Het idee om Mars te terraformen - ook bekend als 'Earth's Twin' - is een fascinerend idee. Tussen het smelten van de poolkappen, het langzaam creëren van een atmosfeer en vervolgens het ontwerpen van de omgeving met bladeren, rivieren en staande watermassa's, is er genoeg om zo ongeveer iedereen te inspireren! Maar hoe lang zou zo'n inspanning duren, wat zou het ons kosten, en is het echt een effectief gebruik van onze tijd en energie?
Dat waren de vragen die werden behandeld door twee artikelen die vorige week werden gepresenteerd tijdens NASA's "Planetary Science Vision 2050 Workshop" (ma. 27 februari - wo. 1 maart). De eerste, getiteld "The Terraforming Timeline", presenteert een abstract plan om van de Rode Planeet iets groens en bewoonbaars te maken. De tweede, getiteld "Mars Terraforming - the Wrong Way", verwerpt het idee van terraforming helemaal en presenteert een alternatief.
Het voormalige papier is geproduceerd door Aaron Berliner van de University of California, Berkeley en Chris McKay van de Space Sciences Division van NASA Ames Research Center. In hun paper presenteren de twee onderzoekers een tijdlijn voor de terravorming van Mars met een opwarmfase en een zuurstoffase, evenals alle noodzakelijke stappen die vooraf zouden gaan en zouden volgen.
Zoals ze in de inleiding van hun paper zeggen:
“Terraforming Mars kan in twee fasen worden verdeeld. De eerste fase is het opwarmen van de planeet van de huidige gemiddelde oppervlaktetemperatuur van -60 ° C tot een waarde die dicht bij de gemiddelde temperatuur van de aarde ligt tot + 15 ° C, en het creëren van een dikke CO²-atmosfeer. Deze opwarmfase is relatief eenvoudig en snel en kan ~ 100 jaar duren. De tweede fase is het produceren van O²-niveaus in de atmosfeer waardoor mensen en andere grote zoogdieren normaal kunnen ademen. Deze oxygeneringsfase is relatief moeilijk en zou 100.000 jaar of langer duren, tenzij men een technologische doorbraak postuleert. ”
Voordat deze kunnen beginnen, erkennen Berliner en McKay dat bepaalde "pre-terraforming" -stappen moeten worden genomen. Deze omvatten het onderzoeken van de omgeving van Mars om de waterstanden aan het oppervlak, het kooldioxidegehalte in de atmosfeer en in ijsvorm in de poolgebieden en de hoeveelheid nitraten in Marsgrond te bepalen. Zoals ze uitleggen, zijn dit allemaal de sleutel tot de bruikbaarheid van het maken van een biosfeer op Mars.
Tot dusver wijst het beschikbare bewijs naar alle drie de elementen die in overvloed op Mars bestaan. Hoewel het grootste deel van Mars-water momenteel in de vorm van ijs is in de poolgebieden en poolkappen, is er genoeg om een watercyclus te ondersteunen - compleet met wolken, regen, rivieren en meren. Ondertussen beweren sommige schattingen dat er in de poolgebieden voldoende CO² in ijsvorm is om een atmosfeer te creëren die gelijk is aan de zeespiegeldruk op aarde.
Stikstof is ook een fundamentele levensbehoefte en het noodzakelijke bestanddeel van een ademende atmosfeer, en recente gegevens van de Nieuwsgierigheid Rover geven aan dat nitraten ~ 0,03 massaprocent van de bodem op Mars uitmaken, wat bemoedigend is voor terraforming. Bovendien zullen wetenschappers bepaalde ethische vragen moeten aanpakken met betrekking tot de gevolgen van terraforming voor Mars.
Als er bijvoorbeeld momenteel leven op Mars is (of leven dat nieuw leven kan worden ingeblazen), zou dit een onmiskenbaar ethisch dilemma voor menselijke kolonisten vormen - vooral als dit leven gerelateerd is aan het leven op aarde. Zoals ze uitleggen:
'Als het leven op Mars verwant is aan het leven op aarde - mogelijk als gevolg van de uitwisseling van meteorieten - dan is de situatie bekend en moeten problemen met welke andere soorten leven op aarde worden geïntroduceerd en wanneer moeten worden aangepakt. Als het leven op Mars echter geen verband houdt met het leven op aarde en duidelijk een tweede genese van het leven vertegenwoordigt, dan worden er belangrijke technische en ethische problemen opgeworpen. ”
Om fase één - "The Warming Phase" - bondig af te breken, pakken de auteurs een probleem aan dat ons vandaag bekend is. In wezen veranderen we ons eigen klimaat hier op aarde door CO² en "super broeikasgassen" in de atmosfeer te introduceren, wat de gemiddelde temperatuur van de aarde verhoogt met een snelheid van vele graden Celsius per eeuw. En hoewel dit op aarde onbedoeld was, zou het op Mars opnieuw kunnen worden gebruikt om de omgeving opzettelijk te verwarmen.
"De tijdschaal voor het opwarmen van Mars na een gerichte inspanning van super broeikasgasproductie is kort, slechts 100 jaar of zo", beweren ze. “Als al het zonne-incident op Mars met 100% efficiëntie zou worden vastgelegd, dan zou Mars in ongeveer 10 jaar opwarmen tot aardachtige temperaturen. De efficiëntie van het broeikaseffect is echter aannemelijk ongeveer 10%, dus de tijd die nodig zou zijn om Mars op te warmen zou ~ 100 jaar zijn. ”
Zodra deze dikke atmosfeer is gecreëerd, is de volgende stap het omzetten in iets ademend voor mensen - waar O²-niveaus gelijk zouden zijn aan ongeveer 13% van de luchtdruk op zeeniveau hier op aarde en CO²-niveaus minder dan 1% zouden zijn. Deze fase, bekend als de "Oxygenation Phase", zou aanzienlijk langer duren. Nogmaals, ze wenden zich tot een aards voorbeeld om te laten zien hoe een dergelijk proces zou kunnen werken.
Hier op aarde, zo beweren ze, zijn de hoge niveaus van zuurstofgas (O²) en de lage niveaus van CO² te wijten aan fotosynthese. Deze reacties zijn afhankelijk van de energie van de zon om water en kooldioxide om te zetten in biomassa - wat wordt weergegeven door de vergelijking H²O + CO² = CH²O + O². Zoals ze illustreren, duurt dit proces tussen 100.000 en 170.000 jaar:
“Als al het zonlicht op Mars met 100% efficiëntie zou worden benut om deze chemische transformatie uit te voeren, zou het slechts 17 jaar duren om hoge niveaus van O² te produceren. De waarschijnlijke efficiëntie van elk proces dat H²O en CO² kan omzetten in biomassa en O² is echter veel minder dan 100%. Het enige voorbeeld dat we hebben van een proces dat de CO² en O² van een hele plant wereldwijd kan veranderen, is de mondiale biologie. Op aarde is de efficiëntie van de wereldwijde biosfeer bij het gebruik van zonlicht voor de productie van biomassa en O2 0,01%. De tijdschaal voor het produceren van een O²-rijke atmosfeer op Mars is dus 10.000 x 17 jaar, of ~ 170.000 jaar. ”
Ze houden echter rekening met synthetische biologie en andere biotechnologieën, die volgens hen de efficiëntie zouden kunnen verhogen en het tijdschema zouden kunnen terugbrengen tot een solide 100.000 jaar. Als de mens bovendien de natuurlijke fotosynthese (die een relatief hoog rendement van 5% heeft) over de hele planeet zou kunnen gebruiken - dat wil zeggen bladeren planten over heel Mars - zou de tijdschaal zelfs tot een paar eeuwen kunnen worden teruggebracht.
Ten slotte schetsen ze de stappen die moeten worden genomen om de bal aan het rollen te krijgen. Deze stappen omvatten het aanpassen van huidige en toekomstige robotmissies om Martiaanse bronnen te beoordelen, wiskundige en computermodellen die de betrokken processen zouden kunnen onderzoeken, een initiatief om synthetische organismen voor Mars te creëren, een middel om terraforming-technieken in een beperkte omgeving te testen, en een planetaire overeenkomst die beperkingen en beveiligingen zou instellen.
Ze citeren Kim Stanley Robinson, auteur van de Red Mars Trilogy (het baanbrekende werk van sciencefiction over terraforming Mars) en roepen op tot actie. Om aan te geven hoe lang het proces van het terraformen van Mars zal duren, beweren ze dat we "nu net zo goed kunnen beginnen".
Hiertoe biedt Valeriy Yakovlev - een astrofysicus en hydrogeoloog van het Laboratorium voor Waterkwaliteit in Kharkov, Oekraïne - een afwijkende mening. In zijn paper, "Mars Terraforming - the Wrong Way", pleit hij voor het creëren van ruimtebiosferen in Low Earth Orbit die zouden vertrouwen op kunstmatige zwaartekracht (zoals een O'Neill-cilinder) om mensen in staat te stellen gewend te raken aan het leven in ruimte.
Op zoek naar een van de grootste uitdagingen van ruimtekolonisatie, wijst Yakovlev erop hoe leven op lichamen zoals de maan of Mars gevaarlijk kan zijn voor menselijke kolonisten. Kolonisten zouden niet alleen kwetsbaar zijn voor zonne- en kosmische straling, maar ook met een aanzienlijk lagere zwaartekracht. In het geval van de maan zou dit ongeveer 0,165 keer zo groot zijn als wat mensen hier op aarde ervaren (ofwel 1 g), terwijl het op Mars ongeveer 0,376 keer zou zijn.
De langetermijneffecten hiervan zijn niet bekend, maar het is duidelijk dat het spierdegeneratie en botverlies zou omvatten. Als we verder kijken, is het volkomen onduidelijk wat de effecten zouden zijn voor die kinderen die in een van beide omgevingen zijn geboren. Yakovlev richt zich op de manieren waarop deze kunnen worden verzacht (waaronder medicijnen en centrifuges) en wijst erop hoe ze waarschijnlijk niet effectief zouden zijn:
“De hoop op medicijnontwikkeling zal de fysieke afbraak van spieren, botten en het hele organisme niet teniet doen. De rehabilitatie in centrifuges is een minder doelmatige oplossing vergeleken met de scheepsbiosfeer, waar het mogelijk is om een vrijwel constante imitatie van de normale zwaartekracht en het beschermingscomplex te bieden tegen schadelijke invloeden van de ruimteomgeving. Als het pad van ruimteverkenning is om een kolonie op Mars te creëren en bovendien de daaropvolgende pogingen om de planeet te terraformen, zal dit leiden tot een ongerechtvaardigd verlies van tijd en geld en de bekende risico's van de menselijke beschaving vergroten.
Daarnaast wijst hij op de uitdagingen om de ideale omgeving te creëren voor individuen die in de ruimte leven. Naast het simpelweg creëren van betere voertuigen en het ontwikkelen van de middelen om de benodigde middelen te verkrijgen, is er ook de behoefte om de ideale ruimteomgeving voor gezinnen te creëren. Dit vereist in wezen de ontwikkeling van woningen die qua grootte, stabiliteit en comfort optimaal zijn.
In het licht hiervan presenteert Yakolev wat volgens hem de meest waarschijnlijke vooruitzichten zijn voor het vertrek van de mensheid naar de ruimte tussen nu en 2030. Dit omvat de creatie van de eerste ruimtebiosferen met kunstmatige zwaartekracht, wat zal leiden tot belangrijke materiaalontwikkelingen technologie, levensondersteunende systemen en de robotsystemen en infrastructuur die nodig zijn om habitats in Low Earth Orbit (LEO) te installeren en te onderhouden.
Deze habitats konden worden onderhouden dankzij de creatie van een robotachtig ruimtevaartuig dat hulpbronnen kon oogsten van nabijgelegen lichamen - zoals de maan en Near-Earth Objects (NEO's). Dit concept zou niet alleen de noodzaak van planetaire bescherming wegnemen - d.w.z. zorgen over het vervuilen van de biosfeer van Mars (uitgaande van de aanwezigheid van bacterieel leven), het zou ook de mens in staat stellen om geleidelijker aan de ruimte te wennen.
Zoals Yakovlev via e-mail aan Space Magazine vertelde, kunnen de voordelen van ruimtehabitats in vier punten worden opgesplitst:
'1. Dit is een universele manier om de oneindige ruimtes van de kosmos te beheersen, zowel in het zonnestelsel als daarbuiten. We hebben geen oppervlakken nodig om huizen te installeren, maar middelen die robots van planeten en satellieten zullen leveren. 2. De mogelijkheid om een leefgebied zo dicht mogelijk bij de wieg van de aarde te creëren, stelt iemand in staat om onder een andere zwaartekracht te ontsnappen aan de onvermijdelijke fysieke achteruitgang. Het is gemakkelijker om een beschermend magnetisch veld te creëren.
'3. De overdracht tussen werelden en bronnen zal geen gevaarlijke expeditie zijn, maar een normaal leven. Is het goed voor zeilers zonder hun gezin? 4. De kans op overlijden of aantasting van de mensheid als gevolg van de wereldwijde catastrofe wordt aanzienlijk verkleind, aangezien de kolonisatie van de planeten verkenning, levering van goederen, pendelvervoer van mensen omvat - en dit is veel langer dan de constructie van de biosfeer in de baan van de maan. Dr. Stephen William Hawking heeft gelijk, een persoon heeft niet veel tijd. '
En met de beschikbare ruimtehabitats zou er een aantal zeer cruciale onderzoeken kunnen beginnen, waaronder medisch en biologisch onderzoek waarbij de eerste in de ruimte geboren kinderen betrokken zouden zijn. Het zou ook de ontwikkeling van betrouwbare spaceshuttles en technologieën voor het onttrekken van hulpbronnen vergemakkelijken, wat handig zal zijn voor de vestiging van andere lichamen - zoals de maan, Mars en zelfs exoplaneten.
Uiteindelijk denkt Yakolev dat ruimtebiospheres ook binnen een redelijk tijdsbestek - dat wil zeggen tussen 2030 en 2050 - kunnen worden bereikt, wat simpelweg niet mogelijk is met terraforming. Yakolev haalde de groeiende aanwezigheid en kracht van de commerciële ruimtesector aan en geloofde ook dat veel van de noodzakelijke infrastructuur reeds aanwezig is (of in ontwikkeling is).
"Nadat we de traagheid van het denken van +20 jaar, de experimentele biosfeer (zoals de nederzetting op Antarctica met horloges) hebben overwonnen, zal in 50 jaar de eerste generatie kinderen geboren in de Kosmos groeien en zal de aarde afnemen, omdat deze de legendes als geheel ... Als gevolg hiervan wordt terraforming geannuleerd. En de volgende conferentie zal de weg openen voor echte verkenning van de kosmos. Ik ben er trots op op dezelfde planeet te zijn als Elon Reeve Musk. Zijn raketten zullen nuttig zijn om ontwerpen voor de eerste biosfeer uit de maanfabrieken te tillen. Dit is een directe en directe manier om de kosmos te veroveren. '
Met NASA-wetenschappers en ondernemers zoals Elon Musk en Bas Landorp die in de nabije toekomst Mars willen koloniseren, en andere commerciële ruimtevaartbedrijven die LEO ontwikkelen, is de omvang en vorm van de toekomst van de mensheid in de ruimte moeilijk te voorspellen. Misschien zullen we samen beslissen over een pad dat ons naar de maan, Mars en verder brengt. Misschien zien we onze inspanningen gericht op de ruimte nabij de aarde.
Of misschien zien we onszelf in meerdere richtingen tegelijk vertrekken. Terwijl sommige groepen zullen pleiten voor het creëren van ruimtehabitats in LEO (en later elders in het zonnestelsel) die afhankelijk zijn van kunstmatige zwaartekracht en robotachtige ruimteschepen die asteroïden ontginnen voor materialen, zullen andere zich richten op het vestigen van buitenposten op planetaire lichamen, met het doel ze te veranderen in "Nieuwe aardes".
Samen kunnen we verwachten dat mensen in deze eeuw een zekere mate van "ruimtevaartkennis" gaan ontwikkelen, wat zeker van pas zal komen wanneer we de grenzen van exploratie en kolonisatie nog verder gaan verleggen!
