Po co kolonizować Marsa?

Na to pytanie odpowiadają Elon Musk i Gwynne Shotwell:

„Jakie są znaczące kroki w ewolucji? Oczywiście jest pojawienie się życia, podział na rośliny i zwierzęta, ich wyjście na ląd, pojawienie się ssaków, pojawienie się świadomości; dlatego twierdzę, że ważnym krokiem byłoby życie na innych planetach. I jeśli potrafimy znaleźć rozsądny argument, że coś jest na tyle ważne, aby zmieścić się w tej skali ewolucji, to należy do tego dążyć. I może jest to warte choć trochę naszego wysiłku. " - Elon Musk

„Myślę, że są dwie perspektywy, które są ważne. Odkrywanie jest tym, co odróżnia człowieka od innych gatunków. Jeśli zdecydujemy, że to gdzie jesteśmy dzisiaj jest już "tym", to wydaje się to być wielkim rozczarowaniem. Z drugiej strony, trochę przerażające jest zarządzanie ryzykiem dla ludzkości. Prawdopodobieństwo wystąpienia znaczącego zdarzenia się na Ziemi jest bardzo wysokie. Kiedy to się stanie? Nie wiem kiedy, ale jestem pewna, że będzie to katastrofa i byłoby miło, gdyby ludzie mieszkali w więcej niż jednym miejscu. [...] nie mogę myśleć o niczym ważniejszym niż popieranie występowania ludzkości poza pojedynczym miejscem. Jesteśmy porażką jednego punktu!" - Gwynne Shotwell

Jak długo zajmuje dotarcie na Marsa?

Mars jest daleko, daleko stąd. W najbliższej możliwej odległości, Ziemia i Mars są oddalone od siebie o 55 mln km. Jeśli spojrzeć na listę czasu przelotów wszystkich poprzednich zautomatyzowanych sond, które pomyślnie dotarły na Marsa (pomijając Dawn i Rosettę), widać, że średni czas wynosi niecałe 8 miesięcy:

Czas tranzytu w dużej mierze zależy od względnej odległości między Ziemią a Marsem, a także od ilości paliwa, które trzeba spalić. Sondy zwykle zużywają mało energii, dlatego trwa to dłużej. Jednym z głównych problemów jest to, że każda jednostka prędkości, którą można umieścić na statku, aby podróż była krótsza, jest dodatkową jednostką, której trzeba się pozbyć, gdy się tam dotrze. Można jednak założyć, że przyszłe misje załogowe na Marsa będą miały wyższe możliwości spalania i tym samym zmniejszą czas przelotu do rozsądniejszego, np. sześciu miesięcy lub krócej.

Co Elon Musk ma na myśli mówiąc, że Mars ma ogromny potencjał?

Mars jest planetą, która obecnie jest wrogo nastawiona do życia; Musk mówi o procesie terraformowania, który sprawi, by planeta była „mniej wroga”. W wielu dyskusjach na temat terraformowania wspomina się o olbrzymich lustrach kosmicznych, nigdy nie biorąc pod uwagę jak śmiesznie ogromne i niemożliwe by to było. Przy użyciu obecnie dostępnych technologii, Mars może być ogrzany przez zastosowanie gazów cieplarnianych.

Na Ziemi, dwutlenek węgla ogrzewa atmosferę, ponieważ (w procesie absorpcji i emisji promieniowania) podgrzany wraca na planetę. Lecz nie jest on wcale aż tak skuteczny. Istnieje wiele innych gazów, które mają większy „Potencjał Globalnego Ocieplenia”. Najlepszym kandydatem jest zdecydowanie heksafluorek siarki (SF6- zwany również elegazem), który ma PGO dziesiątki tysięcy większy niż CO2. SF6 może być z łatwością wytwarzany na Marsie – dzięki budowie gigantycznych fabryk. Jest on niezwykle gęsty, przylega do powierzchni i osiada na dnie kraterów i dolin, gdzie najprawdopodobniej mogłyby żyć kolonie. Podczas ocieplenia, wieczna zmarzlina CO2 topnieje, zwiększa się ciśnienie atmosferyczne, co powoduje w efekcie globalne ocieplenie.

Co zrobią kolonizatorzy by powstrzymać wiatr słoneczny przed niszczeniem marsjańskiej atmosfery?

Prawdą jest, że wiatr słoneczny ogołocił Marsa ze znacznej części swojej pierwotnej atmosfery (z powodu braku pola magnetycznego) oraz że każda sztuczna atmosfera na Marsie będzie ostatecznie rozpraszana przez wiatr słoneczny – prędkość z jaką postępuje to zjawisko mierzy się w skali dziesiątek, jeśli nie setek milionów lat. Jeśli ludzkość miałaby stworzyć sztuczne warunki życia na Marsie, każdy „wkład” do atmosfery na skutek działalności gospodarczej (CO2 + inne gazy ) z łatwością przezwycięży wszelkie straty atmosfery. Tak więc atmosfera będzie stabilna.

Jak będą wyglądać marsjańskie habitaty?

Początkowo osadnicy będą mieszkać w MCT (Mars Colonial Transporter – koncepcja systemu transportu kosmicznego SpaceX). Więcej takich lądowników w tym samym obszarze tworzyłoby miasteczko habitatów. Ostatecznie jednak, koloniści będą musieli nauczyć się żyć na marsjańskiej ziemi i korzystać z dostępnych zasobów, by budować własne siedliska.

Sklepienia mogłyby być budowane z cegieł marsjańskich. Mars ma wszystko, czego potrzeba, aby cegły i sklepienia były niezwykle mocne, jak również tworzyły rozległe konstrukcje nośne. Zgromadzony kurz i brud na powierzchni habitatów to tarcza ochronna dla promieniowania. Przenosząc model atmosfery ze stacji Skylab do marsjańskiego habitatu (3,5 psi tlenu, 1,5 psi azotu) (PSI - funty na cal kwadratowy - pounds per square inch), to będzie ona oddziaływać na niego od wewnątrz z siłą 3,5 t/m2, zatem warstwa kurzu o grubości 3 metrów będzie więcej niż wystarczająca, by powstrzymać wybuch konstrukcji od środka i ochronić ją. Taka struktura umożliwi niestety wyciek powietrza, lecz bardzo powolny - w związku z masą sprasowanego materiału na górze. Pokrycie powierzchni rodzajem żywicy epoksydowej znacznie spowolni tę utratę. Ponadto, wszelkie przecieki powinny być uszczelniane samoistnie: ciepłe, wilgotne powietrze wewnętrzne przeciekające do zimnej gleby wytworzy stałe marznące formy, blokując przeciek.

Jakie rośliny posadzić na Marsie?

Wszystkie wysokie rośliny umrą przy obecnym stanie Marsa. Niektóre rośliny (porosty, mchy) mogą tolerować zimne okresy Marsa, ale rosnąć tylko w cieplejszych okresach >0°C, natomiast rosną one na tyle wolno, że nie mają praktycznie żadnego wpływu na planetę. Wszystkie rośliny potrzebują tlenu, którego na Marsie brakuje. Rośliny na Ziemi ewoluowały, żyjąc w tlenowej atmosferze i redukując gleby. Na Marsie jest odwrotnie - brak tlenu w atmosferze, zbyt wiele nadchloranów w glebie (nadchlorany to związki chemiczne będące solami lub estrami kwasu nadchlorowego), które muszą zostać usunięte dzięki procesom chemicznym. Marsjańska gleba jest bogata w substancje odżywcze nieorganiczne, ale nie posiada żadnych organicznych składników odżywczych, więc rozprzestrzenianie się roślin wyglądałoby jak w miejscach, gdzie rośliny kolonizują wulkaniczne gleby na Ziemi. Zasady dziedziczenia biologicznego pokazują, że proste rośliny pojawią się pierwsze, następnie, bardziej złożone, aż do wyższych form które będą mogły przetrwać. Dobrym przykładem jest wyspa Surtsey.

Jak niebezpieczne mogą być nadchlorany znajdujące się w marsjańskiej glebie?

Sole, takie jak nadchloran wapnia (Ca(ClO4)2), są szeroko rozpowszechnione w glebach Marsjańskich w stężeniach od 0,5 do 1%. W takim stężeniu stanowią istotne zagrożenie chemiczne dla astronautów. Nadchlorany są toksyczne, ponieważ zakłócają czynności tarczycy, jeśli znajdą się w krwiobiegu. Są także dość drażniące dla skóry, ze względu na ich utleniający charakter.

Ważne jest, aby zrozumieć, że wszystkie substancje chemiczne są trujące powyżej pewnego progu. Zarządzanie niebezpiecznymi chemikaliami skupia się na utrzymaniu ich stężenia poniżej tego progu, w miejscach, gdzie mogą powodować szkody. Przy użyciu odpowiedniego osobistego wyposażenia ochronnego i odpowiednich procedur bezpieczeństwa, nadchlorany nigdy nie powinny zetknąć się z ludzką tkanką.

Zakażone kombinezony można łatwo odkazić: nadchloran wapnia jest bardzo dobrze rozpuszczalny w wodzie; 188 g rozpuszcza się w 100 ml wody o temperaturze 20°C. Nadchlorany są również bardzo podatne na reakcje (nie bez powodu były one używane w boosterach rakiet), a więc mogą być neutralizowane za pomocą różnych chemikaliów. Jeśli to nie pomoże, można po prostu je wysadzić: nadchloran wapnia rozkłada się powyżej ~300°C do postaci chlorku wapnia, tlenku wapnia i użytecznego gazu tlenowego.

W jaki sposób na Marsie może być produkowane paliwo metanowe?

Metan i tlen mogą być wytwarzane na Marsie, wykorzystując zasoby już obecne na czerwonej planecie (wykorzystanie zasobów In-Situ – na miejscu). Obfita obecność dwutlenku węgla w atmosferze (96%) i wodór przywieziony z Ziemi lub w wytworzony dzięki hydrolizie z marsjańskiej zmarzliny dają możliwość wytworzenia reakcji w celu produkcji paliwa i utleniacza. Mogą one być następnie spalane razem jako materiał pędny do startu na orbitę lub w silnikach łazików do poruszania się na powierzchni lub też wytworzenia na ciepła w habitatach. Co więcej, tlen będzie użyteczny do tworzenia atmosfery (do oddychania), natomiast metan może być używany jako surowiec do produkcji tworzyw sztucznych. Jako produkt uboczny, tlenek węgla może być stosowany do wytopu niskotemperaturowego metali.

Dokładniej, procesem o który chodzi jest reakcja Sabatiera, która wykorzystuje dwutlenek węgla występujący obficie w marsjańskiej atmosferze. Sumaryczne równanie prezentujące wytwarzanie paliwa metanowo-tlenowego wygląda tak:

2 CO₂ + 2 H₂ → CH₄ + 2 O₂ + C

Jest to w rzeczywistości kilka różnych etapów reakcji, połączone w jedną:

CO₂ + 4 H₂ → CH₄ + 2 H₂O

2 H₂O → 2 H₂+ O₂

CH₄ → C + 2 H₂

Alternatywnie, można odwrócić reakcję konwersji tlenku węgla z parą wodną, co wygląda tak:

2 H₂ + 3 CO₂ → CH₄ + 2 O₂ + 2 CO