Рис. 9.8. Солнечные паруса с плотностью 4 тонны на квадратный километр можно стационарно удерживать над Марсом давлением излучения на высоте 214 000 километров. Расход небольшого количества света позволит избежать затенения
Рис. 9.9. Солнечные паруса-зеркала с радиусами порядка 100 километров и массами в 200 000 тонн способны поднять температуру на 5 °К и тем самым вызвать испарение CO2 в южной полярной шапке Марса. Такие зеркала мы можем построить в космосе
Если значение Td меньше 20 °К, то самостоятельного высвобождения полярных запасов углекислого газа может быть достаточно, чтобы вызвать испарение резервов реголита и нарастающий парниковый эффект. Однако представляется вероятным, что если Td превысит 20 °К, то нам придется добавить сильные парниковые газы в атмосферу, чтобы вызвать глобальное повышение температуры, достаточное для создания ощутимого атмосферного давления на Марсе.
Производство галогенуглеводородов на Марсе
Наиболее очевидный способ повысить температуру на Марсе – построить заводы по производству самых сильных парниковых газов, известных человеку, то есть галогенуглеводородов, или CFC, и распространить их в атмосфере. На Земле CFC обвиняют не только в создании парникового эффекта, но и в разрушении озонового слоя. Однако, если мы будем выбирать наши галогенуглеводородные парниковые газы тщательно и использовать разновидности, не содержащие хлора, мы можем создать защищающий от ультрафиолетового излучения озоновый слой для марсианской атмосферы. Одним из хороших кандидатов на роль такого газа будет перфторметан, CF4, который также отличается стабильностью в верхних слоях атмосферы (сохраняется в течение более чем 10 000 лет). В таблице 9.2 мы приводим количество галогенуглеводородных газов, которое необходимо выпустить в атмосферу, чтобы обеспечить заданный рост температуры, и количество энергии, которая позволит произвести требуемые CFC в течение двадцати лет. Если эти газы имеют срок жизни в атмосфере, равный ста годам, то примерно одна пятая часть уровня мощности, указанного в таблице, потребуется для поддержания концентрации CFC после того, как она будет накоплена. Промышленные усилия, связанные с таким уровнем энергии, будут значительными, поскольку будет производиться несколько десятков тонн чистого материала каждый день и потребуется задействовать несколько тысяч рабочих на Марсе. Может понадобиться уровень мощности около 5000 МВт, что примерно совпадает с количеством энергии, которое использует сегодня большой американский город, например Чикаго. В общей сложности бюджет проекта может составить несколько сотен миллиардов долларов. Тем не менее, если рассмотреть все аспекты, такой проект вряд ли окажется неподъемным для человечества середины XXI века.
Биологическое решение
Мы потратим гораздо меньше усилий на создание парникового эффекта на Марсе, если обратимся к нашим биологическим помощникам. Такой подход к терраформированию отстаивал покойный Карл Саган, начиная с 1960-х годов, когда предположил, что Венеру можно было бы сделать более пригодной для жизни, если посеять в ее атмосферу водоросли, которые бы потребляли углекислый газ и тем самым уменьшали адский парниковый эффект на планете [49]. Идея, скорей всего, неработоспособная, но в поздних исследованиях Марса Саган и его коллега Джеймс Поллак выяснили, что существуют бактерии, которые могут потреблять азот и воду и производить аммиак [50]. В атмосфере Марса азот присутствует в незначительных количествах, но его богатые запасы могут обнаружиться в нитратных залежах реголита. Другие бактерии умеют соединять воду и углекислый газ в метан. И аммиак, и метан являются отличными парниковыми газами, в тысячи раз более мощными, чем двуокись углерода, хотя и не такими эффективными, как галогенуглеводороды. Если запустить парниковый эффект полярными зеркалами или производством CFC и тем самым обеспечить циркуляцию некоторого количества жидкой воды, мы, вероятно, сможем создать на поверхности планеты бактериальную экосистему, которая ускорит процесс благодаря выделению больших количеств аммиака и метана. В самом деле, если бы 1 % поверхности планеты был покрыт такими бактериями (а мы предполагаем, что они работают с эффективностью около 0,1 %, преобразуя энергию солнечного света в химические соединения), то ежегодно производилось бы около миллиарда тонн метана и аммиака. Этого достаточно, чтобы нагреть планету на 10 °К примерно за тридцать лет.
Таблица 9.2. Создание парникового эффекта на Марсе с помощью галогенуглеводородов (CFC)
Кроме того, аммиак и метан будут защищать поверхность планеты от солнечного ультрафиолетового излучения. Хотя в процессе аммиак и метан будут непрерывно разрушаться, так как типичная молекула имеет срок жизни в атмосфере в несколько десятилетий. Но бактерии постоянно будут их заменять. Также по мере нагревания планеты и дегазации диоксида углерода из реголита озоновый слой Марса будет утолщаться, обеспечивая дополнительное УФ-экранирование и для поверхности, и для аммиака и метана в атмосфере. (Углекислый газ способствует образованию озона. В самом деле, Марс в настоящее время имеет озоновый слой
[32] толщиной около 1/60 толщины земного, что довольно хорошо, если считать, что толщина его атмосферы всего 1/120 от земной.)
В считаные десятилетия, используя комбинацию из этих подходов, можно преобразовать Марс из сухой ледяной пустыни в относительно теплую и слегка влажную планету, на которой мы сумеем поддерживать жизнь. Воздух преобразованного Марса не станет подходящим для дыхания, но людям больше не понадобятся скафандры, можно будет свободно передвигаться в обычной открытой одежде и простом дыхательном приспособлении типа акваланга. Кроме того, поскольку атмосферное давление удастся довести до приемлемого для людей уровня, можно будет строить для людей огромные жилые помещения под надувными куполами, содержащие пригодный для дыхания воздух. (Купола могут быть неограниченного размера, потому что они не будут страдать от перепада давления между их внутренней и внешней средой, как во время строительства базы.) С другой стороны, простые выносливые растения могут процветать за пределами жилых помещений в среде, богатой углекислым газом, и быстро распространиться по всей поверхности планеты. С течением веков эти растения будут внедрять кислород в марсианскую атмосферу в возрастающих количествах, пригодных для дыхания, и тем самым создавать приемлемые условия для более сложных растений и животных. Содержание диоксида углерода в атмосфере при этом станет уменьшаться, а планета – остывать, пока не будут введены парниковые газы, способные блокировать те участки инфракрасного спектра, которые ранее блокировал диоксид углерода. Рано или поздно настанет день, когда в куполообразных тентах не останется необходимости.
