Учёные: на Марсе не хватит CO₂ для разогрева атмосферы. Взрыв полюсов не поможет

Концепция терраформирования Марса — давняя тема в научно-фантастической литературе, а в последние годы обсуждается и в научных кругах. Новый всплеск интереса к этой теме произошёл после обнародования планов NASA и отдельных коммерческих компаний по отправке колонистов на Марс. Например, всю текущую деятельность частной фирмы SpaceX можно рассматривать как подготовительные этапы к этой главной цели.

Создание долгосрочной колонии на Марсе само собой подразумевает план по терраформированию планеты, чтобы сделать её пригодной для жизни и уменьшить риски колонистов, связанные с нехваткой кислорода, угрозой солнечного ветра и космической радиации. В свою очередь, терраформирование предполагает восстановление утраченной марсианской атмосферы и установку магнитного щита или генератора электромагнитного поля ^[1].

Самый сложный этап — восстановление атмосферы. Возможно ли это?

Два дня назад в журнале Nature Astronomy опубликована научная статья ^[2], в которой подробно обсуждается тема терраформирования Марса и главная проблема — где взять достаточное количество углекислого газа (CO₂). Авторы — Брюс Якоски (Bruce Jakosky) из лаборатории атмосферной и космической физики Университета Колорадо и Кристофер Эдвардс (Christopher Edwards) с кафедры физики и астрономии Университета Северной Аризоны.

На фото: комбинированное изображение от двух приборов, установленных на аппарате Mars Reconnaissance Orbiter. Зелёный цвет соответствует обнажённым карбонатам в области грабенов Nili Fossae ^[3] на Марсе

Возможные подходы к терраформированию Марса описаны в научной литературе прошлых лет, в том числе в работах Сагана (1971) ^[4] и Маккея и др. (1991) ^[5], pdf ^[6]. Согласно работе Маккея и др., есть два возможных подхода:

1. Увеличение давления до достаточной степени, чтобы люди могли работать без использования скафандров или спецодежды под давлением. Этот подход не требует обязательного наличия кислорода в атмосфере, достаточного для дыхания. Колонисты могут использовать кислородные маски, которые в любом случае гораздо удобнее, чем скафандры.
2. Увеличение концентрации атмосферного парникового газа до такой степени, что температура на Марсе достигнет уровня, при котором вода может сохраняться в жидком состоянии. Более высокая температура и стабильно жидкая вода сильно упростят все аспекты операций на Марсе.

Оба подхода к терраформированию требуют добавления значительного количества газа в атмосферу.

Единственные парниковые газы, которые можно добавить в марсианскую атмосферу — это CO₂ и H₂O, чтобы обеспечить парниковый эффект и повышение температуры. Хотя некоторые учёные предлагают введение других газов, таких хлорфторуглероды, но этот вариант авторы научной работы считают сомнительной альтернативой. Хорошие парниковые газы CH₄ и H₂ тоже отсутствуют в большом количестве, поэтому авторы рассматривают только CO₂ и H₂O.

Так вот, предыдущие расчёты атмосферного потепления показали, что одна только вода не способна обеспечить значительное потепление. Температура не позволит присутствовать в атмосфере достаточному количеству паров. Поэтому требуется предварительный разогрев атмосферы с помощью CO₂. Остаётся только этот газ. Но есть ли на Марсе достаточные запасы углекислого газа, чтобы повысить плотность атмосферы и создать парниковый эффект? Инвентаризация существующих запасов стала главной задачей исследователей.

Глобальные запасы углекислого газа на Марсе

Учёные перечисляют существующие резервуары неатмосферного CO₂ и оценивают, какой эффект даст высвобождение этого газа в атмосферу, то есть насколько оно увеличит её плотность. Они также оценили количество потерянного CO₂, который раньше присутствовал на планете, но рассеялся в космосе под воздействием солнечного ветра после внезапного исчезновения защитного магнитного поля на планете.

Авторы пришли к выводу, что существующих на Марсе запасов CO₂ недостаточно для терраформирования планеты. Даже если извлечь в атмосферу весь углекислый газ из полярного льда, то плотность атмосферы поднимется максимум до 2% от земной.

Напомним, что Илон Маск раньше уже изучал эту проблему и предлагал взорвать марсианские полюса ^[7], чтобы высвободить необходимое количество CO₂ и H₂O. По мнению учёных, такой метод не поможет. Даже если предположить там максимально возможное количество CO₂ и полностью растопить все ледники, плотность атмосферы всё равно повысится не более чем до 15% от земной.

Теоретически, добыть CO₂ можно путём подогрева минералов в марсианской коре. Снимки грабенов в Nili Fossae указывают на достаточно большое количество карбонатов на глубине. Учёные считают, что так можно повысить плотность атмосферы до земной. Но для этого понадобится:

• полностью растопить полярные шапки и ледники;
• расчистить всю поверхность планеты, обнажив минералы;
• разогреть все карбонаты в марсианской коре, чтобы они выделили углекислый газ (и продолжать их постоянно греть, чтобы они не впитали газ обратно.

На практике, считают авторы, вряд ли нам удастся с помощью марсианского CO₂ повысить плотность атмосферы больше чем на 1,5−2% от земной.

Научная статья опубликована ^[2] 30 июля 2018 года в журнале Nature Astronomy (doi: 10.1038/s41550-018-0529-6, pdf ^[8]).

Автор: alizar

Источник ^[9]