W szkole średniej, mój nauczyciel biologii pokazał nam film science fiction "Star Trek III: The Search for Spock." Fabuła filmu przyciągnęła mnie, zwłaszcza ze względu na przedstawienie "Projektu Genesis" – technologii, która przekształca martwy, obcy świat w żyjącą planetę.

Po filmie nauczyciel poprosił nas o napisanie eseju na temat tej technologii. Czy jest to realne? Etyczne? I, zgodnie z logiką Spocka: Czy to ma sens? To zadanie głęboko mnie poruszyło.

Dziś, jako inżynier i nauczyciel, rozwijam technologie do rozszerzenia ludzkiej obecności poza Ziemią. Pracuję nad zaawansowanymi systemami napędowymi, które umożliwią statkom kosmicznym podróż poza orbitę Ziemi. Uczestniczę także w rozwijaniu technologii budowy na Księżycu, wspierając cel NASA, jakim jest długoterminowa obecność ludzi na Księżycu. Byłem częścią zespołu, który pokazał, jak drukować w 3D struktury mieszkalne na Marsie.

Utrzymanie życia poza Ziemią wymaga dużo czasu, energii i wyobraźni. Niemniej jednak inżynierowie i naukowcy już pracują nad rozwiązaniem wielu wyzwań.

Podstawowe wymagania: jedzenie, woda, schronienie, powietrze
Po Księżycu następnym logicznym miejscem do kolonizacji jest Mars. Ale czy możliwe jest terraformowanie Marsa – przekształcenie go, aby przypominał Ziemię i wspierał życie? A może to tylko science fiction?

Aby życie na Marsie było możliwe, ludzie będą potrzebować płynnej wody, jedzenia, schronienia i atmosfery zawierającej wystarczająco dużo tlenu do oddychania, wystarczająco gęstej, aby zatrzymywać ciepło i chronić przed promieniowaniem słonecznym. Jednak atmosfera Marsa składa się prawie w całości z dwutlenku węgla, z niemal żadnym tlenem. Jest również bardzo rzadka – ma tylko około 1% gęstości atmosfery Ziemi.

Im rzadsza jest atmosfera, tym mniej ciepła może zatrzymać. Atmosfera Ziemi jest wystarczająco gęsta, aby zatrzymać wystarczająco dużo ciepła do podtrzymywania życia, dzięki efektowi cieplarnianemu. Jednak na Marsie atmosfera jest tak rzadka, że nocne temperatury rutynowo spadają do -101 stopni Celsjusza.

Jak stworzyć atmosferę na Marsie?
Chociaż Mars obecnie nie ma aktywnych wulkanów – przynajmniej o ile wiemy – naukowcy mogliby wywołać erupcje wulkaniczne za pomocą eksplozji nuklearnych. Gazy uwięzione głęboko w wulkanie zostałyby uwolnione i następnie rozprzestrzeniłyby się w atmosferze. Jednak ten plan jest dość ryzykowny, ponieważ eksplozje wprowadziłyby również do atmosfery śmiertelny materiał radioaktywny.

Lepiej jest przekierować komety i asteroidy bogate w wodę, aby rozbiły się na Marsie. To również uwolniłoby gazy spod powierzchni Marsa do atmosfery, a woda z komet dodatkowo wzbogaciłaby powierzchnię Marsa. NASA już udowodniła, że możliwe jest przekierowanie asteroid – ale aby osiągnąć znaczący efekt, konieczne jest przekierowanie większych i liczniejszych asteroid.

Stworzenie przyjaznego Marsa
Istnieje wiele sposobów na ogrzanie planety. Na przykład ogromne lustra, zbudowane w kosmosie i umieszczone na orbicie wokół Marsa, mogłyby odbijać światło słoneczne na powierzchnię i ogrzewać ją.

Ostatnie badania sugerują, że kolonizatorzy Marsa mogliby rozprowadzić aerogel, ultralekki, stały materiał, po powierzchni. Aerogel działałby jako izolacja i zatrzymywał ciepło. Można by go zastosować na całym Marsie, w tym na biegunowych czapach lodowych, gdzie aerogel mógłby topić istniejący lód i tworzyć płynną wodę.

Aby uprawiać żywność, potrzebna jest gleba. Na Ziemi gleba składa się z pięciu składników: minerałów, materii organicznej, żywych organizmów, gazów i wody. Jednak Mars jest pokryty warstwą luźnego, pyłowego materiału zwanego regolitem. Można go porównać do marsjańskiego piasku. Regolit zawiera niewiele składników odżywczych, niewystarczających do zdrowego wzrostu roślin, a także zawiera niebezpieczne chemikalia zwane perchloratami, które na Ziemi są używane w fajerwerkach i materiałach wybuchowych.

Oczyszczenie regolitu i przekształcenie go w coś odpowiedniego do uprawy roślin nie byłoby proste. Gleba marsjańska potrzebuje jakiegoś rodzaju nawozu, być może wyprodukowanego przez dodanie ekstremofili – odpornych mikrobów z Ziemi, które mogą przetrwać nawet w najtrudniejszych warunkach. Możliwe są także genetycznie modyfikowane organizmy.

Poprzez fotosyntezę te organizmy zaczęłyby przekształcać dwutlenek węgla w tlen. Z czasem, gdy Mars stanie się bardziej przyjazny dla organizmów podobnych do ziemskich, kolonizatorzy mogliby wprowadzać bardziej złożone rośliny, a nawet zwierzęta.

Zapewnienie tlenu, wody i jedzenia w odpowiednich proporcjach jest niezwykle skomplikowane. Na Ziemi naukowcy próbowali to symulować w Biosferze 2, zamkniętym ekosystemie, który zawiera oceany, tropikalne i pustynne siedliska. Chociaż wszystkie środowiska w Biosferze 2 są kontrolowane, naukowcy nadal mają trudności z osiągnięciem właściwej równowagi. Matka Natura naprawdę wie, co robi.

Dom na Marsie
Budynki można drukować w 3D; na początku musiałyby być pod ciśnieniem i chronione, dopóki Mars nie osiągnie temperatury i atmosfery podobnej do ziemskiej. Program NASA Moon-to-Mars Planetary Autonomous Construction Technologies bada, jak to osiągnąć.

Istnieje wiele innych wyzwań. Na przykład, w przeciwieństwie do Ziemi, Mars nie ma magnetosfery, która chroni planetę przed wiatrami słonecznymi i promieniowaniem kosmicznym. Bez pola magnetycznego zbyt dużo promieniowania przenika przez atmosferę, aby żywe istoty mogły pozostać zdrowe. Istnieją sposoby na stworzenie pola magnetycznego, ale nauka jest wciąż bardzo spekulacyjna.

W rzeczywistości wszystkie technologie, które opisałem, są daleko poza obecnymi możliwościami na poziomie niezbędnym do terraformowania Marsa. Rozwój tych technologii wymagałby ogromnych ilości badań i pieniędzy, prawdopodobnie znacznie więcej niż jest to możliwe w najbliższej przyszłości. Chociaż urządzenie Genesis z "Star Trek III" mogłoby terraformować planetę w kilka minut, terraformowanie Marsa trwałoby stulecia lub nawet tysiąclecia.

Istnieje wiele kwestii etycznych, które należy rozwiązać, zanim ludzie zaczną przekształcać Marsa w kolejną Ziemię. Czy jest to właściwe, aby dokonywać tak drastycznych, trwałych zmian na innej planecie?

Jeśli wszystko to cię rozczarowuje, nie bądź. Podczas gdy naukowcy tworzą innowacje na potrzeby terraformowania Marsa, będziemy je również wykorzystywać do poprawy życia na Ziemi. Pamiętasz technologię, którą rozwijamy do drukowania w 3D struktur mieszkalnych na Marsie? Obecnie jestem częścią grupy naukowców i inżynierów, która wykorzystuje tę samą technologię do drukowania domów tutaj na Ziemi – co pomoże rozwiązać globalny niedobór mieszkań.

Pozdrowienia ciekawskie dzieci! Czy macie pytanie, na które chcielibyście, aby ekspert odpowiedział? Poproście dorosłego, aby wysłał wasze pytanie na CuriousKidsUS@theconversation.com. Prosimy podać swoje imię, wiek i miasto, w którym mieszkacie.

A ponieważ ciekawość nie ma granic wiekowych – dorośli, dajcie nam znać, co was interesuje. Nie będziemy mogli odpowiedzieć na każde pytanie, ale postaramy się.

Oryginał:
Sven Bilén
Profesor projektowania inżynierskiego, elektrotechniki i inżynierii lotniczej, Penn State