Uniwersytet w Chicago i badacze z Northwestern opracowali nową metodę ogrzewania Mars o ponad 50 stopni Fahrenheita przy użyciu zmodyfikowanych cząstek pyłu, które mogłyby uczynić planetę odpowiednią dla życia drobnoustrojów i przyszłej kolonizacji człowieka.
Podejście to wykorzystuje zasoby znalezione na Marsie i może być 5000 razy bardziej wydajne niż poprzednie metody, potencjalnie przyspieszając naszą zdolność do przystosowania Marsa do zamieszkania.
Rewolucyjne techniki terraformowania
Odkąd dowiedzieliśmy się, że powierzchnia planety Mars jest zimna i martwa, ludzie zastanawiali się, czy istnieje sposób, aby uczynić ją bardziej przyjazną dla życia.
W przełomowym badaniu opublikowanym 7 sierpnia w czasopiśmie Postęp naukinaukowcy z Uniwersytetu w Chicago, Uniwersytet Północno-Zachodnii Uniwersytet Centralnej Florydy zaproponowali rewolucyjne podejście do terraformowania Marsa. Ta nowa metoda, wykorzystująca cząstki pyłu uwalniane do atmosfery, mogłaby potencjalnie ogrzać Czerwoną Planetę o ponad 50 stopni Fahrenheita, do temperatur odpowiednich dla życia mikroorganizmów, co stanowi kluczowy pierwszy krok w kierunku przystosowania Marsa do zamieszkania.
Proponowana metoda jest ponad 5000 razy skuteczniejsza niż poprzednie programy globalnego ocieplenia Marsa, co stanowi znaczący krok naprzód w zakresie naszych możliwości modyfikowania marsjańskiego środowiska.
Zwiększanie możliwości zamieszkania na Marsie
Tym, co wyróżnia to podejście, jest wykorzystanie zasobów łatwo dostępnych na Marsie, co czyni je znacznie bardziej wykonalnym niż wcześniejsze propozycje, które opierały się na importowaniu materiałów z Ziemi lub wydobywaniu rzadkich marsjańskich zasobów.
Strategia ta zajęłaby dziesięciolecia. Wydaje się jednak, że jest to łatwiejsze logistycznie niż inne proponowane dotychczas plany.
„To sugeruje, że bariera utrudniająca ocieplenie Marsa i umożliwienie dopuszczenia wody w stanie ciekłym nie jest tak wysoka, jak wcześniej sądzono” – powiedział Edwin Kite, profesor nadzwyczajny nauk geofizycznych na Uniwersytecie w Chicago i współautor badania. Głównym autorem była Samaneh Ansari, absolwentka grupy prof. Hoomana Mohseni na Northwestern University.
Implikacje długoterminowe i kontekst historyczny
Astronauci nadal nie będą mogli oddychać rzadkim powietrzem Marsa; przystosowanie planety do samodzielnego chodzenia po powierzchni wymaga znacznie więcej pracy. Być może jednak można by położyć podwaliny, czyniąc planetę miejscem zamieszkania dla drobnoustrojów i roślin spożywczych, które mogłyby stopniowo dodawać tlen do atmosfery — podobnie jak miało to miejsce w przypadku Ziemi w jej historii geologicznej.
Nowe podejście do odwiecznego marzenia
Istnieje bogata historia propozycji przystosowania Marsa do zamieszkania; Sam Carl Sagan wpadł na taki pomysł w 1971 roku. Były to zarówno zwykłe marzenia, jak i pisarze science fiction przedstawiający zamiana jednego z księżyców Marsa w słońcepo nowsze i naukowo wiarygodne pomysły, takie jak inżynieria przezroczystych płytek żelowych zatrzymujących ciepło.
Każdy plan przystosowania Marsa do zamieszkania musi uwzględniać kilka przeszkód, w tym śmiercionośne promienie UV i słoną glebę. Ale największa jest temperatura planety; powierzchnia Marsa ma średnio około -80 stopni Fahrenheita.
Jedną ze strategii ocieplenia planety może być ta sama metoda, którą nieumyślnie stosują ludzie na Ziemi: uwalnianie materiału do atmosfery, co wzmocniłoby naturalny efekt cieplarniany Marsa, zatrzymując ciepło słoneczne na powierzchni.
Problem w tym, że potrzeba byłoby ton tych materiałów – i to dosłownie. Poprzednie plany polegały na dostarczaniu gazów z Ziemi na Marsa lub próbie wydobycia Marsa w celu uzyskania dużej masy składników, które nie są tam zbyt powszechne – obie propozycje były kosztowne i trudne. Zespół zastanawiał się jednak, czy można tego dokonać poprzez przetwarzanie materiałów, które już występują w dużych ilościach na Marsie.
Innowacyjna inżynieria cząstek w celu ocieplenia Marsa
Z łazików takich jak Curiosity wiemy, że pył na Marsie jest bogaty w żelazo i aluminium. Same te cząstki pyłu nie nadają się do ogrzania planety; ich rozmiar i skład oznaczają, że mają tendencję do lekkiego schładzania powierzchni, a nie jej podgrzewania. Naukowcy postawili jednak hipotezę, że gdybyśmy zaprojektowali cząstki pyłu o różnych kształtach i składzie, być może mogłyby skuteczniej zatrzymywać ciepło.
Naukowcy zaprojektowali cząstki w kształcie krótkich pręcików – wielkością zbliżoną do dostępnego na rynku brokatu. Cząsteczki te mają za zadanie wychwytywać uciekające ciepło i rozpraszać światło słoneczne w kierunku powierzchni, wzmacniając naturalny efekt cieplarniany Marsa.
„Fascynujące jest to, jak światło oddziałuje z obiektami o mniejszej długości fali. Co ważne, inżynieryjne nanocząstki mogą prowadzić do efektów optycznych znacznie przekraczających to, czego konwencjonalnie oczekuje się od tak małych cząstek” – powiedział Ansari. Mohseni, który jest współautorem, uważa, że dopiero zarysowali powierzchnię: „Wierzymy, że możliwe jest zaprojektowanie nanocząstek o większej wydajności, a nawet takich, które mogą dynamicznie zmieniać swoje właściwości optyczne”.
„Nadal potrzebne byłyby miliony ton, aby ogrzać planetę, ale to pięć tysięcy razy mniej niż potrzeba w przypadku poprzednich propozycji globalnego ocieplenia Marsa” – powiedział Kite. „To znacznie zwiększa wykonalność projektu.”
„To sugeruje, że bariera utrudniająca ocieplenie Marsa i umożliwienie dopuszczenia wody w stanie ciekłym nie jest tak wysoka, jak wcześniej sądzono”.
doc. Profesor Edwin Kite
Obliczenia wskazują, że gdyby cząsteczki były uwalniane do atmosfery Marsa w sposób ciągły z prędkością 30 litrów na sekundę, planeta ogrzałaby się o ponad 50 stopni Fahrenheita, a efekt mógłby być zauważalny już po kilku miesiącach. Podobnie ocieplenie będzie odwracalne i zatrzyma się w ciągu kilku lat, jeśli wyłączy się uwalnianie.
Perspektywy na przyszłość w terraformowaniu Marsa
Naukowcy twierdzą, że pozostaje wiele do zrobienia. Na przykład nie wiemy dokładnie, jak szybko sztuczny pył wydostałby się z atmosfery Marsa. Na Marsie rzeczywiście jest woda i chmury, a w miarę ocieplania się planety możliwe jest, że woda zacznie coraz bardziej kondensować się wokół cząstek i opadać na powierzchnię w postaci deszczu.
„Sprzężenie zwrotne klimatyczne jest naprawdę trudne do dokładnego modelowania” – przestrzegł Kite. „Aby wdrożyć coś takiego, potrzebowalibyśmy więcej danych z Marsa i Ziemi, a ponadto musielibyśmy postępować powoli i odwracalnie, aby mieć pewność, że efekty zadziałają zgodnie z zamierzeniami”.
Chociaż metoda ta stanowi znaczący krok naprzód w badaniach nad terraformowaniem, naukowcy podkreślają, że badania skupiają się na ogrzaniu Marsa do temperatur odpowiednich dla życia drobnoustrojów i ewentualnej uprawy roślin spożywczych, a nie na stworzeniu atmosfery umożliwiającej oddychanie dla ludzi.
„Te badania otwierają nowe możliwości eksploracji i potencjalnie przybliżają nas o krok do długo utrzymywanego marzenia o ustanowieniu zrównoważonej obecności człowieka na Marsie” – powiedział Kite.
Odniesienie: „Możliwość utrzymywania ciepła Marsa za pomocą nanocząstek” Samaneh Ansari, Edwin S. Kite, Ramses Ramirez, Liam J. Steele i Hooman Mohseni, 7 sierpnia 2024 r., Postęp nauki.
DOI: 10.1126/sciadv.adn4650
Innymi współautorami badania byli Ramses Ramirez z University of Central Florida i Liam Steele, wcześniej pracownik naukowy ze stopniem doktora na Uniwersytecie UChicago, obecnie pracujący w Europejskim Centrum Prognoz Średnioterminowych.
Autorzy korzystali z wysokowydajnego ośrodka obliczeniowego Quest w Northwestern i Centrum Badawczego Obliczeń Uniwersytetu w Chicago.
