Terraforming - xây dựng một Trái đất mới ở một nơi mới

Một ngày nào đó, có thể xảy ra rằng trong trường hợp xảy ra thảm họa toàn cầu, sẽ không thể khôi phục nền văn minh trên Trái đất hoặc quay trở lại trạng thái như trước khi bị đe dọa. Thật đáng để dự trữ một thế giới mới và xây dựng lại mọi thứ ở đó - tốt hơn chúng ta đã làm trên hành tinh quê hương của mình. Tuy nhiên, chúng tôi không biết về các thiên thể đã sẵn sàng để giải quyết ngay lập tức. Người ta phải tính đến thực tế là sẽ cần một số công việc để chuẩn bị một nơi như vậy.

1. Bìa truyện "Va chạm trong quỹ đạo"

Tạo địa hình cho một hành tinh, mặt trăng hoặc vật thể khác là quá trình giả định, không có nơi nào khác (theo hiểu biết của chúng tôi) nhằm thay đổi bầu khí quyển, nhiệt độ, địa hình bề mặt hoặc hệ sinh thái của một hành tinh hoặc thiên thể khác để giống với môi trường Trái đất và làm cho nó phù hợp với mặt đất sự sống.

Khái niệm về địa hình đã phát triển cả trong lĩnh vực này và trong khoa học thực tế. Bản thân thuật ngữ này đã được giới thiệu Jack Williamson (Will Stewart) trong truyện ngắn "Quỹ đạo va chạm" (1), xuất bản năm 1942.

Sao Kim mát mẻ, Sao Hỏa ấm áp

Trong một bài báo đăng trên tạp chí Khoa học năm 1961, nhà thiên văn học Carl Sagan đề xuất. Ông đã hình dung việc trồng tảo trong bầu khí quyển của mình sẽ chuyển hóa nước, nitơ và carbon dioxide thành các hợp chất hữu cơ. Quá trình này sẽ loại bỏ carbon dioxide khỏi khí quyển, làm giảm hiệu ứng nhà kính cho đến khi nhiệt độ giảm xuống mức dễ chịu. Cácbon dư thừa sẽ được khoanh vùng trên bề mặt hành tinh, ví dụ, ở dạng than chì.

Thật không may, những khám phá sau này về các điều kiện của sao Kim đã chỉ ra rằng một quá trình như vậy là không thể. Nếu chỉ vì những đám mây ở đó bao gồm một dung dịch axit sunfuric đặc. Ngay cả khi về mặt lý thuyết, tảo có thể phát triển mạnh trong môi trường thù địch của thượng tầng khí quyển, thì bản thân khí quyển chỉ đơn giản là quá dày đặc - áp suất khí quyển cao sẽ tạo ra ôxy phân tử gần như tinh khiết, và carbon sẽ đốt cháy, giải phóng COXNUMX.₂.

Tuy nhiên, hầu hết chúng ta thường nói về quá trình tạo địa hình trong bối cảnh một sự thích nghi tiềm năng của sao Hỏa. (2). Trong một bài báo "Kỹ thuật hành tinh trên sao Hỏa" đăng trên tạp chí Icarus năm 1973, Sagan coi Hành tinh Đỏ là một nơi có khả năng sinh sống cho con người.

2. Tầm nhìn cho các giai đoạn tiếp theo của quá trình tạo địa hình sao Hỏa

Ba năm sau, NASA chính thức giải quyết vấn đề của kỹ thuật hành tinh, sử dụng thuật ngữ "sinh thái hành tinh". Một nghiên cứu đã được công bố kết luận rằng sao Hỏa có thể hỗ trợ sự sống và trở thành một hành tinh có thể sinh sống được. Cùng năm, phiên họp đầu tiên của hội nghị về tạo địa hình, khi đó còn được gọi là "mô hình hành tinh", được tổ chức.

Tuy nhiên, phải đến năm 1982, từ "terraforming" mới bắt đầu được sử dụng theo nghĩa hiện đại của nó. Nhà hành tinh học Christopher McKay (7) đã viết "Terraforming Mars", xuất hiện trên Tạp chí của Hiệp hội Liên hành tinh Anh. Bài báo đã thảo luận về triển vọng cho sự tự điều chỉnh của sinh quyển sao Hỏa, và từ được McKay sử dụng kể từ đó đã trở thành từ được ưa thích hơn. Năm 1984 James Lovelock i Michael Allaby đã xuất bản cuốn sách Greening Mars, một trong những cuốn sách đầu tiên mô tả phương pháp sưởi ấm sao Hỏa mới bằng cách sử dụng chlorofluorocarbons (CFCs) được thêm vào khí quyển.

Tổng cộng, rất nhiều nghiên cứu và thảo luận khoa học đã được thực hiện về khả năng làm nóng hành tinh này và thay đổi bầu khí quyển của nó. Điều thú vị là một số phương pháp giả định để biến đổi sao Hỏa có thể đã nằm trong khả năng công nghệ của nhân loại. Tuy nhiên, các nguồn lực kinh tế cần thiết cho việc này sẽ lớn hơn nhiều so với bất kỳ chính phủ hoặc xã hội nào hiện đang sẵn sàng phân bổ cho mục đích như vậy.

Phương pháp tiếp cận

Sau khi địa hình hóa đi vào lưu hành rộng rãi hơn các khái niệm, phạm vi của nó bắt đầu được hệ thống hóa. Vào năm 1995 Martin J. Sương mù (3) trong cuốn sách "Terraforming: Engineering the Planetary Environment", ông đã đưa ra các định nghĩa sau cho các khía cạnh khác nhau liên quan đến lĩnh vực này:

• kỹ thuật hành tinh - việc sử dụng công nghệ để tác động đến các đặc tính toàn cầu của hành tinh;
• địa kỹ thuật - kỹ thuật hành tinh áp dụng cụ thể cho Trái đất. Nó chỉ bao gồm những khái niệm kỹ thuật vĩ mô liên quan đến việc thay đổi một số thông số toàn cầu như hiệu ứng nhà kính, thành phần khí quyển, bức xạ mặt trời hoặc dòng sốc;
• địa hình hóa - một quá trình kỹ thuật hành tinh, đặc biệt nhằm mục đích tăng khả năng của một môi trường hành tinh ngoài trái đất để hỗ trợ sự sống trong một trạng thái đã biết. Thành tựu cuối cùng trong lĩnh vực này sẽ là tạo ra một hệ sinh thái hành tinh mở, mô phỏng tất cả các chức năng của sinh quyển trên cạn, thích nghi hoàn toàn cho môi trường sống của con người.

Fogg cũng phát triển các định nghĩa về các hành tinh với các mức độ tương thích khác nhau về sự tồn tại của con người trên chúng. Ông đã phân biệt các hành tinh:

• có người ở () - một thế giới có môi trường tương tự như Trái đất để mọi người có thể sống thoải mái và tự do trong đó;
• tương hợp sinh học (BP) - các hành tinh có các thông số vật lý cho phép sự sống phát triển trên bề mặt của chúng. Ngay cả khi ban đầu chúng không có nó, chúng vẫn có thể chứa một sinh quyển rất phức tạp mà không cần địa khai hóa;
• dễ dàng địa hình (ETP) - các hành tinh có thể trở nên tương thích sinh học hoặc có thể ở được và có thể được hỗ trợ bởi một bộ công nghệ và tài nguyên kỹ thuật hành tinh tương đối khiêm tốn được lưu trữ trên một sứ mệnh tiền thân của tàu vũ trụ hoặc robot gần đó.

Fogg gợi ý rằng thời trẻ, sao Hỏa là một hành tinh tương thích về mặt sinh học, mặc dù hiện tại nó không phù hợp với bất kỳ loại nào trong ba loại - việc tạo địa hình vượt quá ETP, quá khó và quá đắt.

Có một nguồn năng lượng là một yêu cầu tuyệt đối cho sự sống, nhưng ý tưởng về khả năng tồn tại tức thời hoặc tiềm năng của một hành tinh dựa trên nhiều tiêu chí địa vật lý, địa hóa và vật lý thiên văn khác.

Mối quan tâm đặc biệt là tập hợp các yếu tố, ngoài các sinh vật đơn giản hơn trên Trái đất, hỗ trợ các sinh vật đa bào phức tạp. động vật. Nghiên cứu và lý thuyết trong lĩnh vực này là một phần của khoa học hành tinh và sinh học thiên văn.

Bạn luôn có thể sử dụng nhiệt hạch

Trong lộ trình nghiên cứu sinh vật học thiên văn, NASA xác định các tiêu chí chính để thích ứng chủ yếu là "nguồn nước lỏng đầy đủ, các điều kiện có lợi cho sự kết hợp của các phân tử hữu cơ phức tạp và các nguồn năng lượng để hỗ trợ quá trình trao đổi chất." Khi các điều kiện trên hành tinh trở nên thích hợp cho sự sống của một loài nào đó, việc nhập khẩu sự sống của vi sinh vật có thể bắt đầu. Khi điều kiện trở nên gần gũi hơn với trên cạn, đời sống thực vật cũng có thể được đưa vào ở đó. Điều này sẽ đẩy nhanh quá trình sản xuất oxy, theo lý thuyết, hành tinh này cuối cùng sẽ có khả năng hỗ trợ sự sống của động vật.

Trên sao Hỏa, việc thiếu các hoạt động kiến ​​tạo đã ngăn cản sự tuần hoàn của khí từ các trầm tích địa phương, điều này thuận lợi cho bầu khí quyển trên Trái đất. Thứ hai, có thể giả định rằng việc không có từ quyển toàn diện xung quanh Hành tinh Đỏ đã dẫn đến sự phá hủy dần bầu khí quyển bởi gió Mặt trời (4).

4 Magnetosphere yếu không bảo vệ được bầu khí quyển của sao Hỏa

Sự đối lưu trong lõi của sao Hỏa, phần lớn là sắt, ban đầu tạo ra từ trường, tuy nhiên, máy nổ đã ngừng hoạt động từ lâu và trường sao Hỏa phần lớn đã biến mất, có thể do sự mất nhiệt và đông đặc của lõi. Ngày nay, từ trường là tập hợp của các trường nhỏ hơn, giống như những chiếc ô cục bộ, chủ yếu ở xung quanh bán cầu nam. Tàn dư của từ quyển bao phủ khoảng 40% bề mặt hành tinh. Kết quả nghiên cứu sứ mệnh của NASA Chuyên gia cho thấy rằng bầu khí quyển đang được làm sạch chủ yếu bởi các vụ phóng khối lượng mặt trời bắn phá hành tinh bằng các proton năng lượng cao.

Tạo địa hình sao Hỏa sẽ phải liên quan đến hai quá trình lớn đồng thời - tạo ra bầu khí quyển và sưởi ấm của nó.

Một bầu khí quyển dày hơn của các khí nhà kính như carbon dioxide sẽ ngăn chặn bức xạ mặt trời tới. Vì nhiệt độ tăng lên sẽ thêm khí nhà kính vào bầu khí quyển, hai quá trình này sẽ củng cố lẫn nhau. Tuy nhiên, chỉ riêng carbon dioxide sẽ không đủ để giữ nhiệt độ trên điểm đóng băng của nước - cần phải có một thứ khác.

Một tàu thăm dò sao Hỏa khác gần đây đã có tên Sự bền bỉ và sẽ ra mắt trong năm nay, sẽ mất cố gắng tạo ra oxy. Chúng ta biết rằng bầu khí quyển hiếm chứa 95,32% carbon dioxide, 2,7% nitơ, 1,6% argon và khoảng 0,13% oxy, cộng với nhiều nguyên tố khác với lượng nhỏ hơn. Thử nghiệm được gọi là vui vẻ (5) là sử dụng khí cacbonic và chiết xuất khí oxi từ nó. Các thử nghiệm trong phòng thí nghiệm đã chỉ ra rằng điều này nói chung là có thể thực hiện được và khả thi về mặt kỹ thuật. Bạn phải bắt đầu từ đâu đó.

5. Các mô-đun màu vàng cho thử nghiệm MOXIE trên bộ định vị Độ bền.

ông chủ spacex, Elon Musk, anh ấy sẽ không là chính mình nếu anh ấy không bỏ hai xu của mình vào cuộc thảo luận về địa hình hóa sao Hỏa. Một trong những ý tưởng của Musk là đi xuống các cực của sao Hỏa. bom khinh khí. Theo ý kiến ​​của ông, một cuộc bắn phá lớn sẽ tạo ra rất nhiều năng lượng nhiệt bằng cách làm tan băng, và điều này sẽ giải phóng carbon dioxide, tạo ra hiệu ứng nhà kính trong khí quyển, giữ nhiệt.

Từ trường xung quanh sao Hỏa sẽ bảo vệ các sao hỏa khỏi các tia vũ trụ và tạo ra khí hậu ôn hòa trên bề mặt hành tinh. Nhưng bạn chắc chắn không thể đặt một miếng sắt lỏng khổng lồ vào bên trong nó. Do đó, các chuyên gia đưa ra một giải pháp khác - insert w điểm libration L1 trong hệ thống Sao Hỏa-Mặt trời máy phát điện tuyệt vời, sẽ tạo ra một từ trường khá mạnh.

Khái niệm này đã được trình bày tại hội thảo Tầm nhìn Khoa học Hành tinh 2050 bởi Tiến sĩ. Jim Green, giám đốc Bộ phận Khoa học Hành tinh, bộ phận khám phá hành tinh của NASA. Theo thời gian, từ trường sẽ dẫn đến sự gia tăng áp suất khí quyển và nhiệt độ trung bình. Chỉ tăng 4 ° C sẽ làm tan băng ở các vùng cực, giải phóng khí CO được lưu trữ₂điều này sẽ gây ra hiệu ứng nhà kính mạnh mẽ. Nước sẽ lại chảy đến đó. Theo những người sáng tạo, thời gian thực để thực hiện dự án là năm 2050.

Đổi lại, giải pháp được đề xuất vào tháng XNUMX năm ngoái bởi các nhà nghiên cứu tại Đại học Harvard không hứa hẹn sẽ tạo địa hình toàn bộ hành tinh cùng một lúc, nhưng có thể là một phương pháp theo từng giai đoạn. Các nhà khoa học đã đưa ra lắp dựng mái vòm được làm bằng các lớp silica aerogel mỏng, sẽ trong suốt, đồng thời bảo vệ khỏi bức xạ UV và làm ấm bề ​​mặt.

Trong quá trình mô phỏng, hóa ra một lớp aerogel mỏng, dài 2-3 cm, đủ để làm nóng bề mặt tới 50 ° C. Nếu chúng ta chọn đúng những nơi thích hợp, thì nhiệt độ của các mảnh vỡ của sao Hỏa sẽ tăng lên đến -10 ° C. Nó vẫn sẽ thấp, nhưng trong một phạm vi mà chúng tôi có thể xử lý. Hơn nữa, nó có thể sẽ giữ cho nước ở những vùng này ở trạng thái lỏng quanh năm, kết hợp với việc tiếp cận thường xuyên với ánh sáng mặt trời, sẽ đủ để thực vật thực hiện quá trình quang hợp.

Địa hình sinh thái

Nếu ý tưởng tái tạo sao Hỏa để trông giống như Trái đất nghe có vẻ tuyệt vời, thì khả năng tạo địa hình của các thiên thể vũ trụ khác sẽ nâng mức độ tuyệt vời lên cấp độ thứ n.

Sao Kim đã được đề cập đến. Ít được biết đến hơn là những điều cần cân nhắc địa hình mặt trăng. Geoffrey A. Landis từ NASA đã tính toán vào năm 2011 rằng việc tạo ra một bầu khí quyển xung quanh vệ tinh của chúng ta với áp suất 0,07 atm từ oxy nguyên chất sẽ yêu cầu cung cấp 200 tỷ tấn oxy từ một nơi nào đó. Nhà nghiên cứu cho rằng điều này có thể được thực hiện bằng cách sử dụng các phản ứng khử oxy từ đá Mặt Trăng. Vấn đề là do trọng lực thấp, anh ta sẽ nhanh chóng mất nó. Về nước, các kế hoạch trước đó để bắn phá bề mặt Mặt Trăng bằng sao chổi có thể không hoạt động. Hóa ra thổ địa nguyệt có rất nhiều H.₂0, đặc biệt là xung quanh Nam Cực.

Các ứng cử viên có thể có khác để tạo địa hình - có lẽ chỉ một phần - hoặc biến dạng, bao gồm việc tạo ra các vật thể ngoài không gian ngoài hành tinh môi trường sống đóng cửa đối với con người (6) đó là: Titan, Callisto, Ganymede, Europa và thậm chí cả sao Thủy, mặt trăng Enceladus của sao Thổ và hành tinh lùn Ceres.

6. Tầm nhìn nghệ thuật của một phần địa hình

Nếu chúng ta đi xa hơn, tới những hành tinh ngoài hệ mặt trời, trong đó chúng ta ngày càng bắt gặp những thế giới có nhiều điểm tương đồng với Trái đất, thì chúng ta đột nhiên bước vào một cấp độ thảo luận hoàn toàn mới. Chúng ta có thể xác định các hành tinh như ETP, BP và thậm chí có thể là HP ở đó ở khoảng cách xa, tức là những thứ mà chúng ta không có trong hệ mặt trời. Sau đó, đạt được một thế giới như vậy trở thành một vấn đề lớn hơn so với công nghệ và chi phí của việc tạo địa hình.

Nhiều đề xuất về kỹ thuật hành tinh liên quan đến việc sử dụng vi khuẩn biến đổi gen. Gary King, một nhà vi sinh vật học của Đại học Bang Louisiana, người nghiên cứu các sinh vật cực đoan nhất trên Trái đất, lưu ý rằng:

"Sinh học tổng hợp đã mang lại cho chúng ta một bộ công cụ tuyệt vời mà chúng ta có thể sử dụng để tạo ra các loại sinh vật mới được điều chỉnh cụ thể cho các hệ thống mà chúng ta muốn lập kế hoạch."

Nhà khoa học vạch ra các triển vọng cho việc tạo địa hình, giải thích:

"Chúng tôi muốn nghiên cứu các vi khuẩn được chọn, tìm ra các gen chịu trách nhiệm cho sự tồn tại và tính hữu ích của địa hình (chẳng hạn như khả năng chống bức xạ và thiếu nước), sau đó áp dụng kiến ​​thức này cho các vi khuẩn được thiết kế đặc biệt về gen."

Nhà khoa học nhận thấy những thách thức lớn nhất trong khả năng chọn lọc di truyền và điều chỉnh các vi sinh vật phù hợp, tin rằng có thể mất "mười năm hoặc hơn" để vượt qua trở ngại này. Ông cũng lưu ý rằng đặt cược tốt nhất là phát triển "không chỉ một loại vi sinh, mà nhiều loại vi khuẩn hoạt động cùng nhau."

Thay vì tạo địa hình hoặc ngoài việc tạo địa hình cho môi trường ngoài hành tinh, các chuyên gia đã gợi ý rằng con người có thể thích nghi với những nơi này thông qua các cải tiến về kỹ thuật gen, công nghệ sinh học và điều khiển học.

Liza Nip thuộc MIT Media Lab Molecular Machines Team, cho biết sinh học tổng hợp có thể cho phép các nhà khoa học biến đổi gen người, thực vật và vi khuẩn để sinh vật thích nghi với các điều kiện trên hành tinh khác.

Martin J. Fogg, Carl Sagan nhịn ăn Robert Zubrin i Richard L.S. TyloTôi tin rằng việc làm cho các thế giới khác có thể sống được - như một phần tiếp theo của lịch sử sự sống của môi trường đang biến đổi trên Trái đất - là hoàn toàn không thể chấp nhận được. bổn phận đạo đức của con người. Chúng cũng chỉ ra rằng hành tinh của chúng ta cuối cùng sẽ không còn tồn tại được nữa. Về lâu dài, bạn phải xem xét nhu cầu di chuyển.

Mặc dù những người ủng hộ tin rằng không có gì liên quan đến sự hình thành địa hình của các hành tinh cằn cỗi. Vấn đề đạo đức, có ý kiến ​​cho rằng trong mọi trường hợp, việc can thiệp vào tự nhiên sẽ là phi đạo đức.

Với việc con người xử lý Trái đất sớm hơn, tốt nhất là không để các hành tinh khác tiếp xúc với hoạt động của con người. Christopher McKay lập luận rằng việc tạo địa hình chỉ đúng về mặt đạo đức khi chúng ta hoàn toàn chắc chắn rằng ngoại hành tinh không che giấu sự sống bản địa. Và ngay cả khi chúng ta cố gắng tìm thấy nó, chúng ta không nên cố gắng biến đổi nó để sử dụng cho riêng mình, mà hãy hành động theo cách thích nghi với cuộc sống xa lạ này. Không có nghĩa là ngược lại.

Xem thêm: