Поступили новые данные по внутреннему строению Марса. Интересно получается: очень большое, причём жидкое ядро - и очень толстая кора, причём верхняя мантия тоже твёрдая (то есть, по сути, это сплошной слой твёрдого вещества):

Кора Марса имеет толщину от 24 до 72 километров, а вся литосфера — твердая оболочка, включающая и верхние части мантии — уходит неожиданно глубоко, на 500 километров. Она сравнительно богата радиоактивными примесями, распад которых ведет к небольшому нагреву. Заметим, что, несмотря на бо́льшие размеры нашей планеты, земная литосфера имеет толщину лишь около 100 километров, а кора даже на континентах — до 40 километров.

Что касается ядра, то довольно интересно выходит с магнитным полем. Оно ведь вроде как как связано с циркулирующими в ядре токами. Почему на Марсе магнитного поля то ли нет, то ли оно очень слабое, не вполне ясно. Но, видимо, во-первых, масса планеты довольно мала, во-вторых, химический состав ядра другой:

Но главные сюрпризы принесло железо-никелевое ядро планеты. Во-первых, оно оказалось жидким, расплавленным. Во-вторых, неожиданно крупным, достигая радиуса в 1830 километров. Это больше половины всего радиуса Марса и на сотни километров больше, чем считалось до сих пор. Поэтому плотность ядра, видимо, меньше, чем показывали прошлые модели, и оно сравнительно богато легкими элементами, такими как углерод, кислород, сера.

Ну или нас вообще занесло на Марс в эпоху местной магнитной инверсии, этого тоже нельзя исключать.

Но речь не о том. Пришла мне в голову - в контексте всего вышесказанного - забавная идея довольно простого терраформирование Марса. Простого если не в смысле материальных затрат, то в смысле необходимых технологий: всё в пределах ближайшего технологического будущего (по крайней мере, если озаботиться развитием именно этих направлений). Суть в следующем.

Проект "Дно"

Чем глубже к центру планеты, тем теплее. В глубоких шахтах тем жарче, чем они глубже. И чем ниже, тем больше и атмосферное давление. А чем выше - наоборот. В частности, на каждые 5.6 километра подъёма атмосферное давление на Земле снижается вдвое.

Так вот на Марсе всё так же, только цифры другие. Там, как известно, атмосферное давление низкое - и при том холодно. Но тогда самый простой способ решить проблему терраформа хотя бы части поверхности - выкопать просто ОЧЕНЬ глубокую яму! И вот там разместить колонию.

Среднее давление на Марсе - около 0,006 миллибара, то есть примерно в 150 раз меньше, чем на Земле. Минимальное необходимое давление - американцы делали такое на своих кораблях на раннем этапе их космической программы - примерно 1/3 земного (дышали астронавты чистым кислородом). Значит, нам достаточно повысить атмосферное давление не в 150, а всего в 50 раз.

Марс имеет притяжение примерно в 2.5 раза более слабое, чем Земля. Оно менее эффективно сжимает газ, так что высота, на которую надо подняться или с которой спуститься, чтобы давление изменилось вдвое, видимо, во столько же раз больше, и составляет не 5.6, а 5.6 * 2.5 = 14 километров.

При спуске на 14*5 = 70 км давление вырастет в 2^5 = 32 раза. А на 14*6 = 84 км - в 2^6 = 64 раза. Ну вот где-то между этими параметрами и заключена необходимая глубина ямы. На её дне будет уже треть земного атмосферного давления, и с кислородными масками люди там уже вполне смогут спокойно находиться на поверхности. Также резко улучшается защита от радиации (благодаря слою воздуха) и растёт температура.

Кажется, что это очень большая глубина, однако если у нас толщина коры и верхнего твёрдого слоя мантии - 500 км, то этого вполне достаточно для того, чтобы расплавленная магма из-под ног бы ещё не выплёскивалась (до неё останется ещё сильно за 400 км). Разумеется, подобное углубление будет гравитационно неустойчивым даже на Марсе, но при такой толщине литосферы "оплывание" его займёт как минимум десятки тысяч лет.

То есть достаточно просто придумать способ выкопать эту Очень Глубокую Яму - и, практически, дело в шляпе!

Яма, конечно, должна быть поглубже...

Очевидный вариант - произвести сверхсупермощный термоядерный взрыв. Создать настолько мощное взрывное устройство сложно, но можно. Понизить уровень радиоактивности стенок кратера тоже можно, хотя это уже не так просто (расчёт см. ниже).

Хорошо, допустим, у нас получилась яма достаточной глубины. Таких можно сделать несколько. Но - не слишком много: в них сосредоточится значительная часть слабой марсианской атмосферы, и начиная с определённого момента увеличение площади нашего, скажем так, Дна будет означать снижение давления там.

Какой же площади может быть Дно?

Общая площадь Марса составляет около 150 млн км2. Если мы считаем, что нужно в 50 раз большее давление, то, вероятно, при площади Дна в одну пятидесятую атмосфера распределится поровну между ним и Крышей (назовём так прежнюю марсианскую поверхность). Учтём также, что сейчас примерно половина атмосферы Марса основную часть года сублимирована на одном из полюсов в виде углекислотного сухого льда. То есть там существует некое равновесие твёрдой и газообразной фазы углекислоты.

При появлении Дна половина атмосферы утекает туда... а для Крыши ничего не меняется. Но тогда это значит, что то, что обычно на полюсах лежит в виде сухого льда, будет испаряться до тех пор, пока плотность атмосферы не достигнет исходной. Фактически это означает, что вся углекислота просто переходит в атмосферу. Если бы Дна не было, то плотность её выросла бы вдвое. Но, коль скоро оно есть, то плотность атмосферы на Крыше останется прежней. А вторая половина уйдёт на Дно.

Тогда получается, что максимальная площадь Дна - около 3 млн км2, одна пятидесятая поверхности Марса.

Много это или мало?

Если бы там разместилось всё земное человечество, то плотность населения составила бы около 2500 человек на км2. Это уровень российского областного центра из числа крупных, вроде Самары или Казани. В Москве она выше раза в два, а в городах Индонезии - выше вшестеро.

Если учесть, что на планете можно строить намного более высокие здания, чем на Земле, то, получается, разместить там такое же население, как на современной Земле, вполне реально: ещё и на хозяйственно-рекреационные регионы место вполне останется. Так как на Марс мы всем человечеством эмигрировать вроде не собираемся, то можно заключить, что на все мыслимые цели этого хватит.

Определённую проблему может составить перегрев. Насколько сейчас рассчитано, температура на Марсе растёт где-то на 1 градус на километр глубины. По крайней мере - в верхней коре. Предположим, что так и будет в нашем случае. Значит, на Дне, на глубине в 80 км, температура будет на 80 градусов выше, чем на Крыше. Средняя температура на Марсе - -53 (есть оценки до -65). Значит, температура Дна составит +27 (в любом случае от +15).

Поначалу нагрев может быть сильнее, но довольно быстро всё остынет до нормального при таких давлении и освещении уровня. Регулировать температуру можно размещением котловин Дна в разных регионах Марса (разумеется, рассчитать это нужно заранее). При желании же можно сделать кратер хоть на экваторе, где освещение соответствует тому, которое на Земле имеет место на широте 64 градуса.

С одной стороны, вроде холодно (64-я параллель - рядом с полярным кругом), с другой же - жар недр, плюс мощная атмосфера из парниковых газов... Но возможно и на удалении от экватора выкопать Дно... Да хоть на полюсе, туда - при такой глубине кратера - свет не будет попадать вовсе. То есть фактор температуры проблемой не станет.

Позже можно преобразовать атмосферу при помощи растений. Для этого придётся сделать несколько других котловин - вероятно, можно менее глубоких, к атмосферному давлению растения не столь чувствительны, как люди - и заселить их растительностью, причём животных/грибов/других потребителей органики не должно быть вовсе. Когда дело будет сделано, котловины можно будет "закопать", захоронив биомассу в грунте. Сделать что-то вроде грандиозного торфяника.

После этого - всё: миссия выполнена. У нас есть потенциально обитаемая территория, довольно большая, с нормальной температурой и приемлемым составом и плотностью атмосферы.

Это - основная идея. Теперь прикинем реализуемость каждого её элемента в отдельности.

Копаем Дно: какие есть варианты

Итак, прикинем, что нужно для того, чтобы создать кратер достаточной глубины. Какого, кстати, он будет диаметра?

Различие притяжения на Земле и Марсе вынужденно игнорируем. Практически наверняка на Марсе при той же мощности взрыва воронка будет глубже: разлёт грунта в более слабом гравитационном поле будет идти несколько более эффективно. Но порядок величины останется примерно тем же, при нашем грубом расчёте этого достаточно. При подземном взрыве соотношение диаметра к глубине может быть более выгодным, но настолько глубоко нам столь габаритное взрывное устройство всё равно не засунуть. Значит, берём цифры для наземного взрыва.

Разрушительность ядерного взрыва растёт пропорционально кубическому корню его тротилового эквивалента. Взрыв в 1 Мт даёт воронку примерно 400 м в диаметре и 40-60 м глубиной. Нам нужно что-то больше примерно в 2 тысячи раз. Значит, взрыв должен составить что-то около 2000^3 = 8 млрд мегатонн. Диаметр кратера составит 800 километров.

Это означает, что масса взрывного устройства будет что-то около 1.5 млрд тонн (теоретическим максимумом удельной мощности для термоядерного оружия считается 6 килотонн на килограмм массы взрывного устройства, но обычно меньше). По крайней мере - если говорить о термоядерной взрывчатке знакомого нам типа. Что касается других типов, то масса может быть несколько больше или меньше, но ненамного (в разы, но не на порядки).

Но, кстати, какие тут возможны варианты?

"Классика": дейтерид лития

Самая доступная термоядерная реакция - между тяжёлым и сверхтяжёлым водородом, то есть дейтерием и тритием:

H-2 + H-3 => He-4 + n

Для реакции деления она крайне "грязная", то есть выделяет большое количество нейтронов, которые порождают в окружающем веществе "наведённую радиоактивность", то есть преобразуют стабильные изотопы в радиоактивные. К счастью, действительно опасных среди них немного.

Но если дейтерий ещё встречается в природе, то высокорадиоактивный тритий - практически нет. Поэтому в качестве обходного манёвра в термоядерном оружии применяется литий-6. В мощном нейтронном поле, порождаемом атомным "запалом" (основанном на реакции инициированного деления урана и/ или плутония), он преобразуется в тот же тритий:

Li-6 + n => He-4 + H-3

А уже тритий вступает в реакцию с дейтерием.

Так вот если считать, что в качестве термоядерной взрывчатки используется стандартный дейтерид лития, то на дейтерий придётся 1/4 от общей массы в 1.5 млрд тонн, то есть 375 млн тонн. Дейтерий добывается из тяжёлой воды, он составляет 20% её массы. То есть понадобится где-то 375*5 = 1.875 млрд тонн тяжелоё воды. А чтобы её добыть, придётся переработать в 1000 раз большее количество обычной воды (и это нам ещё везёт, что процент дейтерия в водороде на Марсе в разы больше, чем на Земле).

Для сравнения: в год на Земле сейчас добывается и перерабатывается примерно 4.2 млрд тонн сырой нефти (данные за 2014 год). То есть в принципе промышленность такими объёмами и массами оперировать вполне способна. Воды нужно переработать гораздо больше - но, всё же, это воды, а не нефти. Но - на Марсе...

В общем-то, нет ничего особо сложного: наверное, и автоматика справится. Это большой объём работы, но - вполне понятной работы. Не кометные ядра по космосу ловить и не триллионы тонн углекислоты техническими методами расщеплять, как в других проектах терраформирования. И у нас нет же цели с этим обязательно за год справиться.

Конечно, возникает вопрос о радиации. Он и сложен, и прост одновременно.

С одной стороны, у нас всё равно нет урана и плутония на пропорциональные "запалы" к таким колоссальным взрывным устройствам. Но для взрыва нужно зажечь термоядерную реакцию один раз - для этого так уж много урана и плутония не нужно. Ну, как энергия горения спички не зависит от того, поджигают ей лист бумаги или тонну дров. И именно продукты распада урана и плутония производят загрязнение местности действительно долгоживущими радиоактивными изотопами.

С другой стороны, при взрыве даже "чистой" термоядерной боеголовки местность оказывается в очень мощном нейтронном поле. Это провоцирует появление наведённой радиоактивности. Хотя она считается далеко не столь опасной, как прямое радиоактивное загрязнение, но, учитывая наш масштаб...

Скажем, если в составе грунта окажется более 1000 тонн кобальта-59 - а так и выйдет, то его облучение нейтронами может превратить его в кобальт-60 с периодом полураспада примерно в 5.3 года. А расчёт показывает, что 660 тонн кобальта-60 достаточно, чтобы уничтожить жизни на Земле - а Марс меньше Земли...

Но... На начало процесса на Марсе и нет жизни (по крайней мере, представляющей для нас ценность - коль скоро мы терраформирование ведём). А через 50 лет концентрация кобальта-60 всё равно снизится в тысячу раз. Через сто лет - в миллион.

Из элементов с наведённой радиоактивностью беспокойство мог бы вызывать разве что углерод-14, возникающий из атмосферных азота и углерода. Но - в небольших количествах: плотность марсианского воздуха мала. Период полураспада у него измеряется тысячами лет, то есть излучение от него несильное.

Можно сравнить с земными аналогами задуманного нами взрыва (масштаб, конечно, был не тот, но как модель сойдёт). Вот, в частности, знаменитое озеро Чаган - "Атом-Коль". Создано в 1965 году взрывом термоядерного взрывного устройства мощностью около 170 кт. По состоянию на 2000 год:

Уровень радиации вокруг озера (создаваемый в основном радиоактивными изотопами кобальт-60, цезий-137, европий-152 и европий-154) достигает ... 2—3 миллирентген/час (естественный фон — 15-30 микрорентген/час)... озеро используется для водопоя скота.

Цезий и европий - изотопы, возникшие при взрыве из материалов атомного "запала" взрывного устройства. А вот кобальт, похоже, возник из облучённого вещества грунта.

Вещество "запала" в случае сверхмощных взрывов значимого вклада не внесёт: он относительно массы дейтерида лития будет очень мал. В очень слабой 170-килотонной боеголовке запал не мог не вносить намного больший вклад в радиоактивное загрязнение.

Но кобальт останется проблемой. Однако в 2000 году с момента взрыва прошло всего около 6 периодов полураспада кобальта-60. В 2070-х, когда их пройдёт 20, кобальтовая радиоактивность снизится в десятки тысяч раз в сравнении с современным уровнем (и в миллион в сравнении с моментом образования кратера).

То есть, вполне вероятно, и нынешних ядерных технологий достаточно: если мы собираемся высаживать колонистов через 100 лет, то радиоактивным загрязнением, подозреваю, можно попросту пренебречь: ситуация устаканится за этот срок сама собой.

Но можно и попробовать его снизить.

Возможна ли чистая или безнейтронная термоядерная взрывчатка?

Относительно мало нейтронов выделяется при термоядерной реакции в чистом дейтерии. Зажечь её сложнее (температура нужна более высокая), но тоже реально. При этом наведённая радиоактивность оказывается несколько ниже.

Однако для производства нужного количества термоядерной взрывчатки потребуется переработать уже 7.5 км3 тяжёлой воды. Это заметно удорожит проект. И, вероятно, подготовка его станет более длительной. Вполне возможно, что использовать дейтерид лития и потом дождаться естественной дезактивации выйдет быстрее, чем копить в несколько раз большее количество дейтерия ради того, чтобы несколько понизить наведённую радиоактивность.

Но, в принципе, можно попробовать использовать и вовсе безнейтронную термоядерную реакцию. При этом наведённая радиоактивность и вовсе отсутствует. Достаточно перспективны две такие реакции: гелиевая и бороводородная.

При термоядерной реакции в лёгком гелии образуются только тяжёлый гелий и лёгкий водород:

He-3 + He-3 = He-4 + 2p

Никаких нейтронов и наведённой радиоактивности!

Опять же, подобное термоядерное взрывное устройство надо ещё создать и тщательно испытать, но ничего особенного в нём нет. Отметим, однако, что лёгкий гелий - крайне дефицитная субстанция, добыть его непосредственно на Марсе невозможно.

Разумеется, лёгкого гелия вполне достаточно в атмосферах планет-гигантов. Но доставка оттуда такого огромного количества вещества противоречит нашей основной идее - терраформированию только наличными ресурсами.

Можно лёгкий гелий на Марсе синтезировать. Он возникает при естественном распаде трития - сверхтяжёлого водорода. Период полураспада у того всего 12.3 года, это вполне приемлемо (за 12 с небольшим лет из двух тонн трития возникнет одна тонна лёгкого гелия). Однако тритий сначала тоже нужно синтезировать.

Тритий производится из лития путём облучения его нейтронами (уравнение реакции было приведено выше). Учитывая огромные количества необходимой термоядерной взрывчатки, по сути речь идёт о разворачивании на Марсе мощнейшей индустрии - несравнимо более мощной, чем для производства дейтерида лития. Нужно не только добыть сам литий, но длительное время его облучать нейтронами, собирать тритий, "отстаивать" его...

Кроме того, чисто гелиевая взрывная реакция также не отработана, как чисто дейтериевая.

Обратите внимание: Сколько по времени лететь человеку до Марса с Земли.

Наконец, отдельный "квест" - создание непосредственно взрывного устройства: нескольких кубических километров жидкого лёгкого гелия. Напомню, что это самое легкокипящее вещество во Вселенной, температура сжижения его - 3.19 К (почти ровно -270 Цельсия)...

В общем, сделать это можно (принципиальных запретов нет), но ооочень сложно.

Бороводородная реакция намного интереснее:

B-11 + p = 3He-4

Добыть в достаточном количестве бор куда проще, чем разделять изотопы водорода или, тем более, синтезировать лёгкий гелий. Это не самый распространённый элемент, но и далеко не самый редкий. Обычный лёгкий водород же тем более доступен.

Однако "зажечь" эту реакцию сложнее, чем любую из уже рассмотренных. Температуры нужны гораздо более высокие. Создание работоспособного взрывного устройства на её основе потребует серьёзных исследований.

Но, с другой стороны, оно может оказаться и не таким сложным делом. У нас исследования в этом направлении не проводились в связи с разоруженческими договорами. Управляемая бороводородная термоядерная реакция сложна, но и дейтерий-тритиевая сложна, однако в виде неконтролируемого взрыва она была освоена уже почти 70 лет назад. Если же учесть проблемы с другими вариантами, этот может оказаться наиболее приемлемым.

Тем не менее, нельзя исключать, что мощности обычного атомного или термоядерного "запала" для инициирования бороводородной реакции не хватит. Тогда потребуется более "продвинутый" - на основе системы мощных лазеров, а это уже не компактное относительно дешёвое устройство, а довольно сложный индустриальный объект.

Но дело в том, что, на фоне затрат на производство нужного количества самой термоядерной взрывчатки и проведение сопутствующих НИОКРов, даже "запал" из антивещества не покажется такой уж большой роскошью. В конце концов, производить и накапливать антивещество уже научились, а потребуется его совсем чуть-чуть. И совершенно точно, что температуры его аннигиляции хватит для зажигания любой реакции, если она в принципе возможна.

Переработка атмосферы

Терраформирование не сводится к одному лишь созданию плотной атмосферы. Неплохо бы сделать её ещё и пригодной для дыхания.

Для этого потребуются отдельные котловины, в которые придётся каким-то образом добавить грунт и воду. В каком именно количестве - зависит от того, что за растения будут у нас перерабатывать углекислый газ в кислород.

Главное, в создаваемой экосистеме никаких поедателей органики быть не должно в принципе, в этом смысле необходим строжайший карантин. Задача - в том, чтобы растения в кратчайшие сроки "перегнали" углекислоту в кислород и биомассу.

После того, как это сделано, нужно захоронить эту биомассу в грунте: котловины нужно будет "закопать" (возможно, опять-таки взрывами). Очень важно, чтобы органика оказалась захоронена в глубине, без контакта с атмосферой. Через миллион лет потомки получат мощные угольные пласты, а то и и нефтегазовые месторождения...

Но, прежде всего...

Какие нужны растения?

Растения могут потреблять лишь относительно небольшую часть солнечного света. Не менее половины его они просто не способны усваивать, плюс многое ещё теряется в процессе. Не буду вдаваться в подробности, но теоретически возможный максимум КПД по солнечной энергии для растений составляет около 11%.

При этом в биомассе запасается лишь часть энергии солнечного света, обычно значительно меньше 1%. Исключения тоже существуют. Скажем, сахарный тростник перегоняет в биомассу около 8% световой энергии, и это уже довольно близко к максимально возможным показателям. Существуют и другие подобные растения, большинство из них обитают в тропиках и требуют высокой температуры среды.

При разумных предположениях о глубине котловин, слой воздуха над ними - изначально состоящий почти исключительно из СО2 - вероятно, будет достаточно эффективно сохранять тепло. Однако в целом едва ли можно ожидать, что какие-то земные растения можно будет применять в качестве связывателей углерода на Марсе без серьёзной геномодификации.

Удобны были бы какие-нибудь водоросли (но продуктивность их оставляет желать лучшего). В идеалы нужны растения, которые живут в слое воды, перехватывают солнечный свет почти полностью и при том, отмирая, опускаются на дно водоёмов.

Тогда можно было бы залить дно котловины водой, а по мере накопления всё большего слоя органики там просто доливать в котловину воду. Возможно, иногда нужно будет устраивать оползни, погребающие под собой уже накопленную органику.

Но не будем вдаваться в подробности. Нам важно, что в принципе существуют растения, перегоняющие в биомассу 8% солнечной энергии.

Сколько потребуется времени?

Солнечная постоянная на Марсе в 2.3 раза меньше земной, и составляет около 600 ватт. Если усреднить эти величины по широтам и времени суток, выйдет около 150 ватт. Допустим, листья перехватывают половину падающих на них солнечного света, и 8% энергии этой половины уходит в биомассу. То есть - 4% световой энергии, попадающей в соответствующий регион, идёт "в дело". Это получается примерно 150 * 0.04 = 6 Вт/м2.

В земной год, таким образом, 1 м2 даёт 6*30000000 (секунд в году) = около 180 МДж энергии. Она используется для энергозатратного процесса расщепления углекислоты и синтеза глюкозы (из которой уже позже растения создают всё остальное):

6 CO2 + 6 H2O => C6H12O6 + 6 O2

Это потребляет столько же энергии, сколько выделяется при обратной реакции - окислении глюкозы:

C6H12O6 + 6 O2 => 6 CO2 + 6 H2O

Соответственно, для расчёта нам потребуется калорийность глюкозы. Она составляет, как известно всем, кто когда-либо садился на диету, около 400 килокалорий на 100 грамм. То есть - 4000 Ккал/кг.

1 калория - это 4.2 джоуля. Значит, синтез 1 кг глюкозы потребует 4 * 4.2 ~ 17 МДж (особая точность нам ни к чему).

А сколько углекислого газа требует синтез 1 кг глюкозы? Вспомним химию. Вес молекул считается в атомных единицах массы. 1 а.е.м. ~ вес атома водорода. Атом углерода весит 12 а.е.м., кислорода - 16.

То есть молекула глюкозы C6H12O6 весит 12*6 + 1*12 + 16*6 = 180 а.е.м. А 6 молекул CO2 весят (12 + 16*2) * 6 = 264 а.е.м. Соотношение 264:180 округлим до 270:180, то есть до 3:2.

Метки: #космическая экспансия , #освоение космоса , #Солнечная система , #колонизация марса , #планета марс , #космонавтика , #атомная энергетика , #терраформирование марса , #странное , #S-теории

Посчитаем теперь массу атмосферы Марса (она состоит из углекислоты более чем на 95%, так что азотом и пр. при столь грубом расчёте можно пренебречь), потом - количество глюкозы, которое из неё получится, а из него - объём энергии, который потребуется на весь этот процесс.

Будем рассуждать по аналогии.

Площадь Земли примерно 510 млн км2, то есть 5.1 * 10^8 км2, то есть 5.1 * 10^14 м2. В земных морях на каждые 10 м глубины добавляется 1 атмосфера давления. То есть это значит, что вес столба воздуха эквивалентен весу столба воды высотой 10 м. То есть вес всей атмосферы Земли эквивалентен весу 5.1 * 10^14 * 10 = 5.1 * 10^15 м3 воды. 1 м3 воды имеет массу в 1 тонну, то есть и вес всей земной атмосферы составляет 5.1 * 10^15 т, или 5.1 * 10^18 кг.

Площадь Марса не 510, а 150 млн км2. Значит, совпадай у него все остальные параметры с Землёй, атмосфера должна была бы иметь массу 1.5 * 10^18 кг. Однако давление там меньше в 150 раз, то есть, получается, что вес марсианской атмосферы составляет 1.5 * 10^18 / 150 = 10^16 кг. Так?

Нет, не так. Притяжение на Марсе меньше в 2.5 раза, поэтому для того, чтобы создать столб воздуха одинакового веса нужно, чтобы он был в 2.5 раза большей массы. То есть масса марсианской атмосферы - около 2.5 * 10^16 кг. Теперь правильно.

А глюкозы из такого количества углекислоты должно получиться в 1.5 раза меньше, то есть - опять же округлим - примерно 1.6 * 10^16 кг. Энергии это потребует 1.6 * 10^16 кг * 17 МДж/кг = 1.6 * 10^16 * 1.7 * 10^7 = 2.7 * 10^23 Дж.

Вспоминаем, что каждый квадратный метр у нас даёт за земной год около 180 МДж, то есть 1.8 * 10^8 Дж солнечной энергии. Значит, для того, чтобы за год переработать в глюкозу всю марсианскую углекислоту, нам бы понадобилось 2.7 * 10^23 / 1.8 * 10^8 = 1.5 * 10^15 квадратных метров территории. Между тем, вся площадь планеты Марс ровно в 10 раз меньше - 1.5 * 10^14 м2.

Однако нам и нет никакой нужды пытаться всё сделать за год. Скажем, за сто лет можно реализовать всю программу, даже используя 10% территории поверхности Марса...

Но есть несколько тонкостей.

Во-первых, так как мы можем использовать только небольшую часть территории планеты, нам ничего не мешает взять наиболее хорошо освещаемые регионы - экваториальные. Там солнечная постоянная будет не 150 Вт, а 300. То есть все процессы ускоряются вдвое. С другой стороны, часть марсианской атмосферы - вернее, её углекислоты - находится в полярных регионах в грунте в виде сухого льда. То есть переработать нужно будет больше газа, чем казалось - примерно вдвое. Это замедлит процесс - в те же два раза.

Наконец, многое зависит от деталей.

Ну вот произошёл взрыв. Возникла воронка. Надо выровнять дно. В лучшем случае, сверхмощный взрыв приведёт не только к стеклованию поверхности, но это стекло частично и потечёт, от чего дно станет ровнее. Но не факт, что этого хватит: если нет, придётся ровнять дополнительно - уже относительно небольшими взрывами снося неровности.

Поверх стекла нужен будет слой почвы и/или воды. Практически наверняка из-за жара взрыва, образовавшего котловину, если вокруг имеется вода в виде льда, она перейдёт в жидкое состояние. При переходе в газ всей углекислоты Марса, в том числе из полярных шапок, существование жидкой воды там становится возможным.

Нужно будет прорубить сквозь вал, окружающий кратер, туннель или сайт - чтобы вода стекала через него в котловину. Практически наверняка она будет и нести с собой какое-то количество песка - то есть почвы. Когда воды и грунта станет достаточно, тоннель/сайт надо перекрыть.

Все изображения взяты из открытых источников.

Это основная идея, детали мы сейчас всё равно проработать не сможем.

При выращивании растений - если будет сделан выбор в пользу условного "сахарного тростника" - скоро новым растениям невозможно будет протиснуться среди старых. Тогда котловину нужно снова затопить грязевым потоком - и поверх слоя в несколько десятков метров уже растить новый "урожай". Потом и его захоронить в почве - и т.д. В конечном счёте, оставить под поверхностью всё, что выросло.

Но в идеале нужны всё же водоросли - ну, растущие в воде растения - которые бы перехватывали не половину, а практически 100% солнечного света. Это дополнительно ускорило бы процесс.

Сложные моменты и "узкие места" проекта

Их немало.

Взрывы: беспрецедентная мощь

Прежде всего - влияние взрывов такой силы на планету не изучено. Неясно, как они повлияют на тектоническую активность. Совершенно точно, что нужно исследовать, как повлияют новые взрывы на уже созданные котловины.

Конечно, 500 км твёрдого вещества, составляющие литосферу Марса, дают надежду на то, что ничего особенного не произойдёт, но мало ли. Крупнейший на планете ударный кратер - Эллада - имеет диаметр около 2 тысяч километров, но глубина у него - всего около 7 км. Понятно, что он, во-первых, очень старый. Во-вторых, на тот момент ещё неизвестно, какова была толщина литосферы планеты. Но... Это всё надо сначала изучить.

На юге Восточного полушария (оно справа) видна глубокая впадина - Равнина Эллада, более 2 тысяч километров в поперечнике. Это ударная структура, то есть - древний кратер. Но глубина её составляет всего около 7 километров: очевидно, она "оплыла" из-за гравитационной неустойчивости слишком глубокого провала (сразу после удара или позже, на протяжении длительного времени). Наши котловины будут намного глубже, но меньше по диаметру - что-то вроде Равнины Аргир - это похожая структура в Западном полушарии Марса.

Во-вторых, нужно учитывать, что взрыв такой силы - это колоссальное количество энергии. Поверхностный взрыв в 8 млрд Мт примерно половину энергии сразу излучит в космос. Часть остального будет потрачена на полезную с нашей точки зрения работу - "выкапывание" котловины. Но остальное, очевидно, уйдёт на испарение горных пород Марса.

В результате над котловиной возникнет облако из газообразных силикатов и кремнезёма, которое будет быстро распространяться во всех направлениях. Оно будет остывать, переходить в жидкое состояние, в твёрдое - и оседать каменно-стеклянными "снежинками" по всей планете. Но, самое главное, при этом его вещество будет выделять скрытую теплоту парообразования и плавления.

Часть тепловой энергии излучится в космос, но часть останется. И её будет МНОГО. Беглый расчёт показывает, что это будет примерно столько же, сколько Марс получает от Солнца за несколько лет.

Вполне вероятно, что этого хватит не только на испарение всей углекислоты, но и таяние всего льда. Вряд ли лёд действительно растает весь: это довольно инертный процесс, а тепло рассеиваться будет быстро. Но достаточно значительная его доля. А уж если взрывов таких будет несколько...

Угроза затопления Дна

Отсюда - третья проблема: риск затопления Дна. Сразу после взрывов Марс станет планетой очень тёплой. Лёд будет таять, вода - испаряться... Итогом может стать то, что водяные облака будет проливаться дождями над котловинами... стока из которых, разумеется, не будет.

В общем-то, серьёзное затопление интуитивно кажется не особенно вероятным. Просто потому, что в самих котловинах жар далеко не сразу будет позволять долетать каплям дождя до Дна. Намного вероятнее, что к моменту, как на Дне застынет стекло, Крыша давно успеет снова остыть до температуры вымораживания воды. Но это всё же надо перепроверить.

Вообще водный баланс нужно просчитать хорошо. Куда будет деваться испаряющаяся на Дне вода? Станет ложиться ледниками на стенках котловин, формировать сползающие вниз языки льда и ледниковые реки, которые будут где-то там внизу из озёр, а то и небольших морей, снова испаряться? Или она станет постепенно вымораживаться на Крыше, покидая котловины Дна?

Это требует дополнительного расчёта.

Растительность: соль и азот

Ну и, разумеется, мы недостаточно знаем про солёность марсианской воды. В котловинах, где выращиваются запасающие углерод растения... Там насколько солёная вода в итоге окажется? С большой долей вероятности, наши "тростник" или "водоросли" придётся дополнительно геномодифицировать.

И, кстати, достаточно важен вопрос азота. В марсианской атмосфере его намного меньше, чем углекислоты. Но он содержится в белках, то есть в тканях всех живых существ, в том числе растений, которые мы собираемся использовать для создания на планете кислородной атмосферы. Удастся ли сделать это , не потратив слишком много азота? Иоли опять придётся прибегнуть к геномодификации? Его захоронение вовсе не в наших интересах!

Ну вот где-то так.

Итак, что дальше?

На Дне будет довольно тепло, в итоге там станет возможно дышать. Конечно, это будет относительно маленькая часть поверхности Марса. Однако население там можно сделать достаточно плотным, а в перспективе и создать нечто вроде экосистемы.

Основная идея колонизации Марса - вроде как создание "запасной" человеческой цивилизации, чтобы она могла выжить в случае, если с Землёй что-то случится. Ну вот эта цель будет достигнута.

Этот вариант выглядит работоспособным. Главное, примерно понятно, с какой стороны за дело браться. Уж что-что, а сверхсупербомбы человечество делать научилось.

Солнечные отражатели и т.п. - это всё технологии не завтрашнего дня. Их эффективность и реализуемость - и, главное, время, которое потребуется - прикинуть тяжело. А тут всё примерно ясно.

PS: Лично я считаю колонизацию Марса на современном этапе не имеющей смысла. Изучение - да, но не более. Отсылаю к своей статье:

Марс Vs. Церера, или Как надо и как не надо осваивать космос

Но если уж кто-то будет твёрдо намерен взяться за это дело, то...

См. также

Навигатор по каналу "Море Ясности"

Больше интересных статей здесь: Космос.

Источник статьи: Проект "Дно": самый доступный способ терраформирования Марса.