Освоєння космосу. Kолонізація Сонячної системи.

В той час, коли світова наукова спільнота працює над створенням планів відносно подорожі до Марсу, деякі науковці вирішили звернути увагу на освоєння об’єктів, які знаходяться значно ближче до Землі. Фахівці європейського космічного агентства (ESA) вважають, що людство має набагато більше шансів освоїти природний супутник Землі – Місяць, аніж планети Сонячної системи, особливо більш віддалені і тим більше далекі космічні об’єкти. Поверхня зворотної сторони Місяця має дуже багато кратерів. Одна з таких нерівностей – басейн Південний полюс – є найбільшим з відомих кратерів Сонячної системи. Його діаметр становить близько 2,5 тисячі кілометрів, майже четверту частину площі зворотної сторони Місяця. Незважаючи на те, що поверхня басейна знаходиться в зоні вічної темряви, край кратера майже завжди освітлюється сонячними променями. ESA збирається відправити для освоєння місячного кратера спочатку роботів, а згодом – людей. На цій ділянці передбачається створення бази, подібної до тих, які існують в Антарктиді. В 2008 році апарат NASA проаналізував хімічний склад зразка матеріалу, взятого з поверхні Південного басейну Місяця, та виявив у ньому сліди льоду. Наявні запаси води могли б сприяти прискоренню освоєння поверхні Місяця космонавтами та забезпечили б населенню нашої планети можливість створити “запасний аеродром” на випадок техногенних чи природних катастроф.

Незабаром на Марсі можуть з’явитись своєрідні городи та теплиці для вирощування овочів та зелені. Першою “космічною” сільськогосподарською культурою може стати салат-латук. Саме ця невибаглива рослина виявиться марсіанським “першопроходцем” серед представників рослинного світу. Мета проекту, спрямованого на вирощування їстівних культур на поверхні Червоної планети – забезпечення продуктами харчування майбутніх астронавтів. Передбачається, що люди можуть висадитись на Марсі вже до 2030 року, тому до цього часу потрібно підготувати для них потрібні умови: забезпечити матеріалами та пристроями для життєдіяльності, продуктами харчування, повітряною сумішшю та водою. Тільки ось всі ці фантасти, коли говорять, що нібито майже все готово для польоту людини на Марс замовчують про проблему космічної радіації. За межами магнітосфери Землі це випромінювання дуже потужне, і за час польоту людина отримає смертельну дозу. Це не те ж саме що поруч із Землею в МКС бовтатися або до Місяця за тиждень злітати.
Компанія генія та винахідника Ілона Маска SpaceX оприлюднила власний план колонізації Марсу. SpaceX планує побудувати космічний корабель, здатний долетіти до Марса за три місяці й перевезти достатню кількість матеріалів для спорудження бази для тераформування Марса.

Процес тераформування Марса спровокував би три взаємопов'язані зміни: розбудову атмосфери, збереження тепла у ній, а також уникнення відтоку атмосферних частинок у відкритий космос. Атмосфера Марса порівняно розріджена, і  складається в основному із CO2 — відомого парникового газу, — то як тільки температура на поверхні Марса почне підвищуватись, вуглекислий газ може допомогти у збереженні термальної енергії поблизу поверхні. Процеси розбудови та нагрівання атмосфери будуть взаємодоповнювальними, а тому сприятимуть тераформуванню.

Перспективи освоєння Марса

Скільки летіти до Марса? Момент, в якому Земля знаходиться точно між Сонцем і Марсом називається Протистоянням. В цей час відстань від Землі до Марса близько 57,5 мільйонів кілометрів. Світло проходить таку відстань за 3 хвилини і 12 секунд. Станція Маринер-4 подолала цю відстань в 1965 році за 7 меяців і 16 днів. Марсохід Opportunity, що зробив посадку на Марс 25 січня 2004 року, пролетів її за 6 місяців і 17 днів. Зараз температурні і атмосферні показники Марса виглядають помірно гостинно. Товщина атмосфери планети становить 110 км, але її тиск в 110-150 разів нижче земного, а складається вона на 95% з вуглекислого газу. Як і на Землі, чим ближче до полюсів, тим холодніше - до -130 градусів. На екваторі вдень буває цілком приємно - до +20, а от вночі температура падає до -55. В цілому по планеті, -50-60 градусів - це середня температура, що, не виходить за межі людських можливостей, але залишає мало приємного.

Тераформування Марса. Хоча ця ідея лежить суто в області теорії (сьогоднішній рівень технічного прогресу не дозволяє реалізувати практично жодну з ідей по тераформуванню планети), в недалекому майбутньому цілком вірогідним є перехід від теорії до практики. Основні цілі лежать в площині збільшення температури на поверхні і ущільнення атмосфери, які, в свою чергу, зроблять перебування людини більш комфортним і менш небезпечним для життя. Найбільш сміливі ж проекти стосуються відновлення роботи ядра і повернення планеті магнітного поля, що, втім, виглядає цілком логічно - без захисту від сонячного вітру більшість зусиль матимуть короткочасний успіх.
Якшо в наступні тисячоліття з людською цивілізацією не станеться якесь нещастя, як от падіння метеорита чи комети, виверження супервулкана, сплеску гама-променів в сторону Землі від спалаху наднової, чи банального знищення себе ядерною війною, то можна надіятись на значний прогрес в сфері освоєння Місяця і Марса.
А чи можлива колонізація планет за межами Сонячної системи? І чи буде вона відбуватися так, як уявляють фантасти? І як дістатися до планети, розташованої за трильйони кілометрів від нас? На жаль, незважаючи на велику кількість планет в нашій Галактиці, на яких є умови, схожі до земних, добратися до них навряд чи ми зможемо при прогнозованому рівні розвитку науки і технологій.

Вибираємо планету
Насамперед сформулюємо вимоги до перетвореної планети. Очевидно, вона повинна мати тверду поверхню і силу тяжіння, що не набагато відрізняється від земної. Планета радіусом в 2 рази більше нашої виявиться в 5 разів масивніше, а вага дюдини на ній виросте вдвічі. Так що більш великі небесні тіла нам не підходять, у всякому разі, поки ми не навчимося керувати гравітацією. З іншого боку, планета повинна своїм тяжінням утримувати атмосферу, придатну для дихання, а також захищати від метеорних частинок і жорсткого випромінювання. У Сонячній системі найменше тіло з щільною атмосферою - супутник Сатурна Титан. Його маса - всього 2% земної. Але це дуже холодний світ, і якщо підігріти його з -175° С до звичних нам +15° С, атмосфера швидко випарується. Приклад тому - Меркурій, який в 2,5 рази масивніший Титана, але не втримав атмосферу в променях спекотного сонця. Друга від світила планета, Венера, також не дуже підходить для колонізації через високий атмосферний тиск, який майже у сто разів перевищує земний, і температур під 500°C. Марс ще вдвічі масивніший і знаходиться в більш прохолодній зоні, але навіть він зберіг лише дуже скромну атмосферу, на два порядки менше щільну, ніж земна. Вибравши планету з відповідною гравітацією, можна замовляти атмосферу. Її хімічний склад і температура повинні бути якомога ближче до земних. Бажано також наявність у планети магнітного поля, що відхиляє потоки заряджених частинок, а також присутність на поверхні рідкої води. Земний період добового обертання і звичну зміну пір року можна вважати показниками підвищеного комфорту. Важливо врахувати і астероїдну обстановку в околицях обраної планети. Постійне бомбардування великими метеоритами може звести нанівець всю працю по тераформуванню. Чи не легше домогтися стійких результатів і на планеті з сильно витягнутою орбітою (або що належить до системи з подвійною зіркою). Втім, як дістатися до інших зірок, поки неясно, а відкладати підготовку запасних планет в довгий ящик було б необачно. Чи не можна облаштуватися на сусідніх планетах? Відразу відкинемо планети-гіганти - величезні газові бульбашки без твердої поверхні і з сильною гравітацією. Меркурій надто малий і близький до Сонця. Він практично не захищений магнітним полем і нездатний довго утримувати атмосферу - її здуває сонячним вітром. До Плутона та інших транснептунових об'єктів руки дійдуть не скоро - занадто вони далекі і холодні. А ось з Місяцем, Марсом, Венерою, деякими великими астероїдами і супутниками в системах Юпітера і Сатурна можна попрацювати. Місяць - найближчий і одночасно досить складний об'єкт для тераформування. Розрахунки показують, що якщо створити на Місяці кисневу атмосферу, вона може протриматися там мільйони років за умови, що температура не підніматиметься вище + 20-50° С. Однак зараз на безповітряному Місяці добовий перепад температури на екваторі досягає 300 градусів: від -180° С перед світанком до +120° С в полудень. Денна спека значно прискорить розсіювання атмосфери в космосі, але без повітря амплітуду теплових коливань не зменшити. Так що, якщо вже створювати атмосферу на Місяці, робити це треба швидко, стрибком. В принципі, з реголіту (місячного ґрунту) можна електролізом в необмежених кількостях добувати кисень - його там більше 40% по масі. Але обсяги необхідного виробництва вражають уяву: потрібно переробити близько 100 трильйонів тонн реголіту. Всій гірській промисловості Землі треба працювати тисячу років, щоб тільки отримати таку кількість породи. І навіть такими колосальними зусиллями місячну атмосферу не зробити теплою - в реголіті немає водню і вуглецю, що входять до складу вуглекислого газу, водяної пари і метану - основних з'єднань, що дають парниковий ефект. Правда, в полярних областях нашого супутника, на дні кратерів, куди ніколи не заглядає Сонце, можуть бути невеликі запаси води. Але їм знайдеться більш корисне застосування, ніж утеплення Місяця, тим більше що вода з-за своєї малої молекулярної маси випарується з атмосфери всього за кілька тисяч років. Так що місячний клімат навіть з атмосферою залишиться досить суворим - за розрахунками, температура буде досить сильно коливатися десь навколо позначки -20° С. Додайте до цього відсутність магнітного поля, що захищає від сонячних спалахів, і стане ясно, що в якості перевалочної бази Місяць ще годиться, але на роль другої Землі ніяк не тягне.
Яблуні на Марсі?
Наступний кандидат на звання «запасної планети» - Марс. Вважається, що в минулому він нагадував Землю, з атмосферою і водяними океанами. Клімат планети м'якше місячного і трохи нагадує антарктичний: вдень на екваторі температура досягає +20° C, а вночі падає до -80° С. Сьогодні вода там існує у вигляді льоду, а атмосфера складається в основному з вуглекислоти, але її тиск в 160 разів менше земного, так що людині тут не обійтися кисневою маскою, а потрібний повноцінний скафандр. Ще один недолік - слабке магнітне поле, погано захищає від космічної радіації. Проте багато хто вважає Марс найпридатнішою для тераформування планетою Сонячної системи. Здавалося б, почати треба з деякого підігріву планети, щоб розтопити полярні шапки, вивільнити що в них запаси води і підготуватися до другого, біологічного етапу тераформування. Однак насправді найпершою метою має стати підвищення атмосферного тиску як мінімум в декілька десятків разів. В іншому випадку вода просто не зможе існувати в рідкому вигляді і буде переходити з твердої фази відразу в пару. Крім того, розріджена атмосфера Марса практично не затримує сонячний ультрафіолет, згубний для будь-якого життя на поверхні. Втім, на перших порах підвищити тиск можна якраз за рахунок випаровування полярних шапок. Для цього потрібно покрити їх найтоншою темною плівкою або навіть просто пилом, знизивши частку відбитого сонячного тепла. Якщо сипати вугільний пил шаром товщиною 0,1 міліметра, то на всю операцію потрібно приблизно 400 мільйонів тонн. Стільки перевозить вся земна авіація років за п'ять. Або можна використовувати терморозширений графіт, щільність якого в десятки разів менше. Якби стояло завдання розтопити на Землі гренландський льодовик, який можна порівняти за площею з марсіанськими полярними шапками, з цим, в принципі, можна було б впоратися. На Марсі ж для цього потрібно створити цілу індустрію. Інший спосіб - спробувати розтопити марсіанські льоди за допомогою орбітальних дзеркал - концентраторів сонячного випромінювання. Правда, їх збірка на орбіті Марса - завдання, яка не поступається за складністю першому. Але навіть у разі виконання цього першочергового завдання успіх треба буде вельми оперативно закріпити. Випарування полярних шапок, швидше за все, не вистачить, щоб належним чином зігріти планету і запобігти новому заледеніню. Необхідно, не відкладаючи, продовжувати поповнення атмосфери іншими газами, в першу чергу киснем. Часто пропонують використовувати для цієї мети мікроорганізми або рослини. Але вони будуть добувати кисень з атмосферної вуглекислоти, а значить, не збільшать, а, навпаки, зменшать щільність повітря. До того ж ніяке життя не зможе розвиватися на Марсі, поки не забезпечений захист від сонячного ультрафіолету. Так що завдання насичення атмосфери киснем на мікроби не перекладеш. На Марсі, як і на Місяці, кисень можна виробляти з грунту, тільки масштаби виробництва повинні бути на порядок більші. Одна зі стратегій полягає в тому, щоб використовувати для цього кисневі мікрозаводи, що працюють на молекулярному рівні. У цьому випадку всю роботу можна провернути за кілька сотень років. З появою кисню сонячне випромінювання саме стане напрацьовувати в атмосфері захисний озон, і з'явиться можливість заселити Марс живими організмами, хоча на планеті як і раніше буде ще занадто холодно для комфортного проживання людини.

За словами науковців NASA, дуже вдале для колонізації небесне тіло в Сонячній системі – не Марс, про який всі говорять, а супутник Сатурна Титан, попри те, що з нинішнім рівнем технологій переліт туди займе до 7 років. На поверхні Титана нижче -150°C, іноді там йдуть метанові дощі, а у вуглеводневі моря течуть метанові річки. І дихати там не вийде, але є сенс звести постійне і автономне людське житло. Зауважимо, що Титан є найбільшим з 62 відомих супутників Сатурна, який майже в 1,5 рази перевищує Місяць в діаметрі і вдвічі за масою. Атмосфера на супутнику Сатурна на 95% складається з азоту. Такий шар азоту на газовому гіганті, а також потужне магнітне поле, дозволять людям вижити на поверхні, тому що не пропустять туди космічну радіацію, вважають вчені. Оскільки атмосферний тиск на "землі" Титана всього в 1,5 рази вище, ніж на нашій планеті, люди зможуть ходити там в спрощених скафандрах. "Резидентам не знадобляться костюми від надлишкового тиску – тільки теплий одяг і респіратори", – вважають у NASA. Науковці переконані, що житло люди зможуть побудувати з пластику, для виробництва якого на планеті "необмежені ресурси" матеріалів. Також будинки можна буде звести з багатошарових і гнучких герметичних конструкцій, наповнених теплим киснем або азотом. Це, на думку експертів, дозволить побудувати "величезні приміщення". За словами Гендрікса, запаси вуглеводнів і водяного льоду в глибинах Титана забезпечать колонізаторам компоненти для ракетного палива. Рекреаційні можливості на Титані унікальні. Наприклад, можна літати. Слабка гравітація, приблизно як на Місяці, в комбінації з щільною атмосферою, дозволять людям літати з механічними крилами на спині. А якщо крила зламаються, можна не переживати, тому що падіння буде м'яким.