ПРИХОВАТИ

Науковці з Гарвардського університету запропонували власне бачення того, як зробити життя на Марсі можливим. На їхню думку, в пригоді можуть стати куполи з аерогелю, що спричинять місцеві парникові ефекти на планеті.

Ідея колонізації Марса вже не одне десятиліття захоплює уяву людства. Але, якщо раніше про це говорили письменники-фантасти, то тепер можливість переселення на Червону планету серйозно обговорює науковий світ.

Змінити клімат на всій холодній планеті, щоб вона стала придатною для життя, зараз неможливо. Але вчені щоразу пропонують нові варіанти. На цей раз – побудувати дахи чи цілі куполи з аерогелю (надлегкого гелю, де рідка фаза заміщується газоподібною) на окремих територіях Марсу, які дозолили б створити під ними локальні парникові ефекти.

Темні плями Червоної планети

На Марсі до певної міри прослідковується парниковий ефект, що створює темні плями на поверхні. Його можна спостерігати під крижаними шапками з води та діоксиду вуглецю, СО2. В таких умовах ґрунт під кригою нагрівається, а між теплою поверхнею та льодом накопичується вуглекислий газ, який прориває лід та викидає ґрунт, що й проявляється у вигляді темних плям.

Крижані шапки на Марсі, утворені водяним льодом та замерзлим СО2, з осередками нагрівання у вигляді темних плям. Джерело: Harvard SEAS .

Цей процес, коли сонячне світло поглинається в глибині напівпрозорого снігу чи льодових шарів, називають твердотіловим парниковим ефектом. Він явно проявляється з напівпрозорими матеріалами, що частково пропускають видиме сонячне випромінювання, але мають низьку теплопровідність та проникність для інфрачервоного випромінювання.

«Ми почали розміркувати про цей парниковий ефект і про те, як його можна використати для створення жилого середовища на Марсі в майбутньому»,

пояснив Робін Вордсворт, провідний автор статті з Гарвардського університету.

Діоксид вуглецю та водяний лід широко розповсюджені на Марсі та вже показали себе в дії, проте вони не допоможуть колонізувати Марс через їхню високу мінливість.

Тоді вчені згадали про аерогель кремнезему, або силікатний аерогель. Він має пористу структуру, утворену нанорозмірними кластерами кремнезему, понад 97% об’єму якого займає повітря.

Силікатний аерогель. Джерело: NASA/JPL-Caltech.

Його давно вже використовують у різних областях техніки для теплоізоляції, оскільки його теплопровідність одна з найнижчих серед матеріалів. Силікатний аерогель навіть використали в конструкції марсоходів, щоб забезпечити термоізоляцію в нічний час.

«Аерогель діоксиду кремнію є перспективним матеріалом, тому що його ефект пасивний. Він не вимагає великої кількості енергії або догляду за деталями, щоб підтримувати тепло в певному регіоні протягом тривалого періоду часу»,

– пояснила Лора Кербел, співавтор дослідження.

Експерименти з аерогелем

У попередньому досліді вчені випробовували властивості аерогелю у вигляді суцільної невеликої плитки та крихти в лабораторних умовах.

Експериментальна установка-теплиця була дуже простою: шматок чорного фетру під шаром аерогелю (плитки або крихти), на які світить зверху лампа – сонячний симулятор. Останній імітував сонячне випромінювання в марсіанських умовах (при фоновій температурі 298 К). Тим часом інші прилади вимірювали радіацію, що падає на установку, та температуру фетрової основи.

Аерогель у вигляді крихт та плитки. Джерело: Robin Wordsworth/Harvard

Результати досліду виявилися втішними. Вони показали, що за 2 години досліду 3-сантиметровий шар аерогельних крихт призвів до нагрівання основи на 45 К, а всього лише 2-сантиметрова плитка аерогелю допомогла піднятися температуру основи на 50 К. Дослідники кажуть, що 2-3 см аерогелю через декілька марсіанських років можуть забезпечити цілорічне існування рідкої води на поверхні Марса на глибині декількох метрів.

Різниця температур при використанні аерогелю у вигляді крихт (зліва) і у вигляді плитки (справа). Кольори вказують на різні щільності світлових потоків. Джерело: Nature Astronomy.

Обнадійливим результатом виявилося й те, що матеріал затримував значну частину ультрафіолетового випромінювання типів UVA та UVB (280-400 нм) і майже повністю був непроникним для одних із найнебезпечніших УФ-променів UVC з довжиною хвиль 220-275 нм. Це також значно полегшить виживання організмів на планеті.

Аерогель створює хороший захист від УФ-випромінювання. Джерело: NATURE ASTRONOMY.

Можливі обмеження

Розв’язання проблем із ультрафіолетом та температурою вчені вважають критичними точками для уможливлення життя на червоній планеті, проте, потрібно буде розглянути питання з додатковими обмеженнями, що неминуче накладаються на успіх майбутньої колонізації. Наприклад, низький атмосферний тиск, доступність поживних речовин та відкладання на аерогелі пилу.

Вищий парціальний тиск вуглекислого газу на Марсі, можливо, сприяв би кращому росту рослин, але низький загальний тиск атмосфери (у 170 разів менше, ніж на Землі) при температурі вище 273 К призводитиме до надмірного випаровування води. Як варіант, вчені пропонують напилення на внутрішній бік аерогелевого щита, додаткового щільного прозорого матеріалу чи поєднання його із гнучкими та міцними матеріалами, що в певній мірі дозволить збільшити тиск під укриттям. Рідка вода зможе легше збиратися на поверхні замість того, щоб випаровуватися у марсіанську атмосферу.

Більшість поживних речовин, необхідних рослинам, легко знайти на поверхні Марса, а дахи з аерогелю можуть забезпечити здійснення фотосинтезу, вважають автори винаходу. Тому вирощування картоплі на марсіанському ґрунті цілком може стати реальністю.

Марсіанин RITEG
Кадр з фільму “марсіанин” Рідлі Скотта.

Одним із викликів буде також пошук найвигіднішого місця для побудови укриття. Там має бути високий і постійний потік сонячної енергії та достатня кількість поверхневих вод і, водночас, потрібно врахувати швидкість осідання пилу, який накопичуючись на поверхні аерогелевого щита, не пропускатиме світло та зводитиме нанівець успіх місії. Найбільш очікувано знайти такі місця в екваторіальних та середніх широтах Марса, кажуть науковці.

У майбутніх дослідженнях автори наукової статті планують провести дослідження на Землі у місцевостях, що є аналогами марсіанським – сухі та холодні. Наприклад, у пустелі Атакама в Чилі чи сухих долинах Антарктиди.

“Ми розраховуємо на те, що укриття з аерогелю повинно забезпечувати більш ефективне нагрівання, оскільки воно масштабується по розміру. Це було б важливо побачити в польових умовах”,

– зазначив Вордсворт.

ГМО та біоетика на Марсі

Труднощі з транспортуванням матеріалу можна вирішити за допомогою колоній земних живих організмів на Марсі, припускають вчені. Так, можна за допомогою модифікованих губок чи діатомових водоростей, які виробляють кремнезем для власного «скелету», виготовляти силікатний аерогель у промислових масштабах просто на Марсі.

Науковці переконані, що у майбутньому необхідно буде обговорити й етичні та філософські питання колонізації планети. На сьогодні немає підтверджень того, що на планеті існує марсіанське життя, але це є цілком можливим на деяких особливих територіях та не відкидається науковцями. І хоча твердотілі парникові регіони не передбачатимуть існування та поширення життя за їхніми межами, можливе виникнення пов’язаних проблем.

“Коли ви збираєтеся уможливити життя на поверхні Марса, ви впевнені, що його ще там немає? А якщо є, то як ми з цим розберемося? Коли ми вирішимо створити на Марсі людські колонії, ці питання стануть неминучими”,

– додав Вордсворт. 

Nature Astronomy (2019), doi: 10.1038/s41550-019-0813-0.

Якщо ви знайшли помилку, будь ласка, виділіть фрагмент тексту та натисніть Ctrl+Enter.

Total
24
Shares
24 Shares:
Залишити відповідь

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься. Обов’язкові поля позначені *

Перегляньте також
Далі

Застосування інфрачервоних спостережень дозволило уточнити відстань до 150 мільйонів зір, відкритих “Gaia”

Дані з космічного телескопа Gaia та Європейської південної обсерваторії допомогли дослідникам встановити відстань до 150 мільйонів зірок.