Пригоден ли марс для жизни

Солнечная буря на Марсе в представлении художника.

Миллиарды лет назад у Марса было магнитное поле, схожее с земным. Атмосфера планеты сама по себе не ядовита и состоит из инертных газов. При давлении хотя бы в половину от земного человек мог бы работать там без скафандра, только с дыхательным аппаратом.

На конференции Planetary Science Vision 2050 Workshop, где обсуждались планы и технологии, которые потенциально могут быть реализованы к 2050 году, представители космического агентства NASA рассказали об идее вернуть Марсу его атмосферу, что сделает планету более пригодной для будущих миссий с участием человека.

Напомним, что сегодня атмосфера Марса сильно разрежена и на 95% состоит из углекислого газа. Поскольку Красная планета имеет очень слабое (по сравнению с земным) магнитное поле, солнечный ветер с лёгкостью отправляет атмосферные газы в космос и буквально выжигает атмосферу. Как предполагают учёные, именно такие процессы более четырёх миллиардов лет назад превратили Марс из тёплой и влажной планеты, атмосфера которой была насыщена кислородом, в холодную и засушливую пустыню.

Анализ состава марсианских метеоритов ранее показал, что Марс является невероятно сухим миром уже на протяжении миллионов лет. И хотя на Красной планете существует замёрзшая вода, вопросы жизнеобеспечения колонизаторов остаются открытыми.

Некоторые из них может решить реализация нового проекта, который предложил директор Отделения планетологии NASA Джим Грин (Jim Green). Идея проста: нужно всего-то создать на Марсе новую искусственную магнитосферу.

Для этого команда предлагает запустить в космос аппарат под названием Mars L1, только полетит он не на саму Красную планету, а будет находиться в точке Лагранжа L1 между Солнцем и Марсом.

Учёные предложили сконструировать аппарат, работающий по принципу дипольного магнита, который создаст искусственное магнитное поле. Оно защитит планету от воздействия солнечного ветра, и атмосфера Марса постепенно сама восстановится до того состояния, в котором она была миллиарды лет назад (например, за счёт активности вулканов).

Авторы работы провели компьютерное моделирование, которое показало, что при использование подобного "магнитного щита" атмосфера Красной планеты всего за несколько лет вернёт себе плотность и давление, всего вдвое меньше земных.

Под такой защитой температура поверхности начнёт расти, и ей будет достаточно подняться хотя бы на четыре градуса по Цельсию, чтобы на полюсах стало теплее и шапки замёрзшего углекислого газа начали испаряться.

Последний сделает атмосферу ещё более плотной, проявится парниковый эффект, который ускорит процессы потепления. В конце концов все запасы льда на Марсе должны будут растаять. По приблизительным подсчётам, такая схема поможет восстановить до 1/7 всех имевшихся ранее запасов воды на Красной планете. Таким образом учёные получат среду, пригодную для жизни микробов, грибов и растений.

"Мы будем в состоянии изменить направление магнитного поля таким образом, чтобы оно всегда отталкивало солнечный ветер. Это не терраформирование, как вы можете подумать, когда мы говорим об искусственном изменении климата. Мы просто позволим природе сделать своё дело, и произойдёт это согласно тем законам физики, которые мы знаем сегодня", — отмечает Джим Грин.

Хотя сама команда признаёт, что её концепция выглядит фантастической, авторы напоминают об исследованиях свойств искусственной магнитосферы, которая может защитить как зонды, так и космонавтов от вредного излучения. Та же технология, но в более крупном масштабе, может быть использована и для защиты Марса, уверены учёные.

Команда НАСА намерена продолжить работу: в частности, ещё предстоит понять, сколько времени займут климатические преобразования. А там и до колонизации недалеко.

Про саму идею магнитного щита пока известно мало, авторы лишь сообщили, что структуры, обеспечивающие Марс магнитосферой, могут быть надувными. Причём моделирование показало, что надувная структура сможет генерировать магнитное дипольное поле на уровне 1-2 тесла.

Если проект осуществится, на Красной планете можно будет оставлять и использовать более крупное научное и техническое оборудование; повысится защита колоний от космической и солнечной радиации, также увеличится уровень кислорода, необходимого для растений. И это лишь некоторые из потенциальных преимуществ, заключают авторы.

Полный текст доклада представителей Американского космического агентства доступен в формате PDF по этой ссылке.

В течение многих лет Марс существовал как своеобразная «Планета Б» — запасной вариант, если Земля станет больше не пригодной для жизни. От фантастических рассказов до научных исследований люди давно мечтали о возможности жить на Марсе. Основным элементом многих концепций колонизации Марса является терраформирование — гипотетический процесс изменения условий на планете, чтобы сделать ее пригодной для жизни, которая существует на Земле, включая людей, без необходимости в системах жизнеобеспечения.

К сожалению, согласно новой статье, с существующими технологиями терраформирование Марса просто невозможно. По словам ее авторов, Брюса Якоски, планетарного ученого и главного исследователя миссий NASA Mars Atmosphere и Volatile EvolutioN, изучающих атмосферу Марса, и Кристофера Эдвардса, доцента планетарных наук в Университете Северной Аризоны, просто невозможно терраформировать Красную планету с современными технологиями.

Чтобы успешно сделать из Марса Землю, нам нужно повысить температуру, чтобы иметь стабильно остающуюся в жидком состоянии воду и плотную атмосферу. В статье Якоски и Эдвардс объяснили, что, используя парниковые газы, уже присутствующие на Марсе, теоретически мы могли бы поднять температуру и изменить атмосферу настолько, чтобы сделать Красную планету землеподобной. Они отметили, что единственным парниковым газом на Марсе, достаточным для обеспечения значительного потепления, является углекислый газ (CO₂). К сожалению, они обнаружили, что на планете его недостаточно, чтобы сделать ее похожей на Землю.

На Марсе СО₂ присутствует в породах и полярных ледяных шапках. Якоски и Эдвардс использовали данные от различных марсоходов и космических аппаратов, которые наблюдали и изучали Марс последние 20 лет, чтобы по существу провести «инвентаризацию» находящегося на планете СО₂.

Как могло бы выглядеть терраформирование Марса.

Они задокументировали все поверхностные и подземные резервуары углекислого газа на Марсе, и какой процент от существующих объемов можно поместить в атмосферу, чтобы изменить ее. Однако, хотя на Марсе имеется значительное количество СО₂, при использовании всего доступного объема газа получится лишь утроить атмосферное давление. Чтобы успешно терраформировать Марс, атмосфера должна быть плотной настолько, чтобы люди могли ходить без скафандров. Увы — хотя утроение атмосферного давления в Красной планете кажется значительной цифрой, это все еще в 50 раз меньше, чем нужно для комфортного существования на ней людей.

Кроме того, количество доступного CO₂, обнаруженного исследователями, повысило бы температуру планеты менее чем на 10 градусов Цельсия. И поскольку температуры на Марсе в среднем составляют минус 60 градусов Цельсия, а зимние температуры падают настолько низко, что углекислый газ из атмосферы конденсируется в лед на поверхности, такое увеличение температуры не играет никакой существенной роли.

Более того, даже если бы на Марсе было больше СО₂, большая его часть была бы труднодоступной, и, по словам авторов статьи, потребовалось бы много усилий, чтобы выпустить его в атмосферу планеты. Например, углекислый газ можно добыть из полярных ледяных шапок, взорвав их при помощи взрывчатки — решение, которое одобрил генеральный директор SpaceX Элон Маск, или использовать взрывчатые вещества для повышения количества пыли в атмосфере, чтобы она оседала на полярных шапках и увеличила количество солнечной энергии, которую они поглощают, что опять же приведет к их таянию и выбросу CO₂ в атмосферу.

Существует ряд предлагаемых и теоретизированных методов, позволяющих людям получить доступ и выпустить CO₂ в атмосферу Марса. Но многие из них были бы очень трудными для реализации, и, как выяснили Якоски и Эдвардс, все равно имеющихся запасов CO₂ недостаточно для терраформирования планеты. И Якоски, и Эдвардс сказали, что, возможно, будущие технологии найдут альтернативное решение и сделают терраформирование Красной планеты возможным. Однако «с использованием современных технологий мы просто не видим жизнеспособных вариантов», — говорит Эдвардс.

Художественное изображение «весны» на Марсе, когда из-за нагрева замороженный CO₂ начинает превращаться в газ и выходить из породы в атмосферу.

Марс был «очевидным» выбором для терраформирования в течение многих лет. Это обусловлено рядом причин, в том числе тем, что Марс (относительно) близок к Земле — это «самая легкодоступная планета, и единственная, на поверхность которой могут приземляться земные космические аппараты и исправно функционировать там долгое время», — говорит Якоски. Очарование терраформированного Марса, пожалуй, является «частью мифологии. О Марсе написано много научной фантастики», — добавляет Эдвардс.

Тем не менее, хотя технологии будущего могут позволить человечеству изменить Марс так, как это невозможно сегодня, вместо того, чтобы сосредоточить наши силы на превращении Марса в Землю 2.0, «я думаю, что наши усилия лучше потратить на то, чтобы Земля сохранила свой благоприятный для нас климат», — говорит Якоски.

Марс может выглядеть сухим и безжизненным, но Красная Планета содержит в себе влагу и как предполагают учёные, её достаточно для поддержания жизни.

Влажность в атмосфере Марса может способствовать зарождению жизни, но только когда утром вода сконденсируется в маленькие лужицы.

«Условия на Марсе напоминают сухие участки чилийской пустыни Атакама: относительная влажность высока, а водяной пар достигает значения в сто осаждённых микрона», – отмечает Джон Раммл, директор Университета Восточной Каролины (ECU).

Раммл в прошлом месяце рассказал на Астробиологической научной конференции в Чикаго о местонахождении нескольких «особых регионов» на Марсе: мест, которые способны поддержать развитие новорожденной марсианской жизни.

Тепла и влаги достаточно?

Согласно отчёту за 2014 год программы НАСА по исследованию Марса (MEPAG), в которой принимал участие и Джон Раммл, особые регионы — это места, где предположительно способны жить и размножаться земные организмы. Эти регионы включают в себя каждую зону, которая потенциально может содержать жизненные формы в любом их виде.

Жидкая вода является обязательным условием жизни на Земле. На поверхности Марса практически нет воды в жидком агрегатном состоянии, однако, судя по накопленным учёными данным, в прошлом Марс был заполнен реками, морями и океанами.

С атмосферой совершенно иная ситуация. Согласно Раммлу, влажность на Марсе очень сильно привязана к колебаниям температуры. Ночью относительная влажность на Марсе составляет от восьмидесяти до ста процентов, иногда марсианский воздух достигает максимально возможной увлажнённости. Днём на поверхности Красной Планеты другая крайность: влажность близка к нулю, и с повышением температуры пропорционально уменьшается.

На Земле некоторые организмы способны выживать в самых засушливых регионах, получая необходимую воду из атмосферной влаги. Лишайникам, растущим в сухом климате, не страшны даже самые сильные засухи. Некоторые лишайники оказались способны к фотосинтезу в местах с крайне низкой влажностью — всего 70 процентов. Другое исследование показало, что одна из форм антарктического лишайника смогла приспособиться к искусственно воссозданным условиям марсианской поверхности.

Но это ещё не значит, что жизнь на поверхности Марса возможна. Хотя учёные и наблюдали в этих условиях процессы жизнедеятельности и фотосинтеза у лишайников, размножаться в этой среде не может ни один живой организм, поскольку для деления клеток необходима не атмосферная вода, а обычная, жидкая. Таким образом, жидкая вода по-прежнему является главным условием для клеточного деления и существования жизни.

Жизнь в марсианских лужах?

Значит ли это, что такой жизнеспособный лишайник всё-таки не сможет существовать на Марсе? Джон Раммл советует не торопиться с выводами. При падении температуры ночью в местах с достаточно высоким давлением вода может сконденсироваться в снег или лёд. С наступлением утра лёд и снег постепенно тают и, в конце концов, испаряются. По словам Раммла этот процесс может идти несколько минут, а может занимать и до нескольких часов.

В 1970 году космический аппарат Викинг-2 наблюдал за конденсацией воды на Марсе в течение двухсот дней подряд, исследуя мельчайшую ледяную пыль на поверхности планеты.

Джон Раммл утверждает, что даже такой короткий промежуток времени гипотетически позволяет неким живым организмам функционировать и даже размножаться.

Засушливый климат является не единственной помехой для жизни на Марсе. По причине отсутствия магнитного поля и очень тонкой атмосферы, уровни радиации на поверхности Марса, скорее всего, окажутся летальны для всего живого. Поэтому жизнь на Марсе, подобную Земным лишайникам, следует искать не на поверхности, а под ней.

Более того, солнечная радиация вредит не только самой жизни, но и её источнику — воде, превращая последнюю в пероксид водорода, который изрядно мешает появлению, развитию и воспроизведению организмов.

«Открытый ландшафт Марса с палящим Солнцем уж точно не является уютным местом для жизни», — говорит Джон Раммл.