stringtranslate.com

Терраформирование

В представлении художника терраформированный Марс представлен на четырех стадиях развития.

Терраформирование или терраформирование ( «формирование Земли») — это гипотетический процесс преднамеренного изменения атмосферы , температуры , рельефа поверхности или экологии планеты , луны или другого тела с целью сделать их похожими на окружающую среду Земли и сделать их пригодными для проживания людей.

Концепция терраформирования возникла как из научной фантастики, так и из реальной науки . Карл Саган , астроном , предложил планетарную инженерию Венеры в 1961 году, что считается одним из первых описаний этой концепции. [1] Термин был придуман Джеком Уильямсоном в научно-фантастическом рассказе (« Столкновительная орбита »), опубликованном в 1942 году в Astounding Science Fiction . [2]

Даже если бы окружающая среда планеты могла быть изменена преднамеренно, осуществимость создания неограниченной планетарной среды, имитирующей Землю, на другой планете еще предстоит проверить. Хотя Венера, Земля , Марс и даже Луна изучались в связи с этим предметом, Марс обычно считается наиболее вероятным кандидатом на терраформирование. Было проведено много исследований относительно возможности нагрева планеты и изменения ее атмосферы, и НАСА даже организовало дебаты на эту тему. Несколько потенциальных методов терраформирования Марса могут находиться в пределах технологических возможностей человечества, но, по словам Мартина Бича, экономическая позиция предпочтения краткосрочной прибыли долгосрочным инвестициям не поддержит проект терраформирования. [3]

Длительные сроки и практичность терраформирования также являются предметом дебатов. По мере того, как эта тема набирала обороты, исследования расширились до других возможностей, включая биологическое терраформирование, паратерраформирование и модификацию людей для лучшего приспособления к среде планет и лун . Несмотря на это, все еще остаются вопросы в областях, связанных с этикой , логистикой , экономикой , политикой и методологией изменения среды внеземного мира, что создает проблемы для реализации концепции.

История научного изучения

Астроном Карл Саган предложил планетарную инженерию Венеры в статье, опубликованной в журнале Science в 1961 году. [ 1] Саган представил себе заселение атмосферы Венеры водорослями , которые будут преобразовывать воду, азот и углекислый газ в органические соединения . Поскольку этот процесс удалял бы углекислый газ из атмосферы, парниковый эффект уменьшался бы до тех пор, пока температура поверхности не упала бы до «комфортного» уровня. Полученное растительное вещество, предположил Саган, было бы пиролизовано высокими температурами поверхности Венеры и, таким образом, было бы изолировано в форме «графита или какой-либо нелетучей формы углерода» на поверхности планеты. [4] Однако более поздние открытия об условиях на Венере сделали этот конкретный подход невозможным. Одна из проблем заключается в том, что облака Венеры состоят из высококонцентрированного раствора серной кислоты . Даже если бы атмосферные водоросли могли процветать во враждебной среде верхней атмосферы Венеры, еще более непреодолимой проблемой является то, что ее атмосфера просто слишком плотная: высокое атмосферное давление привело бы к «атмосфере почти чистого молекулярного кислорода» [4] при высоком давлении. Эта летучая комбинация не могла бы поддерживаться в течение долгого времени. Любой углерод, который был восстановлен фотосинтезом, быстро окислился бы в этой атмосфере посредством сгорания, «замкнув» процесс терраформирования. [4]

Саган также визуализировал возможность сделать Марс пригодным для жизни человека в статье, опубликованной в журнале Icarus , «Планетарная инженерия на Марсе» (1973). [5] Три года спустя НАСА официально обратилось к вопросу планетарной инженерии в исследовании, но вместо этого использовало термин «планетарный экосинтез». [6] Исследование пришло к выводу, что Марс может поддерживать жизнь и быть превращенным в пригодную для жизни планету . Первая конференция по терраформированию, тогда называвшаяся «Планетарное моделирование», была организована в том же году.

В марте 1979 года инженер и автор НАСА Джеймс Оберг организовал Первый коллоквиум по терраформированию, специальную сессию на Конференции по науке о Луне и планетах в Хьюстоне. Оберг популяризировал концепции терраформирования, обсуждавшиеся на коллоквиуме, среди широкой публики в своей книге « Новые Земли » (1981). [7] Только в 1982 году слово «терраформирование » было использовано в названии опубликованной журнальной статьи. Планетолог Кристофер Маккей написал «Терраформирование Марса», статью для журнала Британского межпланетного общества . [8] В статье обсуждались перспективы саморегулирующейся марсианской биосферы, и с тех пор слово «терраформирование» стало предпочтительным термином. [ необходима цитата ]

В 1984 году Джеймс Лавлок и Майкл Аллаби опубликовали книгу «Озеленение Марса» . [9] Книга Лавлока была одной из первых, в которой описывался новый метод потепления Марса, при котором в атмосферу добавляются хлорфторуглероды (ХФУ) для создания сильного парникового эффекта.

Вдохновленный книгой Лавлока, биофизик Роберт Хейнс работал за кулисами [ требуется ссылка ] для продвижения терраформирования и внес вклад в неологизм Экопоэзис , [10] образовав слово от греческого οἶκος , oikos , «дом», [11] и ποίησις , poiesis , «производство». [12] Экопоэзис относится к происхождению экосистемы . В контексте исследования космоса Хейнс описывает экопоэзис как «создание устойчивой экосистемы на безжизненной, стерильной планете». Фогг определяет экопоэзис как тип планетарной инженерии и является одним из первых этапов терраформирования. Этот первичный этап создания экосистемы обычно ограничивается начальным засеванием микробной жизни. [13] В статье Лопеса, Пейшото и Росадо от 2019 года микробиология была вновь представлена ​​как необходимый компонент любой возможной стратегии колонизации, основанной на принципах микробного симбиоза и их полезных экосистемных услугах . [14] По мере приближения условий к земным, растительная жизнь может быть занесена, и это ускорит выработку кислорода, теоретически делая планету в конечном итоге способной поддерживать животную жизнь.

Аспекты и определения

В 1985 году Мартин Фогг начал публиковать несколько статей о терраформировании. Он также был редактором полного выпуска о терраформировании для Journal of the British Interplanetary Society в 1992 году. В своей книге Terraforming: Engineering Planetary Environments (1995) Фогг предложил следующие определения для различных аспектов, связанных с терраформированием: [13]

Фогг также разработал определения для планет-кандидатов с различной степенью совместимости с человеком: [15]

Фогг предполагает, что Марс был биологически совместимой планетой в молодости, но сейчас он не относится ни к одной из этих трех категорий, поскольку его можно терраформировать только с большими трудностями. [16]

Требования к пригодности для проживания

Необходимые условия для обитаемости, адаптировано из Hoehler (2007) [17]

Планетарная обитаемость, в широком смысле определяемая как способность астрономического тела поддерживать жизнь, требует, чтобы различные геофизические , геохимические и астрофизические критерии были выполнены, прежде чем поверхность такого тела будет считаться пригодной для жизни. Изменение поверхности планеты таким образом, чтобы она могла поддерживать жизнь, особенно для людей, как правило, является конечной целью гипотетического процесса терраформирования. Особый интерес в контексте терраформирования представляет набор факторов, которые поддерживали сложных многоклеточных животных в дополнение к более простым организмам на Земле. Исследования и теория в этом отношении являются компонентом планетарной науки и новой дисциплины астробиологии .

Классификации критериев обитаемости могут быть разными, но в целом принято считать, что наличие воды, неэкстремальных температур и источника энергии накладывают широкие ограничения на обитаемость. [18] Другие требования к обитаемости определяются как наличие сырья, растворителя и благоприятных условий, [19] или элементарных требований (таких как углерод, водород, азот, кислород, фосфор и сера) и разумных физико-химических условий. [20] Применительно к организмам, присутствующим на Земле, включая людей, эти ограничения могут существенно сужаться.

В своей дорожной карте по астробиологии НАСА определило основные критерии пригодности для жизни как «обширные области жидкой воды, условия, благоприятные для сборки сложных органических молекул , и источники энергии для поддержания метаболизма ». [21]

Температура

Общий диапазон температур для всей жизни на Земле составляет от -20°C до 122°C [18] , что в первую очередь обусловлено способностью воды (возможно, соленой или находящейся под высоким давлением на дне океана) быть доступной в жидкой форме. Это может представлять собой ограничивающий диапазон для развития жизни на других планетах в контексте терраформирования. Для Земли температура устанавливается равновесием поглощенного падающего солнечного излучения и исходящего инфракрасного излучения, включая влияние парниковых газов на изменение равновесной температуры планеты ; концепции терраформирования могут включать изменение температуры с помощью методов, включающих солнечные отражатели, для увеличения или уменьшения количества солнечного освещения и, следовательно, изменения температуры.

Вода

Вся известная жизнь требует воды; [19] таким образом, способность планетарного тела поддерживать воду является критическим аспектом обитаемости. « Обитаемая зона » солнечной системы обычно определяется как область, в которой стабильная поверхностная жидкая вода может присутствовать на планетарном теле. [19] [22] Границы обитаемой зоны изначально определялись потерей воды в результате фотолиза и утечки водорода, что устанавливало предел того, насколько близко планета может находиться к своей вращающейся звезде, и распространенностью облаков CO2 , которые увеличивают альбедо , устанавливая внешнюю границу стабильной жидкой воды. [22] Эти ограничения применимы, в частности, к планетам земного типа и не будут так легко применяться к лунам, таким как Европа и Энцелад с покрытыми льдом океанами, где источником энергии для поддержания воды в жидком состоянии является приливное нагревание , а не солнечная энергия.

Энергия

На самом фундаментальном уровне единственным абсолютным требованием жизни может быть термодинамическое неравновесие или наличие свободной энергии Гиббса . [19] Утверждалось, что обитаемость можно рассматривать как баланс между потребностью жизни в энергии и способностью окружающей среды предоставлять такую ​​энергию. [19] Для людей энергия поступает в форме сахаров, жиров и белков, получаемых путем потребления растений и животных, что в свою очередь требует, чтобы обитаемая планета для людей могла поддерживать такие организмы. [23]

Большая часть биомассы Земли (~60%) зависит от фотосинтеза как источника энергии, в то время как еще ~40% являются хемотропными . [18] Для развития жизни на других планетарных телах химическая энергия могла иметь решающее значение, [18] в то время как для поддержания жизни на другом планетарном теле в нашей солнечной системе достаточно высокая солнечная энергия может также быть необходима для фототрофных организмов.

Элементы

На Земле для жизни обычно требуются шесть элементов в большом количестве: углерод , водород , азот , кислород , фосфор и сера . [20] Эти элементы считаются «необходимыми» для всей известной жизни и в изобилии присутствуют в биологических системах. [24] Дополнительные элементы, имеющие решающее значение для жизни, включают катионы Mg2 + , Ca2 + , K + и Na + , а также анион Cl- . [ 25] Многие из этих элементов могут подвергаться биологически облегчаемому окислению или восстановлению для получения полезной метаболической энергии. [24] [25]

Предварительные этапы

Терраформирование планеты будет включать в себя приведение ее в соответствие с требованиями обитаемости, перечисленными в предыдущем разделе. Например, планета может быть слишком холодной для существования жидкой воды на ее поверхности. Ее температуру можно повысить, добавив парниковые газы в атмосферу, [26] используя орбитальные зеркала для отражения большего количества солнечного света на планету, [27] или снизив альбедо планеты. [5] И наоборот, планету, слишком горячую для жидкой воды, можно охладить, удалив парниковые газы (если они присутствуют), поместив солнцезащитный козырек в точке L 1 , чтобы уменьшить количество солнечного света, достигающего планеты, или увеличив альбедо. [28] Атмосферное давление — еще одна проблема: различные небесные тела, включая Марс, Меркурий и большинство лун, имеют более низкое давление, чем Земля. При давлении ниже тройной точки воды (611,7 Па) вода не может быть жидкой при любой температуре. Для выживания человека требуется еще более высокое давление, по крайней мере 6,3 кПа, предел Армстронга ; ниже этого давления открытые жидкости организма кипят при температуре тела. Более того, толстая атмосфера защищает поверхность от космических лучей . [29] Тонкая атмосфера может быть уплотнена с помощью газов, производимых на месте (например, Луне можно придать атмосферу кислорода путем восстановления лунной породы [30] ), или газы могут быть импортированы из других мест.

Как только условия станут более подходящими для жизни завезенных видов , может начаться импорт микробной жизни. [13] По мере приближения условий к земным, может также появиться растительная жизнь . Это ускорит выработку кислорода, что теоретически сделает планету в конечном итоге способной поддерживать животную жизнь.

Перспективные цели

Марс

Художественное представление терраформированного Марса.

Во многих отношениях Марс является наиболее похожей на Землю планетой в Солнечной системе. [31] [32] Считается, что на заре своей истории Марс имел среду, более похожую на Землю, с более плотной атмосферой и обилием воды, которая была утрачена в течение сотен миллионов лет. [33]

Точный механизм этой потери до сих пор неясен, хотя три механизма, в частности, кажутся вероятными: во-первых, всякий раз, когда присутствует поверхностная вода, диоксид углерода ( CO
2) реагирует с горными породами, образуя карбонаты , тем самым оттягивая атмосферу и привязывая ее к поверхности планеты. На Земле этот процесс нейтрализуется, когда тектоника плит работает, вызывая вулканические извержения, которые выбрасывают углекислый газ обратно в атмосферу. На Марсе отсутствие такой тектонической активности работало, чтобы предотвратить рециркуляцию газов, запертых в отложениях. [34]

Во-вторых, отсутствие магнитосферы вокруг Марса могло позволить солнечному ветру постепенно разрушать атмосферу. [34] [35] Конвекция внутри ядра Марса, которое в основном состоит из железа , [36] изначально создавала магнитное поле . Однако динамо давно перестало функционировать, [37] и магнитное поле Марса в значительной степени исчезло, вероятно, из-за «потери тепла ядра, затвердевания большей части ядра и/или изменений в режиме конвекции мантии». [38] Результаты миссии NASA MAVEN показывают, что атмосфера удаляется в первую очередь из-за событий выброса корональной массы , когда выбросы высокоскоростных протонов из Солнца воздействуют на атмосферу. Марс все еще сохраняет ограниченную магнитосферу , которая покрывает примерно 40% его поверхности. Однако вместо того, чтобы равномерно покрывать и защищать атмосферу от солнечного ветра, магнитное поле принимает форму совокупности более мелких, зонтикообразных полей, в основном сгруппированных вокруг южного полушария планеты. [39]

Наконец, примерно между 4,1 и 3,8 миллиардами лет назад, удары астероидов во время поздней тяжелой бомбардировки вызвали значительные изменения в поверхностной среде объектов в Солнечной системе. Низкая гравитация Марса предполагает, что эти удары могли выбросить большую часть марсианской атмосферы в глубокий космос. [40]

Терраформирование Марса повлечет за собой два крупных взаимосвязанных изменения: создание атмосферы и ее нагревание. [41] Более плотная атмосфера парниковых газов, таких как углекислый газ, будет задерживать поступающее солнечное излучение . Поскольку повышенная температура добавит парниковые газы в атмосферу, два процесса будут усиливать друг друга. [42] Одного углекислого газа будет недостаточно для поддержания температуры выше точки замерзания воды, поэтому может быть произведена смесь специализированных парниковых молекул. [43]

Венера

Изображение Венеры в истинном цвете. Для терраформирования необходимо будет удалить эту плотную атмосферу.

Терраформирование Венеры требует двух основных изменений: удаления большей части плотной атмосферы планеты, содержащей 9 МПа (1300 фунтов на квадратный дюйм; 89 атм) углекислого газа, и снижения температуры поверхности планеты до 450 °C (842 °F). [44] [28] Эти цели тесно взаимосвязаны, поскольку экстремальная температура Венеры может быть результатом парникового эффекта, вызванного ее плотной атмосферой.

Художественное представление терраформированной Венеры.

В настоящее время атмосфера Венеры содержит мало кислорода, поэтому дополнительным шагом будет введение в атмосферу пригодного для дыхания O 2. Раннее предложение о таком процессе исходит от Карла Сагана , который предложил введение плавающих фотосинтетических бактерий в атмосферу Венеры для восстановления CO 2 до органической формы и увеличения концентрации O 2 в атмосфере. [1] Однако эта концепция основывалась на ошибочном понимании 1960-х годов атмосферы Венеры как гораздо более низкого давления; в действительности атмосферное давление Венеры (93 бара) намного выше ранних оценок. Поэтому идея Сагана несостоятельна, как он позже признал. [45]

Дополнительный шаг, отмеченный Мартином Бичем, включает в себя инъекцию воды и/или водорода в атмосферу планеты; [3] этот шаг следует после секвестрации CO 2 и уменьшения массы атмосферы. Для того, чтобы объединить водород с O 2 , полученным другими способами, необходимо приблизительно 4*10 19 кг водорода; его, возможно, придется добывать из другого источника, например, из Урана или Нептуна. [3]

Луна

Художественное представление терраформированной Луны , вид с Земли.

Хотя гравитация на Луне Земли слишком мала, чтобы удерживать атмосферу в течение геологических промежутков времени, если бы она была, она сохраняла бы ее в течение промежутков времени, которые длинны по сравнению с продолжительностью человеческой жизни. [46] [30] Лэндис [30] и другие [47] [48] таким образом предположили, что терраформирование Луны может быть осуществимо, хотя не все согласны с этим предложением. [49] Лэндис подсчитал, что атмосфера в 1 PSI из чистого кислорода на Луне потребовала бы порядка двухсот триллионов тонн кислорода, и предполагает, что ее можно было бы получить путем восстановления кислорода из количества лунной породы, эквивалентного кубу с ребром около пятидесяти километров. В качестве альтернативы он предполагает, что содержание воды в «пятидесяти-ста кометах» размером с комету Галлея справится с этой задачей, «предполагая, что вода не выплеснется, когда кометы попадут на Луну». [30] Аналогичным образом, Бенфорд подсчитал, что для терраформирования Луны потребуется «около 100 комет размером с комету Галлея». [47]

Меркурий

Художественное представление терраформированного Меркурия.

Меркурий было бы трудно терраформировать. Бич [50] утверждает: «Кажется, маловероятно терраформировать Меркурий таким образом, чтобы там могли существовать какие-либо животные или растения», и предполагает, что его основное использование в проекте терраформирования будет в качестве источника добычи полезных ископаемых. Тем не менее, терраформирование рассматривалось. [51] Магнитное поле Меркурия составляет всего 1,1% от земного, и, поскольку он находится ближе к Солнцу, любая атмосфера будет быстро оголена, если ее не защитить от солнечного ветра. Предполагается, что магнитное поле Меркурия должно быть намного сильнее, до 30% от земного, если бы оно не подавлялось определенными эффектами обратной связи солнечного ветра. [52] Если бы удалось защитить Меркурий от солнечного ветра, разместив искусственный магнитный щит в точке L 1 системы Меркурий-Солнце (аналогично предложению для Марса), то магнитное поле Меркурия могло бы, вероятно, возрасти до такой степени, что стало бы самоподдерживающимся, при условии, что поле не «заглохнет» из-за другого солнечного события. [ необходима ссылка ]

Несмотря на то, что Меркурий намного меньше Марса, его вторая космическая скорость лишь немного меньше, чем у Марса, из-за его более высокой плотности, и он мог бы, если бы магнитосфера предотвращала разрушение атмосферы, удерживать атмосферу из азота и кислорода в течение миллионов лет.

Чтобы обеспечить давление в одну атмосферу, потребуется примерно 1,1×10 18 килограммов газа; [51] или несколько меньшее количество, если приемлемо более низкое давление. Вода может быть доставлена ​​из внешней солнечной системы. После того, как эта вода будет доставлена, она расщепит воду на составляющие ее молекулы кислорода и водорода , возможно, с использованием фотокаталитической пыли, при этом водород быстро уйдет в космос. При давлении кислорода 0,2-0,3 бар атмосфера будет пригодна для дыхания, и азот может быть добавлен по мере необходимости, чтобы обеспечить рост растений в присутствии нитратов .

Потребуется управление температурой из-за равновесной средней температуры ~159 градусов по Цельсию. Однако миллионы квадратных километров на полюсах имеют среднюю температуру 0-50 градусов по Цельсию или 32-122 градуса по Фаренгейту ( т. е. площадь размером с Мексику на каждом полюсе с пригодной для жизни температурой). Общая обитаемая площадь может быть еще больше, если планетарное альбедо увеличится с 0,12 до ~0,6, что потенциально увеличит обитаемую площадь. Рой предполагает, что температуру можно было бы дополнительно контролировать, уменьшив солнечный поток на Меркурии до значения, близкого к земному, с помощью солнечных парусов, отражающих солнечный свет. Он подсчитал, что потребуется от 16 до 17 миллионов парусов, каждый площадью в один квадратный километр. [51]

Земля

Недавно было предложено [ когда? ] , что из-за последствий изменения климата может быть разработана программа вмешательства, чтобы вернуть Землю к доиндустриальным климатическим параметрам. Чтобы достичь этого, было предложено несколько подходов, таких как управление солнечной радиацией , секвестрация углекислого газа и разработка и выпуск изменяющих климат генетически модифицированных организмов. [53] [54] Обычно их называют геоинженерией или климатической инженерией , а не терраформированием.

Другие тела в Солнечной системе

Другими возможными кандидатами на терраформирование (возможно, только частичное или паратерраформирование) являются крупные луны Юпитера или Сатурна ( Европа , Ганимед , Каллисто , Энцелад , Титан ), а также карликовая планета Церера .

Спутники покрыты льдом, поэтому при их нагревании часть этого льда сублимируется в атмосферу из водяного пара, аммиака и других газов. [55] [56] Для спутников Юпитера интенсивное излучение вокруг Юпитера вызовет радиолиз водяного пара, расщепляя его на водород и кислород. [55] Первый быстро уйдет в космос, оставив кислород (это уже происходит на спутниках в незначительной степени, создавая им тонкие атмосферы кислорода). [55] Для спутников Сатурна водяной пар может быть разделен с помощью орбитальных зеркал для фокусировки солнечного света, вызывая фотолиз . [56] Аммиак может быть преобразован в азот путем введения таких бактерий, как Nitrosomonas , Pseudomonas и Clostridium , в результате чего образуется азотно-кислородная атмосфера, похожая на земную. [55] [56] Эта атмосфера защитит поверхность от радиации Юпитера, [29] но также можно будет очистить указанную радиацию с помощью орбитальных тросов [57] или радиоволн. [58]

Проблемы терраформирования лун включают в себя их большое количество льда и их низкую гравитацию. [55] [56] Если бы весь лед полностью растаял, это привело бы к образованию глубоких океанов, охватывающих луну, а это означает, что любые поселения должны были бы быть плавучими (если только часть льда не останется, чтобы служить сушей). [55] [56] Низкая гравитация со временем приведет к утечке атмосферы и может вызвать проблемы для здоровья человека . Однако утечка атмосферы будет происходить в течение промежутков времени, которые длиннее продолжительности человеческой жизни, как в случае с Луной. [30]

Одно из предложений по терраформированию Цереры включало бы ее нагревание (использование орбитальных зеркал, детонацию термоядерных устройств или столкновение небольших астероидов с Церерой), создание атмосферы и глубокого океана. [59] Однако это, по-видимому, основано на ошибочном представлении о том, что поверхность Цереры ледяная, как и газовые гигантские луны. В действительности поверхность Цереры представляет собой «слой смешанного льда, силикатов и легких прочных фаз, лучше всего сочетающихся с гидратированными солями и клатратами». [60] Неясно, каким будет результат этого нагрева.

Другие возможности

Биологическое терраформирование

Многие предложения по планетарной инженерии предполагают использование генетически модифицированных бактерий. [61] [62]

По мере того, как синтетическая биология будет развиваться в течение следующих десятилетий, может стать возможным создание с нуля организмов-дизайнеров, которые будут эффективно производить желаемые продукты. [63] Лиза Нип, кандидат наук в группе молекулярных машин Массачусетской технологической лаборатории , сказала, что с помощью синтетической биологии ученые могут генетически модифицировать людей, растения и бактерии, чтобы создать условия, подобные земным, на другой планете. [64] [65]

Гэри Кинг, микробиолог из Университета штата Луизиана, изучающий самые экстремальные организмы на Земле, отмечает, что «синтетическая биология дала нам замечательный инструментарий, который может быть использован для производства новых видов организмов, специально подходящих для систем, которые мы хотим спланировать», и обрисовывает перспективы терраформирования, говоря, что «мы захотим исследовать выбранные нами микробы, найти гены, которые кодируют нужные нам свойства выживания и терраформирования (например, устойчивость к радиации и засухе ), а затем использовать эти знания для генной инженерии специально разработанных для Марса микробов». Он видит самое большое узкое место проекта в возможности генетически настраивать и адаптировать нужных микробов, оценивая, что это препятствие может занять «десятилетие или больше», чтобы быть преодоленным. Он также отмечает, что было бы лучше всего разработать «не один вид микроба, а набор из нескольких, которые работают вместе». [66]

DARPA исследует использование фотосинтезирующих растений, бактерий и водорослей, выращенных непосредственно на поверхности Марса, которые могли бы разогреть и сгустить его атмосферу. В 2015 году агентство и некоторые из его исследовательских партнеров создали программное обеспечение под названием DTA GView − « Карты геномов Google » , в котором геномы нескольких организмов могут быть извлечены из программы, чтобы немедленно показать список известных генов и их расположение в геноме. По словам Алисии Джексон, заместителя директора Управления биологических технологий DARPA , они разработали «технологический инструментарий для преобразования не только враждебных мест здесь, на Земле, но и для выхода в космос не просто для посещения, а для проживания». [67] [68] [69] [70]

Паратерраформинг

Также известная как концепция «мирового дома», паратерраформирование подразумевает строительство обитаемого ограждения на планете, которое охватывает большую часть полезной площади планеты. [71] Ограждение будет состоять из прозрачной крыши, удерживаемой на высоте одного или нескольких километров над поверхностью, находящейся под давлением пригодной для дыхания атмосферы и закрепленной натяжными башнями и тросами через равные интервалы. Концепция мирового дома похожа на концепцию куполообразного жилища , но такого, которое охватывает всю (или большую часть) планеты.

Потенциальные цели для паратерраформирования включают Меркурий, Луну, Цереру и газовые гигантские спутники. [72]

Адаптация людей

Также было высказано предположение, что вместо или в дополнение к терраформированию враждебной среды люди могли бы адаптироваться к этим местам с помощью генной инженерии , биотехнологии и кибернетических усовершенствований . [73] [74] [75] [76] [77] Это известно как пантропия .

Проблемы

Этические вопросы

В биологии и экологии ведутся философские дебаты о том, является ли терраформирование других миров этичным занятием. С точки зрения космоцентрической этики, это подразумевает баланс между необходимостью сохранения человеческой жизни и внутренней ценностью существующих планетарных экологий. [78] Люсианна Вальковиц даже назвала терраформирование «планетарной горнодобывающей операцией». [79]

На стороне сторонников терраформирования есть такие люди, как Роберт Зубрин , Мартин Дж. Фогг , Ричард Л. С. Тейлор и покойный Карл Саган , которые считают, что моральным долгом человечества является создание других миров, пригодных для человеческой жизни , как продолжение истории преобразования жизни окружающей среды вокруг нее на Земле. [80] [81] Они также указывают, что Земля в конечном итоге будет уничтожена, если природа возьмет свое , так что человечество сталкивается с очень долгосрочным выбором между терраформированием других миров или вымиранием всей земной жизни . Утверждается, что терраформирование полностью бесплодных планет не является морально неправильным, поскольку оно не влияет ни на какую другую жизнь.

Противоположный аргумент утверждает, что терраформирование было бы неэтичным вмешательством в природу , и что, учитывая прошлое отношение человечества к Земле, другим планетам может быть лучше без человеческого вмешательства. [ требуется ссылка ] Другие же придерживаются золотой середины, например, Кристофер Маккей , который утверждает, что терраформирование этически обосновано только после того, как мы полностью убедимся, что на чужой планете нет собственной жизни; но если это так, мы не должны пытаться переделать ее для собственных нужд, а должны спроектировать ее среду так, чтобы искусственно взращивать чужую жизнь и помогать ей процветать и со-эволюционировать или даже сосуществовать с людьми. [82] Даже это будет рассматриваться как тип терраформирования самыми строгими экоцентристами, которые скажут, что вся жизнь имеет право в своей родной биосфере развиваться без внешнего вмешательства.

Экономические вопросы

Первоначальная стоимость таких проектов, как планетарное терраформирование, будет огромной, а инфраструктуру такого предприятия придется строить с нуля. Такая технология еще не разработана, не говоря уже о том, чтобы быть финансово осуществимой на данный момент. Джон Хикман указал, что почти ни одна из текущих схем терраформирования не включает экономические стратегии , и большинство их моделей и ожиданий кажутся весьма оптимистичными. [83]

В популярной культуре

Терраформирование — распространенная концепция в научной фантастике , от телевидения , фильмов и романов до видеоигр . [84]

Схожая концепция из научной фантастики — ксеноформирование — процесс, в котором инопланетяне изменяют Землю или другие планеты в соответствии со своими собственными потребностями, уже предложенный в классическом произведении Герберта Уэллса «Война миров » (1898) . [85]

Смотрите также

Примечания

  1. ^ abc Саган, Карл (1961). «Планета Венера». Science . 133 (3456): 849–58. Bibcode : 1961Sci...133..849S. doi : 10.1126/science.133.3456.849. PMID  17789744.
  2. ^ "Исторический словарь научной фантастики: терраформирование" . Получено 14.11.2022 .
  3. ^ abc Beech, Martin (21 апреля 2009 г.). Терраформирование: создание пригодных для жизни миров. Springer Science & Business Media. стр. 17. ISBN 978-0-387-09796-1.«Нынешняя экономическая тенденция, ориентированная на краткосрочную выгоду вместо долгосрочных инвестиций, никогда не сможет поддержать проект терраформирования».
  4. ^ abc Саган 1997, стр. 276–7.
  5. ^ ab Саган, Карл (декабрь 1973 г.). «Планетарная инженерия на Марсе». Icarus . 20 (4): 513–514. Bibcode :1973Icar...20..513S. doi :10.1016/0019-1035(73)90026-2.
  6. ↑ Averner & MacElroy 1976, стр. обложка, результаты исследования.
  7. ^ Оберг, Джеймс Эдвард (1981). Новые Земли: Реструктуризация Земли и других планет . Stackpole Books, Харрисберг, Пенсильвания.
  8. ^ Маккей, Кристофер П. (январь 1982 г.). «О терраформировании Марса». Экстраполяция . 23 (4): 309–314. doi :10.3828/extr.1982.23.4.309.
  9. ^ Лавлок, Джеймс и Аллаби, Майкл (1984). Озеленение Марса . Warner Books. ISBN 9780446329675.
  10. ^ Хейнс, Р. Х. (1990), «Ecce Ecopoiesis: Playing God on Mars», в MacNiven, D. (1990-07-13), Моральная экспертиза: исследования практической и профессиональной этики, Routledge. стр. 161–163. ISBN 0-415-03576-7 . 
  11. ^ οἶκος. Лидделл, Генри Джордж ; Скотт, Роберт ; Греко-английский словарь в проекте «Персей» .
  12. ^ ποίησις у Лидделла и Скотта .
  13. ^ abc Фогг, Мартин Дж. (1995). Терраформирование: проектирование планетарных сред . SAE International, Уоррендейл, Пенсильвания.
  14. ^ Лопес, Хосе В.; Пейшоту, Ракель С.; Росадо, Александре С. (22 августа 2019 г.). «Неизбежное будущее: колонизация космоса за пределами Земли с микробами в первую очередь». FEMS Microbiology Ecology . 95 (10). doi :10.1093/femsec/fiz127. PMC 6748721 . PMID  31437273. 
  15. ^ Фогг, 1996
  16. ^ Фогг, Мартин Дж. (1995). Терраформирование: проектирование планетарных сред . Общество инженеров-автомобилестроителей. ISBN 1560916095. OCLC  32348444.
  17. ^ Хёлер, Тори М. (28.12.2007). «Концепция энергетического баланса для обитаемости». Астробиология . 7 (6): 824–838. Bibcode : 2007AsBio...7..824H. doi : 10.1089/ast.2006.0095. ISSN  1531-1074. PMID  18163865.
  18. ^ abcd Lineweaver, Charles H.; Chopra, Aditya (2012-05-30). «Обитаемость нашей Земли и других земель: астрофизические, геохимические, геофизические и биологические пределы обитаемости планеты». Annual Review of Earth and Planetary Sciences . 40 (1): 597–623. Bibcode : 2012AREPS..40..597L. doi : 10.1146/annurev-earth-042711-105531. ISSN  0084-6597.
  19. ^ abcde Hoehler, Tori M.; Som, Sanjoy M.; Kiang, Nancy Y. (2018), Deeg, Hans J.; Belmonte, Juan Antonio (ред.), «Требования жизни», Справочник по экзопланетам , Cham: Springer International Publishing, стр. 1–22, doi : 10.1007/978-3-319-30648-3_74-1, ISBN 978-3-319-30648-3, получено 2023-03-14
  20. ^ ab Cockell, CS; Bush, T.; Bryce, C.; Direito, S.; Fox-Powell, M.; Harrison, JP; Lammer, H.; Landenmark, H.; Martin-Torres, J.; Nicholson, N.; Noack, L.; O'Malley-James, J.; Payler, SJ; Rushby, A.; Samuels, T. (2016-01-20). "Обитаемость: обзор". Astrobiology . 16 (1): 89–117. Bibcode : 2016AsBio..16...89C. doi : 10.1089/ast.2015.1295. ISSN  1531-1074. PMID  26741054.
  21. ^ "Astrobiology Roadmap". 2011-01-17. Архивировано из оригинала 2011-01-17 . Получено 2023-03-17 .
  22. ^ ab Kasting, James F.; Whitmire, Daniel P.; Reynolds, Ray T. (1993-01-01). "Обитаемые зоны вокруг звезд главной последовательности". Icarus . 101 (1): 108–128. Bibcode :1993Icar..101..108K. doi :10.1006/icar.1993.1010. ISSN  0019-1035. PMID  11536936.
  23. ^ "Энергия клетки, функции клетки | Изучайте науку на Scitable". www.nature.com . Получено 13 апреля 2023 г.
  24. ^ ab Falkowski, Paul G.; Fenchel, Tom; Delong, Edward F. (2008-05-23). ​​«Микробные двигатели, управляющие биогеохимическими циклами Земли». Science . 320 (5879): 1034–1039. Bibcode :2008Sci...320.1034F. doi :10.1126/science.1153213. ISSN  0036-8075. PMID  18497287. S2CID  2844984.
  25. ^ ab Falkowski, Paul G.; Fenchel, Tom; Delong, Edward F. (2008-05-23). ​​«Микробные двигатели, управляющие биогеохимическими циклами Земли». Science . 320 (5879): 1034–1039. Bibcode :2008Sci...320.1034F. doi :10.1126/science.1153213. ISSN  0036-8075. PMID  18497287. S2CID  2844984.
  26. ^ Gerstell, MF; Francisco, JS; Yung, YL; Boxe, C.; Aaltonee, ET (27 февраля 2001 г.). «Согреваем Марс новыми суперпарниковыми газами». Труды Национальной академии наук . 98 (5): 2154–2157. Bibcode : 2001PNAS...98.2154G. doi : 10.1073/pnas.051511598 . PMC 30108. PMID  11226208 . 
  27. ^ Макиннес, Колин Р. (2009), Бадеску, Виорел (ред.), «Марсианская климатическая инженерия с использованием орбитальных солнечных отражателей», Mars , Берлин, Гейдельберг: Springer Berlin Heidelberg, стр. 645–659, doi :10.1007/978-3-642-03629-3_25, ISBN 978-3-642-03628-6, получено 2023-12-07
  28. ^ ab Landis, Geoffrey (2011). "Terraforming Venus: A Challenging Project for Future Colonization". Конференция и выставка AIAA SPACE 2011. doi :10.2514/6.2011-7215. ISBN 978-1-60086-953-2.
  29. ^ ab "Космическая радиация". epa.gov . 27 ноября 2018 г. Получено 8 декабря 2023 г.
  30. ^ abcde Лэндис, Джеффри (июнь 1990 г.). «Загрязнение воздуха на Луне». Аналог .
  31. ^ Рид и Льюис 2004, стр.16
  32. ^ Каргель 2004, стр. 185–6.
  33. ^ Каргель 2004, 99 и далее
  34. ^ ab Forget, Costard & Lognonné 2007, стр. 80–2.
  35. ^ "Солнечный ветер отрывает куски от Марса". Cosmos . 25 ноября 2008 г. Архивировано из оригинала 2012-04-27 . Получено 2009-06-18 .
  36. ^ Дэйв Жак (2003-09-26). "APS X-rays reveal secrets of Mars' core". Аргоннская национальная лаборатория . Получено 2009-06-10 .
  37. ^ Шуберт, Теркотт и Олсон 2001, стр. 692
  38. ^ Карр, Майкл Х.; Белл, Джеймс Ф. (2014). «Марс». Энциклопедия Солнечной системы . С. 359–377. doi :10.1016/B978-0-12-415845-0.00017-7. ISBN 978-0-12-415845-0.
  39. ^ Солнечный ветер, 2008
  40. ↑ Forget, Costard & Lognonné, 2007, стр. 80.
  41. ^ Фор и Менсинг 2007, стр. 252.
  42. ^ Зубрин, Роберт; Маккей, Кристофер (1993). «Технологические требования для терраформирования Марса». 29-я Совместная конференция и выставка по движению . doi :10.2514/6.1993-2005.
  43. ^ Gerstell, MF; Francisco, JS; Yung, YL; Boxe, C.; Aaltonee, ET (27 февраля 2001 г.). «Согреваем Марс новыми суперпарниковыми газами». Труды Национальной академии наук . 98 (5): 2154–2157. Bibcode : 2001PNAS...98.2154G. doi : 10.1073/pnas.051511598 . PMC 30108. PMID  11226208 . 
  44. ^ Фогг, М. Дж. (1987). «Терраформирование Венеры». Журнал Британского межпланетного общества . 40 : 551. Bibcode : 1987JBIS...40..551F.
  45. ^ Саган, Карл (1994). Бледно-голубая точка: видение будущего человечества в космосе (Первое издание). Нью-Йорк. ISBN 0-679-76486-0. OCLC  30736355.{{cite book}}: CS1 maint: location missing publisher (link)
  46. ^ Оберг, Джеймс. «Новые Земли». jamesoberg.com .
  47. ^ ab Benford, Greg (14 июля 2014 г.). «Как терраформировать Луну». Slate . Получено 30 января 2017 г. .
  48. ^ Уильямс, Мэтт (31 марта 2016 г.). «Как мы терраформируем Луну?». Universe Today . Получено 30 января 2017 г.
  49. ^ Дормини, Брюс (27 июля 2016 г.). «Почему Луну никогда не следует терраформировать». Forbes . Получено 30 января 2017 г.
  50. ^ Бич, Мартин. Терраформирование: Создание обитаемых миров, стр. 217-219. Springer. Получено 29 декабря 2023 г.
  51. ^ abc Roy, Kenneth (2015). «Terraforming Mercury». В Inner Solar System: Prospective Energy and Material Resources, стр. 421-435. Springer International Publishing. pdf получен 29 декабря 2023 г.
  52. ^ Гомес-Перес, Наталия; Соломон, Шон К. (2010). «Слабое магнитное поле Меркурия: результат магнитосферной обратной связи?». Geophysical Research Letters . 37 (20): n/a. Bibcode : 2010GeoRL..3720204G. doi : 10.1029/2010GL044533 . ISSN  1944-8007.
  53. ^ Соле, Рикар В.; Монтаньес, Рауль; Дуран-Небреда, Сальва (18 июля 2015 г.). «Синтетические схемы для терраформирования Земли». Biology Direct . 10 (1): 37. arXiv : 1503.05043 . Bibcode : 2015arXiv150305043S. doi : 10.1186 /s13062-015-0064-7 . PMC 4506446. PMID  26187273. 
  54. ^ Соле, Рикар В.; Монтаньес, Рауль; Дюран-Небреда, Сальва; Родригес-Амор, Даниэль; Видиелла, Блай; Сарданьес, Хосеп (4 июля 2018 г.). «Популяционная динамика мотивов синтетической терраформации». Королевское общество открытой науки . 5 (7): 180121. Бибкод : 2018RSOS....580121S. дои : 10.1098/rsos.180121. ПМК 6083676 . ПМИД  30109068. 
  55. ^ abcdef Уильямс, Мэтт (2016-04-22). «Как мы терраформируем луны Юпитера?». Вселенная сегодня . Получено 2023-12-08 .
  56. ^ abcde Уильямс, Мэтт (2016-04-27). "Как мы терраформируем луны Сатурна?". Вселенная сегодня . Получено 2023-12-12 .
  57. ^ Мирнов, Владимир; Ючер, Дефне; Данилов, Валентин (10–15 ноября 1996 г.). «Высоковольтные тросы для улучшенного рассеяния частиц в поясах Ван Аллена». APS Division of Plasma Physics Meeting Abstracts . 38 : 7. Bibcode : 1996APS..DPP..7E06M. OCLC  205379064. Abstract #7E.06.
  58. ^ "NASA обнаружило, что молния очищает безопасную зону в радиационном поясе Земли - NASA" . Получено 11 декабря 2023 г.
  59. ^ Уильямс, Мэтт (2016-05-05). «Как мы терраформируем Цереру?». Вселенная сегодня . Получено 2023-12-12 .
  60. ^ Raymond, C.; Castillo-Rogez, JC; Park, RS; Ermakov, A.; et al. (сентябрь 2018 г.). "Dawn Data Reveal Ceres' Complex Crustal Evolution" (PDF) . Европейский планетарный научный конгресс . Том 12. Архивировано (PDF) из оригинала 30 января 2020 г. . Получено 19 июля 2020 г. .
  61. ^ Хискокс, Джулиана А.; Томас, Дэвид Дж. (октябрь 1995 г.). «Генетическая модификация и селекция микроорганизмов для роста на Марсе». Журнал Британского межпланетного общества . 48 (10): 419–26. PMID  11541203.
  62. ^ "Mercury". Общество . 29. 2000. Получено 10 января 2017 .
  63. ^ Менезес, Амор А.; Камберс, Джон; Хоган, Джон А.; Аркин, Адам П. (6 января 2015 г.). «К синтетическим биологическим подходам к использованию ресурсов в космических миссиях». Журнал интерфейса Королевского общества . 12 (102): 20140715. doi :10.1098/rsif.2014.0715. PMC 4277073. PMID  25376875 . 
  64. ^ "Видео: Люди могли бы подготовить себя к долгосрочным космическим путешествиям". Live Science. 7 апреля 2016 г. Получено 10 января 2017 г.
  65. ^ Браун, Кристен В. (29 марта 2016 г.). «Теперь вы можете играть в Бога, не выходя из своего гаража». Fusion. Архивировано из оригинала 2016-04-02 . Получено 10 января 2017 г.
  66. ^ Herkewitz, William (7 мая 2015 г.). «Вот как мы терраформируем Марс с помощью микробов». Popular Mechanics . Получено 10 января 2017 г. .
  67. ^ «Сделают ли измененные микробы Марс похожим на Землю?». The Times of India . 29 июня 2015 г. Получено 10 января 2017 г.
  68. ^ Кёблер, Джейсон (24 июня 2015 г.). «DARPA: Мы создаем организмы, которые будут терраформировать Марс». Vice Motherboard . Получено 10 января 2017 г.
  69. ^ Смит, Крис (25 июня 2015 г.). «Мы определенно хотим жить на Марсе – вот как мы планируем укротить Красную планету». BGR . Получено 10 января 2017 г.
  70. ^ Депра, Дайан (27 июня 2015 г.). «DARPA хочет использовать генетически модифицированные организмы, чтобы сделать Марс более похожим на Землю». Tech Times . Получено 10 января 2017 г.
  71. ^ Тейлор, 1992
  72. ^ Уильямс, Мэтью С. (2019-08-09). «Создание теплицы в другом мире: паратерраформирование в нашей Солнечной системе». interestingengineering.com . Получено 2023-12-12 .
  73. ^ Гронстал, Аарон; Перес, Хулио Апреа; Биттнер, Тобиас; Клэйси, Эрик; Грубисич, Анджело; Роджерс, Дамиан (2005). Биоформирование и терраформирование: баланс методов для возможной колонизации космоса. 56-й Международный астронавтический конгресс.
  74. ↑ Лунан, Дункан (январь 1983 г.). Человек и планеты: ресурсы Солнечной системы. Ashgrove Press. ISBN 9780906798171. Получено 10 января 2017 г.[ нужна страница ]
  75. ^ Шпицмиллер, Тед (2007). Астронавтика: историческая перспектива усилий человечества по завоеванию космоса. Apogee Books. ISBN 9781894959667. Получено 10 января 2017 г.[ нужна страница ]
  76. ^ Кейн, Фрейзер (10 января 2017 г.). «Можем ли мы марсиформировать себя?». Universe Today . Получено 10 января 2017 г.
  77. ^ Феррейра, Бекки (29 июля 2013 г.). «Будь своим собственным космическим кораблем: как мы можем адаптировать человеческие тела для инопланетных миров». Vice Motherboard. Архивировано из оригинала 13 января 2017 г. Получено 10 января 2017 г.
  78. ^ МакНивен 1995
  79. ^ Мандельбаум, Райан Ф. (20 ноября 2018 г.). «Деколонизация Марса: неправильно ли мы думаем об исследовании космоса?». Gizmodo . Получено 31 октября 2021 г.
  80. ↑ Роберт Зубрин, Дело в пользу Марса: план заселения Красной планеты и почему мы должны это сделать , стр. 248–249, Simon & Schuster/Touchstone, 1996, ISBN 0-684-83550-9 
  81. ^ Фогг 2000
  82. ↑ Кристофер Маккей и Роберт Зубрин, «Имеют ли местные марсианские бактерии приоритет над человеческими исследованиями?», стр. 177–182, в книге « На Марс: колонизация нового мира» , Космическая серия Apogee Books, 2002, ISBN 1-896522-90-4 
  83. ^ Хикман, Джон (ноябрь 1999 г.). «Политическая экономия очень больших космических проектов». Журнал эволюции и технологий . 4 : 1–14 . Получено 28 апреля 2006 г.
  84. ^ "SFE: Терраформирование". sf-encyclopedia.com . Получено 28.07.2022 .
  85. ^ "Темы: Ксеноформинг: SFE: Энциклопедия научной фантастики". www.sf-encyclopedia.com . Получено 24.08.2021 .

Ссылки

Внешние ссылки

На Викискладе есть медиафайлы по теме Терраформирование .