человека в космос. С помощью электричества из воды можно получить кислород, нужный для дыхания, и водород, используемый как топливо.
Главная опасность для человека — космическая радиация. Рельеф и грунт на Марсе вполне позволяют зарыться на несколько метров и таким образом защититься от нее, хотя на поверхности надолго появляться не рекомендуется. В сумме – при желании на Марсе можно относительно неплохо устроиться по сравнению с другими внеземными вариантами.
А чем может быть интересен Марс? По одной из гипотез, в первые несколько сотен миллионов лет своего существования Марс обладал более развитой атмосферой, а значит был, скорее всего, более теплым и на нем тоже могла появиться жизнь. Правда, вряд ли она бы успела развиться до чего-то более или менее заметного: на Земле, например, первые несколько миллиардов лет существовали только самые примитивные одноклеточные. В современных условиях можно ожидать найти либо окаменелости, либо, если очень повезет, чудом выжившие отдельные колонии опять же одноклеточных организмов. Открытие внеземной жизни и ее сравнение с земным вариантом даст науке информацию о механизмах эволюции, значение которой переоценить невозможно, — это будет настоящий прорыв в понимании места и роли нашей цивилизации в космосе. Например, сразу можно будет проверить гипотезы о заселении Земли с Марса или наоборот. А вдруг марсианская жизнь будет вовсе не на белковой или аминокислотной основе?..
По совокупности всех причин Марс и притягивает наше особое внимание, даже сейчас, когда мы точно знаем, что писатели-фантасты были не правы. Например, число космических проектов по исследованию Марса сейчас больше, чем спутников, запускаемых к Луне. На горизонте и полет человека на Марс, ставший одним из основных маяков, к которым стремится человечество в космосе.
К сожалению, это сделать гораздо сложнее, чем слетать на Луну. От повторения американской высадки на Луну человечество удерживает только финансовый вопрос, технически это вполне в пределах досягаемости. Для полета же на Марс надо вывести на орбиту на порядок большую массу, чем для полета на Луну, — несколько сотен тонн. Это связано с тем, что для разгона и торможения у Марса, и для возврата нужно гораздо больше топлива. Есть и проблемы с надежностью. При полете на Луну космический корабль не выходит из пределов зоны притяжения Земли, и, случись что не так, вернуться обратно почти всегда возможно. При полете по межпланетной траектории все строго наоборот, один неверный маневр и «давай, до свидания». В сумме, при нынешнем развитии цивилизации возможен только разовый полет «на недельку» и то лет через двадцать, а многие специалисты считают, что и это недостижимо — надо ждать «фотонных двигателей» или «подпространственных туннелей».
Ввиду вышеизложенного, все, о чем пойдет речь ниже — чистой воды научная фантастика, но всё-таки научная. Итак, предлагается посмотреть на Марс как на вторую планету для нашей цивилизации. Можно отселить туда добровольцев или обустроить ее «про запас», на случай какой-нибудь космической катастрофы с Землей (главное только, чтобы при этом Марс не «зацепило»!). Хотя Илон Маск и обещает отправлять людей на Марс тысячами, представляется все-таки, что это больше рекламный ход, так что рассмотрим более реалистичные варианты. Тут и возникает идея терраформирования.
Терраформирование нужно, чтобы земные колонисты встретили на планете более подходящие условия жизни. Этот термин впервые появился в научной фантастике и означает создание на каком-либо небесном теле среды, похожей на земную. Вариантов много: от каких-то куполов на поверхности до изменения всего климата и ландшафта планеты. Предлагается воздействовать на Марс так, чтобы атмосфера стала плотнее, радиация уменьшилась, а температурные перепады вошли в земную норму. Простейший способ — растопить углекислоту в полярных шапках, тогда атмосфера «раздуется» и потеплеет из-за парникового эффекта. Дальнейшее развитие событий зависит только от нашего воображения: растает и водяной лед, наполнятся океаны и потекут реки, а расплодившаяся флора начнет перерабатывать углекислоту в кислород.
Вопрос в другом — хватит ли «сил» на раскрутку такого сценария? Вообще говоря, региональное воздействие на климат земная цивилизация освоила довольно давно и обычно — с негативными последствиями. В античные времена вырубка лесов в Сахаре привела к опустыниванию, а сегодня огромные водохранилища и мегаполисы вызывают вполне заметное локальное потепление.
Но в планетарном масштабе, конечно, это невозможно, у человечества просто не хватит энергии на управление процессом (причем «не хватит» с оглушительным разрывом). Итак, в лучшем случае, можно рассчитывать только на толчок, после которого события будут развиваться сами по себе, будем надеяться, в предсказанном и нужном нам направлении.
Предлагали, например, «покрасить» марсианские полярные шапки в черный цвет, чтобы они больше впитывали солнечного тепла и лучше нагревались. Другой способ — запустить в атмосферу искусственные парниковые газы (простейший из них — метан), получаемые либо с помощью химических фабрик, либо от специально разведенных колоний бактерий. Более радикальный способ — взорвать термоядерную бомбу.
Основная концептуальная проблема, однако, даже не в том, как «толкнуть», а в том, что у нас нет никаких гарантий, что процесс пойдет дальше правильным путем. На Земле объединенная система «атмосфера-гидросфера-биосфера», от которой зависит климат, настолько сложна, что ее реалистичное моделирование не представляется возможным. Имеется огромное количество малых взаимодействующих факторов, каждый из которых слишком мал сам по себе, но изменение любого может привести к радикальным последствиям (есть даже такой термин — «эффект бабочки», возникший по аналогии с известным рассказом Рея Бредбери). Венера — тому пример. Представляется, что на ее поверхности не должно быть сильно жарче, чем на Земле, однако неконтролируемый парниковый эффект разогрел ее до 500°C и возврат назад стал практически не возможен.
Подумаем, как организовать процесс наиболее естественным путем, без атомной бомбы. Вот здесь и появляются на сцене коллеги из НАСА. Кстати, замечу, что автор идеи Джим Грин — один из научных чиновников НАСА, и это его личная идея, а вовсе не официальное мнение администрации. Если у планеты нет магнитного поля (Марс — именно такой случай), то солнечный ветер — поток плазмы, летящий от Солнца, — «сдувает» верхние слои атмосферы, делая ее слабее. Считается, что именно так потерял свою атмосферу Марс (есть некоторые возражения против такой теории, но сейчас мы не будем её оспаривать). Предлагается защитить Марс магнитным полем наподобие земного, тогда солнечный ветер будет обтекать Марс на расстоянии и атмосфера не будет эродировать. А поскольку поверхность планеты (горные породы, льды) «немного газит», она начнет постепенно расти, что нам и нужно.
Создание магнитного поля на самой планете, очевидно, выглядит достаточно затруднительной затеей: надо опутать всю планету проводами. Поэтому предложено разместить источник магнитного поля перед планетой в потоке солнечного ветра. Есть такая условная точка (точка либрации) на прямой, соединяющей планету и Солнце, где воздействие всех гравитационных сил сравнивается и космический аппарат как бы зависает (при минимальных затратах топлива), не уходя ни на межпланетную траекторию, ни на орбиту вокруг планеты. В околоземных точках либрации сейчас находятся несколько спутников, наблюдающих за солнечным ветром и несколько астрономических телескопов, так что эта часть проблемы вполне освоена. Магнитное поле, «надутое» немного «выше по течению» перед Марсом, как бы накроет планету.
К сожалению, проблем в этой идее видно сразу же больше, чем преимуществ. Во-первых, важна не величина магнитного поля сама по себе, но и размер зоны, занимаемый полем, у планет эта зона называется магнитосферой. Чтобы создать магнитное поле, равное земному, в одной точке достаточно и школьного магнита, но чтобы создать магнитосферу Земли, нужно что-то гораздо большее. Физическая характеристика, определяющая размер магнитосферы, называется магнитным моментом. Он равен силе тока в витке провода, умноженной на площадь витка. У Земли она равна почти десять в 23-й степени Ампер на кв.м. Предлагаю каждому, владеющему элементарной геометрией и законом Ома, посчитать какой провод и какой ток будут нужны, чтобы воспроизвести магнитосферу. Остальным сообщим, что это совершенно недостижимо — от слова «совсем».
Во-вторых, и потери атмосферы под воздействием солнечного ветра, и ее восстановление естественным путем — это процессы, протекающие на «геологических» временах в миллионы и миллиарды лет. Нам это точно не подойдет, а никаких оснований ожидать «экспресс-обслуживания» нет.
В целом, это сообщение НАСА — скорее тщательно просчитанная пиар-акция, в деталях средний гражданин разбираться не будет, а невольное уважению к величию НАСА останется. Что же до существа вопроса, то для того, чтобы начать терраформирование Марса, уж точно придется подождать до появления «фотонных двигателей» или «подпространственных туннелей». Мое мнение — в то время Марс нам будет уже не слишком интересен, разве что в смысле ностальгического тура на родину Аэлиты.