Терраформирование планет: возможны ли яблони на Марсе, города на Венере и лунные колонии | Наука

Наука|Космос

Терраформирование планет: возможны ли яблони на Марсе, города на Венере и лунные колонии

Антон Первушин

28 сентября 18:00

320

12 минут на чтение

В начале ХХ века благодаря успехам астрономии стало ясно, что природные условия на соседних планетах отличаются от земных. Возник вопрос: что делать, если человечество решится на активную экспансию и примется осваивать иные миры? Пытаться как-то приспособиться к чуждой природе или, наоборот, подгонять планеты под свой «стандарт»? Поскольку в ту эпоху огромной популярностью пользовались утопии, а в них сложившийся порядок менялся революционным путем с учётом нужд простого человека, второй вариант казался предпочтительнее.

Позднее, когда космические аппараты, изучавшие планеты Солнечной системы, подтвердили их непригодность для жизни, уверенность в том, что когда-нибудь люди займутся благоустройством соседних миров, выросла, и появились масштабные научно-технические проекты терраформирования. Эти проекты выглядят фантастикой, и человечество сможет реализовать их только через сотни лет, даже если приступит к делу прямо сегодня.

Читайте также

Как добраться до звёзд: гиперпространство, Земля-ковчег и корабль поколений

Антон Первушин

08.06.2024

22956

Все варианты для многолетних космических перелётов

Небесные фермеры

В романе «Война миров» марсиане питались человеческой кровью сами, а в экранизации 2005 года удобряли ею свои растения / Amblin Entertainment, Cruise, Wagner Productions

Вероятно, первым из фантастов мысль о том, что разумные существа обязательно станут преобразовывать чужие планеты по лекалам собственной, высказал английский писатель Герберт Уэллс. В его знаменитом романе «Война миров» (1897) зловещие марсиане, прибыв на Землю, не только пьют кровь людей, но и засеивают всё вокруг красноватого цвета семенами растений. После смерти пришельцев в результате эпидемии погибает и большая часть завезённой флоры: остаётся только простейшая красная трава, растущая повсеместно как сорняк.

Идея Уэллса выглядела экзотической даже для фантастики и долгое время оставалась невостребованной писателями. Исключением стали ранние большевистские утопии. Например, в романе профессионального революционера Александра Богданова (Малиновского) «Красная звезда» (1908) высокоразвитое общество марсиан обсуждает проект благоустройства Венеры и начинает её колонизацию с того, что строит защищённый город на острове Горячих бурь. Но, пожалуй, самую эффектную картину преобразования Солнечной системы дал Виктор Гончаров в романе «Межпланетный путешественник» (1924): комсомолец Андрей, который отправился в дальний космос на звездолёте, построенном лунным учёным, находит мир — двойник Земли, населённый людьми будущего. Те создали из колец Сатурна несколько новых планет, чтобы разместить там возросшее население, и умудрились соединить мостами Землю с Венерой, превращённой в огромный курорт.

Венера долгое время считалась сестрой-близнецом Земли, однако космические аппараты выяснили, что условия там гораздо суровее / JAXA / ISAS / DARTS / Kevin M. Gill [CC BY 2.0]

Если Гончаров, дав волю воображению, писал залихватское приключенческое произведение с элементом сатиры, то английский генетик и популяризатор науки Джон Холдейн, выпустивший футурологическое эссе «Страшный суд» (The Last Judgment, 1927), был предельно серьёзен. Он полагал, что со временем Луна сблизится с Землёй и столкнётся с ней, что приведёт к гибели всего живого, — а значит, необходимо найти новое место для цивилизации. Им должна стать Венера, поскольку на Марсе обитает враждебная раса, уничтожающая тех, кто пытается вступить с ней в контакт. Но венерианская природа смертельно опасна для землян: там слишком жарко и мало кислорода. Поэтому учёным будущего предстоит решить проблему сразу в двух направлениях: с одной стороны, модифицировать человеческий организм, чтобы следующие поколения могли жить в столь экстремальных условиях, с другой — рассеять специальные бактерии в атмосфере Венеры, чтобы те сделали её более подходящей для комфортного существования. В дальнейшем генно-модифицированные люди освоят и другие планеты, а затем и вовсе расселятся по Галактике и будут перестраивать её под свои требования.

В 1920-е годы Холдейн был очень популярным в англоязычном мире мыслителем, его эссе неоднократно переиздавались, обсуждались и, конечно, влияли на других авторов. Среди поклонников оказался и модный философ Олаф Стэплдон — он увидел в формате рассказа о будущем возможность излагать самые странные идеи. В 1930 году он выпустил книгу «Последние и первые люди: История близкого и далёкого будущего», где описал, как наш мир и человечество будут развиваться в ближайшие два миллиарда лет. Есть там и преобразование Венеры: поскольку она, по мнению философа, покрыта океаном, для приведения её к «норме» земляне с помощью множества электролизных станций будут расщеплять воду, насыщая атмосферу кислородом (получаемый при этом водород они каким-то загадочным способом будут выбрасывать в космос). Когда венерианский воздух станет более или менее пригодным для дыхания, учёные засеют многочисленные острова семенами растений, а океаны — водорослями. Конечно, жизнь на негостеприимной планете всё равно ещё надолго останется суровой, но люди начнут приспосабливаться к ней и породят несколько новых рас.

Терраформировать Венеру при нынешнем уровне развития технологий будет довольно сложно / NASA / JPL

Окончательно идея преобразования небесных тел сложилась в золотой век англоязычной научной фантастики, расцвет которой определили палп-журналы для молодёжи. Тогда же появился и сам термин «терраформирование» (terraforming): считается, что его ввёл в оборот американский писатель Джек Уильямсон в рассказе «Орбита столкновения» (Collision Orbit), опубликованном в июле 1942 года на страницах журнала Astounding Science Fiction. Действие рассказа происходит в поясе астероидов — пространственные инженеры превращают их в маленькие копии Земли.

Идея закрепилась как сюжетообразующая благодаря роману Роберта Хайнлайна «Небесный фермер» (Farmer in the Sky, 1950). В книге довольно подробно описано превращение безжизненного Ганимеда, самого крупного спутника Юпитера, в населённый мир, где люди могут обходиться без скафандров: сначала там создают кислородную атмосферу, затем из местного грунта колонисты добывают азот для разведения растений и создания парникового эффекта.

Юпитерианский Ганимед — самый крупный спутник в Солнечной системе — ещё один вероятный кандидат на колонизацию / NASA / JPL-Caltech / SwRI / MSSS, Kevin M. Gill

То, что фантасты так живо обсуждали терраформирование, побудило астрофизика Карла Сагана в марте 1961 года (то есть за месяц до полёта Юрия Гагарина) выдвинуть на рассмотрение научного сообщества первый реалистичный проект преобразования Венеры. На ней, в отличие от Ганимеда, парниковый эффект следовало бы уменьшить, поэтому Саган предложил засеять облака в её атмосфере генно-модифицированными микроорганизмами, которые поглощали бы углекислый газ, азот и воду, превращая их в органику. Чем больше газа удалось бы убрать, тем слабее был бы парниковый эффект и тем прохладнее становилось бы на поверхности. Микробы опускались бы в атмосфере всё ниже, где сгорали бы: в таком случае водяной пар из их тел возвращался бы в атмосферу, а углерод при высоких температурах оседал бы в виде графита. В конце концов температура упала бы ниже точки кипения воды, и поверхность Венеры стала бы пригодной для жизни.

Позднее учёные с помощью межпланетных аппаратов установили, что облака Венеры представляют собой концентрированный раствор серной кислоты, а давление у поверхности составляет не единицы бар, как полагал Саган, а почти сотню. Так что, даже если бы удалось создать микроорганизмы, способные выжить в столь экстремальных условиях, описанный астрофизиком процесс привёл бы к тому, что всю поверхность планеты покрыл бы слой графита толщиной в несколько сотен метров, а полученная атмосфера почти полностью состояла бы из чистого молекулярного кислорода под давлением 65 бар. В результате весь графит выгорел бы до углекислого газа, и всё бы вернулось на круги своя.

Читайте также

Есть ли жизнь на Венере? Скорпионы и чёрные лоскуты с Планеты Бурь

Антон Первушин

11.11.2023

28955

Братья по разуму на Сестре Земли

Путь марсиан

Так выглядит Марс сейчас… / CU / LASP EMM / EXI ITF / Kevin M. Gill [CC BY 2.0]

Марс долгое время не рассматривался как объект для терраформирования. Сначала считалось, что там есть местные жители, которым явно не понравится намерение человечества превратить их мир в подобие Земли; потом возобладало мнение, что, несмотря на различия в природных условиях, Марс можно заселить без серьёзного вмешательства в климат и экологию. Хорошей иллюстрацией воззрений того времени служит роман Артура Кларка «Пески Марса» (1951), где колонисты с Земли страдают от холода, недостатка кислорода и воды. При этом флора и фауна планеты примитивны, поскольку они также вынуждены выживать при дефиците ресурсов. Чтобы благоустроить Марс, земляне «поджигают» Фобос: тот становится маленьким солнцем и даёт тепло, под воздействием которого местные и завезённые растения бурно расцветают, восстанавливая атмосферу.

Когда стало известно, что условия на Марсе совсем не похожи на земные, а развитых форм жизни там нет, эта планета стала выглядеть намного перспективнее для терраформирования, чем раскалённая Венера. В декабре 1973 года Карл Саган опубликовал новую статью, где утверждал, что можно довольно быстро добиться необходимых климатических изменений на Марсе тремя способами: поменять наклон его оси вращения, увеличить обогрев планеты или понизить отражающую способность (альбедо) полярных шапок. Последний способ представлялся самым простым, и Саган провёл расчёт, из которого следовало, что достаточно покрыть слоем тёмного углеродного порошка около 6% площади полярных шапок (общая масса материала составит 108 тонн), чтобы начался самоподдерживающийся процесс. Тогда полярные шапки стали бы нагреваться, выделяя углекислый газ, тот усилил бы парниковый эффект, и шапки бы ещё больше разогрелись. Для ускорения преобразований, как писал Саган, в идеале можно было бы также посадить в полярных районах неприхотливые растения с низким альбедо.

…а так он мог бы выглядеть после терраформирования / Ittiz / Daein Ballard [CC BY-SA 3.0]

Примерно в то же время NASA провело инициативное исследование и по его итогам выпустило отчёт «Об обитаемости Марса: Подход к планетарному экосинтезу» (On the habitability of Mars: An approach to planetary ecosynthesis, 1976). Его авторы, работавшие под руководством Роберта Макэлроя, установили, что Марс способен поддерживать земную экосистему — непреодолимых препятствий к этому нет, — а привести его к земной «норме» можно, создав достаточно плотную атмосферу с кислородом и озоном, которую произведут фотосинтезирующие микроорганизмы. Однако, предупреждали исследователи, процесс займёт несколько миллионов лет.

В марте 1979 года инженер NASA Джеймс Оберг организовал коллоквиум по терраформированию на 18-й Лунной и планетарной научной конференции в Хьюстоне, а затем опубликовал его результаты в книге «Новые земли: Реструктуризация Земли и других планет» (New Earths: Restructuring Earth and Other Planets, 1981). Оберг считал, что радикально менять соседние планеты рано или поздно придётся: люди веками преобразовывали окружающую среду, адаптируя ее под себя, и терраформирование — логичное продолжение этих усилий. Кроме того, Земле угрожает множество опасностей: катастрофическое ухудшение климата, столкновение с кометой, увеличение солнечной активности, близкий взрыв сверхновой. Поэтому человечество нуждается не только в запасном «доме», но и в технологиях глобального воздействия на природу, которые помогут защитить биосферу Земли от космических напастей.

Марс выглядит не слишком приветливо — и всё же это первый кандидат на терраформирование / NASA / JPL-Caltech / ASU / Пол Бирн

Самым подходящим для терраформирования Оберг ожидаемо называл Марс, поскольку там есть большие запасы замёрзшей воды под поверхностным грунтом, а состав атмосферы можно изменить в обозримые сроки. Оберг рассматривал разные варианты преобразования: стабилизировать ось вращения планеты с помощью нового природного спутника (например, Ганимеда, который можно было бы «украсть» у Юпитера), разогреть полярные шапки с помощью орбитальных зеркал, создать искусственные кратеры-оазисы термоядерными взрывами или ударами кусков ледяного астероида, засеять атмосферу микроорганизмами…

И всё же, как отмечал инженер, из-за новейших сведений о Марсе, полученных космическими аппаратами, нам придётся отказаться от намерения превратить его в точную копию Земли. Например, на нём никогда не появятся полноценные океаны, поэтому получившаяся биосфера будет заметно отличаться от нашей.

Что касается терраформирования Венеры, то Оберт учёл проблему образования плотной атмосферы из кислорода и предложил «связывать» его доставляемым извне водородом, чтобы превращать в столь нужную планете воду. Чтобы добиться приемлемых температур, рядом с Венерой в космосе следует разместить большие отражатели. Такой проект выглядит куда более грандиозным с инженерной точки зрения, чем терраформирование Марса, поэтому его можно реализовать только в отдалённом будущем, когда человечество освоит большую часть Солнечной системы.

Снимок поверхности Венеры, сделанный спускаемым аппаратом советской станции «Венера-13» 1 марта 1982 года

Под влиянием этой дискуссии эколог Джеймс Лавлок и популяризатор науки Майкл Аллаби написали псевдодокументальный роман «Озеленение Марса» (Greening of Mars, 1984). Там они, повествуя от лица потомка межпланетных колонистов, подробно описали этапы терраформирования соседней планеты с использованием технологий конца ХХ века. По мнению авторов, в 1980-е политика всеобщего разоружения должна была привести к тому, что несколько тысяч баллистических ракет остались бы бесхозными, и их можно было бы использовать для доставки на Марс контейнеров с фреонами и спорами антарктических водорослей. Распыление фреонов в атмосфере ускорило бы развитие парникового эффекта в тысячу раз, что позволило бы повысить температуру до приемлемой за всего лишь 12 лет, а споры породили бы примитивную биосферу. Прибывшие колонисты тут же начали бы высаживать растения, удобряя грунт почвенными минералами.

Этот план терраформирования, конечно, выглядел слишком оптимистичным, а потому так и остался фантастикой.

Сегодня наиболее проработанной концепцией колонизации и терраформирования считается проект американского аэрокосмического инженера Роберта Зубрина, основателя Марсианского общества. По мнению Зубрина, вначале на Марсе следует развернуть базу примерно для 20–50 космонавтов, которые досконально изучат окружающую среду. На следующем этапе колония вырастет до нескольких тысяч человек, которые научатся использовать полезные ископаемые для своих нужд: например, они смогут добывать железо из грунта для развития промышленности. Затем они начнут постепенно нагревать атмосферу, производя в специальных генераторах метан и водяной пар, чтобы вызвать искусственный парниковый эффект. Кроме того, можно будет использовать старую идею: вывести на околомарсианскую орбиту многокилометровые зеркала и направить концентрированный солнечный свет на полярные шапки, чтобы ускорить их таяние.

Миллиардер-визионер Илон Маск, со своей стороны, считает, что такой вариант терраформирования слишком затратен с точки зрения финансов, ресурсов и времени. Поэтому он предлагает растопить полярные шапки Марса, взорвав над ними термоядерные бомбы — они доставят туда ракеты Маска. Однако никто не может сказать, какие долгосрочные последствия будет иметь эта акция, так что вряд ли план Маска когда-нибудь поддержат.

Популяризацией современной концепции терраформирования занимается также известный американский фантаст Ким Робинсон, который выпустил эпическую трилогию романов «Красный Марс» (1992), «Зелёный Марс» (1993) и «Голубой Марс» (1996), дополненную сборником новелл «Марсиане» (1999). Робинсон описывает ближайшее будущее с 2026 по 2212 год. Персонажам трилогии довольно быстро удаётся преобразовать Марс: они сгущают атмосферу с помощью особого биохимического соединения, разогревают поверхность орбитальными зеркалами, высвобождают воду из подповерхностных ледников термоядерными взрывами. Конечно, трилогия Робинсона утопична, но она даёт хорошее представление о том, какое количество проблем предстоит решить людям, которые займутся благоустройством чужого мира, — причём проблем не столько технических, сколько политических и экономических.

А кто-то на Марсе даже картошку растил

Энди Вейер «Марсианин»

Алексей Ионов

22.09.2014

21461

Лучшая НФ и лучшая книга 2014 года по версии МирФ!

Новое солнце

Чтобы в недрах Юпитера начался ядерный синтез и планета стала звездой, она должна быть в 75 раз массивнее. Тогда небесные тела за астероидным поясом получили бы собственное солнце / NASA, ESA, STScI, A. Simon, M.H. Wong, OPAL

Теоретически возможно адаптировать под нужды человечества и спутники планет-гигантов. Главная проблема состоит в том, что все они находятся за снеговой линией воды — то есть так далеко от Солнца, что тепла его лучей не хватает, чтобы растопить лёд. Здесь не поможет даже парниковый эффект, как у Роберта Хайнлайна. Единственный выход — создавать искусственные солнца. Такой вариант предложил Артур Кларк в романе «2010: Одиссея Два» (1982): в нём высший инопланетный разум запускает термоядерный синтез внутри Юпитера, и тот становится небольшой звездой, даря жизнь своим спутникам.

Впрочем, британский физик Мартин Фогг считает, что с задачей можно справиться и без инопланетян. С 1987 года он опубликовал ряд статей, посвящённых вопросам благоустройства иных миров, а затем выпустил книгу «Терраформирование: Проектирование планетной среды обитания» (Terraforming: Engineering Planetary Environments, 1995). Фогг показал, что преобразование Венеры будет возможно только в том случае, если получится увеличить скорость её вращения за счёт гравитационного воздействия большого количества астероидов, выведенных на близкие к ней орбиты. В рамках другого проекта физик, как и Кларк, предложил «зажечь» Юпитер, только довольно специфическим способом: разместив на нём миниатюрную чёрную дыру. Согласно расчётам, излучаемой энергии хватит для того, чтобы новое солнце светило как минимум 100 миллионов лет. Система спутников окажется в потоках излучаемого им тепла: на Европе возникнет огромный океан, на Ганимеде появятся реки и моря.

Ио — ещё один вариант спутника для терраформирования / NASA

В то же время канадский астроном Мартин Бич, автор книги «Терраформирование: Создание пригодных для жизни миров» (Terraforming: The Creating of Habitable Worlds, 2009) уверен, что куда перспективнее осваивать другой спутник — Ио: управляя его природным вулканизмом, можно создать атмосферу с необходимым давлением и химическим составом. Однако перед тем спутник нужно поднять на более высокую орбиту, чтобы он оказался вне смертоносного радиационного пояса, окружающего планету-гиганта.

Критики проектов терраформирования говорят о том, что человечество никогда не возьмётся за решение столь грандиозной задачи, поскольку вся наша деятельность и экономический уклад рассчитаны на то, чтобы получать результаты за 10–15 лет, а преобразование любой из планет займёт целые столетия. Впрочем, человечество меняется, его возможности растут, и сегодня мы работаем над проектами, которые наши предки тысячу лет назад не способны были себе вообразить. Вероятно, нужно подождать ещё тысячу лет…

Читайте также

Фантастические твари из глубокого космоса. Как астробиологи реконструируют внеземную жизнь

Антон Первушин

20.04.2024

26159

Кого люди повстречают на других планетах — зелёных человечков, воинственные треножники или разумный океан?

Читайте также

Как стать селенитом. Проекты колонизации Луны

Антон Первушин

17.07.2021

13764

Новое наступление на Луну началось. Не стоит ожидать, что всё пройдёт гладко.

Если вы нашли опечатку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Антон Первушин

Писатель-фантаст, популяризатор науки, член Союза писателей Санкт-Петербурга, Федерации космонавтики России, Санкт-Петербургского Союза ученых, Клуба научных журналистов, Ассоциации футурологов