1 839
Преобразование красной планеты для поддержки жизни давно стало мечтой научной фантастики. Марс сейчас слишком холоден, чтобы поддерживать жизнь. Его атмосфера также слишком тонкая, чтобы защитить любые живые организмы от вредного излучения. Но новое исследование предполагает, что местные условия могут быть изменены с помощью дюйма «аэрогеля» — синтетического и сверхлегкого материала, полученного путем взятия геля и замены жидкого компонента газом.
В научной фантастике собирать урожай на Марсе гораздо проще, чем в реальной жизни: Красная Планета — негостеприимный мир.
Среди других проблем, отрицательные температуры означают, что вода может сохраняться на поверхности только в виде льда, а атмосфера планеты обеспечивает небольшую защиту растений (или людей) от солнечного излучения.
Конечно, НАСА планирует в конечном итоге высадить людей на Марс, используя уроки, которые он извлечет из своих лунных исследований Артемиды. И эти люди должны будут есть. Возможность производить еду на Марсе поможет сократить количество поставок, потребляющих ценное пространство и топливо для командированных миссий на Красную планету. Но с тем, чтобы выяснить, как и где производить эту еду, (и при этом быть чрезвычайно осторожным, чтобы не загрязнить Марс бактериями, передающимися с Земли), есть некоторые проблемы, с которыми сталкиваются ученые и инженеры.
В новой статье в Nature Astronomy исследователи предполагают, что материал, называемый аэрогелем, может однажды помочь людям построить теплицы и другие места обитания в средних широтах Марса, где был обнаружен приповерхностный водяной лед. Исследование финансировалось факультетом искусств и наук Гарвардского университета.
В эксперименте, проведенном ведущим писателем Робином Вордсвортом из Гарварда, 2-3 см кремниевого аэрогеля позволяли свету от лампы, настроенной на имитацию марсианского солнечного света, нагревать поверхность под ней до 65 градусов по Цельсию — достаточно, чтобы поднять температуру на поверхности Марса и растопить лед.
«Это исследование было задумано как первоначальная проверка потенциала аэрогеля в качестве марсианского строительного материала», — сказала Лаура Кербер, геолог из Лаборатории реактивного движения НАСА в Пасадене, Калифорния.
Кербер участвовала в семинаре НАСА 2015 года, чтобы определить лучшие места на Марсе для отправки астронавтов. «Идеальным местом для марсианского форпоста было бы много воды и умеренная температура», — сказала она. «На экваторе Марс теплее, но большая часть водяного льда находится в более высоких широтах. Строительство с использованием аэрогеля с кремнеземом позволило бы нам искусственно создать теплую среду, где уже есть вода в виде льда».
«Темные пятна» на Марсе
Эксперимент с аэрогелем был вдохновлен процессом нагревания, который создает так называемые темные пятна, которые усеивают ледяные шапки Марса в течение весны. Этот вид льда более известен на Земле как сухой лед. Как и аэрогель, лед из двуокиси углерода является полупрозрачным, что позволяет солнечному свету нагревать поверхность внизу. Когда почва прогревается, между льдом и теплой поверхностью накапливается углекислый газ, в результате чего лед разрывается. Это, в свою очередь, создает поток газа, который выбрасывает почву под лед на его поверхность.
В эксперименте исследовался аналогичный процесс с аэрогелем. В документе подробно описано, как можно использовать как твердый кусок аэрогеля, так и куски измельченного аэрогеля для нагрева поверхности внизу. Исследователи использовали разные уровни освещения, производимые марсианскими сезонами. Результаты показывают, что аэрогель может даже обеспечить нагревательный эффект в суровую марсианскую зиму. В средних широтах зимние ночные температуры могут быть такими же низкими, как минус 90 градусов по Цельсию.
Следующим шагом, сказал Вордсворт, является вывод эксперимента из лаборатории на марсианские аналоги, такие как пустыня Атакама в Чили или сухие долины МакМердо в Антарктиде. Подобно Марсу, эти среды достигают минусовых температур и являются исключительно сухими.
«Мы прогнозируем, что экранирование аэрогеля должно обеспечивать более эффективное нагревание, поскольку оно масштабируется по размеру», — сказал Вордсворт. «Это было бы важно увидеть в полевых условиях».
Проблемы, которые нужно преодолеть
Хотя эксперимент стал обнадеживающим доказательством концепции, Вордсворт признал, что все еще существуют серьезные инженерные проблемы, которые необходимо преодолеть. Основываясь на климатической модели, созданной вместе с экспериментом, потребовалось бы много аэрогеля и, по крайней мере, два года на Марсе (или четыре земных года), чтобы создать постоянную область жидкой воды под ним. Хотя аэрогель в несколько раз легче воздуха, строительные конструкции с крышами, изготовленными из материала, потребовали бы его доставки на Марс в больших количествах или какого-либо производства там.
Аэрогель кремнезема очень хрупкий и пористый; наложение его внутри другого полупрозрачного материала или объединение их с гибкими материалами может предотвратить разрушение. Это может увеличить давление воздуха под конструкцией, сделанной с крышей или щитом из аэрогеля, что позволит жидкой воде легче скапливаться на поверхности, а не испаряться в тонкой марсианской атмосфере.
Но авторы исследования отметили, что развитие небольших зон обитания на Марсе более правдоподобно, чем попытка «терраформировать» планету, как писатели-фантасты предлагали делать в прошлом. Исследование НАСА, проведенное в прошлом году, разбило надежды на сгущение марсианской атмосферы настолько, чтобы создать парниковый эффект как на Земле.
«Все, что могло бы сделать возможным долгосрочное проживание, интересно рассмотреть», — сказал Вордсворт.
Почему мы должны подождать
Идея с аэрогелем, безусловно, интересная, и согласно экспериментам потенциально правдоподобна. Но она игнорирует другой ключевой вопрос, касающийся жизни на Марсе — космическое излучение. Аэрогель кремнезема иногда называют «замороженным дымом» из-за его низкой плотности. Но из-за низкой плотности космическое излучение с большей энергией, чем ультрафиолетовое излучение, может проходить сквозь него практически невредимым. Без магнитной защиты это излучение угрожает любой жизни на марсианской поверхности, как это происходит сегодня.
Марс — это ближайшая к нам планета, на которой могла начаться жизнь. А искусственное изменение окружающей среды поставило бы под угрозу один из «экспериментов» природы, которые были миллиардами лет в процессе создания — с развитием жизни или с момента образования планеты. Мы делаем все возможное, чтобы такие миссии, как «Розалинда Франклин», были стерильными в соответствии с международными правилами, чтобы не мешать ни прошлой, ни даже настоящей жизни. Если бы мы приступили к планам терраформирования и позже обнаружили живые организмы на Марсе, было бы трудно понять, были ли это естественные марсианские микробы или просто загрязняющие вещества с Земли, процветающие под арэрогелем.
Крупномасштабные эксперименты, подобные этому, настолько сильно повлияют на первозданную среду, что мы пока не должны этого делать. По крайней мере до тех пор, пока «Розалинда Франклин» не предоставит образцы, давайте оставим Марс нетронутым, чтобы мы могли узнать, одиноки ли мы во Вселенной. Когда мы это выясним и будем готовы к работе, одеяла аэрогеля могут стоить дальнейшего изучения.