Первый мир, который люди должны заселить за пределами Земли, это Луна, а не Марс. Вот почему терраформирование нашего лунного соседа так привлекательно.
Ключевые выводы
- Единственный способ подготовить мир для людей - сделать окружающую среду более похожей на земную: терраформировать.
- Хотя большинство космических мечтаний человечества сосредоточено на Марсе, лучший кандидат может быть еще ближе: Луна.
- Его близость к Земле, состав и многие другие факторы делают его очень привлекательным. Марс должен быть нашей мечтой, но не единственной.
Независимо от того, насколько развита наша цивилизация здесь, на Земле, есть отрезвляющий факт, с которым у нас нет другого выбора, кроме как считаться: ресурсы Земли конечны. Сюда входят не только ресурсы, о которых мы обычно думаем, такие как полезные ископаемые, чистая вода и пригодный для дыхания воздух, но и нечто еще более фундаментальное и ограничительное: площадь суши. Независимо от того, насколько тщательно мы развиваемся, на нашей планете есть только ограниченное количество континентальной суши, которую можно заселить.
Хотя «плавучие города» на морях и океанах могут когда-нибудь стать возможными, конечная площадь поверхности планеты Земля гарантирует, что после определенного момента нам придется покинуть нашу родную планету, если мы хотят, чтобы наша цивилизация продолжала расти. Хотя многие из нас мечтали жить в другом мире, нам еще предстоит найти даже намек на жизнь в мире за пределами Земли, не говоря уже о полностью обитаемой планете или планете, пригодной для проживания людей. Если мы хотим, чтобы мир был пригоден для жизни, похоже, что наш единственный вариант - превратить необитаемую в настоящее время планету в планету, на которой люди смогут выжить, - процесс, называемый терраформированием. Несмотря на распространенное мнение, что Марс - это подходящий мир для терраформирования в нашей Солнечной системе, ближе к дому может быть еще лучший вариант: Луна. Вот наука почему.
Четыре теоретических этапа терраформирования, которые переведут Марс из красной пустынной планеты, которой он является сегодня (вверху слева), в мир, где жизнь поддерживается и процветает, очень похожий на Землю (внизу справа). Хотя это амбициозная мечта, терраформировать Луну может оказаться намного проще.
На первый взгляд может показаться, что Марс гораздо лучше подходит для терраформирования, чем Луна. Ведь на Марсе уже есть большое количество воды: и в твердом, и в газообразном состоянии. У Марса было прошлое, когда на поверхности было много жидкой воды, и, вероятно, он провел более первого миллиарда лет своего существования с океанами и реками по всей своей поверхности. Марс больше и массивнее Луны; у него более высокое гравитационное ускорение, чем у Луны на его поверхности; а его атмосфера хоть и тонкая, но богата углекислым газом.
Но Марс также сталкивается с проблемами, которых нет у Луны. Во-первых, Марс находится дальше от Солнца, а это означает, что мы получаем меньше энергии от Солнца на каждый квадратный метр площади. Во-вторых, марсианская атмосфера представляет собой огромную опасность, с сильными ветрами, обычными песчаными бурями и рельефом, который меняется так же легко, как песчаные дюны на Земле. Марс, не имея защитного магнитного поля, как у Земли, также подвергается бомбардировке частицами солнечного ветра. Если кто-то, живущий на поверхности, не хочет получить смертельную дозу радиации за время, намного меньшее, чем человеческая жизнь, ему придется переселиться под землю: возможность, предоставляемая только обильным существованием огромных лавовых труб на Марсе..
Лавовые трубы, найденные на Земле, Луне и Марсе, но, как ожидается, на многих планетах, обеспечивают подземное укрытие от суровых поверхностных условий. При соответствующей инфраструктуре первые марсианские поселения могли бы извлечь выгоду из использования такого места вместо поселения на поверхности.
Ни одно из этих препятствий, конечно, не является непреодолимым; при достаточно больших вложениях ресурсов возможно практически все. Но чем больше ресурсов вам нужно взять с собой - как для выживания и процветания в новой среде, так и для защиты от пагубного воздействия всего, что вас окружает - тем сложнее становится эта задача. На Марсе нам приходится учитывать множество факторов, которые работают против нас.
- Марсианский грунт сильно отличается от земного: к диоксиду кремния присоединяются сильно окисленные металлы: оксид железа, оксид алюминия, оксид кальция и оксид серы.
- Марсианская атмосфера представляет собой серьезное препятствие для безопасной и точной посадки на поверхность, а также препятствует любым попыткам вернуть содержимое (или людей) обратно на Землю.
- Марс находится на очень большом расстоянии от Земли; со скоростью света одностороннее общение занимает от 7 до 22 минут.
- Марс очень удален с точки зрения доставки ресурсов; доставка груза с Земли на Марс может занять от нескольких месяцев до года, в зависимости от конфигурации планет в любой конкретный момент времени.
Ветры со скоростью до 100 км/ч путешествуют по марсианской поверхности. Кратеры на этом изображении, образовавшиеся в результате ударов Марса в прошлом, имеют разную степень эрозии. У некоторых все еще есть четкие внешние края и четкие черты внутри них, в то время как другие гораздо более гладкие и безликие, они почти сливаются друг с другом или сливаются с окружающей средой.
Напротив, Луна по многим показателям является гораздо более благоприятной средой. Путешествие на Луну в один конец занимает всего несколько дней, как и в эпоху Аполлона. Обмен сообщениями между Землей и Луной происходит очень быстро, а время прохождения света в одну сторону составляет всего около 1,25 секунды. Наблюдатель на ближней стороне Луны - стороне, которая всегда обращена к нам - будет в постоянном контакте с земной инфраструктурой, тогда как любому другому миру, включая Марс, потребуется орбитальная решетка для обеспечения связи, когда Земля невидима с поверхности этого мира..
Луна предлагает множество преимуществ, которых просто нет у Марса, даже если учесть, что:
- В обоих мирах наблюдаются сравнительно большие колебания температуры.
- Поверхностная гравитация в обоих мирах очень низкая (гравитация Марса составляет около трети, а гравитация Луны - около одной шестой от земной).
- Жителю Луны пришлось бы бороться с днями и ночами, каждая из которых длится ~2 недели
- Наблюдатель на ближней стороне Луны всегда будет наблюдать «полную Землю» в своем небе, днем или ночью.
NASA создало эту диаграмму в 1967 году, чтобы проиллюстрировать траекторию полета и основные события предстоящих миссий «Аполлон» на Луну. По сравнению с Марсом, время прохождения света которого составляет минуты, а путь занимает много месяцев, световой сигнал может достичь Луны за 1,25 секунды, а ракета может добраться туда примерно за 3 дня.
Во многих отношениях эти удобства делают Луну нашим главным кандидатом на место нашего первого терраформирования. С точки зрения излучения Луна превосходит Марс. Конечно, у Луны и Марса есть мертвые ядра и поверхностные магнитные поля, которые бессвязно изменяются по поверхности этих миров. Предлагая незначительную защиту по сравнению с магнитосферой Земли, эти миры сами по себе мало что делают для защиты обитателей поверхности от частиц и радиации, испускаемых Солнцем.
Вы можете подумать, что Луне, находящейся ближе к Солнцу, будет хуже, чем Марсу. Вы можете понять, что Луна находится за пределами поясов Ван Аллена, окружающих Землю, а это означает, что наша планета обеспечивает незначительную защиту от этого эффекта. Все это правда.
Но в 2007 году подробный анализ показал, что магнитное поле Земли прекрасно защищает Луну от солнечного ветра, значительно уменьшая воздействие радиации, которое может получить обитатель поверхности. Кроме того, Луна в течение дня получает положительный заряд, замедляя и уменьшая вредное воздействие протонов и других положительно заряженных ионов. С точки зрения радиационной безопасности Луна превзошла Марс.
Несмотря на отсутствие собственного заметного магнитного поля, магнитосфера Земли обеспечивает более чем скромную защиту Луны от солнечного ветра и других заряженных частиц.(Например, ионы кислорода из атмосферы Земли.) Точная предлагаемая защита зависит от положения Луны и поля межзвездной среды.
С точки зрения инфраструктуры и доступности, это действительно вне конкуренции. Луна ближе, всегда имеет вид на Землю, может обмениваться сигналами и данными в сотни раз быстрее, чем между Землей и Марсом, и с нее легче приземлиться и взлететь. Некоторую инфраструктуру можно было бы легко использовать совместно между Землей и Луной, например Интернет, в то время как Марсу из-за его удаленности, скорее всего, потребуется собственная автономная инфраструктура.
Но, пожалуй, самым большим преимуществом, как скажет вам любой, кто хорошо разбирается в недвижимости, является местоположение. На Луне солнечная энергия является огромным преимуществом, так как здесь нет атмосферы, нет облачного покрова и нет поглощения радиации, которая происходит на пути вниз. Вы можете установить солнечную панель на поверхности и получать такое же количество падающего излучения, как и от орбитального аппарата, и вам нужно будет всего лишь очищать панели от пылевидных частиц каждые несколько десятилетий.(Помните, пыльные солнечные панели - это то, что в конечном итоге убило марсоходы Spirit и Opportunity!) Между тем, падающий поток на Марс составляет всего 43% от того, что на Луне, и это в верхней части марсианской атмосферы. С точки зрения «отдачи от вложенных средств», которую вы получаете от Солнца, Луна более чем в два раза эффективнее.
Японский зонд «Кагуя» отправился на орбиту Луны, что позволило получить великолепные виды Земли над лунной поверхностью. Здесь Луна сфотографирована вдоль границы дня и ночи, терминатора, в то время как Земля появляется в фазе наполовину полной. С ближней стороны Луны всегда видна Земля.
Но, безусловно, лучшим активом на Луне является то, о чем вы можете вообще не думать как о активе: лунный реголит или пыльный внешний слой почвы, обнаруженный на Луне. Марс имеет рельеф, который различается по составу, высоте и степени запыленности в сравнении с плотностью; многие сравнивают его со свежими вулканическими базальтовыми почвами на Гавайях. Однако материал, найденный на Луне, не просто похож на земной; это Земля.
Часть того, что мы знаем, что Луна и Земля образовались в результате одного и того же древнего события - раннего столкновения, которое подняло обломки, а не околопланетный диск вокруг Земли, - это то, что мы привезли образцы с Луны и анализировали их в лабораториях здесь, на Земле. С точки зрения элементов, из которых состоят оба мира, химического состава соединений, которые мы находим, и соотношения изотопов присутствующих материалов Луна и Земля имеют общую историю. За исключением биологических компонентов, обнаруженных в верхнем слое почвы, состав лунного реголита идентичен составу земной коры.
Через серию куполов или даже подземную сеть бесплодный лунный реголит может быть преобразован в поверхность, на которой человеческая цивилизация делает свой первый набег за пределы Земли.
Если материал, который присутствует на Луне, не просто подобен, но и идентичен материалу, который у нас есть на Земле, это делает перспективу терраформирования Луны гораздо более легкой задачей, чем мы могли бы подумать в противном случае. Да, на поверхности нет ни воздуха, ни атмосферы, ни легкого источника жидкой воды. Но если мы приносим:
- самозамкнутая конструкция
- воздух, необходимый для его заполнения
- бактерии, необходимые для правильного обогащения почвы
Простого измельчения лунных камней для создания почвы будет достаточно, чтобы начать процесс лунного земледелия. Есть даже шанс, что нам не придется приносить свою воду, поскольку известно, что постоянно затененные кратеры на Луне содержат большое количество замерзшей воды: как грязный, слякотный снежный конус. В 2008 году исследователи отправились проверить пригодность использования лунного грунта для выращивания наземных растений, протестировав бархатцы. При добавлении бактерий полученные растения были совершенно здоровыми.
Три контейнера с образцами, содержащие измельченные камни, имитирующие лунные камни. В два контейнера слева были добавлены бактерии; в крайний правый контейнер бактерии не добавлялись. В самом лунном грунте есть все, кроме биоты, необходимое для роста и поддержания земной жизни.
Затем, в 2019 году, китайский космический корабль «Чанъэ-4», приземлившийся на обратной стороне Луны, провел эксперимент с небольшой биосферой весом 2,6 кг. Внутри находились семена, яйца и дремлющие одноклеточные организмы. В течение лунного дня, который длится 14 земных дней, из семени выросло хлопковое растение: впервые семя проросло на Луне. Проросли два листа, и есть подозрение, что растение погибло только тогда, когда наступила лунная ночь: когда температура может опускаться до -190 °C.
Успех этих экспериментов в сочетании с известным составом, местоположением и другими свойствами Луны дает веские основания полагать, что это первый мир за пределами Земли, в котором мы пытаемся построить внеземную цивилизацию. на. Если мы когда-нибудь надеемся стать многопланетным видом, нам предстоит усвоить много уроков, столкнуться со многими препятствиями и преодолеть их, а также сделать много маленьких шагов, прежде чем мы действительно будем готовы к большой награде: стать межзвездной цивилизацией. Несмотря на то, что космическая эра началась только в 1957 году - менее одной человеческой жизни назад - самым большим препятствием для терраформирования является вложение ресурсов. На Луне, где нет вредных факторов окружающей среды, мы можем позволить себе роскошь ходить «по одному куполу за раз».
Трехмерная реконструкция, основанная на обработке изображений и анализе данных, показывает два листа хлопка, выращенные на посадочном модуле «Чанъэ-4» на обратной стороне Луны.
Если наша цель - терраформировать Луну, то теперь у нас есть план, как это сделать:
- построить герметичный купол
- наполните воздухом для дыхания
- добыть нужную нам воду из лунного кратера
- принесите с собой биоту, необходимую для поддержания жизни
Следуя этим шагам, мы могли бы создать наш первый долговременный дом для человечества за пределами планеты Земля. Его можно построить на ближней стороне Луны, на постоянной связи с Землей.
Пока у нас достаточно энергии батарей для поддержания, обогрева и, возможно, освещения окружающей среды в течение долгих лунных ночей, первая человеческая внеземная цивилизация находится в пределах реальности. Вместо того, чтобы пытаться терраформировать всю планету, полет на Луну дал бы нам роскошь терраформировать только интересующую область, понемногу за раз, в то время как мы извлекаем ценные уроки, которые потенциально могут быть применены во всем мире. Для каждого мира, который существует, у нас есть только один шанс сделать что-то правильно. Когда дело доходит до терраформирования, мы были бы большими дураками, если бы сначала не взялись за низко висящие плоды.