Ý tưởng về sao Hỏa địa hình - hay còn gọi là Earth Earth Twin Twin - là một ý tưởng hấp dẫn. Giữa việc làm tan chảy những tảng băng cực, từ từ tạo ra một bầu không khí, và sau đó thiết kế môi trường để có những tán lá, dòng sông và những khối nước đọng, có đủ điều đó để truyền cảm hứng cho bất kỳ ai! Nhưng một nỗ lực như vậy sẽ mất bao lâu, nó sẽ khiến chúng ta phải trả giá bao nhiêu và nó có thực sự là một cách sử dụng hiệu quả thời gian và năng lượng của chúng ta không?
Đó là những câu hỏi được giải quyết bằng hai bài báo được trình bày tại NASA Khoa học Hành tinh Tầm nhìn Tầm nhìn 2050 Hội thảo hồi tuần trước (Thứ Hai ngày 27 tháng 2 - Thứ Tư ngày 1 tháng 3). Đầu tiên, có tựa đề là The Timform Terraforming Timeline, trình bày một kế hoạch trừu tượng để biến Hành tinh Đỏ thành một cái gì đó xanh và có thể ở được. Phần thứ hai, có tiêu đề là Mars Marsformform - Wrong Way, từ chối ý tưởng về việc làm địa hình hoàn toàn và đưa ra một giải pháp thay thế.
Bài báo trước đây được sản xuất bởi Aaron Berliner từ Đại học California, Berkeley và Chris McKay từ Phòng Khoa học Vũ trụ tại Trung tâm Nghiên cứu của NASA Ames. Trong bài báo của mình, hai nhà nghiên cứu đưa ra một mốc thời gian cho sự hình thành sao Hỏa bao gồm Giai đoạn nóng lên và Giai đoạn oxy hóa, cũng như tất cả các bước cần thiết sẽ đi trước và làm theo.
Khi họ nêu trong bài viết Giới thiệu của họ:
Sao Hỏa có thể được chia thành hai giai đoạn. Giai đoạn đầu tiên làm ấm hành tinh từ nhiệt độ bề mặt trung bình hiện tại là -60 ° C đến giá trị gần với nhiệt độ trung bình của Trái đất đến + 15 ° C và tái tạo bầu không khí CO² dày. Giai đoạn nóng lên này tương đối dễ dàng và nhanh chóng, và có thể mất ~ 100 năm. Giai đoạn thứ hai đang tạo ra mức O² trong bầu khí quyển cho phép con người và các động vật có vú lớn khác thở bình thường. Giai đoạn oxy hóa này tương đối khó khăn và sẽ mất từ 100.000 năm trở lên, trừ khi người ta đề xuất một bước đột phá về công nghệ.
Trước khi những điều này có thể bắt đầu, Berliner và McKay thừa nhận rằng cần phải thực hiện một số bước trước khi khai thác. Chúng bao gồm điều tra môi trường Sao Hỏa để xác định mức nước trên bề mặt, mức độ carbon dioxide trong khí quyển và ở dạng băng ở các vùng cực và lượng nitrat trong đất sao Hỏa. Như họ giải thích, tất cả những điều này là chìa khóa cho tính thực tiễn của việc tạo ra một sinh quyển trên Sao Hỏa.
Cho đến nay, các bằng chứng có sẵn hướng tới cả ba yếu tố tồn tại trên Sao Hỏa. Trong khi hầu hết nước trên sao Hỏa hiện ở dạng băng ở các vùng cực và mũ cực, có đủ ở đó để hỗ trợ một chu trình nước - hoàn chỉnh với mây, mưa, sông và hồ. Trong khi đó, một số ước tính cho rằng có đủ CO² ở dạng băng ở các vùng cực để tạo ra bầu khí quyển bằng áp lực mực nước biển trên Trái đất.
Nitơ cũng là một yêu cầu cơ bản cho sự sống và là thành phần cần thiết của bầu không khí dễ thở và dữ liệu gần đây của Rover tò mò chỉ ra rằng nitrat chiếm ~ 0,03% khối lượng của đất trên Sao Hỏa, điều này đáng khích lệ cho sự dị hình. Trên hết, các nhà khoa học sẽ cần phải giải quyết một số câu hỏi đạo đức nhất định liên quan đến việc địa hình có thể tác động đến sao Hỏa như thế nào.
Ví dụ, nếu hiện tại có bất kỳ sự sống nào trên Sao Hỏa (hoặc sự sống có thể được hồi sinh), thì điều này sẽ gây ra một tình trạng khó xử về đạo đức không thể chối cãi cho thực dân loài người - đặc biệt là nếu cuộc sống này có liên quan đến sự sống trên Trái đất. Khi họ giải thích:
Nếu cuộc sống của sao Hỏa liên quan đến sự sống Trái đất - có thể là do trao đổi thiên thạch - thì tình hình đã quen thuộc và các vấn đề về loại cuộc sống Trái đất khác sẽ được giới thiệu và khi nào phải giải quyết. Tuy nhiên, nếu cuộc sống của sao Hỏa không liên quan đến sự sống Trái đất và thể hiện rõ ràng một nguồn gốc thứ hai của sự sống, thì các vấn đề kỹ thuật và đạo đức quan trọng được nêu ra.
Để phá vỡ Giai đoạn Một - Giai đoạn Ấm lên - xuống ngắn gọn, các tác giả giải quyết một vấn đề quen thuộc với chúng ta ngày nay. Về cơ bản, chúng ta đang thay đổi khí hậu của chính chúng ta ở đây trên Trái đất bằng cách đưa khí siêu nhà kính CO² và trộm vào khí quyển, điều này đang làm tăng nhiệt độ trung bình của Trái đất với tốc độ nhiều độ C mỗi thế kỷ. Và trong khi điều này là vô tình trên Trái đất, trên Sao Hỏa, nó có thể được tái mục đích để cố tình làm ấm môi trường.
Thời gian để làm ấm sao Hỏa sau một nỗ lực tập trung sản xuất khí nhà kính siêu ngắn, chỉ 100 năm hoặc lâu hơn, họ tuyên bố. Nếu tất cả các sự cố mặt trời trên Sao Hỏa được ghi lại với hiệu suất 100%, thì Sao Hỏa sẽ ấm lên với nhiệt độ như Trái đất trong khoảng 10 năm. Tuy nhiên, hiệu quả của hiệu ứng nhà kính là khoảng 10%, do đó thời gian cần thiết để sưởi ấm Sao Hỏa sẽ là ~ 100 năm.
Khi bầu khí quyển dày này được tạo ra, bước tiếp theo liên quan đến việc chuyển đổi nó thành một thứ dễ thở cho con người - trong đó mức O² sẽ tương đương với khoảng 13% áp suất không khí mực nước biển ở đây trên Trái đất và mức CO² sẽ dưới 1%. Giai đoạn này, được gọi là Giai đoạn Oxy oxy hóa, sẽ mất nhiều thời gian hơn. Một lần nữa, họ lại hướng về một ví dụ trên mặt đất để cho thấy quá trình như vậy có thể hoạt động như thế nào.
Ở đây trên Trái đất, họ tuyên bố, nồng độ khí oxy cao (O²) và nồng độ CO² thấp là do quang hợp. Những phản ứng này dựa vào năng lượng của Sun sun để chuyển đổi nước và carbon dioxide thành sinh khối - được biểu diễn bằng phương trình H²O + CO² = CH²O + O². Như họ minh họa, quá trình này sẽ mất từ 100.000 đến 170.000 năm:
Nếu tất cả các sự cố ánh sáng mặt trời trên Sao Hỏa được khai thác với hiệu suất 100% để thực hiện quá trình biến đổi hóa học này, sẽ chỉ mất 17 năm để tạo ra mức độ cao của O². Tuy nhiên, hiệu quả của bất kỳ quá trình nào có thể biến H²O và CO² thành sinh khối và O² là ít hơn 100%. Ví dụ duy nhất chúng ta có về một quá trình có thể thay đổi toàn cầu CO² và O² của toàn bộ nhà máy là sinh học toàn cầu. Trên trái đất, hiệu quả của sinh quyển toàn cầu trong việc sử dụng ánh sáng mặt trời để tạo ra sinh khối và O2 là 0,01%. Do đó, thời gian để tạo ra bầu khí quyển giàu O² trên Sao Hỏa là 10.000 x 17 năm, hoặc ~ 170.000 năm.
Tuy nhiên, họ tạo ra các khoản phụ cấp cho sinh học tổng hợp và các công nghệ sinh học khác mà họ tuyên bố có thể làm tăng hiệu quả và giảm thời gian xuống còn 100.000 năm. Ngoài ra, nếu con người có thể sử dụng quang hợp tự nhiên (có hiệu suất tương đối cao 5%) trên toàn hành tinh - tức là trồng tán lá trên khắp Sao Hỏa - thì thời gian có thể giảm xuống thậm chí vài thế kỷ.
Cuối cùng, họ phác thảo các bước cần thực hiện để có được quả bóng lăn. Các bước này bao gồm điều chỉnh các nhiệm vụ robot hiện tại và tương lai để đánh giá tài nguyên sao Hỏa, mô hình toán học và máy tính có thể kiểm tra các quá trình liên quan, sáng kiến tạo ra các sinh vật tổng hợp cho Sao Hỏa, một phương tiện để kiểm tra các kỹ thuật gây dị dạng trong môi trường hạn chế và thỏa thuận hành tinh sẽ thiết lập các hạn chế và bảo vệ.
Trích dẫn Kim Stanley Robinson, tác giả của Bộ ba Sao Hỏa Đỏ, (tác phẩm khoa học viễn tưởng về sao Hỏa quái dị) họ đưa ra lời kêu gọi hành động. Giải quyết quá trình sao Hỏa sẽ mất bao lâu, họ khẳng định rằng chúng ta có thể bắt đầu ngay bây giờ.
Về vấn đề này, Valeriy Yakovlev - nhà vật lý thiên văn và nhà thủy văn học thuộc Phòng thí nghiệm chất lượng nước ở Kharkov, Ukraine - đưa ra quan điểm bất đồng. Trong bài viết của mình, Mars Marsformform - Wrong Way, ông đã tạo ra trường hợp tạo ra các sinh quyển không gian trong Quỹ đạo Trái đất thấp, dựa vào lực hấp dẫn nhân tạo (như Xi lanh O'Neill) để cho phép con người làm quen với cuộc sống. không gian.
Nhìn vào một trong những thách thức lớn nhất của việc xâm chiếm không gian, Yakovlev chỉ ra cách cuộc sống trên các cơ thể như Mặt trăng hay Sao Hỏa có thể gây nguy hiểm cho người định cư. Ngoài việc dễ bị tổn thương bởi bức xạ mặt trời và vũ trụ, thực dân sẽ phải đối phó với trọng lực thấp hơn đáng kể. Trong trường hợp của Mặt trăng, con số này sẽ gấp khoảng 0,125 lần mà con người trải nghiệm ở đây trên Trái đất (còn gọi là 1 g), trong khi trên Sao Hỏa, nó sẽ gấp khoảng 0,336 lần.
Những tác động lâu dài của điều này không được biết đến, nhưng rõ ràng nó sẽ bao gồm thoái hóa cơ và mất xương. Nhìn xa hơn, hoàn toàn không rõ những ảnh hưởng sẽ ra sao đối với những đứa trẻ được sinh ra ở một trong hai môi trường. Giải quyết các cách mà những thứ này có thể được giảm nhẹ (bao gồm cả thuốc và máy ly tâm), Yakovlev chỉ ra cách chúng rất có thể không hiệu quả:
Hy vọng cho sự phát triển của y học sẽ không hủy bỏ sự xuống cấp về thể chất của cơ bắp, xương và toàn bộ sinh vật. Việc phục hồi trong máy ly tâm là giải pháp ít tốn kém hơn so với sinh quyển tàu, nơi có thể cung cấp một sự bắt chước đáng kể về trọng lực bình thường và tổ hợp bảo vệ khỏi mọi ảnh hưởng có hại của môi trường không gian. Nếu con đường thám hiểm không gian là tạo ra một thuộc địa trên Sao Hỏa và hơn nữa là những nỗ lực tiếp theo làm địa hình hành tinh, nó sẽ dẫn đến việc mất thời gian và tiền bạc một cách vô lý và làm tăng rủi ro của nền văn minh nhân loại.
Ngoài ra, ông chỉ ra những thách thức trong việc tạo ra môi trường lý tưởng cho các cá nhân sống trong không gian. Ngoài việc đơn giản là tạo ra phương tiện tốt hơn và phát triển các phương tiện để mua sắm các tài nguyên cần thiết, còn có nhu cầu tạo ra môi trường không gian lý tưởng cho các gia đình. Về cơ bản, điều này đòi hỏi sự phát triển của nhà ở là tối ưu về kích thước, sự ổn định và thoải mái.
Trước vấn đề này, Yakolev trình bày những gì ông coi là triển vọng có khả năng nhất để nhân loại thoát ra ngoài vũ trụ từ nay đến năm 2030. Điều này sẽ bao gồm việc tạo ra các sinh quyển không gian đầu tiên với trọng lực nhân tạo, sẽ dẫn đến những phát triển quan trọng về mặt vật liệu công nghệ, hệ thống hỗ trợ sự sống và hệ thống robot và cơ sở hạ tầng cần thiết để cài đặt và phục vụ môi trường sống trong Quỹ đạo Trái đất thấp (LEO).
Những môi trường sống này có thể được phục vụ nhờ vào việc tạo ra các tàu vũ trụ robot có thể thu hoạch tài nguyên từ các cơ thể gần đó - chẳng hạn như Mặt trăng và các vật thể gần Trái đất (NEO). Khái niệm này sẽ không chỉ loại bỏ sự cần thiết phải bảo vệ hành tinh - tức là lo lắng về việc làm ô nhiễm sinh quyển sao Hỏa (giả sử sự hiện diện của sự sống vi khuẩn), nó cũng sẽ cho phép con người làm quen với không gian dần dần.
Như Yakovlev đã nói với Tạp chí Không gian qua email, những lợi thế của môi trường sống không gian có thể được chia thành bốn điểm:
1 Đây là một cách phổ quát để làm chủ không gian vô tận của Vũ trụ, cả trong Hệ Mặt trời và bên ngoài nó. Chúng tôi không cần bề mặt để lắp đặt nhà, nhưng tài nguyên mà robot sẽ cung cấp từ các hành tinh và vệ tinh. 2. Khả năng tạo ra một môi trường sống càng gần càng tốt với cái nôi đất cho phép người ta thoát khỏi sự xuống cấp vật lý không thể tránh khỏi dưới một trọng lực khác. Nó dễ dàng hơn để tạo ra một từ trường bảo vệ.
Ba 3. Việc chuyển giao giữa các thế giới và các nguồn tài nguyên sẽ không phải là một cuộc thám hiểm nguy hiểm, mà là một cuộc sống bình thường. Có tốt cho các thủy thủ mà không có gia đình của họ? 4. Xác suất tử vong hoặc suy thoái của nhân loại do thảm họa toàn cầu giảm đáng kể, vì sự xâm chiếm của các hành tinh bao gồm trinh sát, giao hàng hóa, vận chuyển con người - và điều này lâu hơn nhiều so với việc xây dựng sinh quyển trong quỹ đạo của Mặt trăng. Tiến sĩ Stephen William Hawking nói đúng, một người không có nhiều thời gian.
Và với môi trường sống không gian tại chỗ, một số nghiên cứu rất quan trọng có thể bắt đầu, bao gồm nghiên cứu y học và sinh học có liên quan đến những đứa trẻ đầu tiên được sinh ra trong không gian. Nó cũng sẽ tạo điều kiện cho sự phát triển của các tàu con thoi vũ trụ và công nghệ khai thác tài nguyên đáng tin cậy, sẽ có ích cho việc định cư của các cơ quan khác - như Mặt trăng, Sao Hỏa và thậm chí là ngoại hành tinh.
Cuối cùng, Yakolev nghĩ rằng các sinh quyển không gian cũng có thể được hoàn thành trong một khung thời gian hợp lý - tức là trong khoảng thời gian từ 2030 đến 2050 - điều này đơn giản là không thể với việc xác định địa hình. Trích dẫn sự hiện diện ngày càng tăng và sức mạnh của lĩnh vực vũ trụ thương mại, Yakolev cũng tin rằng rất nhiều cơ sở hạ tầng cần thiết đã được đưa ra (hoặc đang được phát triển).
Sau khi chúng ta vượt qua suy nghĩ +20 năm, sinh quyển thực nghiệm (như khu định cư ở Nam Cực với đồng hồ), trong 50 năm nữa, thế hệ trẻ em đầu tiên được sinh ra ở vũ trụ sẽ phát triển và Trái đất sẽ giảm đi, bởi vì nó sẽ đi vào Truyền thuyết như một toàn bộ Kết quả là, terraforming sẽ bị hủy bỏ. Và hội nghị tiếp theo sẽ mở đường cho việc khám phá vũ trụ thực sự. Tôi đã tự hào được ở cùng hành tinh với Elon Reeve Musk. Tên lửa của anh ta sẽ hữu ích để nâng các thiết kế cho sinh quyển đầu tiên từ các nhà máy mặt trăng. Đây là một cách gần gũi và trực tiếp để chinh phục vũ trụ.
Với các nhà khoa học và doanh nhân của NASA như Elon Musk và Bas Landorp đang tìm cách chiếm đóng Sao Hỏa trong tương lai gần và các công ty hàng không vũ trụ thương mại khác đang phát triển LEO, kích thước và hình dạng của tương lai của loài người trong không gian rất khó dự đoán. Có lẽ chúng ta sẽ cùng quyết định một con đường đưa chúng ta đến Mặt trăng, Sao Hỏa và xa hơn nữa. Có lẽ chúng ta sẽ thấy những nỗ lực tốt nhất của chúng ta hướng vào không gian gần Trái đất.
Hoặc có lẽ chúng ta sẽ thấy mình đi theo nhiều hướng cùng một lúc. Trong khi một số nhóm sẽ ủng hộ việc tạo môi trường sống trong không gian trong LEO (và sau đó, ở nơi khác trong Hệ Mặt trời) dựa vào trọng lực nhân tạo và tàu vũ trụ robot khai thác các vật liệu, các nhóm khác sẽ tập trung vào việc thiết lập các tiền đồn trên các hành tinh, với mục tiêu biến chúng thành Trái đất mới của Nhật Bản.
Giữa chúng, chúng ta có thể hy vọng rằng con người sẽ bắt đầu phát triển một mức độ chuyên môn về không gian của thế giới, trong thế kỷ này, điều này chắc chắn sẽ có ích khi chúng ta bắt đầu đẩy ranh giới khám phá và thực dân hóa hơn nữa!
