В прошлую пятницу американский промышленник Илон Маск, в эфире вечернего юмористического шоу поделился мыслью, что ядерная бомбардировка марсианских полюсов могла бы превратить Красную сухую и холодную планету в более комфортную для человека. Идею бросились обсуждать чуть ли не все мировые и российские СМИ, но почти никто не попытался взглянуть на ситуацию в контексте современных научных знаний о Марсе. А мы сегодня рассмотрим свежие научные данные и определим бомбить или не бомбить.
Собственно, идее бомбардировки марсианских полюсов для терраформинга — создания землеподобной планеты — немногим меньше чем времени с изобретения термоядерных бомб. Альтернативный вариант — сбросить астероид или комету на полюса. Эта идея описана в википедии в соответствующей статье, поэтому непонятно почему СМИ схватились за нее только после слов Маска. Скорее всего он почерпнул их из книги футуриста Митио Каку “Физика будущего”. Хотя, надо признать, что эта концепция уже десять лет как устарела.
Ученые еще с XIX века знали о существовании марсианских ледяных полярных шапок. Тогда уже наблюдали их сезонную изменчивость и представляли, как оттаивающие полярные льды наполняют ирригационные каналы марсиан. Т.е. считали, что этот лед водяной. Потом, к середине XX века, еще при помощи телескопов определили примерно состав атмосферы и средние температуры Марса. Оказалось, что атмосфера углекислотная, очень разреженная и холодная. После этого пришлось смириться с тем, что на полюсах лежит замерзшая углекислота известная как "сухой лед". Такое название она получила за то, что в земном давлении из твердого состояния сразу переходит в газообразное т.е. сублимируется. При марсианском давлении подобными свойствами обладает и водяной лед, но ему требуется более высокая температура для сублимации. Углекислота испаряется при -77 градусах Цельсия, а вода при +1 С. Только в самых глубоких впадинах Марса, где атмосферное давление чуть выше, вода может поддерживать жидкое состояние в диапазоне нескольких градусов выше ноля.
Первые космические аппараты уточнили состав марсианской атмосферы, температуру на поверхности, и состав полярного льда, и только подтвердили догадки — полярная шапка показалась углекислотной. В то же время человечество преуспело в развитии ядерного вооружения. Тогда-то и возникла идея бомбить марсианские полюса.
Идея терраформирования вырисовывалась простая и логичная: ядерными бомбами/скинутыми астероидами/гигантскими зеркальными отражателями растапливаем полярный углекислотный лед => атмосфера повышает плотность => углекислый газ — парниковый значит становится теплее, а давление выше => грунт оттаивает и снова, благодаря повышенному давлению, текут реки, идут дожди. После этого, сравнительно быстрого периода обогрева планеты, придется заслать на Марс одноклеточные водоросли и подождать несколько тысяч лет, пока они не создадут нам пригодную для жизни атмосферу. PROFIT
Но в 2003 году к Марсу полетел европейский космический аппарат Mars Express, и испортил всю картину. В 2005 году он развернул свой радар MARSIS и "просветил" северную и южную полярные шапки. Оказалось, что постоянные ледяные отложения, которые не меняются во время смены сезонов — это замерзшая вода.
А сухой лед на полюсах — это тонюсенькая корочка, намерзающая зимой. Об этом догадывались и ранее, но не знали соотношения углекислотного и водяного льда. Бомбить воду бесполезно — она требует слишком большой температуры для оттаивания, и имеет слишком высокую для Марса температуру замерзания. Даже если мы выпарим полярные льды, то вода сконденсируется в верхних слоях атмосферы, замерзнет и выпадет снегом. Кроме того, водяные облака и снежный покров эффективно отражают солнечный свет, поэтому испарив полярную воду можно получить снегопады, которые еще сильнее выморозят атмосферу Марса, т.к. лучи солнца будут отражаться вместо того чтобы поглотиться грунтом.
Вода на Марсе есть и не мало. Мощность водяных отложений на севере превышает полтора километра, а на юге достигает трех с половиной. Сезонные же льды, намерзающие зимой — это действительно углекислота, но толщина этого слоя зимой на северном полюсе не превышает трех метров, а на южном — восьми метров. Летом вся сезонная углекислота испаряется на одном полюсе и откладывается на другом. Из-за особенностей вытянутой орбиты Марса зима в южном полушарии короче, но холоднее поэтому льда там больше и водяного и углекислотного.
Когда углекислота вымораживается на южном полюсе, атмосферное давление на планете падает на треть от максимального значения. В среднем давление на Марсе составляет 7,1 миллибар. Давление на Земле около 1 бар, приставка "мили" означает 1/1000, т.е. Марс обладает примерно 1/150 земного давления. Даже если мы сможем нагреть оба марсианских полюса одновременно, вряд ли давление на Марсе подойдет к 10 мбар или 1% от земного.
Если нам нужна планета с атмосферой пригодной даже не для жизни, а для более-менее безопасного существования, давление на Марсе стоит повышать хотя бы в десять раз, тогда будет достигнут т.н. “предел Армстронга” — давление 60 мбар, ниже которых вода закипает при температуре человеческого тела. А лучше повысить давление на Марсе в 50 раз — так условия приблизятся к тому, что есть на Эвересте — дышать не сможем, но хоть получится скафандр сменить на теплую куртку.
Вернемся в реальный мир. В 2005 году к Марсу прилетел американский космический аппарат MRO. У него тоже имелся радар, хоть и не такой дальнобойный как у Mars Express. Он не смог увидеть дна у южной полярной шапки, зато сумел рассмотреть кое-что интересное для любителей бомбардировок.
В верхней части полярной шапки нашлись погребенные залежи углекислого льда. Летом они не испаряются благодаря тому, что их частично прикрывает водяной лед и они находятся в центральной, самой холодной части полярной шапки.Хотя понемногу испарение запасов углекислоты все же идет, поэтому на поверхности они имеют характерный "сырный" рельеф.
Оценив радарные данные с глубиной залегания и данные спутниковой съемки с распространением "сырного" рельефа ученые сделали вывод, что на южном полюсе Марса залегает от 9,5 до 12 тыс кубических километров льда. Звучит солидно, но если эти залежи выпарить, то плотность атмосферы повысится на 4-5 мбар или на 80%. То есть даже не удвоится, а нам нужно в десять или в пятьдесят раз больше, не 5 мбар, а 60 или 350! Даже если мы растопим весь углекислотный лед Марса для человеческого организма фактические условия все равно не изменятся и будут близки к абсолютному вакууму.
Тогда есть ли какой-нибудь смысл растапливать запасенный углекислотный лед? В принципе есть, это немного облегчит процесс посадки космических аппаратов, которые смогут эффективнее тормозить об атмосферу. Получится брать на несколько килограмм полезного груза больше. На дне самых глубоких впадин, где атмосферное давление будет выше чем везде, чуть легче будет работа людям в скафандрах, и возведение долговременных построек. Т.е. с точки зрения дальнейшего освоения и заселения планеты любая дополнительная капля газа (а лучше кубический километр "жосткого газа") будет полезна. Но все равно это шлюзы, скафандры, мороз и вечная опасность разгерметизации.
Кстати если бы подобная бомбардировка была оговорена в книге "Марсианин", то описываемый сюжет был бы хоть немного ближе к реальности. Тогда можно было бы обосновать мощную бурю, с которой начинается повествование, и относительную легкость передвижения в скафандре.
Теперь подумаем над другим вопросом: а может ли в принципе человечество растопить даже эти несчастные 12,5 тыс кубических километров сухого льда? Что будет, если мы сбросим туда самую мощную бомбу из когда-либо созданных в человеческой истории?
Этот вопрос был задан подписчикам сообщества "Открытый космос". Ответы получились слегка разные, но расхождение было из-за вводных: кто-то считал затраты на испарение сухого льда при земном давлении, а кто-то в марсианском. Ответ перепроверил "Суровый технарь". И вот что получилось: если мы загоним "кузькину мать" в самую толщу льда, не позволив энергии взрыва рассеиваться в стороны, и там подорвем…
То взрыв позволит испарить 353 миллиона тонн сухого льда. Или 0,23 кубического километра. Напомню, в залежах содержится до 12,5 тыс кубокилометров льда. Т.е. чтобы испарить все известные залежи сухого льда на Марсе (и увеличить существующую плотность атмосферы в 1,8 раз вместо желаемых 10 или 50 раз) нам понадобится 55 тысяч (!) "царь-бомб". Столько термоядерных зарядов на Земле нет физически, и если б были, я бы серьезно беспокоился за будущее человечества.
Более того, одна "кузькина мать" весила 26,5 тонн. Сейчас нет такой ракеты, которая могла бы доставить столько к Марсу за один раз. Возможно будущая американская SLS смогла бы. Но строить 55 тыс сверхтяжелых ракет не осилит никакая экономика в мире. Даже мировая не осилит.
Поэтому все рассуждения о том как наши ученые
Однако, отвечая на вопрос бомбить или не бомбить, я бы ответил утвердительно. Да, пару-тройку ядерных, а лучше термоядерных бомб я бы на Марс сбросил. Одну, мощнее, скинул бы на южный полюс — ради эксперимента. Посмотреть сколько газа выделится в действительности, какие процессы возникнут в атмосфере, как долго они будут наблюдаться. Провести первый этап прикладного терраформирования — натурный эксперимент.
Еще пару, а лучше четыре заряда, сбросить на экватор, равноудаленно друг от друга. Разумеется сначала нашпиговать поверхность Марса сейсмодатчиками, и климатическими станциями. Это позволит провести сейсмическое зондирование недр планеты, благодаря чему мы узнаем о его глубинном строении намного больше чем известно сейчас. В принципе можно обойтись и без бомб, просто расставить датчики и ждать падения астероида покрупнее, но ожидание может затянуться, а все взрывы пройдут запланировано и в нужном месте.
К реализации такого эксперимента человечество уже технически готово. Россия одна может реализовать его самостоятельно. У Роскосмоса даже был проект совместный с Финским метеорологическим институтом — "МетНет" (Марс-Нет). Не бомбардировки, а сети климатических и сейсмических станций на Марсе. И он даже официально не закрыт, хотя, по слухам, деньги уже закончились.
Сделать таких 2-3 метнета, заслать на Марс, и останется только договориться в ООН снять ненадолго мораторий на проведение ядерных испытаний в космосе. Этот проект выйдет сравнительно недорогим даже по сравнению со стоимостью марсохода Curiosity, не говоря уж о стоимости полета человека. Все технологии готовы или можно подготовить менее чем за 10 лет — бомбить дело нехитрое, на это хватит одной кассетной боеголовки ракеты РС-20В "Воевода" — а научный выхлоп будет не меньше чем от десятка дорогостоящих миссий.
Радетелям за марсианскую экологию напомню, что на Земле было проведено 2474 ядерных и термоядерных взрыва, и ничего, живем как-то, и марсиане выживут, если вообще существуют.
В следующем выпуске "Прикладного терраформирования" мы поговорим о том куда девается атмосфера планет, и какое значение имеет магнитное поле. Если вам есть, что об этом сказать, подождите следующего выпуска, а пока запаситесь пруфами.
