HOE TERRAFORM MARS?

Send

Als onderdeel van onze voortdurende serie "Definitive Guide To Terraforming", presenteert Space Magazine graag onze gids voor terraforming Mars. Momenteel zijn er verschillende plannen om astronauten en ooit kolonisten op de Rode Planeet te plaatsen. Maar als we daar ooit echt willen wonen, moeten we een complete planetaire renovatie uitvoeren. Wat is er nodig?

Ondanks dat het een erg koud en erg droog klimaat heeft - om nog maar te zwijgen van de kleine atmosfeer om over te spreken - hebben de aarde en Mars veel gemeen. Deze omvatten overeenkomsten in grootte, helling, structuur, samenstelling en zelfs de aanwezigheid van water op hun oppervlakken. Hierdoor wordt Mars beschouwd als een uitstekende kandidaat voor menselijke bewoning; een mogelijkheid die het transformeren van de omgeving omvat om geschikt te zijn voor menselijke behoeften (ook bekend als terraforming).

Dat gezegd hebbende, er zijn ook veel belangrijke verschillen die het leven op Mars, een groeiende bezorgdheid onder veel mensen (kijkend naar jou, Elon Musk en Bas Lansdorp!), Een grote uitdaging zouden maken. Als we op de planeet zouden leven, zouden we tamelijk sterk afhankelijk moeten zijn van onze technologie. En als we de planeet zouden veranderen door middel van ecologische engineering, zou dat veel tijd, moeite en megaton aan middelen kosten!

De uitdagingen van het leven op Mars zijn behoorlijk talrijk. Om te beginnen is er de extreem dunne en onademende sfeer. Terwijl de atmosfeer van de aarde bestaat uit 78% stikstof, 21% zuurstof en sporen van andere gassen, bestaat de atmosfeer van Mars uit 96% kooldioxide, 1,93% argon en 1,89% stikstof, samen met sporen van zuurstof en water.

De atmosferische druk van Mars varieert ook van 0,4 - 0,87 kPa, wat overeenkomt met ongeveer 1% van de aarde op zeeniveau. De dunne atmosfeer en grotere afstand tot de zon dragen ook bij aan de koude omgeving van Mars, waar oppervlaktetemperaturen gemiddeld 210 K (-63 ° C / -81,4 ° F) bedragen. Tel daarbij op dat Mars geen magnetosfeer heeft en je kunt zien waarom het oppervlak wordt blootgesteld aan aanzienlijk meer straling dan de aarde.

Op het oppervlak van Mars is de gemiddelde stralingsdosis ongeveer 0,67 millisieverts (mSv) per dag, wat ongeveer een vijfde is van wat mensen hier op aarde in de loop van een jaar worden blootgesteld. Dus als mensen op Mars zouden willen wonen zonder de noodzaak van stralingsafscherming, koepels onder druk, zuurstof in flessen en beschermende pakken, zouden er enkele serieuze veranderingen moeten worden aangebracht. Kortom, we zouden de planeet moeten verwarmen, de atmosfeer verdikken en de samenstelling van die atmosfeer moeten veranderen.

Voorbeelden in fictie:

In 1951 schreef Arthur C. Clarke de eerste roman waarin de terravorming van Mars in fictie werd gepresenteerd. Getiteld The Sands of Mars, het verhaal gaat over Martiaanse kolonisten die de planeet opwarmen door de maanfobo's van Mars in een tweede zon te veranderen en planten te kweken die het zand van de Mars afbreken om zuurstof vrij te maken.

In 1984 schreven James Lovelock en Michael Allaby wat door velen wordt beschouwd als een van de meest invloedrijke boeken over terraforming. Getiteld The Greening of Mars, verkent de roman de vorming en evolutie van planeten, de oorsprong van het leven en de biosfeer van de aarde. De in het boek gepresenteerde terraforming-modellen waren een voorafschaduwing van toekomstige debatten over de doelen van terraforming.

In 1992 kwam auteur Frederik Pohl vrij Mining The Oort, een sciencefictionverhaal waarin Mars wordt gevormd met behulp van kometen die zijn afgeleid van de Oort-wolk. In de jaren negentig bracht Kim Stanley Robinson zijn beroemde uit Mars Trilogy – Rode Mars, Groene Mars, Blauwe Mars - waarin de transformatie van Mars in de loop van vele generaties centraal staat tot een bloeiende menselijke beschaving.

In 2011 produceerden Yu Sasuga en Kenichi Tachibana de manga-serie Terra Formars, een serie die plaatsvindt in de 21e eeuw waarin wetenschappers proberen Mars langzaam op te warmen. En in 2012 kwam Kim Stanley Robinson uit 2312, een verhaal dat zich afspeelt in een zonnestelsel waar meerdere planeten in terrassen zijn gevormd - inclusief Mars (dat oceanen heeft).

Voorgestelde methoden:

In de afgelopen decennia zijn er verschillende voorstellen gedaan voor hoe Mars kan worden aangepast aan menselijke kolonisten. In 1964 bracht Dandridge M. Cole "Islands in Space: The Challenge of the Planetoids, the Pioneering Work" uit, waarin hij pleitte voor een broeikaseffect op Mars. Dit bestond uit het importeren van ammoniakijs uit het buitenste zonnestelsel en deze vervolgens op het oppervlak te beïnvloeden.

Aangezien ammoniak (NH³) een krachtig broeikasgas is, zou de introductie ervan in de atmosfeer van Mars de atmosfeer verdikken en de temperatuur op aarde verhogen. Aangezien ammoniak voornamelijk uit stikstof bestaat, kan het ook het noodzakelijke buffergas leveren dat, in combinatie met zuurstofgas, een ademende atmosfeer voor de mens zou creëren.

Een andere methode heeft te maken met reductie van albedo, waarbij het oppervlak van Mars zou worden bedekt met donkere materialen om de hoeveelheid zonlicht die het absorbeert te vergroten. Dit kan van alles zijn, van stof van Phobos en Deimos (twee van de donkerste lichamen in het zonnestelsel) tot extremofiele korstmossen en planten die donker van kleur zijn. Een van de grootste voorstanders hiervan was de beroemde auteur en wetenschapper Carl Sagan.

In 1973 publiceerde Sagan een artikel in het tijdschrift Icarus getiteld "Planetary Engineering on Mars", waarin hij twee scenario's voorstelde om het oppervlak van Mars donker te maken. Deze omvatten het transporteren van laag albedomateriaal en / of het planten van donkere planten op de poolkappen om ervoor te zorgen dat ze meer warmte absorbeerden, smolten en de planeet in meer "aardachtige omstandigheden" veranderden.

In 1976 behandelde NASA de kwestie van planetaire engineering officieel in een studie getiteld "On the Habitability of Mars: An Approach to Planetary Ecosynthesis". De studie concludeerde dat fotosynthetische organismen, het smelten van de poolkappen en de introductie van broeikasgassen allemaal konden worden gebruikt om een warmere, zuurstof- en ozonrijke atmosfeer te creëren.

In 1982 schreef planetoloog Christopher McKay "Terraforming Mars", een paper voor de Tijdschrift van de British Interplanetary Society. Daarin besprak McKay de vooruitzichten van een zelfregulerende Mars-biosfeer, die zowel de vereiste methoden als de ethiek ervan omvatte. Het was voor het eerst dat het woord terraforming werd gebruikt in de titel van een gepubliceerd artikel en zou voortaan de voorkeursterm worden.

Dit werd in 1984 gevolgd door het boek van James Lovelock en Michael Allaby, The Greening of Mars. Daarin beschreven Lovelock en Allaby hoe Mars opgewarmd kon worden door chloorfluorkoolwaterstoffen (CFK's) te importeren om de opwarming van de aarde te veroorzaken.

In 1993 schreven de oprichter van Mars Society, Dr. Robert M. Zubrin en Christopher P. McKay van het NASA Ames Research Center, samen "Technological Requirements for Terraforming Mars". Daarin stelden ze voor om orbitale spiegels te gebruiken om het oppervlak van Mars rechtstreeks te verwarmen. Geplaatst in de buurt van de polen, zouden deze spiegels de CO kunnen sublimeren₂ ijskap en bijdragen aan de opwarming van de aarde.

In hetzelfde artikel bespraken ze de mogelijkheid om asteroïden te gebruiken die zijn geoogst uit het zonnestelsel, die zouden worden omgeleid om het oppervlak te beïnvloeden, stof op te blazen en de atmosfeer te verwarmen. In beide scenario's pleiten ze voor het gebruik van nucleaire of nucleaire thermische raketten om alle benodigde materialen / asteroïden in een baan om de aarde te brengen.

Het gebruik van fluorverbindingen - "super-broeikasgassen" die duizenden keren een broeikaseffect produceren dan CO² - wordt ook aanbevolen als klimaatstabilisator op lange termijn. In 2001 heeft een team van wetenschappers van de afdeling Geologische en Planetaire Wetenschappen van Caltech deze aanbevelingen gedaan in "Mars warmhouden met nieuwe superkasgassen".

Waar uit deze studie bleek dat de aanvankelijke lading fluor uit de aarde zou moeten komen (en regelmatig zou moeten worden bijgevuld), beweerde hij dat fluorhoudende mineralen ook op Mars zouden kunnen worden gewonnen. Dit is gebaseerd op de aanname dat dergelijke mineralen net zo gewoon zijn op Mars (zijnde een terrestrische planeet), wat een zelfvoorzienend proces mogelijk zou maken zodra kolonies waren gevestigd.

Er is ook gesuggereerd om methaan en andere koolwaterstoffen uit het buitenste zonnestelsel te importeren - die overvloedig aanwezig zijn op de maan Titan van Saturnus. Er is ook de mogelijkheid van in-situ gebruik van hulpbronnen, dankzij de ontdekking van de Curiosity-rover van een "tienvoudige piek" van methaan die naar een ondergrondse bron wees. Als deze bronnen zouden kunnen worden gewonnen, hoeft methaan misschien niet eens te worden geïmporteerd.

Meer recente voorstellen omvatten de creatie van verzegelde biodomen die kolonies van zuurstofproducerende cyanobacteriën en algen op Marsgrond zouden gebruiken. In 2014 begonnen het NASA Institute for Advanced Concepts (NAIC) -programma en Techshot Inc. aan dit concept, dat de "Mars Ecopoiesis Test Bed" werd genoemd. In de toekomst wil het project kleine bussen met extremofiele fotosynthetische algen en cyanobacteriën aan boord van een rovermissie sturen om het proces in een Marsomgeving te testen.

Als dit lukt, zijn NASA en Techshot van plan verschillende grote biodomen te bouwen om zuurstof te produceren en te oogsten voor toekomstige menselijke missies naar Mars - wat de kosten zou verlagen en missies zou verlengen door de hoeveelheid zuurstof die moet worden vervoerd te verminderen. Hoewel deze plannen geen ecologische of planetaire techniek vormen, heeft Eugene Boland (hoofdwetenschapper van Techshot Inc.) verklaard dat het een stap in die richting is:

“Ecopoiesis is het concept van het initiëren van het leven op een nieuwe plek; meer bepaald, het creëren van een ecosysteem dat het leven kan ondersteunen. Het is het concept van het initiëren van "terraforming" met behulp van fysische, chemische en biologische middelen, inclusief de introductie van ecosysteem-bouwende pioniersorganismen ... Dit zal de eerste grote sprong zijn van laboratoriumstudies naar de implementatie van experimentele (in plaats van analytische) planetaire in situ onderzoek van het grootste belang voor planetaire biologie, ecopoëse en terraforming. ”

Potentiële voordelen:

Naast het vooruitzicht op avontuur en het idee dat de mensheid opnieuw een tijdperk van gewaagde ruimteverkenning ingaat, zijn er verschillende redenen waarom terraforming Mars wordt voorgesteld. Om te beginnen is er bezorgdheid dat de impact van de mensheid op de planeet aarde niet duurzaam is, en dat we zullen moeten uitbreiden en een 'back-uplocatie' moeten creëren als we op de lange termijn willen overleven.

Deze school noemt zaken als de groeiende bevolking van de aarde - die naar verwachting halverwege de eeuw 9,6 miljard zal bereiken - evenals het feit dat naar verwachting tegen 2050 ongeveer tweederde van de wereldbevolking in grote steden zal wonen. Bovendien is er het vooruitzicht van ernstige klimaatverandering, die volgens een reeks door NASA berekende scenario's ertoe zou kunnen leiden dat het leven in 2100 op bepaalde delen van de planeet onhoudbaar wordt.

Andere redenen benadrukken hoe Mars in de 'Goudlokje-zone' van onze zon (ook bekend als 'bewoonbare zone') ligt en ooit een bewoonbare planeet was. In de afgelopen decennia zijn oppervlaktemissies zoals NASA's Mars Science Laboratory (MSL) en zijn Nieuwsgierigheid rover heeft een schat aan bewijsmateriaal gevonden dat wijst op stromend water dat in het diepe verleden op Mars aanwezig was (evenals het bestaan van organische moleculen).

Bovendien zijn NASA's Marsatmosfeer en vluchtige evolutie missie (MAVEN) (en andere orbiters) hebben uitgebreide informatie verschaft over de atmosfeer van Mars in het verleden. Wat ze hebben geconcludeerd is dat Mars ongeveer 4 miljard jaar geleden overvloedig oppervlaktewater en een dikkere atmosfeer had. Door het verlies van de magnetosfeer van Mars - die mogelijk is veroorzaakt door een grote impact of snelle afkoeling van het binnenste van de planeet - werd de atmosfeer langzaam weggestript.

Ergo, als Mars ooit bewoonbaar en "aarde-achtig" was, is het mogelijk dat het op een dag weer zou kunnen zijn. En als de mensheid inderdaad op zoek is naar een nieuwe wereld om zich te vestigen, is het alleen maar logisch dat die er is die zoveel mogelijk gemeen heeft met de aarde. Daarnaast is ook beweerd dat onze ervaring met het veranderen van het klimaat van onze eigen planeet op Mars nuttig zou kunnen zijn.

Eeuwenlang heeft onze afhankelijkheid van industriële machines, kolen en fossiele brandstoffen een meetbaar effect gehad op de omgeving van de aarde. En overwegende dat dit een onbedoeld gevolg is geweest van modernisering en ontwikkeling hier op aarde; op Mars zou het verbranden van fossiele brandstoffen en het regelmatig vrijkomen van vervuiling in de lucht een positief effect hebben.

Andere redenen zijn onder meer het uitbreiden van onze middelenbasis en het worden van een 'post-schaarste'-samenleving. Een kolonie op Mars zou mijnbouwactiviteiten op de Rode Planeet mogelijk kunnen maken, waar zowel mineralen als waterijs overvloedig aanwezig zijn en kunnen worden geoogst. Een basis op Mars zou ook kunnen dienen als toegangspoort tot de asteroïdengordel, die ons toegang zou geven tot voldoende mineralen om ons voor onbepaalde tijd te onderhouden.

Uitdagingen:

Het vooruitzicht van het terraformen van Mars brengt ongetwijfeld zijn problemen met zich mee, die allemaal bijzonder ontmoedigend zijn. Om te beginnen is er de enorme hoeveelheid middelen die nodig zou zijn om de omgeving van Mars om te zetten in iets duurzaams voor de mens. Ten tweede bestaat de bezorgdheid dat elke genomen maatregel onbedoelde gevolgen kan hebben. En ten derde is er de hoeveelheid tijd die het zou kosten.

Als het bijvoorbeeld gaat om concepten die de introductie van broeikasgassen vereisen om opwarming teweeg te brengen, zijn de benodigde hoeveelheden behoorlijk verbluffend. Het Caltech-onderzoek uit 2001, waarin werd opgeroepen tot de introductie van fluorverbindingen, gaf aan dat voor het sublimeren van de zuidpool CO²-gletsjers de introductie van ongeveer 39 miljoen ton CFK's in de atmosfeer van Mars nodig zou zijn - driemaal de hoeveelheden die tussen 1972 op aarde worden geproduceerd en 1992.

Fotolyse zou ook de CFK's beginnen af te breken op het moment dat ze werden geïntroduceerd, waardoor jaarlijks 170 kiloton extra nodig zou zijn om de verliezen aan te vullen. En tot slot, de introductie van CFK's zou ook de Martiaanse ozon die wordt geproduceerd vernietigen, wat de pogingen om te beschermen tegen straling zou ondermijnen.

Ook gaf de haalbaarheidsstudie van NASA uit 1976 aan dat Mars weliswaar met behulp van terrestrische organismen terrassen kan vormen, maar ook erkent dat de benodigde tijdskaders aanzienlijk zouden zijn. Zoals het in de studie vermeldt:

“Er wordt geen fundamentele, onoverkomelijke beperking vastgesteld van het vermogen van Mars om een terrestrische ecologie te ondersteunen. Het ontbreken van een zuurstofbevattende atmosfeer zou de onbewoonde bewoning van Mars door de mens voorkomen. De huidige sterke ultraviolette oppervlaktestraling is een extra belangrijke barrière. Het creëren van een adequate zuurstof- en ozonbevattende atmosfeer op Mars kan mogelijk zijn door het gebruik van fotosynthetische organismen. De tijd die nodig is om zo'n sfeer te creëren, kan echter zijn enkele miljoenen jaren.”

De studie stelt verder dat dit drastisch kan worden verminderd door extremofiele organismen te creëren die speciaal zijn aangepast voor de harde Marsomgeving, een broeikaseffect te creëren en de poolkappen te smelten. De hoeveelheid tijd die nodig zou zijn om Mars te transformeren, zou echter waarschijnlijk nog steeds in de orde van eeuwen of millennia zijn.

En natuurlijk is er het probleem van infrastructuur. Het oogsten van hulpbronnen van andere planeten of manen in het zonnestelsel zou een grote vloot van ruimtevervoerders vereisen, en ze zouden moeten worden uitgerust met geavanceerde aandrijfsystemen om de reis binnen een redelijke tijd te kunnen maken. Momenteel bestaan dergelijke aandrijfsystemen niet en conventionele methoden - variërend van ionenmotoren tot chemische drijfgassen - zijn niet snel of zuinig genoeg.

Ter illustratie: NASA's Nieuwe horizonten missie duurde meer dan 11 jaar om zijn historische rendez-vous met Pluto in de Kuipergordel te maken, met behulp van conventionele raketten en de zwaartekrachthulpmethode. Ondertussen is de Dageraad De missie, die afhankelijk was van ionische voortstuwing, had bijna vier jaar nodig om Vesta in de asteroïdengordel te bereiken. Geen van beide methoden is praktisch voor het maken van herhaalde reizen naar de Kuipergordel en het terughalen van ijzige kometen en asteroïden, en de mensheid is bij lange na niet het aantal schepen dat we hiervoor nodig zouden hebben.

Aan de andere kant, om de in-situ route te volgen - die fabrieken of mijnbouwoperaties aan de oppervlakte zou omvatten om CO², methaan of CFK-bevattende mineralen in de lucht vrij te laten komen - zouden verschillende zwaar belaste raketten nodig zijn om alle machines naar de Rode planeet. De kosten hiervan zouden tot nu toe alle ruimteprogramma's overschaduwen. En als ze eenmaal aan de oppervlakte waren geassembleerd (door robot- of menselijke arbeiders), zouden deze operaties eeuwenlang continu moeten worden uitgevoerd.

Er zijn ook verschillende vragen over de ethiek van terraforming. Kortom, het veranderen van andere planeten om ze geschikter te maken voor menselijke behoeften roept de natuurlijke vraag op wat er zou gebeuren met alle levensvormen die er al leven. Als Mars in feite inheems microbieel leven heeft (of complexere levensvormen), wat veel wetenschappers vermoeden, dan zou het veranderen van de ecologie deze levensvormen kunnen beïnvloeden of zelfs teniet kunnen doen. Kortom, toekomstige kolonisten en terrestrische ingenieurs zouden effectief genocide plegen.

Gezien al deze argumenten, moet je je afvragen wat de voordelen zijn van terraforming Mars. Hoewel het idee om de bronnen van het zonnestelsel te gebruiken op de lange termijn zinvol is, zijn de winsten op korte termijn veel minder tastbaar. Kortom, geoogste hulpbronnen uit andere werelden zijn economisch niet haalbaar als je ze hier voor veel minder thuis kunt winnen. En wie zou willen gaan, gezien het gevaar?

Maar zoals ondernemingen zoals MarsOne hebben aangetoond, zijn er tal van mensen die bereid zijn om een enkele reis naar Mars te maken en op te treden als de 'eerste golf' van onverschrokken ontdekkingsreizigers van de aarde. Bovendien hebben NASA en andere ruimteagentschappen hun stem uitgesproken over hun wens om de Rode Planeet te verkennen, die tegen 2030 bemande missies omvat. En zoals uit verschillende peilingen blijkt, staat het draagvlak achter deze inspanningen, ook al betekent dit een drastisch verhoogde begroting.

Dus waarom zou je het doen? Waarom terraform Mars voor menselijk gebruik? Omdat het er is? Zeker. Maar nog belangrijker, omdat we dat misschien nodig hebben. En de drive en de wens om het te koloniseren is er ook. En ondanks de moeilijkheid die inherent is aan elk ervan, is er geen tekort aan voorgestelde methoden die zijn afgewogen en haalbaar zijn vastgesteld. Uiteindelijk is alles wat nodig is veel tijd, veel toewijding, veel middelen en veel zorg ervoor dat we geen onherroepelijke schade toebrengen aan de levensvormen die er al zijn.

Maar natuurlijk, als onze ergste voorspellingen uitkomen, kunnen we uiteindelijk ontdekken dat we weinig andere keus hebben dan ergens anders in het zonnestelsel een thuis te maken. Naarmate deze eeuw vordert, kan het heel goed Mars of buste zijn!

We hebben veel interessante artikelen over terraforming geschreven hier bij Space Magazine. Hier is de definitieve gids voor terraforming, kunnen we de maan terraformen ?, moeten we Mars terraformen ?, hoe kunnen we Venus terraformeren ?, en het studententeam wil Mars terraformen met behulp van cyanobacteriën.

We hebben ook artikelen die de meer radicale kant van terraforming onderzoeken, zoals Could We Terraform Jupiter ?, Could We Terraform The Sun? En Could We Terraform A Black Hole?

Astronomy Cast heeft ook goede afleveringen over het onderwerp, zoals Aflevering 96: Humans to Mar, Part 3 - Terraforming Mars

Ga voor meer informatie naar Terraforming Mars tijdens NASA Quest! en NASA's Journey to Mars.

En als je de video leuk vindt, kijk dan eens op onze Patreon-pagina en ontdek hoe je deze video's vroeg kunt krijgen terwijl je ons helpt om je nog meer geweldige inhoud te bieden!