Тэрафармаванне

Матэрыял з Вікіпедыі - вольнай энцыклапедыі
Перайсці да навігацыі Перайсці да пошуку
Планета Зямля , выгляд з космасу

Тэрафармаванне (ад лац. terra — зямля і forma — выгляд) — змена кліматычных умоў планеты , спадарожніка ці іншага касмічнага цела для прывядзення атмасферы , тэмпературы і экалагічных умоў у стан, прыдатнае для пасялення зямных жывёл і раслін . Сёння гэтая задача ўяўляе ў асноўным тэарэтычны інтарэс, але ў будучыні можа атрымаць развіццё і на практыцы.

Тэрмін «тэрафармаванне» быў прыдуманы Джэкам Уільямсанам у навукова-фантастычнай аповесці, апублікаванай у 1942 году ў часопісе Astounding Science Fiction [1] , хоць ідэя пераўтварэння планет пад зямныя ўмовы пасялення прысутнічала ўжо ў больш ранніх творах іншых пісьменнікаў-фантастаў.

Чыннікі, якія могуць прывесці да неабходнасці засялення іншых планет

Практычнае значэнне тэрафарміравання абумоўлена неабходнасцю забяспечыць нармальнае існаванне і развіццё чалавецтва. З цягам часу рост насельніцтва Зямлі, экалагічныя і кліматычныя змены могуць стварыць сітуацыю, калі недахоп прыдатнай для пасялення тэрыторыі паставіць пад пагрозу далейшае існаванне і развіццё зямной цывілізацыі. Такую сітуацыю, напрыклад, створаць непазбежныя змены памераў і актыўнасці Сонца , якія надзвычай зменяць умовы жыцця на Зямлі. Таму чалавецтва будзе натуральным чынам імкнуцца да перамяшчэння ў больш камфортны пояс.

Апроч прыродных фактараў, істотную ролю могуць адыграць і наступствы дзейнасці самога чалавецтва: эканамічная ці геапалітычная сітуацыя на планеце; глабальная катастрофа , выкліканая прымяненнем зброі масавага паражэння ; знясіленне прыродных рэсурсаў планеты і інш.

Магчымасць перасялення ў пазаземныя калоніі з часам можа прывесці да фармавання культурных традыцый, дзе перасяленне людзей у калоніі будзе ісці ўвесь час на працягу шматлікіх пакаленняў. Культурныя традыцыі могуць быць зменены прагрэсам медыцыны , што можа прывесці да значнага падаўжэння чалавечага жыцця . Гэта, у сваю чаргу, можа прывесці да «канфлікту пакаленняў», калі прадстаўнікі маладзейшых пакаленняў і старэйшых пачнуць змагацца паміж сабой за жыццёвыя рэсурсы. Наогул, магчымасць вырашэння палітычных канфліктаў шляхам эміграцыі дысідэнтаў у калоніі можа значна змяніць палітычную структуру многіх дэмакратычных дзяржаў. У такім выпадку, працэс стварэння новых калоній будзе падобны да працэсу будаўніцтва «элітных» мікрараёнаў , калі калоніі ствараюцца камерцыйнымі структурамі ў надзеі на акупнасць; ці наадварот, будаўніцтву дзяржаўнага жылля для маламаёмасных пластоў насельніцтва для памяншэння ўзроўня злачыннасці ў трушчобах і памяншэнні ўплыву палітычнай апазіцыі ў іх. Рана ці позна « нерухомасць » у Сонечнай сістэме будзе падзелена, і працэс перасялення не будзе абмяжоўвацца існуючымі ў Сонечнай сістэме планетарнымі аб'ектамі, але будзе накіраваны ў бок іншых зорных сістэм. Пытанне аб здзяйсняльнасці падобных праектаў упіраецца ў тэхналагічнасць і вылучэнне дастатковых рэсурсаў. Як і ў любых іншых звышпраектах (як, напрыклад, будаўніцтва велізарных ГЭС ці чыгунак "ад мора да мора", ці, скажам, Панамскага канала ), рызыка і памер інвестыцый занадта вялікі для адной арганізацыі і з вялікай верагоднасцю запатрабуе ўмяшанні дзяржаўных структур і прыцягнення адпаведных інвестыцый. Час рэалізацыі праектаў па тэрафармаванні калязямной прасторы ў лепшым выпадку можа вымярацца дзесяцігоддзямі ці нават стагоддзямі [2] .

Крытэрыі прыдатнасці планет да тэрафармавання

Патэнцыйна прыдатныя да неадкладнага засялення планеты можна падзяліць на тры асноўныя катэгорыі [3] :

  • Заселеная планета ( планета тыпу Зямлі ), найбольш прыдатная да засялення.
  • Біялагічна супастаўная планета, гэта значыць планета ў стане, падобным да зямнога, мільярды гадоў таму.
  • Лёгка тэрафармаваная планета. Тэрафармаванне планеты такога тыпу магчыма правесці з мінімальнымі выдаткамі. Напрыклад, планету з тэмпературай, якая перавышае оптымум для біясферы Зямнога тыпу, можна астудзіць шляхам распылення пылу ў атмасферы па прынцыпе " ядзернай зімы ". А планету з недастаткова высокай тэмпературай, наадварот, нагрэць шляхам ажыццяўлення накіраваных ядзерных удараў у паклады гідратаў , што прывяло б да выкіду ў атмасферу парніковых газаў.

Далёка не ўсякая планета можа быць прыдатная не толькі да засялення, але і да тэрафармавання. Да прыкладу, у Сонечнай сістэме непрыдатнымі да тэрафармавання з'яўляюцца газавыя гіганты , паколькі яны не маюць цвёрдай паверхні, а таксама валодаюць высокай гравітацыяй (напрыклад, у Юпітэра - 2,4 g , гэта значыць 23,54 м/с²) і моцным радыяцыйным фонам ( пры збліжэнні з Юпітэрам касмічны апарат « Галілеа » атрымаў дозу радыяцыі, якая ў 25 разоў перавышае смяротную дозу для чалавека). У Сонечнай сістэме найбольш прыдатнымі ўмовамі для падтрымання жыцця пасля тэрафармавання валодае перш за ўсё Марс [4] . Астатнія планеты альбо малапрыдатныя да тэрафармавання, альбо сустракаюць значныя цяжкасці ў пераўтварэнні кліматычных умоў.

Прыдатнасць планет да тэрафармавання залежыць ад фізічных умоў на іх паверхні. Асноўнымі з гэтых умоў з'яўляюцца:

  • Паскарэнне свабоднага падзення на паверхні планеты [5] . Гравітацыя тэрафармуемай планеты павінна быць дастатковай для ўтрымання атмасферы з адпаведным газавым складам і вільготнасцю. Планеты, якія маюць занадта малыя памеры і, такім чынам, масу, зусім непрыдатныя, бо будзе адбывацца хуткая ўцечка атмасферы ў касмічную прастору . Акрамя таго, пэўная ступень прыцягнення неабходна для нармальнага існавання на планеце жывых арганізмаў, іх размнажэння і ўстойлівага развіцця. Занадта высокая гравітацыя таксама можа зрабіць планету непрыдатнай для тэрафармавання з прычыны немагчымасці камфортнага існавання на ёй людзей.
  • Аб'ём сонечнай энергіі [6] . Для правядзення работ па тэрафармаванні планет неабходны дастатковы аб'ём сонечнай энергіі для прагрэву паверхні і атмасферы планеты. Першым чынам, асветленасць планеты Сонцам (роўна як і любой іншай бацькоўскай зоркай) павінна быць дастатковай для прагрэву атмасферы планеты прынамсі да дасягнення штучнага парніковага эфекту для падтрымання тэмператур на паверхні, дастатковых для ўстойлівага знаходжання вады ў вадкім стане. Асветленасць таксама неабходна для ажыццяўлення ўзнаўлення энергіі з дапамогай фота- або термопреобразователей і выкананні задач па тэрафармаванні. З пункту гледжання асветленасці зона, у якой ёсць неабходны аб'ём сонечнай энергіі і ў якой знаходзяцца прыдатныя планеты, дасягае арбіты Сатурна, а такім чынам у глыбейшых абласцях космасу тэрафармаванне ў наш час немагчыма. У будучыні, пры пашырэнні Сонца, узровень энергіі, дастатковы для кароткачасовага (некалькі сот мільёнаў гадоў) падтрымання жыцця, апынецца ў межах арбіты Плутона ці ж нават у блізкіх абласцях Паясы Койпера .
    Кратэр Ціха на Месяцы , дыяметр - 85 км
  • Наяўнасць вады . Неабходнае для падтрымання засялення планеты раслінамі і жывёламі колькасць вады - гэта адна з нязменных умоў для магчымасцяў засялення і паспяховага тэрафармавання. У Сонечнай сістэме не так шмат планет, якія выклікаюць прыхільнасць дастатковымі аб'ёмамі вады, і ў сувязі з гэтым акрамя Зямлі можа быць згаданы толькі Марс і спадарожнікі Юпітэра ( Еўропа , Ганімед , Каліста ) і Сатурна. У іншых выпадках неабходна альбо завезці ваду на планету з дапамогай тэхнічных сродкаў, альбо адмовіцца ад тэрафармавання. Планеты з празмернай колькасцю вады , а таксама пакрытыя суцэльным пластом лёду згаданыя вышэй спадарожнікі Юпітэра і Сатурна таксама могуць быць малапрыдатныя для засялення па той прычыне, што каланістам прыйшлося б дастаўляць усе неабходныя элементы табліцы Мендзялеева з сабой, бо ўсе карысныя выкапні будуць пахаваны. пластом лёду.
  • Радыяцыйны фон [7] на планеце.
  • Характарыстыка паверхні [8] . Відавочна, што на планетах тыпу "газавы гігант" стварыць цвёрдую паверхню практычна немагчыма. Тэхналагічны ўзровень для гэтага павінен быць на парадак вышэй, чым для "размарожвання" землепадобнай планеты шляхам распылення сажы па паверхні. Тое ж самае ставіцца да планеты з аміячным ледавікамі глыбінёй некалькі соцень кіламетраў або да планеты з высокай вулканічнай актыўнасцю. Праблемы, звязаныя з пастаяннымі вывяржэннямі расплаўленых парод, землятрусамі або прыліўнымі хвалямі (аналагічнымі цунамі на Зямлі), таксама створаць істотныя праблемы пры тэрафармаванні.
  • Наяўнасць у планеты магнітнага поля . У апошні час з'явіліся дадзеныя, што пры адсутнасці магнітнага поля сонечны вецер актыўна ўзаемадзейнічае з верхнімі пластамі атмасферы. Пры гэтым малекулы вады расшчапляюцца на вадарод і гідраксільную групу OH . Вадарод пакідае планету, якая цалкам абязводжваецца. Падобны механізм дзейнічае на Венеры .
  • Астэроідная сітуацыя [9] . У планетнай сістэме , дзе астэроідная сітуацыя адрозніваецца ад нашай у горшы бок, гэта значыць дзе астэроідны пояс знаходзіцца ў небяспечнай блізкасці ад меркаванага месца засялення, планета можа знаходзіцца пад пагрозай частых сутыкненняў з астэроідамі, якія могуць нанесці істотную шкоду паверхні планеты і тым самым вярнуць яе у ранейшы стан (да тэрафармавання). Гэта азначае, што ў такой сістэме тэрафарматары павінны будуць стварыць сродкі "рэгулявання астэроіднага руху", што запатрабуе дастаткова высокага тэхналагічнага ўзроўню.

«Умовы прыдатнасці для пасялення флоры і фауны» па Маккею [10] .

Параметр Значэнне Тлумачэнне
Сярэдняя тэмпература 0 - 30 °C Сярэдняя тэмпература паверхні павінна складаць каля 15 ° C
Флора
Сярэдні атмасферны ціск > 10 кпа Асноўнымі кампанентамі атмасферы павінны быць вадзяная пара , O 2 , N 2 , CO 2
Парцыяльны ціск O 2 > 0,1 кпа Дыханне раслін
Парцыяльны ціск CO 2 > 15 Па Ніжняя мяжа для ўмовы праходжання рэакцыі фотасінтэзу ; няма адназначнай верхняй мяжы
Парцыяльны ціск N 2 > 0,1-1 кпа Азотфіксацыя
Фауна
Сярэдні атмасферны ціск > 5 кпа
< 500 кпа
Парцыяльны ціск O 2 > 25 кпа
Парцыяльны ціск CO 2 < 10 кПа Абмежаванне зместу CO 2 для пазбягання інтаксікацыі
Парцыяльны ціск N 2 > 30 кпа Буферны змест
Арбіты планет у сістэме Глізе 581

У 2005 годзе каля зоркі Глізе 581 была адкрыта планетная сістэма. Галоўная «славутасць» сістэмы - першая адкрытая чалавецтвам экзапланета заселенай зоны ( англ. habitable zone ) ( Глізе 581 g ), г. e. якая валодае фізічнымі характарыстыкамі, якія робяць экзапланету патэнцыйна заселенай (у прыватнасці для дадзенай планеты паскарэнне вольнага падзення - 1,6 g, тэмпература - -3 - 40 ° С і інш.). Каля зоркі адкрыта шэсць экзапланет. Чацвёртая планета — найбліжэйшая да зоркі і самая маленькая па масе — адкрыта 21 красавіка 2009 г. Яе мінімальная маса — 1,9 мас Зямлі, перыяд абарачэння вакол зоркі — 3,15 дня [11] .

Прэтэрафармаванне

Біясфера 2 у Арызоне
Біясфера 2 ўнутры. Блокі «Савана» і «Акіян».
Праект Эдэм (У Англіі). Гэты аранжарэйны комплекс з'яўляецца найбуйнейшым у свеце і займае 1,559 га, дасягаючы 55 м у вышыню, 100 м у шырыню і 240 м у даўжыню - прастору, дастатковае, каб размясціць пад купалам лонданскі Таўэр

Прэтэрафармаванне ( paraterraforming ) — прамежкавы крок паміж планетнай станцыяй і канчатковым тэрафармаваннем, напрыклад, пабудова горада-сада , па сутнасці велізарнай штучнай біясферы [12] . Падобнага роду цяпліца -біясфера можа ахопліваць усю планету, асабліва ва ўмовах нізкай гравітацыі, пры якой вакол планеты не ўтрымліваецца ўласная атмасфера. Такое тэхналагічнае рашэнне таксама ўхіляе праблему астуджэння атмасферы: унутраную паверхню цяпліцы можна акрыць мікраскапічна тонкім пластом алюмінія , які адлюстроўвае інфрачырвонае выпраменьванне . Пры падобным варыянце тэрафармавання каланісты атрымліваюць камфартабельныя ўмовы для жыцця практычна адразу па прыбыцці на планету, паколькі тэхналагічна не ўяўляе складанасці зрабіць ахоўны купал з лёгкага матэрыялу так, каб ён мог быць перавезены на адным транспартным караблі прымальнага памеру. Купал можа быць зроблены з мяккага матэрыялу і падтрымліваць сваю форму за рахунак унутранага ціску. Аднак пры каланізацыі планет са шчыльнай атмасферай (напр., Венера) гэты варыянт непрымяняльны. (Ва ўмовах Венеры або падобнай ёй планеты з шчыльнай атмасферай магчымы варыянт стварэння гіганцкага паселішча купальнага тыпу, пераўтворанага ў аэрастат , так як зямное паветра , гэта значыць сумесь азоту з 21% кіслароду, важыць лягчэй, чым венерыянская атмасфера , прычым Венеры складае каля 40% ад пад'ёмнай сілы гелія.) Пры вышыні даху купала ў некалькі кіламетраў унутры такой біясферы клімат будзе падобны да зямнога і можа быць кіраваным. Падобную калонію можна размясціць у геалагічным паніжэнні, напрыклад, у кратары ці даліне , каб размясціць падставу купала над дном паніжэння. У сучасных буйных гарадах шчыльнасць насельніцтва часам дасягае 10.000 чал./км² [13] . Пры гэтым знаходзіцца месца для паркаў , садоў , пляжаў і іншых устаноў рэкрэацыйнага тыпу, якія прадстаўляюць жыхарам магчымасць адпачынку . Для калоніі памерам мільён чалавек неабходна будзе пабудаваць біясферу памерам каля 100 км², гэта значыць паўсферу дыяметрам 12 км і вагай (без расцяжак, каркаса і іншых падтрымных прылад) 15 тысяч тон ці 15 кг на чалавека (гэта значыць менш ручнога багажу, які дазваляюць несці пасажырам самалёта). Несумненна будзе існаваць небяспека разгерметызацыі сістэмы пры такіх няштатных сітуацыях, як падзенне астэроіда, крушэнне касмічнага карабля ці тэракт . У выпадку вядзення ваенных дзеянняў паверхня купала будзе першай мэтай непрыяцеля. Гэта азначае, што падобная калонія будзе змушаная марнаваць значныя рэсурсы на мерапрыемствы абароннага тыпу. Так ці інакш канцэпцыя біясферы цалкам рэалістычная з улікам развіцця сучасных тэхналогій, і пытанне здзяйсняльнасці праекта ўпіраецца ў патанненне дастаўкі грузаў на "высокую" арбіту Зямлі, што на дадзены момант каштуе каля $ 10 000 за кг.

Перспектывы тэрафармавання планет і спадарожнікаў Сонечнай сістэмы

Месяц

Месяц , выгляд ад Зямлі
Тэрафармаваны Месяц, выгляд з Зямлі; малюнак мастака

Месяц - гэта натуральны спадарожнік Зямлі і найбліжэйшы натуральны аб'ект да Зямлі, і ў агляднай будучыні верагоднасць яе тэрафармавання досыць вялікая. Пляц паверхні Месяца складае 37,9 млн км² (больш, чым пляц Афрыкі ), а паскарэнне вольнага падзення на паверхні 1,62 м/з². Месяц здольны ўтрымаць на працягу нявызначана доўгага тэрміна толькі атмасферу з найболей цяжкіх газаў, такіх, як ксенон [ крыніца не паказаны 3256 дзён ] ; у сілу невысокай гравітацыі атмасфера, якая складаецца з кіслароду і азоту , будзе хутка (на працягу дзясяткаў тысяч гадоў) рассейвацца ў касмічнай прасторы. [ крыніца не паказаны 3256 дзён ] . Прыблізныя разлікі хуткасці малекул газаў пры прагрэве, напрыклад, да 25-30 °C аказваюцца ў межах некалькіх соцень метраў у секунду, у той жа час другая касмічная хуткасць на Месяцы каля 2 км/с, што забяспечвае працяглае ўтрыманне штучна створанай атмасферы (час падзення шчыльнасці атмасферы ў 2 разы для паветра складае каля 10 000 гадоў. Месяц не мае магнітасферы і не можа супрацьстаяць сонечнаму ветру . Эканамічна выгадна пакінуць Месяц у ранейшым выглядзе. Яна можа гуляць ролю своеасаблівага "касмапорта" Зямлі [ крыніца не паказаны 23 дні ] .

Асноўныя прапанаваныя спосабы тэрафармавання Месяца:

  • Бамбаванне астэроідамі з водна-аміячнымі льдамі;
  • Біягеннае ўздзеянне зямнымі бактэрыямі і багавіннем, устойлівымі да першаснай штучнай атмасферы Месяца і ўмовам цвёрдай сонечнай радыяцыі. [ крыніца не паказаны 23 дні ]

Марс

Тэрафармаванне Марса ў чатыры этапы, малюнак мастака

Марс з'яўляецца найбольш прыдатным кандыдатам на тэрафармаванне (плошча паверхні роўная 144800000 км², што складае 28,4% ад плошчы паверхні Зямлі, і прыблізна роўна плошчы яе сушы). Ускорение свободного падения на экваторе Марса составляет 3,711 м/с², а количество солнечной энергии, принимаемой поверхностью Марса, составляет 43 % от количества, принимаемого поверхностью Земли. На данный момент Марс представляет собой, возможно, безжизненную планету. В то же время, полученный объём информации о Марсе позволяет говорить о том, что природные условия на нём были некогда благоприятны для зарождения и поддержания жизни [14] . Марс располагает значительными количествами водного льда и несёт на своей поверхности многочисленные следы благоприятного климата в прошлом: высохшие речные долины, залежи глины и многое другое. Многие современные учёные сходятся в едином мнении о том, что планету возможно нагреть, и создать на ней относительно плотную атмосферу, и NASA даже проводит дискуссии по этому поводу [15] .

Основную проблему для колонизации составляет отсутствие у Марса планетарного магнитного поля, что приводит к сильному воздействию на него солнечного ветра.

Венера

Венера в естественных цветах, снятая «Маринером-10»
Топографическая карта Венеры
Терраформированная Венера; рисунок художника

Колонизация Венеры была предметом многих работ научной фантастики еще до рассвета космического полета, и до сих пор обсуждается как с фантастической, так и с научной точки зрения. Однако, с открытием чрезвычайно враждебной поверхностной среды Венеры, внимание в значительной степени переключилось на колонизацию Луны и Марса, вместо этого, с предложениями относительно Венеры, сосредоточенной на колониях, плавающих в верхней средней части атмосферы [16] и на терраформировании.

Меркурый

Меркурий, снимок «Маринера-10»
Тэрафармаваны Меркурый, ва ўяўленні мастака

Терраформирование Меркурия представляет собой несравненно более тяжёлую задачу, чем терраформирование Луны, Марса или Венеры. Площадь поверхности Меркурия составляет 75 млн км², как Северная Америка и Евразия , а ускорение свободного падения в среднем около 3,7 м/с². Он способен удержать относительно плотную атмосферу, изготовленную из привозного материала (водно-аммиачные льды). Наибольшими препятствиями на пути терраформирования Меркурия являются его близкое положение к Солнцу и крайне медленное вращение вокруг оси. Уровень солнечной энергии, падающей на поверхность Меркурия, весьма различен и в зависимости от времени года и широты составляет от 0 (в кратерах на полюсах, которые никогда не видят солнечного света) до 11 кВт/м². При точно рассчитанной бомбардировке Меркурия астероидами эти недостатки могут быть устранены, но потребуют очень больших расходов энергии и времени. Вполне вероятно, в отдалённом будущем человечество будет обладать возможностями смещать планеты со своих орбит. Наиболее предпочтительно было бы «поднять» орбиту Меркурия на 20—30 млн км от её нынешнего положения. Важную роль в терраформировании Меркурия может сыграть солнечная энергия, которую уже на современном этапе развития технологий можно эффективно использовать. Меркурий — планета достаточно плотная и содержит большое количество металлов ( железо , никель ), и, возможно, значительное количество ядерного топлива (уран, торий), которые могут быть использованы для освоения планеты. К тому же, близость Меркурия к Солнцу позволяет предполагать наличие значительных запасов гелия-3 в поверхностных породах. [ крыніца не паказаны 23 дні ]

Титан (спутник Сатурна)

Мультиспектральный снимок Титана. Светлая область в центре — «материк» Ксанаду

Спутники Юпитера

Планеты-гиганты и коричневые карлики

Терраформирование и непосредственная колонизация планет-гигантов и коричневых карликов представляется в ближайшем будущем невозможной, так как эти планеты/сверхпланеты не обладают твёрдой поверхностью. На настоящий момент человечеству не известны способы создания твёрдой поверхности у газовых гигантов и коричневых карликов. Единственным способом, известным на сегодняшний день, могла бы стать переработка газов с помощью управляемого термоядерного синтеза , но и это требует высокого уровня технического прогресса и пока невозможно. К тому же неизвестно, существуют ли в Солнечной системе коричневые карлики или нет. Есть два кандидата.

  • Объект U. Размеры его могут быть от размеров Марса и суперземли (если в нескольких сотнях а. е. от Солнца) до размеров Сатурна и выше (в 20000 а. е.). Период обращения — от тысяч до миллионов лет. [ крыніца не паказаны 23 дні ]
  • Немезида .

Если она существует, то всё равно неясно, что это — красный, белый или коричневый карлик. Период обращения должен быть от 26 до 27,5 миллионов лет.

Другие кандидаты для колонизации

Теоретически рассматриваются (например, Роберт Зубрин « Settling the Outer Solar System: The Sources of Power ») многие планеты и спутники планет. Из наиболее часто упоминаемых кандидатов стоит назвать остальные, менее крупные спутники СатурнаТефия , Диона , Рея , Япет и Энцелад , где, возможно, есть жидкая вода [17] , карликовая планета Церера , пять наиболее крупных спутников Урана ( Ариэль , Оберон , Титания , Умбриэль и Миранда ) и спутник НептунаТритон и даже более отдаленные карликовые планеты и другие объекты — Плутон и Харон , и т. д. Для заселения этих объектов потребовались бы огромные затраты энергии.

Технические возможности осуществления

Космическая линза (сделанная по принципу линзы Френеля на основе тонких мембран [18] ), предлагаемая для терраформирования Венеры или Марса

На современном этапе развития технологий возможности для проведения терраформирования климатических условий на других планетах весьма ограничены. Уже к концу XX-го века земляне обладали возможностями для запуска ракет к наиболее далёким планетам Солнечной системы для выполнения задач научного характера. Мощности и скорости, а также возможности масштабного запуска ракет в космос в начале XXI века значительно возросли, и в случае спонсирования крупными космическими державами, такими как США , Россия или Китай , уже в наши дни человечеству вполне под силу выполнение определённых задач по терраформированию планет. В настоящее время возможности современной астрономии, ракетной, вычислительной техники и других областей высоких технологий прямо или косвенно позволяют, например, буксировать небольшие астероиды , вносить небольшие объёмы бактерий в атмосферы или почву других планет, доставлять необходимое энергетическое, научное и др. оборудование.

Страны, подписавшие договор об освоении космоса

В настоящее время достигнут некоторый уровень кооперации между различными космическими агентствами, которые в прошлом работали параллельно. Если предположить, что такая практика будет существовать и в будущем, то развитие технологии освоения космоса несомненно будет продолжаться быстрыми темпами. Мировой ВВП в конце первого десятилетия XXI века составляет около $70 трлн, и, при наличии согласия между мировыми лидерами, мог бы позволить гораздо более щедрое выделение средств на развитие космонавтики. Учитывая, что статистика развития мировой экономики указывает на ускорение темпов её развития, то можно предположить, что выделение сравнительно малого процента мирового ВВП для финансирования сможет теоретически ускорить разработку необходимых технологий в десятки раз и даже сотни раз (бюджет НАСА например в 2009 г. составляет около $17 млрд/год. С 1958 по 2008 годы НАСА на космические программы истратила (с учётом инфляции) около $810,5 млрд).

Важнейшие задачи учёных-терраформистов

Удешевление доставки грузов в космос

Терраформирование планет подразумевает необходимость доставки значительного количества грузов с поверхности Земли на высокую орбиту. Ввиду неприемлемости использования ядерных ракетных двигателей в атмосфере Земли и практических ограничений на использование существующих ракетных двигателей, необходимо использовать альтернативные системы доставки грузов на орбиту :

Кроме того, существуют реализованные проекты многоразовых космических кораблей ( Спейс шаттл , Буран ), которые использовали обычные химические ракетные двигатели, и метод посадки по принципу самолета — на взлетно-посадочную полосу. Данные проекты были свернуты из-за экономических, политических и иных причин, хотя при увеличении количества запусков и надежности они могли бы быть более экономически эффективны, чем одноразовые ракеты. Также существует концепция вертикальной посадки ракет или их частей ( Falcon 9 , New Shepard ). Возвращение космических кораблей целиком или возвращение их частей может позволить значительно снизить стоимость запусков вне зависимости от того, будут ли использоваться традиционные или инновационные решения в конструкции самого транспортного средства.

  • Использование так называемых «Солнечных парусов» для передвижение в космосе за счёт давления создаваемого солнечным ветром, однако для перевозки необходимого количества ресурсов нужны большие «паруса», такой вид передвижения от Земли и до нужной планеты в нашей системе, мог бы значительно удешевить транспортировку ресурсов от точки до точки, а для взлета и посадки использовать двигатели, правда каждый раз поднимать и опускать таких размеров аппарат может очень дорого обойтись, именно поэтому имеет смысл использовать этот аппарат как межпланетную станцию в солнечной системе, а взлеты и посадки с ресурсами будут осуществлять ракеты находящиеся на борту такого рода аппарата.

Увеличение скорости межпланетных перевозок

Груз, доставленный на высокую орбиту, необходимо будет доставить непосредственно на терраформируемую планету. В настоящее время для межпланетных полетов используется гравитация «попутных» планет (см. Гравитационный манёвр ) . Такой подход неприемлем для регулярных грузо-пассажирских перевозок в пределах Солнечной системы. Необходимо использование ядерных ракетных двигателей. В отличие от обычной химической ракеты, ядерный двигатель может представлять собой комбинацию ядерного реактора и ионного двигателя , экономно расходующего рабочее тело и позволяющего обеспечить длительный срок активного разгона космического аппарата .

Принцип работы ионного двигателя заключается в ионизации газа и его разгоне электростатическим полем. Благодаря высокому отношению заряда к массе становится возможным разогнать ионы до очень высоких скоростей (210 км/с по сравнению с 3—4.5 км/с у химических ракетных двигателей). Таким образом, в ионном двигателе можно достичь очень большого удельного импульса , что позволяет значительно уменьшить расход реактивной массы ионизированного газа по сравнению с расходом реактивной массы в химических ракетах . Первоочередной задачей является значительное (в тысячи раз) увеличение мощности подобных двигателей и создания соответствующих им по мощности ядерных реакторов . При условии отсутствия атмосферы грузовой корабль может постепенно разгоняться, набирая скорость от 10 до 100 км/с. Увеличение скорости полёта особенно важно для пассажирских перевозок, при которых необходимо уменьшить получаемую пассажирами дозу радиации, главным образом — за счёт сокращения времени перелета. Основные трудности в реализации работ по ядерным ракетным двигателям заключаются как в высокой степени радиоактивного загрязнения продуктами выброса двигателя, так и в неприятии подобной технологии населением, а также экологическим движением стран-разработчиков (ведущие страны — Россия, США). Здесь также возможно использование Луны как межпланетно-транзитного пункта, что позволило бы не подвергать земную атмосферу радиоактивному загрязнению (доставляя необходимые ресурсы с Земли на Луну на более экологически чистых ракетах, и их транзит на ракетах с ядерными двигателями).

Термоядерная энергетика и гелий-3

Общее количество гелия-3 в атмосфере Земли оценивается в 35 000 тонн, его добывают в очень небольших количествах, исчисляемых несколькими десятками граммов за год, однако на Луне он находится в значительном количестве.

В настоящее время контролируемая термоядерная реакция осуществляется путём синтеза дейтерия 2 H и трития 3 H с выделением гелия-4 4 He и «быстрого» нейтрона n :

Однако при этом большая часть выделяемой кинетической энергии приходится на нейтрон. В результате столкновений осколков с другими атомами эта энергия преобразуется в тепловую . Помимо этого, быстрые нейтроны создают значительное количество радиоактивных отходов . В отличие от этого синтез дейтерия и гелия-3 3 He не производит радиоактивных продуктов:

, где p — протон

Это позволяет использовать более простые и эффективные системы преобразования кинетической реакции синтеза, такие, как магнитогидродинамический генератор .

Характеристика объектов Солнечной системы

Планета (Центральное тело) Температура поверхности, °C Атмосферное давление , кПа Гравитация в зоне экватора Площадь поверхности, млн км² Орбитальный период , часов Сидерический период , суток Минимальное расстояние от Земли, млн км
миним. сярэдняя максим. м/с² g
Месяц −160 −23 +120 ~0 1,62 0,17 38 655 27,3 0,36
Марс −123 −63 +27 0,6 3,72 0,38 145 24,6 687 56
Венера −45 +464 +500 9322 8,87 0,90 460 5832 224 45
Меркурый −183 +350 +427 ~0 3,70 0,38 75 1408 87,9 90
Титан ( Сатурн ) н/д −180 н/д 160 1,35 0,14 83 381,6 15,9 1250
Европа ( Юпитер ) −223 −170 −148 10 −9 1,31 0,13 31 10 3,6 588
Ганимед ( Юпитер ) н/д −165 н/д ~0 1,43 0,15 87 10 7,2 587
Каллисто ( Юпитер ) н/д −155 н/д 10 −6 1,24 0,13 73 10 16,7 585
Ио ( Юпитер ) −185 −145 +2300 ~0 1,79 0,18 42 10 1,7 588
Тритон ( Нептун ) н/д −235 н/д 0,15*10 −2 0,8 0,09 23,018 16 5,88 4 337
Юпітэр −165 −125 н/д 200 23,10 2,36 61 400 10 4 333 588
Сатурн −191 −130 н/д 140 9,05 0,92 43 800 10,5 10750 1 277
Уран −214 −205 н/д 120 8,69 0,89 8084 17 30 707 2 584
Няптун −223 −220 н/д 100 11,15 1,14 7 619 16 60 223 4 337
Церера ( Солнце ) н/д −106 −34 ~0 0,27 0,02 11 9 1 680 231
Эрида ( Солнце ) −243 −230 −218 ~0 0,8 0,08 18 н/д 203 500 5 497
Плутон ( Солнце ) −240 −229 −218 0,3∙10 −3 0,58 0,06 17,95 153 90 613 4 285
Макемаке ( Солнце ) н/д −243 н/д ~0 0,5 0,05 6,3 н/д 113 179 5 608
Иксион ( Солнце ) н/д −229 н/д ~0 0,23 0,02 2 н/д 91 295 4 349
Орк ( Солнце ) н/д −228 н/д ~0 0,20 0,02 11 н/д 90 396 4 415
Квавар ( Солнце ) н/д −230 н/д ~0 ~0,33 ~0,03 20 н/д 104 450 6 117
Седна ( Солнце ) н/д < −240 н/д ~0 ~0,49 ~0,04 ~28 10 4 401 380 11 423

Альтернатива терраформированию планет

Карта плотности населения Земли

В части освоения космического пространства, в долгосрочной перспективе, альтернативой терраформированию планет может быть только создание автономных, изолированных биосфер, что менее затратно, но делает будущие колонии несколько уязвимыми.

В части решения проблемы перенаселённости планеты, альтернативой терраформированию в ближайшем будущем является более полное и рациональное использование территориальных и энергетических возможностей самой Земли. Площадь поверхности Земли составляет 510,1 млн км², что больше, чем у любой другой планеты земной группы в Солнечной системе. При этом площадь поверхности суши составляет 148,9 млн км², что немногим более всей площади поверхности Марса, а площадь мирового океана — 361,1 млн км². С ростом технологического уровня для человечества станет доступным более рациональное использование как площади современной суши , так и освоение донного пространства мирового океана , в том числе за счёт развития подземной инфраструктуры (внесение под землю крупных предприятий, электростанций, автостоянок, а также развитие подземного транспорта и жилья) и должная подготовка дна мирового океана. Водная поверхность пригодна для обитания уже в наши дни. Сооружения понтонного типа (например, аэропорты ) уже строятся в некоторых густонаселённых странах. С созданием экономичных технологий могут появится и плавающие города. Один из наиболее известных проектов, в рамках которых ведутся подобные разработки — « Freedom Ship » [19] .

Поскольку терраформирование в настоящее время пока еще является по большей части умозрительной технологией, основанной на существующих в данный момент технологических решениях, схожих по своему духу с колонизацией незаселенных территорий Земли, то можно предположить, что в далеком будущем проблемы обитания людей на других планетах будут решаться не только изменением облика этих планет, но и другими способами, схожими с теми, которые применялись в прошлом. Например, колонизация многих тропических стран не удалась по причине высокой смертности колонистов из-за тропических болезней, и от таких колоний часто оставались лишь потомки колонистов, смешавшихся с местными жителями. В фантастике проблемы обитания разумных существ в чуждых им условиях зачастую «решаются» путём изменения биологии самих людей — превращения их в инопланетян, андроидов или богоподобных существ (как например в сериалах Звёздные врата или в фильме Супермен ). Также часто используются такие решения, как существование людей в полностью симулированной реальности (как в фильме Матрица ) или частично симулированной реальности (голопалуба в серии Звездный путь или остров, сделанный из стабилизированных нейтрино , как в фильме Солярис ). Помимо этого часто используются такие приемы, как использование технологий телепортации , защитных экранов, искусственной гравитации и т. д., позволяющих людям существовать в вакууме, смертельной радиации, невесомости или, наоборот, при высокой гравитации (в этом случае предлагается использовать антигравитацию ) и т. п.

Наконец, одним из способов является жёсткое ограничение прироста населения с его дальнейшим плавным, за счёт естественной смертности сокращением до разумного уровня с целью доведения потребления ресурсов до возможного минимума, при одновременном введении евгенических программ с целью предотвращения вырождения человеческой популяции и максимальном переходе на возобновляемые источники ресурсов. Однако его практическая реализация в настоящее время вступает [ источник не указан 3343 дня ] в конфликт с такими объектами международного права, как индивидуальные права и свободы человека и гражданина/подданного, включая свободу полового поведения и право на неограниченное размножение, а также с соображениями сохранения суверенитета существующих национальных государств, мешающего введению эффективной глобальной системы демографической регуляции, основанной на потребностях человечества как глобального вида. Выбор данной методики действий в некотором смысле является отказом от развития человечества и его экспансии.

World population growth rates 1800-2005.png

Необходимо отметить, что ряд видных учёных (например, С. П. Капица) считали и считают вопрос ограниченности ресурсов и перенаселения планеты манипулятивным и надуманным [20] . Отмечается, в частности, что сторонники перенаселения не учитывают развитие технологий и не учитывают реальные данные и мировые тенденции по демографии. Так, исследования С. П. Капицы показывают, что рост численности населения описывается значительно более сложными законами, чем экспонента. И изменение численности населения развивающихся стран, стран третьего мира, описываются той же кривой, что и для развитых стран, с отставанием по фазе, примерно, на 30 лет. Причём страны третьего мира вслед за развитыми и развивающимися странами уже перешли на ниспадающие темпы роста. Таким образом, уже сейчас численность населения планеты стабилизируется. Кроме того, в плане ресурсов сторонниками перенаселённости планеты не учитывается не только развитие технологий и неполное использование доступных ресурсных баз и месторождений, но и фактически не используемые в настоящее время мировой экономикой территории Гренландии, Антарктики, мирового Океана, экономическое освоение которых представляет собой вполне решаемую даже в настоящее время инженерно-техническую задачу.

Последствия терраформирования для развития цивилизации

Влияние микрогравитации на распределение жидкости в организме

Уже на заре осмысления процессов терраформирования стало ясно, что последствия для всего развития цивилизации будут носить кардинально новый характер и глобальный масштаб. Последствия эти затронут все аспекты жизни человечества от физиологии живых организмов до религии . Характер этих последствий будет носить как положительные, так и отрицательные стороны. В самом деле людям придется принять вследствие переселения на другие планеты, совершенно новые природные условия, и это найдет прямое отражение как в организмах людей, так и в их сознании. Например, открытие Америки и заселение её территорий оказало очень большое воздействие на ход развития всей цивилизации, но оно не может идти ни в какое сравнение с тем преобразованием, которое несет с собой заселение и терраформирование иных планет.

Уже во время начала освоения космического пространства люди столкнулись с явлениями невесомости и микрогравитации, обнаружив их поразительное физиологическое воздействие на организм человека [21] . Иной вкус у пищи, атрофия мышц и многое другое заставили землян посмотреть на космос другими глазами, и в результате родилась космическая медицина . В случае переселения и последующего проживания на других планетах, земляне неизбежно столкнутся со значительными изменениями в функционировании организмов и психологии будущих поколений первопоселенцев. Венера, Марс, спутники Юпитера и Титан обладают меньшей гравитацией, чем Земля, поэтому животные и растения должны будут приспособиться к новым условиям.

Глядзіце таксама

Нататкі

  1. Science Fiction Citations: terraforming (англ.) . Дата обращения: 9 октября 2007. Архивировано 21 января 2012 года.
  2. John Hickman. The Political Economy of Very Large Space Projects (англ.) . JOURNAL OF EVOLUTION AND TECHNOLOGY (1999). Дата обращения: 11 октября 2007. Архивировано 21 января 2012 года.
  3. Martyn J. Fogg. Terraforming: Engineering Planetary Environments // SAE International. — Warrendale, PA, 1995. — ISBN 1-56091-609-5 .
  4. Sibling Rivalry: A Mars/Earth Comparison (англ.) ( HTML ). Дата обращения: 9 октября 2007. Архивировано 21 января 2012 года.
  5. Raymond Quinn Lunine. High-resolution simulations of the final assembly of Earth-like planets 2: water delivery and planetary habitability (англ.) ( PDF ).
  6. Stars and Habitable Planets (англ.) ( HTML ). Дата обращения: 9 октября 2007. Архивировано 21 января 2012 года.
  7. Kasting Whittet Sheldon. Ultraviolet radiation from F and K stars and implications for planetary habitability . Orig Life Evol Biosph (August, 27, 1997). Дата абарачэння: 10 кастрычніка 2007.
  8. Could there be life in the outer solar system? (англ.) . Millennium Mathematics Project, Videoconferences for Schools . University of Cambridge (2002). Дата обращения: 10 октября 2007. Архивировано 21 января 2012 года.
  9. Bortman, Henry Coming Soon: "Good" Jupiters . Astrobiology Magazine (September 29, 2004). Дата обращения: 10 октября 2007. Архивировано 15 февраля 2012 года.
  10. C. McKay, J. Kasting, O. Toon: Making Mars Habitable . In: Nature . 352, S. 489—496, 1991
  11. http://www.eso.org/public/outreach/press-rel/pr-2009/pr-15-09.html Архивная копия от 5 июля 2009 на Wayback Machine Официальный пресс-релиз European Southern Observatory
  12. Претерраформирование (недоступная ссылка)
  13. См. Нью-Йорк
  14. Mars: A Dry Planet Compared to Earth (англ.) ( HTML ) (недаступная спасылка) . Дата обращения: 10 октября 2007. Архивировано 16 мая 2008 года.
  15. Technological Requirements for Terraforming Mars (англ.) ( HTML ). Дата обращения: 13 февраля 2007. Архивировано 21 января 2012 года.
  16. «Why We Should Build Cloud Cities on Venus» , Motherboard, Feb 2 2015 (проверено 26 марта 2017).
  17. NASA — Кассини от NASA's находит признаки жидкой воды на Энцеладе
  18. линзы Френеля в телескопах
  19. Freedom Ship International (англ.) ( HTML ). Дата обращения: 10 октября 2007. Архивировано 21 января 2012 года.
  20. Проект Академия лекция С. П. Капицы (англ.) ( HTML ) (недаступная спасылка) . Дата обращения: 24 февраля 2013. Архивировано 3 февраля 2015 года.
  21. Космическая медицина на сайте ЯКА . Дата обращения: 13 октября 2007. Архивировано 21 января 2012 года.

Спасылкі