Tín dụng hình ảnh: NASA
Tại địa phương, Trái đất có các thái cực có thể ở được: Nam Cực, sa mạc Sahara, Biển Chết, Núi Etna. Trên toàn cầu, hành tinh xanh của chúng ta được định vị trong vùng có thể ở được của hệ mặt trời, hay Vùng Goldilocks, nơi nhiệt độ và áp suất vừa phải để hỗ trợ nước và sự sống. Ở bên kia biên giới từ khu vực goldilocks này, quỹ đạo của hai nước láng giềng của chúng ta: hành tinh nhà kính chạy trốn, Venus, mà theo thuật ngữ của goldilocks, là "quá nóng, và hành tinh đỏ lạnh lẽo, sao Hỏa," quá lạnh.
Với nhiệt độ trung bình toàn cầu là -55 C, Sao Hỏa là một hành tinh rất lạnh. Các mô hình tiêu chuẩn để làm ấm sao Hỏa làm tăng nhiệt độ trung bình này bằng khí nhà kính trước, sau đó trồng cây thích nghi lạnh và vi khuẩn quang hợp. Mô hình terraforming này bao gồm các tinh chỉnh khác nhau như gương quỹ đạo và nhà máy hóa chất đổ ra fluorocarbons. Cuối cùng, với sự trợ giúp của sinh học, công nghiệp hóa và thời gian, bầu khí quyển sẽ bắt đầu trở nên dày hơn (bầu khí quyển hiện tại mỏng hơn 99% so với Trái đất). Để địa hình sao Hỏa, tùy thuộc vào sự lựa chọn và nồng độ khí nhà kính được sử dụng, có thể mất nhiều thập kỷ đến nhiều thế kỷ trước khi một phi hành gia có thể bắt đầu nâng một tấm che mặt và lần đầu tiên, hít thở không khí martian. Những đề xuất như vậy sẽ khởi xướng nỗ lực có ý thức đầu tiên trong việc thiết kế hành tinh và nhằm mục đích thay đổi môi trường toàn cầu thành một thế lực ít thù địch hơn với cuộc sống như chúng ta biết trên mặt đất.
Một phiên bản khác cho những thay đổi toàn cầu này là một phiên bản địa phương quen thuộc với những người đã đi bộ trên sa mạc Sahara. Thỉnh thoảng cuộc sống nở hoa thành ốc đảo sa mạc. Một chiến lược địa phương để thay đổi sao Hỏa, theo nhà sinh vật học Omar Pensado Diaz, giám đốc dự án Mex-Areohab, có thể được so sánh tốt nhất với việc biến đổi một ốc đảo trên sao Hỏa tại một thời điểm. Kích thước tối thiểu của ốc đảo kéo dài đến đường kính của một tấm nhựa hình mái vòm, giống như một nhà kính với lò sưởi không gian. Theo cách này, microterraforming là sự thay thế nhỏ hơn cho một hành tinh mà nếu không thì là một hệ thống mở bị rò rỉ vào không gian. Diaz tương phản cách một nhà vật lý có thể thay đổi Sao Hỏa bằng các công cụ công nghiệp thành phương pháp nhà kính của một nhà sinh vật học.
Diaz đã nói chuyện với Tạp chí Astrobiology về ý nghĩa của việc tu sửa Sao Hỏa với các sân vận động nhỏ, cho đến khi chúng phát triển thành ốc đảo sa mạc tươi tốt.
Tạp chí sinh học (AM) : Sẽ là chính xác khi kết luận rằng bạn đang nghiên cứu sự khác biệt giữa chiến lược địa hình toàn cầu và địa phương?
Omar Penado Diaz (OPD): Tôi mong muốn được tích hợp các mô hình, thay vì tập trung vào sự khác biệt của chúng. Địa hình toàn cầu, hoặc làm ấm một hành tinh bằng khí siêu nhà kính, là một chiến lược hoặc mô hình được hình thành từ quan điểm của vật lý; trong khi mô hình tôi đề xuất được nhìn từ quan điểm sinh học.
Tôi đang nói về một mô hình được gọi là microterraforming, điều này sẽ có thể thực hiện được với một công cụ có tên là Đơn vị tối thiểu hóa địa hình (MUT). Khái niệm về một đơn vị địa hình tối thiểu được giải thích là một hệ sinh thái hoạt động như đơn vị cơ bản của tự nhiên. Một MUT bao gồm một nhóm các sinh vật sống và môi trường vật lý và hóa học nơi chúng sống, nhưng được áp dụng để phát triển quá trình thực dân hóa và tu sửa sinh học trên Sao Hỏa.
Một nghệ sĩ từ thiện đã quan niệm làm thế nào một sao Hỏa địa hình, với một đại dương bao quanh hầu hết bán cầu bắc của nó, có thể nhìn từ quỹ đạo.Mars, giống như Michael Carroll. Năm 1991, hình ảnh này đã được sử dụng trên trang bìa của vấn đề ‘Làm sao Hỏa có thể sống được trên sao Hỏa.
Về mặt kỹ thuật, nó là một nhà kính hình vòm áp lực sẽ chứa và bảo vệ một hệ sinh thái bên trong. Khu phức hợp này sẽ không bị cô lập với môi trường xung quanh; ngược lại, nó sẽ liên tục tiếp xúc với nó, nhưng theo một cách có kiểm soát.
Điều quan trọng là trao đổi khí giữa các đơn vị MUT và môi trường sao Hỏa, do đó, chính hệ sinh thái này có một vai trò quan trọng. Mục tiêu của quá trình này là tạo ra quang hợp. Đây là nơi chúng ta phải coi các nhà máy như bao phủ bề mặt và các nhà máy hóa chất xử lý khí quyển.
LÀ: Điều gì sẽ là lợi thế của làm việc tại địa phương, sử dụng mô hình ốc đảo của bạn trong sa mạc? Bằng cách tương tự sinh học với một đơn vị terraforming cơ bản, bạn có nghĩa là làm thế nào các tế bào sinh học có trạng thái cân bằng bên trong, nhưng cũng trao đổi với một đơn vị bên ngoài khác nhau cho toàn bộ vật chủ?
OPD: Những lợi thế tôi tìm thấy trong mô hình này là chúng ta có thể bắt đầu một quá trình terraforming nhanh hơn, nhưng trong các giai đoạn, đó là lý do tại sao nó là microterraforming.
Nhưng lợi thế lớn và quan trọng nhất là chúng ta có thể làm cho đời sống thực vật bắt đầu tham gia vào quá trình này với sự trợ giúp của công nghệ. Cuộc sống là thông tin và nó xử lý thông tin xung quanh nó, bắt đầu một quá trình thích ứng với các điều kiện bên trong của đơn vị. Ở đây chúng tôi duy trì rằng cuộc sống có tính dẻo và nó không chỉ thích nghi với các điều kiện xung quanh, mà còn thích nghi với môi trường theo hoàn cảnh của chính nó. Trong ngôn ngữ của di truyền học, điều này có nghĩa là có sự tương tác giữa kiểu gen và môi trường, tạo ra sự thích nghi của các biểu hiện kiểu hình với các điều kiện chi phối.
Bây giờ, trong một môi trường nhỏ như Đơn vị có đường kính khoảng 15 hoặc 20 yard, chúng ta có thể có môi trường ấm hơn nhiều so với bên ngoài Đơn vị.
LÀ: Mô tả một đơn vị có thể trông như thế nào.
OPD: Một mái vòm trong suốt, bằng sợi nhựa, hai lớp. Mái vòm sẽ tạo ra hiệu ứng nhà kính bên trong sẽ làm tăng đáng kể nhiệt độ vào ban ngày và sẽ bảo vệ bên trong khỏi nhiệt độ thấp vào ban đêm. Hơn nữa, áp suất khí quyển sẽ cao hơn từ 60 đến 70 millibar. Điều đó là đủ để cho phép các nhà máy quy trình quang hợp cũng như nước lỏng.
Về mặt nhiệt động lực học, chúng ta đang nói về sự thiếu cân bằng. Để kích hoạt lại sao Hỏa, chúng ta cần tạo ra sự mất cân bằng nhiệt động. Thiết bị sẽ tạo ra những gì cần thiết trước tiên, như khử khí từ chênh lệch nhiệt độ. Quá trình như vậy là một mục tiêu cùng với con đường dẫn đến một chiến lược toàn cầu.
Nói một cách chính xác, các Đơn vị sẽ giống như bẫy carbon dioxide; họ sẽ giải phóng oxy và tạo ra sinh khối. Oxy sau đó sẽ được giải phóng vào khí quyển. Một hệ thống van sẽ giải phóng khí ra bên ngoài và một khi áp suất khí quyển bên trong đã giảm tới 40 hoặc 35 milibar, các van sẽ tự động đóng lại. Và những người khác sẽ mở và, bằng cách hút, khí sẽ vào bên trong Thiết bị và áp suất khí quyển ban đầu sẽ chững lại. Hệ thống này không chỉ cho phép giải phóng oxy mà còn giải phóng các loại khí khác.
LÀ: Trong một mô hình ốc đảo như vậy, nó là một hệ thống mở, nhưng nó sẽ không ảnh hưởng đến các điều kiện khu vực. Nói cách khác, rò rỉ cục bộ có bị pha loãng không, và trong những trường hợp đó, microterraforming khác với nhà kính chỉ hoạt động như thế nào?
OPD: Nhà kính, trong trường hợp này, Đơn vị tối thiểu của Terraforming, được cho là bắt đầu thay đổi dần dần trên Sao Hỏa. Sự khác biệt phụ thuộc vào phạm vi hoạt động của nó, kể từ khi mà quá trình microterraforming bắt đầu. Bên cạnh đó, nó phụ thuộc vào cách bạn nhìn vào nó, bởi vì với phương pháp này, chúng tôi đang cố gắng lặp lại mô hình tiến hóa đã từng thành công trên Trái đất, để biến bầu khí quyển của hành tinh thành một hành tinh khác và khiến Sao Hỏa bước vào giai đoạn mất cân bằng nhiệt động. .
Ưu điểm chính là chúng ta có thể kiểm soát một quá trình địa hình ở quy mô vi mô; chúng ta có thể biến Sao Hỏa thành một nơi tương tự Trái đất nhanh hơn và khiến nó tương tác với môi trường xung quanh cùng một lúc. Đó là khía cạnh quan trọng nhất của nó: để tiến lên với các quy trình nhanh hơn. Như tôi đã nói trước đây, ý tưởng là theo mô hình tiến hóa tương tự đã phát triển trên Trái đất ngay sau khi quang hợp xuất hiện. Có những loài thực vật trên mặt đất đã tu sửa và làm địa hình Trái đất, tạo ra carbon dixoide từ bề mặt và phân phối nó vào bầu khí quyển tồn tại vào thời điểm đó.
Tiến sĩ. Chris McKay và Robert Zubrin đã trình bày một mô hình thú vị đề xuất đối chiếu ba gương quỹ đạo lớn. Những chiếc gương sẽ phản chiếu ánh sáng Mặt trời đến cực nam của Sao Hỏa và làm thăng hoa lớp băng khô (tuyết carbon dioxide) để tăng hiệu ứng nhà kính và sau đó đẩy nhanh sự nóng lên toàn cầu của hành tinh.
Những tấm gương như vậy sẽ có kích thước của Texas.
Tôi nghĩ rằng nếu cùng một cơ sở hạ tầng được sử dụng trong những chiếc gương đó được sử dụng để xây dựng mái vòm cho một Đơn vị địa hình tối thiểu trên bề mặt sao Hỏa, chúng ta sẽ tạo ra tốc độ khử khí cao hơn và oxy hóa bầu khí quyển nhanh hơn. Ngoài ra, dù sao đi nữa, một phần bề mặt sẽ được làm ấm, vì các Đơn vị sẽ giữ nhiệt mặt trời, không phản chiếu nó từ bề mặt.
Việc thiếu nước lỏng cho các hệ sinh thái bên trong các Đơn vị là điều gây tranh cãi; tuy nhiên, một biến thể của một đề xuất của Tiến sĩ Adam Bruckner từ Đại học Washington, có thể được sử dụng. Nó bao gồm việc sử dụng một bình ngưng zeolite (chất xúc tác khoáng); Sau đó, trích xuất nước từ độ ẩm của không khí đến. Nước sẽ đổ vào bên trong hàng ngày. Một lần nữa, chúng ta sẽ kích hoạt một số giai đoạn của chu trình thủy văn, thu giữ carbon dioxide, giải phóng khí vào khí quyển và làm cho bề mặt trở thành một mảnh đất màu mỡ hơn. Chúng ta sẽ thực hiện một địa hình tăng tốc trên một phần rất nhỏ của Sao Hỏa, nhưng nếu chúng ta đặt hàng trăm Đơn vị đó, các hiệu ứng khử khí trên bề mặt và bầu khí quyển sẽ có tác động trở lại hành tinh.
LÀ: Khi các sinh quyển kín đã hoạt động trên Trái đất như Biosphere 2, các vấn đề nảy sinh với việc ví dụ mất oxy do sự kết hợp với đá để tạo thành cacbonat. Có những ví dụ ngày nay về các hệ thống tự duy trì quy mô lớn trên Trái đất?
OPD: Hệ thống quy mô lớn, tự duy trì được xây dựng bởi con người? Tôi không biết, nhưng cuộc sống là một hệ thống tự duy trì lấy từ môi trường xung quanh những gì nó cần để làm việc.
Đó là vấn đề của sinh quyển kín, họ không thể tạo ra một mạch phản hồi như nó xảy ra trên Trái đất. Hơn nữa, hệ thống tôi đề xuất sẽ không bị đóng cửa; nó sẽ tương tác với môi trường của Sao Hỏa trong các khoảng thời gian, bằng cách giải phóng một phần của những gì đã được xử lý bằng hành động quang hợp trong khi kết hợp các khí mới. Đơn vị tối thiểu của địa hình sẽ không phải là một hệ thống khép kín.
Nếu chúng ta tính đến lý thuyết James Lovelock, ‘Gaia, chúng ta có thể coi Trái đất là một hệ thống tự duy trì quy mô lớn, bởi vì các chu trình hóa sinh đang hoạt động một tình huống không xảy ra ngày nay trên Sao Hỏa. Một phần lớn oxy của nó được kết hợp với bề mặt của nó, tạo cho hành tinh một đặc tính oxy hóa. Theo nghĩa này, bên trong Đơn vị tối thiểu hóa địa hình, các chu trình hóa sinh sẽ được kích hoạt lại. Những mái vòm này sẽ giải phóng oxy và carbonate, trong số những cái khác, vì vậy việc phát hành sẽ bắt đầu chảy dần vào bầu khí quyển hành tinh.
LÀ: Phương pháp nhanh nhất thường được trích dẫn cho địa hình toàn cầu là đưa fluorocarbons vào bầu khí quyển sao Hỏa. Với phần trăm thay đổi nhỏ, nhiệt độ lớn và thay đổi áp suất theo sau. Điều này phụ thuộc vào sự tương tác năng lượng mặt trời. Chẳng hạn, một bong bóng kín sẽ có sẵn cơ chế này, nếu tia cực tím không xuyên qua các vòm?
OPD: Chúng ta đang nói về một cách khác từ đó mà không sử dụng fluorocarbons và các loại khí nhà kính khác. Phương pháp chúng tôi đề xuất thu giữ carbon dioxide để tăng sinh khối, giải phóng oxy và lưu trữ nhiệt bên trong, tất cả để tạo ra sự khử khí carbon dioxide trong Thiết bị. Các loại khí khác bị giữ lại trong lòng đất hôm nay sẽ được giải phóng vào bầu khí quyển sao Hỏa để tăng cường dần dần. Trên thực tế, sự tiếp xúc trực tiếp của một hệ sinh thái với các tia cực tím sẽ phản tác dụng đối với việc thu giữ carbon dioxide, hình thành sinh khối và tạo khí mặt đất. Chính xác, mái vòm có chức năng bảo vệ một hệ sinh thái khỏi bức xạ lạnh và cực tím, cũng như duy trì áp lực bên trong của nó.
Bây giờ, mái vòm sẽ là một cái bẫy nhiệt quan trọng và một chất cách nhiệt. Tạo ra sự tương tự tế bào trước đó, mái vòm giống như một màng sinh học điều khiển hệ sinh thái địa phương đến trạng thái mất cân bằng nhiệt động. Sự mất cân bằng đó sẽ cho phép cuộc sống phát triển.
LÀ: Nồng độ khí nhà kính tại địa phương cao (như metan, carbon dioxide hoặc CFC) sẽ độc hại cục bộ trước khi có bất kỳ ảnh hưởng nào trên toàn cầu?
OPD: Cuộc sống có thể thích nghi với các điều kiện độc hại cho chúng ta; nồng độ carbon dioxide tăng cao có thể có lợi cho thực vật, và thậm chí tăng sản xuất của chúng, hoặc, như với metan, có một số sinh vật biến chất cần khí này để sinh hoạt.
Các loại khí này thích hợp để tăng nhiệt độ toàn cầu; mặt khác, carbon dioxide là khí thích hợp nhất cho đời sống thực vật. Mục đích là để tái tạo các mô hình tiến hóa dẫn đến sự thích nghi dần dần của các sinh vật này với một môi trường mới và sự thích nghi của môi trường với các sinh vật này.
LÀ: Địa hình toàn cầu trên Sao Hỏa có phạm vi thời gian khác nhau giữa một thế kỷ đến thậm chí thời gian dài. Có cách nào để ước tính liệu các nỗ lực địa phương có thể tăng tốc khả năng cư trú hay không, bằng cách sử dụng mô hình ốc đảo mà bạn đề xuất?
OPD: Điều đó sẽ phụ thuộc vào hiệu quả quang hợp của thực vật và khả năng tự thích nghi với môi trường trong khi thích nghi với môi trường. Tuy nhiên, chúng ta có thể xem xét hai đánh giá: một địa phương và một toàn cầu.
Nói một cách rõ ràng hơn, những đánh giá đó có thể được đo lường đầu tiên trên mỗi Đơn vị tối thiểu hóa thông qua hiệu quả quang hợp, tốc độ oxy hóa, thu giữ carbon dioxide và khử khí trên bề mặt mái vòm. Tỷ lệ này sẽ phụ thuộc vào tỷ lệ mặt trời và hiệu ứng nhà kính. Ở cấp độ toàn cầu, tốc độ tu sửa hành tinh sẽ phụ thuộc vào số lượng Đơn vị tối thiểu có thể được lắp đặt trên khắp bề mặt sao Hỏa. Điều đó có nghĩa là, nếu tồn tại nhiều Đơn vị địa hình tối thiểu, quá trình biến đổi hành tinh sẽ được hoàn thành nhanh hơn.
Tôi muốn làm rõ một điều mà tôi nghĩ là quan trọng vào thời điểm này. Thành tựu lớn sẽ là biến Sao Hỏa thành một hành tinh xanh trước khi con người có thể sinh sống theo cách chúng ta làm trên Trái Đất ngày nay. Thật là phi thường khi thấy sự sống của thực vật phản ứng như thế nào, đầu tiên bên trong Đơn vị địa hình tối thiểu và sau đó, khi những cỗ máy đó kết thúc chu kỳ của chúng và sự sống nổi lên như một vụ nổ bên ngoài, để thấy sự suy đoán không thể ngăn cản sẽ xảy ra, kể từ khi sự sống sẽ đáp ứng với môi trường và môi trường sẽ đáp ứng với cuộc sống.
Và vì vậy, chúng ta có thể xem những cái cây, chẳng hạn như những cây thông trên Trái đất có một cây gỗ lớn và thẳng. Trên sao Hỏa chúng ta có thể có một loài dễ uốn hơn, một loài đủ mạnh để chống lại nhiệt độ thấp và gió thổi. Là những cỗ máy quang hợp, những cây thông sẽ hoàn thành vai trò là máy biến thế hành tinh, giữ nước, khoáng chất và carbon dioxide để tích lũy sinh khối.
LÀ: Những kế hoạch tương lai nào bạn có cho nghiên cứu?
OPD: Tôi muốn bắt đầu mô phỏng một phần các điều kiện của sao Hỏa. Điều này là cần thiết để thăm dò và cải thiện hoạt động của Đơn vị tối thiểu hóa địa hình, cũng như phản ứng sinh lý của thực vật trong điều kiện như vậy. Nói cách khác, diễn tập.
Đây là một cuộc điều tra đa ngành và liên tổ chức, vì vậy sự tham gia của các kỹ sư, nhà sinh học và chuyên gia di truyền sẽ là cần thiết cũng như các tổ chức khoa học khác quan tâm đến chủ đề này. Tôi phải nói rằng đây chỉ là nỗ lực đầu tiên; đó là một lý thuyết về những gì có thể được thực hiện và một thứ mà chúng ta có thể thử trên hành tinh của chúng ta, ví dụ, bằng cách chiến đấu chống lại sự lan rộng của sa mạc hung hăng, bằng cách cải tạo các căn cứ và tạo ra các chướng ngại vật để ngăn chặn bước tiến dần dần của nó.
Nguồn gốc: Tạp chí Astrobiology
Ở đây, một bài báo về một dự án tương tự. Ghi nhớ sinh quyển 2?
