Возможно ли жить на марсе

Четвертая планета Солнечной системы в два раза меньше Земли по радиусу, зато по площади равна всем земным континентам, вместе взятым (благо там нет океанов), плюс в 2008 году исследовательский зонд NASA обнаружил там воду (в виде льда). Неудивительно, что возникает соблазн заселить планету, и буквально в июле 2019 года ракетные двигатели для полета туда впервые смогли поднять в воздух Starhopper, прототип, который через несколько лет превратится в Starship — ракету и корабль, созданные специально для полетов к Марсу. Благодаря полной многоразовости Starship (более ста использований) стоимость полетов до Марса должна будет резко упасть.

При этом среднегодовая температура на Марсе -63 градуса Цельсия, примерно как на антарктической станции «Восток». Так холодно там потому, что его атмосфера в 150 раз разреженнее земной. При такой тонкой газовой оболочке парниковый эффект очень слабый, отчего и холода. Проблему можно решить, если приблизить климатические условия на Марсе к земному климату — этот процесс называют терраформированием. В случае с Марсом для этого нужно каким-то образом резко нагреть поверхность планеты, которая даже в лучшие годы находится в 56 миллионах километров отсюда.

Ученые довольно упорно бьются над этой проблемой, и вот недавно, летом 2019 года, был представлен необычный способ сделать Красную планету обитаемой — для начала, хотя бы частично. Оказалось, что прозрачный купол из экзотического гелевого материала толщиной всего пару сантиметров так сильно согревает земную имитацию марсианского грунта при скудном местном освещении, что тот способен поддерживать растительную жизнь без дополнительного подогрева. И это настоящая сенсация. Рассказываем, что вообще можно сделать для того, чтобы через энное количество лет люди гуляли по марсианским полям и любовались сразу двумя лунами.

Купола из аэрогеля: парники 80-го уровня, открытые учеными месяц назад

Обратимся сразу к самому свежему открытию. В июле 2019 года группа ученых провела простые лабораторные эксперименты, в ходе которых поместили аналог марсианского грунта в камеру с разреженной атмосферой и марсианской температурой. Затем на купола светили лампами, дающими 150 ватт энергии на квадратный метр — ровно столько, сколько Солнце в среднем дает поверхности Марса.

Выяснилось удивительное: без малейшего внешнего подогрева поверхность марсианского грунта, накрытая сверху гелевым куполом, прогрелась чуть выше нуля градусов. Купол толщиной всего два сантиметра хорошо пропускает видимый свет, нагревая им почву, но очень плохо пропускает ультрафиолет, инфракрасное излучение и тепло. Сырья для его производства (обычный песок) на Марсе, как и на Земле, более чем достаточно.

Подогрев грунта на 65 градусов простым прозрачным куполом выглядит чудом, ведь снизу у грунта особой теплоизоляции нет и часть тепла все же уходит в стороны. То есть это как накрыть промерзшую землю хитро устроенной клеенкой — а дальше все происходит само. Но никакого особого чуда здесь нет. Аэрогели были открыты в 1931 году, и, по сути, это обычный спиртовой гель, из которого нагревом испарили весь спирт, оставив сеть наполненных воздухом каналов. Его теплоизоляционные свойства при одинаковой толщине до 7,5 раза выше, чем у пенопласта или минваты, при этом он практически прозрачен. Условное жилище из него и на Земле, будучи полностью прозрачным, не требовало бы отопления, кроме как во время долгой полярной ночи.

Интересно, что на самом деле этот материал на Марсе уже испытан: американские марсоходы используют аэрогель, чтобы их внутренние приборы не переохладились за время марсианской ночи, когда температура может упасть до -90 градусов.

Исследователи, предложившие такие купола как способ однажды переехать на Марс, отмечают: аэрогелевые купола легко переносить на большие расстояния. Более того, опыты в земных лабораториях уже показали, что на аналоге марсианского грунта вполне растут даже томаты , была бы нормальная температура. Воды для них тоже много тратить не придется: из-под купола испаряться ей некуда, то есть даже небольшое ее количество будет постоянно потребляться растениями «по кругу». Кстати, чтобы подтвердить эти предложения, авторы планируют перенести опыты в Антарктиду — сухие долины Мак-Мердо, по климату и безводности предельно близкие к Марсу.

Маск прав: Марс действительно можно побомбить — и возможно, с пользой (но не факт)

Наиболее радикальный путь решения проблемы, как это часто бывает, предложил Илон Маск: разбомбить полюса Марса термоядерными бомбами. Взрывы должны испарить углекислый газ, который составляет большую часть льда полярных шапок этой планеты. СО2 создаст парниковый эффект, то есть от ядерных бомбардировок на четвертой планете потеплеет всерьез и надолго.

Правда, в 2018 году исследование, проспонсированное NASA, выдвинуло совсем другую точку зрения: полюса бомбить бесполезно. И вообще, всего углекислого газа Марса не хватит, чтобы создать атмосферу достаточно плотную для серьезного потепления. По расчетам «насовской» научной группы, растопив полярные шапки из углекислого газа, давление там можно поднять лишь в 2,5 раза. Теплее станет, но это все еще антарктические температуры — и атмосфера в 60 раз разреженнее нашей. Авторы работы прямо упомянули человека, чью точку зрения они критикуют: Илон Маск. Но его это, кажется, нимало не смутило.

Еще на Марсе можно найти каньон длиной в тысячи километров — и поселиться в нем

Марс обладает очень необычными деталями рельефа, которых на Земле нет. Одна из них — система каньонов Долины Маринер длиной 4 тысячи километров, длиннейшая из известных в Солнечной системе. Ее ширина — до 200 километров, а глубина до 7 километров. Это означает, что на дне каньонов атмосферное давление выше в полтора раза и там заметно теплее и влажнее, чем на остальной планете. Именно над частью Долин Маринер космические аппараты фотографируют настоящие туманы из водяного пара (на фото ниже), а на склонах других участков — темные следы потоков на песке, и потоки эти подозрительно похожи на водные.

Долины Маринер не везде широки — где-то их ширина составляет всего несколько километров. Такие места уже давно предлагают перекрыть куполом из стекла, считая, что и этого будет достаточно для удержания тепла и формирования локальной высокой температуры. Купол из аэрогеля над таким районом, располагающим водой, может привести к формированию локального сравнительно теплого климата со своими осадками и водой. Такие места могут застраиваться постепенно, и чем больше будет площадь, накрытая стыкующимися куполами, тем выше будет средняя температура (меньше теплопотери через стенки). Так что на самом деле такое постепенное, «ползучее» терраформирование может занять очень большую территорию планеты.

Что не так с расчетами NASA и почему инакомыслящие ученые уже устроились в SpaceX?

Есть и более простой путь к глобальному нагреву Марса до земных температур. Как отмечает другая группа ученых, мы уже испробовали этот метод на Земле, сами того не желая — выбрасывая по 37 миллиардов тонн углекислого газа в ее атмосферу и постепенно повышая температуру на планете. Путь этот — парниковые газы.

Конечно, на Марсе нет угля, сжигая который можно устроить парниковый эффект. Да и СО2 — не самый эффективный парниковый газ. Есть куда лучшие кандидаты, из которых самый перспективный — элегаз. Его молекула состоит из одного атома серы, вокруг которого «торчат» шесть атомов фтора. За счет «громоздкости» молекула отлично перехватывает и ультрафиолетовое, и инфракрасное излучения, при этом хорошо пропуская видимый свет. По силе вызываемого им парникового эффекта он в 34 900 раз превосходит углекислый газ . То есть всего миллион тонн этого вещества дал бы такой же парниковый эффект, что и десятки миллиардов тонн СО2, выбрасываемых человечеством сегодня.

Вдобавок элегаз очень живуч — время его жизни в атмосфере от 800 до 3200 лет в зависимости от внешних условий. Это значит, что можно не беспокоиться о его распаде в марсианской атмосфере: единожды произведенный, он останется там очень надолго. Кроме того, газ безвреден для человека и всех живых организмов. По факту, на Марсе он скорее полезен, поскольку перехватывает УФ-лучи не хуже озона, которого там пока нет.

По расчетам, примерно за 100 лет закачка суперпарниковых газов такого типа может поднять температуры на планете на десятки градусов.

Интересно, что несколько раньше при поддержке NASA была выполнена другая научная работа, которая описывала именно такой сценарий — терраформирование Марса за счет рукотворных парниковых газов повышенной эффективности. Одним из авторов этой работы была Марина Маринова, долгое время работавшая для NASA, а сегодня устроившаяся в компанию SpaceX . Более того, именно на нее как соавтора ссылался и сам Илон Маск, подвергнув критике работу, говорящую о нехватке СО2 на Марсе, якобы мешающей превратить его в планету, по температурам близкую к Земле.

Важная особенность такого сверхмощного парникового эффекта: после разогрева марсианского грунта связанный в нем СО2 должен высвободиться в атмосферу, дополнительно усилив нагрев планеты.

Когда на самом деле Марс станет похож на Землю?

Хотя элегаз действительно может преобразовать всю планету, надо четко понимать, что это не случится завтра. По расчетам, для этого нужно тратить миллиарды киловатт-часов в год — и тратить их на Марсе, делая из богатого фтором и серой грунта тот же элегаз. То есть желающим терраформировать придется построить на планете целую АЭС на 500 мегаватт, автоматизированные производства, постоянно выпускающие элегаз в атмосферу. Процесс этот даст ощутимые результаты через сотню лет работы. Ну или несколько быстрее при очень больших вложениях в создание заводов.

Все это время людям, обеспечивающим их деятельность и изучающим Марс, надо будет где-то жить. Очевидно, что лучшим решением для локального преобразования планеты в местах их расселения будут аэрогелевые купола. То есть по необходимости терраформирование будет идти сразу двумя путями: локальным — для текущих колонистов с помощью куполов — и глобальным — для планеты в целом.

Кто уже может жить на Марсе — и почему это важно

Яблони на Красной планете в ближайшем будущем не зацветут, но растительность в открытом грунте на самом деле может прийти туда раньше, чем мы думаем.

Еще в 2012 году Немецкое аэрокосмическое агентство провело эксперимент с арктическим лишайником ксантория элегантная (Хanthoria elegans). Его держали при давлении в 150 раз ниже земного — без кислорода, при марсианских температурах. Несмотря на чуждость среды лишайник не только выжил, но и не потерял способность успешно фотосинтезировать (в периоды, имитирующие светлое время суток).

Это значит, что в ряде регионов Марса — тех же Долинах Маринер — такие организмы в экваториальной зоне могут жить уже сегодня. А после начала выработки на Марсе элегаза подходящая для них территория начнет быстро расширяться. Как и другие лишайники, ксантория элегантная при фотосинтезе вырабатывает кислород. Собственно, именно выход лишайников на земную сушу около 1,2 миллиарда лет назад (за 0,7 миллиарда лет до высших растений) и позволил земной атмосфере резко поднять содержание кислорода до уровня сегодняшнего земного высокогорья. Скорее всего, на Марсе лишайникам предстоит та же функция — подготовить атмосферу к тому, чтобы в ней было проще жить более сложным существам.

Сегодня мы становимся свидетелями того, как колонизация Марса из популярной научно-фантастической идеи переходит в реальный проект многих космических агентств. Но какие препятствия ожидают колонистов на пути к заселению Марса?

Могут ли люди жить на Марсе?

В теории, жизнь за пределами Земли возможна, однако выживанию на Марсе препятствуют суровые условия на нем. Вот краткий список того, что стоит на пути создания первого поселения на Марсе:

• Низкая сила тяжести, составляющая треть от земной. Пусть она и кажется достаточно безобидным свойством, но на деле может оказаться источником проблем, которые тяжело спрогнозировать сейчас. Землянам будет трудно адаптироваться к такому слабому притяжению, а его влияние на организм землянина непредсказуемо. К тому же, в перспективе поколений, рожденные вне Земли люди будут отличаться от ее жителей – и виной тому низкая гравитация. Впрочем, отличия не сделают марсиан неузнаваемыми, так как их генетика останется прежней.
• Другое препятствие, которая на слуху у всех – высокая радиация на Марсе. Человечество уже имеет технологии для защиты от излучения, но для колонизации соседнего мира потребуется куда более мощное оборудование. Его постройка и транспортировка сильно задержат подготовку марсианской миссии, а люди на поверхности будут вынуждены не расставаться с защитной техникой, чтобы не подвергнуться воздействию радиационного фона.
• Марсианская атмосфера в сотню раз тоньше земной, состоит на 95 процентов из углекислого газа и лишь на 0.15% из кислорода. Помимо этого, на планете изменчивый климат, а средняя температура составляет –63 градуса Цельсия.
• Пыль и пылевые бури опасны как для будущих переселенцев, так и для их оборудования. Тем, кто сможет жить там, по прибытии придется составлять прогнозы бурь, строить укрытия и искать способы защиты аппаратуры.
• Наконец, отсутствие воды в жидкой форме будет непростым фактором для жителей планеты, на которой океаны занимают 70% от площади.

Все эти препятствия могут сильно замедлить программу по колонизации, однако они не являются причинами, по которым жизнь на Марсе невозможна. И пусть только следующие поколения смогут проверить, является ли эта идея реальностью или фантастикой, уже сегодня мы можем рассуждать о том, что на Марсе можно жить.

Сколько человек проживет без космического костюма

Даже если идея о создании земного поселения на Марсе осуществится, выходить на поверхность без скафандра все же не стоит по двум причинам.

Во-первых, состав атмосферы планеты не дает возможности дышать в ней – по большей части она состоит из углекислого газа, а кислород составляет в ней десятую часть процента.

Во-вторых, сама атмосфера крайне тонкая. Первое из последствий этого факта – низкое давление у поверхности, которое составляет 0,6% от земного. Это намного ниже так называемого лимита Армстронга – уровня, на котором давление настолько слабое, что вода кипит при температуре человеческого тела.

В-третьих, низкая температура. Летом на экваторе она достигает +20 градусов Цельсия, но в средних широтах скорее ближе к -50.

В-четвертых, полное отсутствие какой-либо естественной защиты от солнечного излучения, какой на земле является озоновый слой.

Нельзя точно предсказать, что будет, если вы выйдете на поверхность без космического костюма – вы либо замерзнете, либо умрете от гипоксии, либо подвергнетесь высокой дозе радиации. В любом случае, человек без защиты не проживет на Марсе дольше нескольких секунд.

Как выжить на Марсе

Предположим что космический корабль с группой переселенцев, успешно достиг своего назначения. Теперь им предстоит выжить на чужой планете. Сам по себе Марс для жизни непригоден, то есть его будущему населению придется искать способы при помощи земных технологий создать колонию, а затем изменить и саму планету, приспособив ее к жизни. Нужды будущих колонистов можно разделить на две основные группы: Укрытие и Ресурсы.

Начнем с укрытий. Они сразу же смогут решить такие проблемы, как уровень радиации на Марсе, а также защитить людей и технику пыли и пылевых бурь. Существует два варианта того, каким будет первый город на далекой планете:

• Подземное поселение. Жизнь в подземных тоннелях является распространенной идеей. Она решает вопросы безопасности, однако в противовес им ставит другие – постройка такого типа убежищ займет долгое время.
• Купол. Строго говоря, это может не быть настоящим куполом – к этому пункту относятся любые закрытые наземные постройки. Их можно частично собрать на Земле, так что возведение такого типа города не должно занять у поселенцев много времени. Однако и надежность таких построек ниже. К тому же, со временем им понадобится ремонт, а доставка грузов с Земли слишком длительна и затратна, поэтому колония должна быть максимально автономной.

Возможно, комбинация обоих методов сможет решить проблему того, как выжить на Марсе. Или же со временем будет разработан абсолютно другой способ постройки поселения. В любом случае, с этим придется разобраться любому, кто будет руководить полетом колонистов.

Перейдем ко второй проблеме – ресурсам. В первую очередь это вода и кислород. Вопрос кислорода внутри закрытых зданий решается за счет выращивания растений, которые также послужат пищей для их жителей.

Для решения вопроса отсутствия жидкой воды предлагают весьма амбициозный проект – растапливание полярных шапок. Это покроет планету океанами и запустит процесс терраформации. Часть воды можно расщепить на водород и кислород, изменив тем самым состав атмосферы, сделав ее более плотной и, в перспективе, даже пригодной для дыхания.

Итак, краткий ответ на вопрос о том, как мы будем жить на Марсе – вероятно, трудно. Потребуется время на то, чтобы приспособиться, а также новые решения и технологии для того, чтобы люди могли безопасно поселиться на чужой планете, а процесс изменения поверхности и атмосферы, вероятно, продлится несколько поколений.

Сколько людей может жить на Марсе

Все проблемы решены, и остается один вопрос – сколько человек отправить? Разумеется, не каждый пригоден для такого полета – всех участников полета будут отбирать по критериям, среди которых образование, здоровье и психологическая устойчивость.

Вероятно, отправка людей будет происходить поэтапно и первыми полетят те, кто смогут создать условия для прилёта следующей группы. Их будет четверо. Когда несколько таких групп прибудут на Марс, поселение станет насчитывать 20 человек. Возможно, также, что это число к середине 21-ого века приблизится к миллиону – впрочем, такие цифры называет лишь один проект.

Можно надеяться, что в будущем, когда Марс станет пригоден для жизни, он поможет в решении проблем населения Земли. Но в первое время люди будут жить там только в качестве малочисленных ученых и колонистов.

Как видите, колонизация соседней планеты – трудный проект, и его развитие сильно замедляют как сложность выживания на Марсе, так и то, что вкладываться в него готовы только энтузиасты. Но лететь все же стоит – хотя бы из присущего людям любопытства и желания идти туда, куда не ступала нога человека.

Человечество хочет однажды отправиться на Марс и, возможно, в перспективе его терраформировать, превратив Красную планету в более похожий аналог Земли. Глава компании SpaceX Илон Маск заявил о том, что первые люди отправятся туда уже в 2024 году. NASA собирается отправить на Марс экспедицию из трех человек в 2033 году, уже после того как начнется и будет идти полным ходом освоение Луны. Столь близкие сроки у некоторых экспертов, конечно же, вызывают здравую долю скептицизма, однако основной вопрос здесь даже не в том, сколько денег собираются вбухать ведущие космические агентства на разработку технологий, которые позволят человеку туда полететь.

Куда важнее то, что мы совсем не понимаем тех эволюционных последствий для человеческого организма, которые будут ожидать его при переселении на Красную планету. В ходе интервью порталу Inverse Скотт Соломон, эволюционный биолог из Университета Райса поделился своими мыслями о том, каким образом на генетический фонд землян скажется в долгосрочной перспективе переселение на Марс.

Какими станут люди на Марсе

«Как эволюционного биолога меня больше всего интересует вопрос: а что, если у нас действительно получится? Не думаю, что к настоящему моменту было много обсуждений на тему того, что будет с людьми, живущими в этих колониях, спустя несколько поколений», — отмечает Соломон.

В прошлом году Соломон, выступая на конференции TEDx в Хьюстоне, затронул вопрос тех эволюционных изменений, которые могут с большой долей вероятности ожидать первых марсианских поселенцев. При этом, по его мнению, вместо тысячи лет эволюционных процессов и незначительных мутаций организм людей, переселившихся на Красную планету, будет меняться со скоростью американских горок.

«Скорость эволюции может быть быстрее или медленнее в зависимости от тех потенциальных преимуществ, которые могут появиться в результате мутаций. Если у людей проявится мутация, которая повысит их выживаемость на 50 процентов – это же преимущество, верно? Таким образом эти люди смогут передать свои гены с более высокой вероятностью и скоростью, чем было в противном случае», — отмечает специалист.

Соломон отмечает, что примерно уже спустя два поколения кости людей, живущих на Марсе, станут более широкими, адаптируясь под эффекты марсианской гравитации, которая составляет всего 1/3 от земной. В то же время пониженная гравитация сделает их более хрупкими, что в свою очередь приведет к серьезным проблемам с деторождением, поскольку кости таза у женщин будут ломаться как спички.

Какие болезни угрожают на Марсе

Несмотря на большие марсианские просторы, людям придется жить в довольно сжатых и компактных жилищных условиях, что в свою очередь приведет к развитию миопии (близорукости). В качестве примера Соломон приводит некоторые виды рыб, которые, живя в тесных подводных пещерах, вообще утратили органы зрения. Кроме того, ученые ссылается на исследования, выводы которых говорят о том, что у детей, чаще проводящих время дома, наблюдается повышенный риск развитие близорукости.

Жители Красной планеты ежедневно будут подвергаться в 5000 раз более сильным дозам радиации, чем при обычной жизни на Земле. Соломон отметил, что это привет к сильнейшим вспышкам раковых заболеваний. Организм может ответить соответствующим образом, наделив людей новым пигментом кожи. Для противостояния ультрафиолетовым лучам здесь на Земле организм человека использует меланин, у других видов за это отвечают каротиноиды. У жителей Марса со временем может развиться совершенно иной пигмент, который повысит их защиту от радиационного излучения.

Вполне возможно, отмечает ученый, дыхательная и кровеносная системы живущих на Марсе людей со временем тоже изменится, получив возможность более эффективно расходовать доступный кислород. Такие мутации уже наблюдаются у народов, живущих в области Тибетского нагорья, где содержание кислорода на 40 процентов ниже, чем его концентрация на уровне моря. В ответ на это организм тибетцев развил более плотную сеть капилляров для более эффективного кровообращения. Кроме того, он способен расширять сосуды, чтобы эффективнее снабжать мышцы кислородом.

На Марсе не будет иммунитета

Одно из самых быстрых ожидаемых изменений в организмах людей, живущих на Марсе, станет практически полная потеря иммунной системы. В стерильной среде без присутствия микроорганизмов жителям может не потребоваться тело, способное бороться с патогенами. Но это может быть не так уж плохо, считает Соломон. Эволюционный биолог видит в этом возможность искоренить болезни, о которых сейчас нет спасения.

Конечно же, не обойдется и без недостатков. В таком случае размножение между марсианами и землянами станет невозможным. Секс между жителями двух планет при отсутствии у марсиан иммунной системы станем для них смертельным. Это в свою очередь может наложить искусственные ограничения на то, как обе популяции смогут взаимодействовать друг с другом и смешиваться. Невозможность создания межпланетных семей и передачи детей между родителями, находящимися на разных планетах, например, по долгу работы, разъединит общество еще сильнее.

Соломон уверен, что все эти изменений произойдут относительно очень быстро. Высокий уровень радиации на Марсе и отсутствие у планеты магнитосферы, которая защищала бы людей от нее, быстро сделают свое дело. Если в обычном случае дети могут рождаться с 20-120 генетическими мутациями, то радиация Марса будет способна значительно увеличить эти цифры изменений в генах.

Ускорить процесс мутации и подготовить людей к переселению на Марс, чтобы их тела адаптировались гораздо быстрее к новым условиям, мы можем и искусственно. С помощью тех же технологий редактирования генома CRISPR/Cas9. Но наши текущие ограниченные знания о человеческом геноме и как результат – случайные изменения – могут обернуться непредвиденными последствиями. Тем не менее в будущем это технология может стать нашим входным билетом для жизни на других планетах.

«Зачем ждать мутаций, если можно самостоятельно их создать?», — задается вопросом Соломон.

Когда люди высадятся на Марс

Еще одним механизмом, который может послужить на благо колонизации дальних миров Солнечной системы может стать так называемый «эффект основателя» — перенос группой особей (особей-«основателей») большой популяции лишь части генетического разнообразия этой популяции при заселении новой территории, ввиду возможного в связи с эффектом основателя смещения «акцентов» естественного отбора. Исходная и новая популяции могут эволюционировать в существенно различающихся направлениях. Например, отправленные на Марс наиболее физически здоровые и крепкие люди, могут получить потомство, генетически более предрасположенное к физической силе, чем люди уже давно живущие на Марсе.

Все это означает, что Маск и другие люди, которые хотят однажды заселить Марс, должны принять во внимание необходимость генетического разнообразия, чтобы обеспечить идеальный баланс для возможности дальнейшей эволюции популяции. По мнению Соломона, для этого будет достаточным отправить на Марс порядка 100 000 человек в течение нескольких лет. Причем преимущественно это должны быть люди из Африки, поскольку именно здесь наблюдается наиболее обширное генетическое разнообразие.

«Если бы я проектировал человеческую колонию на Марсе, то хотел бы чтобы ее население состояло из сотен тысяч человек, представляющих различные народы здесь на Земле», — подытожил ученый.

Хотелось бы верить, что архитекторы новых миров прислушаются к этим словам.

Обсудить статью можно в нашем Telegram-чате.