Ideen om at terraformere Mars - alias ”Jordens tvilling” - er en fascinerende idé. Mellem at smelte de polære iskapper, skabe langsomt en atmosfære og derefter konstruere miljøet til at have løv, floder og stående vandmasser, er der nok der til at inspirere næsten enhver! Men hvor lang tid vil en sådan bestræbelse tage, hvad ville det koste os, og er det virkelig en effektiv brug af vores tid og energi?
Sådanne var spørgsmålene, der blev behandlet af to artikler, der blev præsenteret på NASAs “Planetarium Science Vision 2050 Workshop” i sidste uge (mand. 27. februar - onsdag 1. marts). Den første, med titlen "The Terraforming Timeline", præsenterer en abstrakt plan for at omdanne den røde planet til noget grønt og beboeligt. Den anden, med titlen “Mars Terraforming - the Wrong Way”, afviser ideen om at terraformere helt og giver et alternativ.
Det tidligere papir blev produceret af Aaron Berliner fra University of California, Berkeley og Chris McKay fra Space Sciences Division ved NASA Ames Research Center. I deres artikel præsenterer de to forskere en tidslinje til terraformering af Mars, der inkluderer en opvarmningsfase og en iltfase, samt alle de nødvendige trin, der ville gå foran og følge.
Som det fremgår af deres papir introduktion:
”Terraformerende Mars kan opdeles i to faser. Den første fase opvarmer planeten fra den nuværende gennemsnitlige overfladetemperatur på -60 ° C til en værdi tæt på Jordens gennemsnitstemperatur til + 15 ° C og genskaber en tyk CO²-atmosfære. Denne opvarmningsfase er relativt let og hurtig og kan tage ~ 100 år. Den anden fase producerer niveauer af O² i atmosfæren, der ville give mennesker og andre store pattedyr mulighed for at trække vejret normalt. Denne oxygenationsfase er relativt vanskelig og ville tage 100.000 år eller mere, medmindre man postulerer et teknologisk gennembrud. ”
Inden disse kan begynde, anerkender Berliner og McKay, at der skal tages visse "før-terraforming" -trin. Disse inkluderer at undersøge Mars 'miljø for at bestemme niveauerne af vand på overfladen, niveauet af kuldioxid i atmosfæren og i isform i de polære regioner og mængden af nitrater i Marsjord. Som de forklarer, er alle disse nøglen til det praktiske ved at fremstille en biosfære på Mars.
Indtil videre peger de tilgængelige bevis mod alle tre elementer, der findes i overflod på Mars. Mens det meste af Mars-vandet i øjeblikket er i form af is i de polare områder og polarhætter, er der nok der til at understøtte en vandcyklus - komplet med skyer, regn, floder og søer. I mellemtiden hævder nogle estimater, at der er tilstrækkelig CO² i isform i de polare regioner til at skabe en atmosfære, der er lig med havoverfladen på Jorden.
Kvælstof er også et grundlæggende krav til liv og nødvendig bestanddel af en åndbar atmosfære og nylige data fra Nysgerrighed Rover angiver, at nitrater tegner sig for ~ 0,03 vægtprocent af jorden på Mars, hvilket er opmuntrende til terraformering. Dertil kommer, at forskere bliver nødt til at tackle visse etiske spørgsmål i relation til, hvordan terraformering kan påvirke Mars.
For eksempel, hvis der i øjeblikket er noget liv på Mars (eller liv, der kan genoplives), ville dette give et ubestrideligt etisk dilemma for menneskelige kolonister - især hvis dette liv er relateret til livet på Jorden. Som de forklarer:
”Hvis Marsliv er relateret til jordlivet - muligvis på grund af meteoritudveksling - så er situationen kendt og spørgsmål om, hvad andre typer jordliv skal introduceres og hvornår der skal løses. Men hvis Marsliv er uafhængigt af jordens liv og klart repræsenterer en anden genesis af livet, rejses der væsentlige tekniske og etiske spørgsmål. ”
For at bryde fase 1 - “Den opvarmende fase” - kortfattet, tager forfatterne op et problem, som vi kender i dag. I det væsentlige ændrer vi vores eget klima her på Jorden ved at introducere CO² og "super drivhusgasser" til atmosfæren, hvilket øger Jordens gennemsnitstemperatur med en hastighed på mange grader celsius pr. Århundrede. Og hvorimod dette har været utilsigtet på Jorden, kunne det på Mars omformuleres om at bevidst varme miljøet.
”Tidsplanen for opvarmning af Mars efter en fokuseret indsats for produktion af super drivhusgas er kort, kun 100 år eller deromkring,” hævder de. ”Hvis al solhændelsen på Mars skulle blive fanget med 100% effektivitet, ville Mars varme op til jordlignende temperaturer på cirka 10 år. Effektiviteten af drivhuseffekten er imidlertid plausibel omkring 10%, og det vil derfor tage ~ 100 år at tage Mars opvarmning. ”
Når denne tykke atmosfære er skabt, involverer det næste trin at konvertere den til noget, der kan åndes for mennesker - hvor O²-niveauer ville svare til ca. 13% af havets lufttryk her på Jorden, og CO²-niveauer ville være mindre end 1%. Denne fase, kendt som “Oxygenation Phase”, ville tage betydeligt længere. Igen drejer de sig mod et landligt eksempel for at vise, hvordan en sådan proces kunne fungere.
Her på Jorden hævder de, de høje niveauer af iltgas (O²) og lave niveauer af CO² skyldes fotosyntesen. Disse reaktioner er afhængige af solens energi til at omdanne vand og kuldioxid til biomasse - hvilket er repræsenteret af ligningen H²O + CO² = CH²O + O². Som de illustrerer, vil denne proces tage mellem 100.000 og 170.000 år:
”Hvis al sollys, der hændte på Mars, blev udnyttet med 100% effektivitet til at udføre denne kemiske transformation, ville det kun tage 17 år at producere høje niveauer af O². Imidlertid er den sandsynlige effektivitet af enhver proces, der kan omdanne H2O og CO² til biomasse og O², meget mindre end 100%. Det eneste eksempel, vi har på en proces, der globalt kan ændre CO² og O² på en hel plante er global biologi. På Jorden er effektiviteten af den globale biosfære ved brug af sollys til produceret biomasse og O2 0,01%. Således er tidsskalaen for at producere en O²-atmosfære på Mars 10.000 x 17 år, eller ~ 170.000 år. ”
De giver dog mulighed for syntetisk biologi og andre bioteknologier, som de hævder kunne øge effektiviteten og reducere tidsskalaen til et solidt 100.000 år. Hvis mennesker desuden kunne anvende naturlig fotosyntese (som har en relativt høj effektivitet på 5%) over hele planeten - dvs. at plante løv over hele Mars - kunne tidsskalaen reduceres til endnu et par århundreder.
Endelig skitserer de de trin, der skal tages for at få bolden til at rulle. Disse trin inkluderer tilpasning af nuværende og fremtidige robotopgaver til vurdering af Marsressourcer, matematiske og computermodeller, der kunne undersøge de involverede processer, et initiativ til at skabe syntetiske organismer til Mars, et middel til at teste terraformeringsteknikker i et begrænset miljø og en planetarisk aftale om ville etablere begrænsninger og beskyttelse.
De citerer Kim Stanley Robinson, forfatter af Røde Mars-trilogien (det sædvanlige arbejde med science fiction om terraformering af Mars), de udsender en opfordring til handling. Med hensyn til hvor lang tid processen med terraformering af Mars vil tage, hævder de, at vi "lige så godt kan starte nu".
Til dette tilbyder Valeriy Yakovlev - en astrofysiker og hydrogeolog fra Laboratory of Water Quality i Kharkov, Ukraine - en uenig opfattelse. I sit papir, "Mars Terraforming - The Wrong Way", gør han sagen for skabelsen af rumbiosfærer i lav jordbane, der ville stole på kunstig tyngdekraft (som en O'Neill-cylinder) for at give mennesker mulighed for at vænne sig til livet i plads.
Ser man på en af de største udfordringer inden for rumkolonisering, peger Yakovlev på, hvordan livet på kroppe som Månen eller Mars kunne være farligt for menneskelige bosættere. Ud over at være sårbare overfor sol- og kosmisk stråling ville kolonister være nødt til at håndtere en væsentlig lavere tyngdekraft. I tilfælde af Månen ville dette være omtrent 0,165 gange det, som mennesker oplever her på Jorden (alias 1 g), mens det på Mars ville være ca. 0,376 gange.
De langsigtede virkninger af dette er ikke kendt, men det er klart, at det vil omfatte muskeldegenerering og knogletab. Når man ser længere, er det helt uklart, hvad virkningen ville have for de børn, der er født i begge miljøer. Yakovlev gør opmærksom på måderne, hvorpå disse kunne afhjælpes (som inkluderer medicin og centrifuger), på, hvordan de sandsynligvis ville være ineffektive:
”Håbet om medicinudvikling annullerer ikke den fysiske nedbrydning af muskler, knogler og hele organismen. Rehabilitering i centrifuger er mindre hensigtsmæssig løsning sammenlignet med skibets biosfære, hvor det er muligt at tilvejebringe en i det væsentlige konstant efterligning af den normale tyngdekraft og beskyttelseskomplekset mod skadelige påvirkninger af rummiljøet. Hvis ruteudforskningens vej er at skabe en koloni på Mars og desuden de efterfølgende forsøg på at terrasse planeten, vil det føre til det uberettigede tab af tid og penge og øge de kendte risici for menneskelig civilisation. ”
Derudover peger han på udfordringerne ved at skabe det ideelle miljø for personer, der bor i rummet. Ud over blot at skabe bedre køretøjer og udvikle midlerne til at skaffe de nødvendige ressourcer, er der også behovet for at skabe det ideelle rummiljø for familier. I det væsentlige kræver dette udvikling af boliger, der er optimale med hensyn til størrelse, stabilitet og komfort.
I lyset af dette præsenterer Yakolev, hvad han anser for at være de mest sandsynlige udsigter for menneskehedens udgang til rummet mellem nu og 2030. Dette vil omfatte oprettelsen af de første rumbiosfærer med kunstig tyngdekraft, hvilket vil føre til nøgleudviklinger med hensyn til materialer teknologi, livssupportsystemer og de robotsystemer og infrastruktur, der er nødvendigt for at installere og servicere levesteder i Low Earth Orbit (LEO).
Disse levesteder kunne serviceres takket være oprettelsen af robot rumfartøjer, der kunne høste ressourcer fra nærliggende kroppe - såsom månen og de nærjordiske objekter (NEO'er). Dette koncept fjerner ikke kun behovet for planetarisk beskyttelse - dvs. bekymringer for forurening af Mars 'biosfære (forudsat at der er bakterieliv), det ville også give mennesker mulighed for at vænne sig til rummet mere gradvist.
Som Yakovlev fortalte Space Magazine via e-mail, kan fordelene ved rumhabitater opdeles i fire punkter:
”1. Dette er en universel måde at mestre de uendelige rum i kosmos på, både i solsystemet og uden for det. Vi har ikke brug for overflader til installation af huse, men ressourcer, som robotter leverer fra planeter og satellitter. 2. Muligheden for at skabe et levested så tæt som muligt på jordens vugge tillader en at flygte fra den uundgåelige fysiske nedbrydning under en anden tyngdekraft. Det er lettere at skabe et beskyttende magnetfelt.
”3. Overførslen mellem verdener og kilder til ressourcer vil ikke være en farlig ekspedition, men et normalt liv. Er det godt for sejlere uden deres familier? 4. Sandsynligheden for død eller forringelse af menneskeheden som følge af den globale katastrofe er markant reduceret, da koloniseringen af planeterne inkluderer rekognosering, varelevering, shuttle-transport af mennesker - og dette er meget længere end konstruktionen af biosfæren i Månens bane. Dr. Stephen William Hawking har ret, en person har ikke meget tid. ”
Og med pladshabitater på plads, kunne nogle meget afgørende forskning begynde, herunder medicinsk og biologisk forskning, der ville involvere de første børn født i rummet. Det ville også gøre det lettere at udvikle pålidelige rumfærger og ressourceekstraktionsteknologier, som vil være nyttige til afvikling af andre organer - som Månen, Mars og endda exoplaneter.
I sidste ende mener Yakolev, at rumbiosfærer også kunne opnås inden for en rimelig tidsramme - dvs. mellem 2030 og 2050 - hvilket simpelthen ikke er muligt med terraformering. Med henvisning til den voksende tilstedeværelse og magt i den kommercielle rumssektor mente Yakolev også, at en masse af den nødvendige infrastruktur allerede er på plads (eller er under udvikling).
”Når vi har overvundet inertien i at tænke +20 år, vil den eksperimentelle biosfære (som bosættelsen i Antarktis med ure), om 50 år vokser den første generation af børn, der er født i kosmos, og Jorden vil falde, fordi den vil komme ind i sagn som helhed… Som et resultat annulleres terraforming. Og den efterfølgende konference åbner vejen for reel udforskning af kosmos. Jeg er stolt over at være på den samme planet som Elon Reeve Musk. Hans missiler vil være nyttige til at løfte design til den første biosfære fra månefabrikkerne. Dette er en tæt og direkte måde at erobre kosmos på. ”
Med forskere og iværksættere fra NASA som Elon Musk og Bas Landorp, der ønsker at kolonisere Mars i den nærmeste fremtid, og andre kommercielle luftfartsselskaber, der udvikler LEO, er størrelsen og formen for menneskehedens fremtid i rummet svært at forudsige. Måske vil vi i fællesskab beslutte en sti, der fører os til Månen, Mars og videre. Måske vil vi se vores bedste bestræbelser rettet mod rummet nær jord.
Eller måske vil vi se os selv gå i flere retninger på én gang. Mens nogle grupper vil gå ind for oprettelse af rumhabitater i LEO (og senere, andre steder i solsystemet), der er afhængige af kunstig tyngdekraft og robotrum, der miner asteroider til materialer, vil andre fokusere på at etablere udposter på planetariske kroppe med det formål at omdanne dem til "Nye jordarter".
Mellem dem kan vi forvente, at mennesker vil begynde at udvikle en grad af ”rumkundskab” i dette århundrede, hvilket helt sikkert vil komme godt med, når vi begynder at skubbe grænserne for efterforskning og kolonisering endnu længere!
