Руководство по терраформированию. Часть вторая: внешняя Солнечная система

Часть первая: внутренняя Солнечная система

За пределами внутренней Солнечной системы есть несколько мест, которые хорошо подойдут для задач терраформирования. Возле Юпитера и Сатурна есть несколько лун приличных размеров — некоторые из которых побольше Меркурия — изобилующих водой в форме льда (и в некоторых случаях даже подводными океанами).

В то же время многие из этих лун содержат множество других необходимых ингредиентов для функционирования экосистем, вроде замороженных летучих веществ — аммиака и метана. По этой причине и в рамках нашего непрекращающегося желания освоить дальние уголки Солнечной системы, многие предлагают направить на эти спутники исследовательские станции, отстроить базы. Некоторые планы включают возможное терраформирование, чтобы сделать их пригодными для проживания в долгосрочной перспективе.

Спутники Юпитера

Крупнейшие спутники Юпитера, Ио, Европа, Ганимед и Каллисто — известные также как галилеевы в честь своего первооткрывателя (Галилео Галилея) — давно являются предметом научного интереса. Десятилетиями ученые обсуждают возможное существование подземных океанов на Европе, основываясь на теориях о приливном нагреве планеты (вследствие эксцентричной орбиты и орбитального резонанса с другими лунами).

Анализ изображений, полученных «Вояджером-1» и зондом «Галилей», добавил веса этой теории, показав регионы, которые, казалось, расплавил подземный океан. Более того, наличие тепловодного океана также привело к обсуждению возможности существования жизни под ледяной корой Европы — возможно, рядом с гидротермальными источниками на границе ядра и мантии.

Из-за потенциала обитаемости Европу также называют возможным местом для терраформирования. Если поднять температуру поверхности и расплавить лед на поверхности, вся планета может стать сплошным океаном. Сублимация льдов, которая выпустит водный лед и летучие газы, может стать предметом электролиза (который произведет тонкую атмосферу из кислорода).

Однако у Европы нет собственной магнитосферы, и она лежит в пределах действия мощного магнитного поля Юпитера. В результате этого поверхность подвергается мощному облучению — 540 бэр излучения ежедневно (сравните это с 0,0030 бэра в год на Земле) — и любая созданная атмосфера будет сдута напрочь Юпитером, поэтому придется сначала создать радиационный щит, который мог бы отражать большую часть радиации.

Еще есть Ганимед, третья по удаленности галилеева луна Юпитера. Подобно Европе, Ганимед обладает мощным потенциалом для терраформирования и представляет множество преимуществ. С одной стороны, это самый большой спутник в нашей Солнечной системе, больше нашей Луны и даже больше Меркурия. Кроме того, он обладает большими запасами водяного льда и, как полагают, имеет внутренний океан, а также собственную магнитосферу.

Следовательно, если увеличить температуру поверхности и сублимировать лед, атмосфера Ганимеда уплотнится. Как и Европа, он тоже станет планетой с океаном, и его собственная магнитосфера позволит удерживать атмосферу. Однако магнитное поле Юпитера по-прежнему оказывает сильное влияние на планету, а значит потребуется радиационная защита.

Наконец, есть Каллисто, четвертый по удаленности галилеев спутник. На нем тоже много воды, льда, летучих веществ, возможно существование подземного океана и даже жизни. Но в случае с Каллисто есть бонус — спутник лежит за пределами магнитного поля Юпитера, что уменьшает угрозу радиации и потери атмосферы.

Процесс начнется с нагрева поверхности, что сублимирует водные льды и запасы замороженного аммиака на Каллисто. Электролиз этих океанов приведет к образованию богатой кислородом атмосферы, а аммиак может быть преобразован в азот, который выступит в качестве буферного газа. Однако, учитывая объемы льдов Каллисто, нагрев будет означать потерю существенной массы Каллисто — возможно, у спутника не будет континентов. Получится планета-океан, на которой разве что строить плавучие города или массивные колониальные корабли.

Спутники Сатурна

Как и спутники Юпитера, спутники Сатурна представляют возможности для терраформирования. Опять же, из-за наличия водяного льда, внутренних океанов и летучих элементов. Титан, крупнейший спутник Сатурна, также изобилует метаном в жидкой форме (в форме метановых озер в северном регионе) и в газообразной — в атмосфере. Гигантские запасы аммиака предполагаются в наличии под ледяной поверхностью.

Титан — единственный природный спутник, обладающий плотной атмосферой (в полтора раза превышающей в давлении земную), и единственное тело за пределами Земли, атмосфера которого богата азотом. Толстая атмосфера означает, что было бы куда проще стабилизировать давление для жизни на этой планете (для удобства назовем Титан так — нам ведь его терраформировать). Кроме того, ученые считают, что эта атмосфера богата органической химией — то есть похожа на атмосферу ранней Земли (только значительно холоднее).

Таким образом, превращение ее в нечто землеподобное вполне реально. Сначала повысим температуру поверхности. Поскольку Титан очень далек от Солнца и уже богат парниковыми газами, сделать это можно будет только с помощью орбитальных зеркал. Льды на поверхности сублимируют, выпустят подземный аммиак, что приведет к еще большему нагреву.

Следующим шагом будет преобразование атмосферы в нечто пригодное для дыхания. Как уже отмечалось, атмосфера Титана богата азотом, что устраняет необходимость ввода буферных газов. А с доступностью воды кислород можно будет ввести через электролиз. В то же время придется поглотить метан и другие углеводороды, чтобы не дать им смешаться с кислородом во взрывоопасную смесь.

Но учитывая плотную и многослойную природу льда Титана, на который приходится половина массы тела, спутник будет больше похож на планету-океан — без континентов, суши, на которой можно строить. Так что, опять же, любая жизнь разместится на плавучих платформах или на крупных кораблях.

Энцелад. Благодаря недавнему обнаружению подземных океанов на этом спутнике, он представляет собой вполне перспективный вариант. Анализ извержений в южном полярном регионе космическим зондом «Кассини» также показал присутствие органических молекул. Таким образом, терраформирование Энцелада будет похоже на терраформирование Европы и образует похожую луну-океан.

Опять же, вероятно, придется включать орбитальные зеркала, учитывая расстояние Энцелада от нашего Солнца. После того как лед начнет сублимировать, электролиз будет вырабатывать газообразный кислород. Будет выпущен аммиак в подповерхностном океане, который поможет поднять температуру и послужит источником азота.

Экзопланеты

Хорошо. Забыли про Солнечную систему. Внесолнечные планеты (экзопланеты) тоже являются потенциальными местами для терраформирования. Из 1941 подтвержденной обнаруженной экзопланеты на текущий момент, среди них были обнаружены и планеты земного типа. Это землеподобные планеты, обладающие атмосферой и, как и Земля, располагающиеся в области возле звезды, в которой средняя температура поверхности позволяет существовать жидкой воде (та самая потенциально обитаемая зона — зона Златовласки).

Первая такая планета, подтвержденная «Кеплером», которая располагается в потенциально обитаемой зоне звезды, это Kepler-22b. Планета находится в 600 световых годах от Земли в созвездии Лебедя, впервые ее наблюдали 12 мая 2009 года, а после подтвердили 5 декабря 2011 года. Основываясь на всех полученных данных, ученые считают, что этот мир в 2,4 раза больше Земли, а также, вероятно, покрыт океанами и имеет жидкую или газообразную внешнюю оболочку.

Кроме того, существуют звездные системы с несколькими планетами «земного типа» в зоне Златовласки. К примеру, Gliese 581 — красная карликовая звезда, расположенная в 20,22 светового года от Земли в созвездии Весов. В этой системе подтверждено существование трех планет и предполагается наличие еще двух, две из которых должны быть в обитаемой зоне. Это планета Gliese 581 d и возможная Gliese 581 g.

Тау Кита — другой пример. Это звезда G-класса, расположенная в 12 световых годах от Земли, в созвездии Кита, рядом с которой предполагается наличие пяти планет. Две из них — суперземли, которые должны быть в потенциально обитаемой зоне звезды, Tau Ceti e и Tau Ceti f. Но Tau Ceti e может быть слишком близко к звезде, поэтому на ее поверхности могут быть условия Венеры.

Во всех случаях терраформирование атмосфер этих планет будет, вероятнее всего, включать те же методы, что и терраформирование Венеры и Марса, в той или иной степени. Для тех планет, что расположены на внешней границе своих обитаемых зон, терраформирование может быть проведено за счет введения парниковых газов или покрытия поверхности материалом с низким альбедо, чтобы вызвать глобальное потепление. Для планет поближе понадобятся тени и методы поглощения углерода, которые понизят температуры до той точки, когда планета перестанет быть недружелюбной.

Возможные выгоды

Решая вопрос терраформирования, мы неизбежно приходим к другому вопросу: зачем нам это делать? Учитывая расходы на ресурсы, временные затраты и другие проблемы, которые возникают естественным образом, какие причины должны поощрять нас заниматься терраформированием? Как мы упоминали ранее, эти причины уже озвучил Маск: в первую очередь, это «резервное копирование», которое позволит спасти человечество от катаклизма.

Если убрать в сторону перспективу ядерной катастрофы, есть также вероятность того, что жизнь в определенных частях нашей планеты станет невозможной лет через сто. Как сообщила NOAA в марте 2015 года, уровень углекислого газа в атмосфере в настоящее время превысил 400 частей на миллион (ppm) — такого уровня мир не видел со времени плиоцена, когда глобальная температура и уровень моря были значительно выше.

В ряде сценариев, рассчитанных NASA, эта тенденция сохранится до 2100 года и вызовет серьезные последствия. В одном сценарии выбросы двуокиси углерода будут стремиться к 550 ppm к концу века, что вызовет рост температуры на 2,5 градуса. Во втором сценарии выбросы диоксида углерода вырастут до 800 ppm, а температура — на 4,5 градуса. Во втором случае жизнь станет невозможной во многих частях нашей планеты.

Очевидно, может оказаться необходимым создание долгосрочного дома для человечества на Марсе, Луне, Венере или где-то еще в Солнечной системе. Помимо поиска мест для разработки ресурсов, культивации пищи и спасения нас от перенаселения, колонии на других мирах могут играть важную роль для долгосрочного выживания человечества как вида.

Есть также мнение, что человечество уже хорошо разбирается в изменении планетарной среды. На протяжении многих веков зависимость человечества от промышленного оборудования, угля и ископаемого топлива оказала вполне ощутимый эффект на Землю. И если парниковый эффект мы вызвали совершенно непреднамеренно, наш опыт и знания о его создании на Земле могут сослужить хорошую службу на планетах, на которых придется искусственным путем поднимать температуру поверхности.

Кроме того, работа со средой, в которой присутствует нарастающий парниковый эффект — с Венерой например, — может углубить наши знания о том, как бороться с ним на Земле. Будь то использование экстремальных бактерий, ввод новых газов или минеральных элементов для поглощения углерода, проверка этих методов на Венере может помочь нам в битве с изменением климата дома.

Кроме того, схожесть Марса с Землей — хорошая причина для его терраформирования. Когда-то Марс в сущности напоминал Землю, пока его атмосферу не унесло прочь и он не потерял практически всю жидкую воду на поверхности. Чтобы вернуть его былую влажную и теплую славу, потребуется приложить титанические усилия. То же самое можно сказать про Венеру, если мы попытаемся обернуть ее нарастающий парниковый эффект вспять и вернуть ее во времена, когда она была (а может, и не была) похожей на Землю.

Есть также мнение, что колонизация Солнечной системы может привести к эпохе «постдефицита». Если человечество построит базы на астероидах и других мирах, начнет разрабатывать пояс астероида и добывать ресурсы во внешней Солнечной системе, мы получим достаточно минералов, газов, энергии и воды, чтобы их хватило надолго. Они также могут вызвать существенное ускорение развития человечества; обеспечат нам скачки и прорывы в технологическом и социальном прогрессе.

Возможные проблемы

И вот, когда мы почти все разобрали — где, что, кого, — появляется список проблем, каждая из которых может нам помешать:

• Это невозможно с нынешними технологиями
• Потребуется существенное вложение ресурсов
• Мы решаем одну проблему, чтобы создать другую
• Инвестиции будут долго окупаться, если вообще окупятся
• Понадобится очень, ОЧЕНЬ много времени

Видите ли, все возможные идеи терраформирования Венеры и Марса включают инфраструктуру, которой пока не существует и которую будет очень дорого создать. Например, концепция орбитальной тени, которая могла бы охладить Венеру, требует строительства структуры в четыре диаметра самой Венеры (если расположить ее в точке Лагранжа L1). Это мегатонны материала, которые придется собирать на месте.

В противоположность этому, увеличение скорости вращения Венеры потребует на много порядков больше энергии, чем строительство солнечных зеркал на орбите. Как и с удалением атмосферы Венеры, этот процесс потребует значительное число ударов комет, которые придется тащить из внешней Солнечной системы — в основном из пояса Койпера.

Для этого потребуется большой флот космических кораблей, которые будут перевозить эти ударные тела, и эти корабли придется оснастить передовыми двигателями, чтобы путешествие не занимало вечность. В настоящее время не существует двигательных систем такого класса, а современные методы — от ионных двигателей до химических ракет — не являются ни быстрыми, ни экономически целесообразными.

Для иллюстрации: миссии «Новые горизонты» NASA потребовалось более 11 лет, чтобы осуществить исторически важное путешествие к Плутону в поясе Койпера, используя обычные ракеты и гравитационный маневр. В то же время миссия Dawn, которая полагалась на ионное движение, за четыре года достигла Весты в поясе астероидов. Ни один из этих методов не подойдет для многоразовых поездок в поясе Койпера ради добычи ледяных комет и астероидов, а до нужных кораблей нам еще далеко.

Близость Луны делает ее привлекательным вариантом для терраформирования. Но опять же, необходимые ресурсы — среди которых будет пара сотен комет — придется импортировать из внешней Солнечной системы. И если ресурсы для паратерраформирования Меркурия можно добыть на месте или принести с Земли, для этого все равно потребуется флот кораблей и роботов-строителей, которых мы пока не знаем.

У внешней Солнечной системы похожие проблемы. Чтобы начать терраформировать эти луны, нам нужна инфраструктура между нами и ними, а именно базы на Луне, на Марсе и в поясе астероидов. На них мы сможем заправлять корабли по мере транспортировки материалов в системы Юпитера и Сатурна, а также добывать ресурсы.

Очевидно, на нашей планете появится и умрет много поколений, прежде чем все это будет построено. Отсюда можно сделать вывод, что любые попытки терраформировать внешнюю Солнечную систему следует предпринимать после эффективной колонизации внутренней Солнечной системы. И терраформирование внутренней Солнечной системы не станет возможно, пока человечество не обзаведется множеством космических тягачей, которые будут отличаться завидной, ко всему прочему, скоростью.

Необходимость радиационных щитов также представляет собой проблему. Размер и стоимость изготовления щитов, которые могли бы отразить магнитное поле Юпитера, будут астрономическими. И в то время как ресурсы можно добыть на близлежащем поясе астероидов, их транспортировка и сборка в космосе возле спутников, опять же, потребует множества кораблей и роботов-рабочих. И опять же, потребуется обширная инфраструктура между Землей и Юпитером, чтобы все это работало.

Кстати, о проблемах. Которые могут возникнуть в процессе терраформирования. Возможно, преобразование спутников Юпитера и Сатурна в миры-океаны может быть бессмысленным, поскольку объем жидкой воды будет занимать крупную долю общего радиуса луны. В сочетании с низкой гравитацией у поверхности, высокими орбитальными скоростями и приливными эффектами родительских планет, жидкая вода родит относительно высокие волны на поверхности. Спутники могут стать совершенно нестабильными после терраформирования.

Есть также ряд вопросов об этике терраформирования. Обычно вопрос изменения одних планет, чтобы сделать их более пригодными для человека, рождает другой вопрос, вполне естественный: что будет со всеми формами жизни, которые уже живут там? Если Марс и другие тела Солнечной системы обладают коренной микробиологической (или более сложной) жизнью, о чем думают многие ученые, изменение их экологии может повлиять или даже уничтожить эти жизнеформы. Будущие колонисты и планетарные инженеры будут творить геноцид.

Еще один аргумент против терраформирования заключается в том, что любые попытки изменить экологию другой планеты не представляют каких-либо немедленных выгод. Учитывая связанные с ним затраты, каким должен быть стимул, чтобы потратить столько времени, ресурсов и энергии на такой проект? Хотя идея использования ресурсов Солнечной системы имеет смысл в долгосрочной перспективе, краткосрочные выгоды гораздо менее очевидны и ощутимы.

Не будем забывать, что добытые на других мирах ресурсы не имеют экономической ценности, когда вы можете добывать их дома гораздо дешевле. Недвижимость может быть основой экономической модели, только если эта недвижимость кому-то нужна. Проект Mars One показал нам, что хотя уже есть довольно много людей, готовых отправиться в один конец на Марс и превратить Красную планету в дивный, новый мир, землю которого впоследствии люди будут хотеть приобрести, эта инициатива сперва потребует серьезных достижений в технологиях, терраформирования или всего сразу.

Несложно заметить, что Марс, Венера, Луна и все другое в Солнечной системы попытается убить известную нам жизнь при первой возможности. Даже вооружившись необходимыми инструментами и ресурсами, люди, пожелавшие стать «первой волной» колонизаторов других планет, столкнутся с серьезными препятствиями. И так будет сотни или тысячи лет. Нравится вам это или нет, терраформирование — это медленная, тяжелая работа, адский, черный труд.

Терра инкогнита

Итак… рассмотрев все места, которые могут колонизировать и терраформировать люди, мы приходим к логичному вопросу: что должно подтолкнуть нас к этому? Зачем нам это делать? Если предположить, что на кону не наше выживание, какие возможные стимулы будут у человечества, чтобы стать межпланетным (или межзвездным) видом?

Возможно, никаких. Подобно тому, как астронавтов посылают на Луну, люди отправляются в небо и взбираются на самые высокие горы Земли, колонизация других планет может стать просто чем-то, что мы можем, что хотим сделать. Почему? Потому что мы можем. Когда-то в прошлом эта причина была достаточно веской и, вероятно, снова станет таковой в не слишком отдаленном будущем.

Это не должно никоим образом удерживать нас от рассмотрения этических последствий, стоимости мероприятия или соотношения цены с качеством. Но со временем мы могли бы обнаружить, что у нас просто нет выбора. Земля становится слишком многолюдной.