У нас уже существуют корабли, способные к колонизации других планет. Тем не менее, целый ряд нестандартных задач, возникающих при освоении космоса, свидетельствует о том, что куда эффективнее будет заселение Вселенной принципиально иным методом: без посадки на другие планеты. Однако, на практике, освоение Вселенной, вероятно, будет осуществляться не самым рациональным способом и не так, как планировал Илон Маск (через колонизацию планет) – по всей видимости, людям придется объединить оба подхода. Naked Science попытается проанализировать, как это будет выглядеть на практике.
Зачем нужна космическая колонизация
В настоящее время, как отмечает публицист и бывший сотрудник NASA Роберт Зубрин, мы переживаем период, характеризующийся «антигуманистическими» взглядами – то есть убеждениями, что человечество представляет собой деструктивную и непредсказуемую силу, нарушающую «естественный порядок» (хотя появление человека само по себе является частью этого порядка). В последние десятилетия эта концепция приобрела широкую поддержку, что ставит под сомнение целесообразность космической колонизации. Если человечество воспринимается как негативная сила, то зачем распространять его на другие планеты?
Сторонники подобных взглядов, придерживающиеся менее категоричной позиции, выражают свое неприятие колонизации космоса в более сдержанной форме.
Вот их типичные тезисы:
пока не будут решены проблемы на Земле, отправлять человека в космос не требуется.
Этот аргумент противоречит общей картине эволюции нашего вида. Миграция из Африки произошла 200 тысяч лет назад, когда там не существовало никакого порядка. И сейчас там нет порядка, однако это не стало препятствием для людей, покинувших Африку, и создавших развитую цивилизацию. Если бы тогдашние африканские охотники-собиратели придерживались мнения о том, что необходимо упорядочить Африку, прежде чем покидать ее, то такая цивилизация могла бы и не возникнуть. Аналогичная ситуация наблюдалась при неоднократной колонизации Нового Света или Австралии различными человеческими популяциями.
использование космических программ сопряжено с затратами, которые можно было бы направить на решение проблем, существующих на Земле.
На сегодняшний день на Земле не существует дефицита материальных ресурсов. Страны, страдающие от голода и нищеты, сталкиваются с этими проблемами из-за отсутствия компетентных управленцев, что приводит к гражданским конфликтам и беспорядкам. Независимо от объема оказываемой международной помощи, решить проблему голода и бедности таким путем не удастся – история не знает примеров успешного решения этих проблем подобным образом. Напротив, выход из бедности возможен только благодаря собственным усилиям. И никакая международная помощь не сможет их заменить. Жители России хорошо помнят гуманитарную помощь девяностых, которая не смогла избавить страну от затяжной депрессии того периода: выход из нее был обеспечен совершенно иными факторами.
В конечном итоге, освоение космоса будет осуществляться не африканскими государствами или другими странами, испытывающими дефицит финансовых ресурсов, а Соединенными Штатами и странами, подобными им – то есть государствами, где отсутствует голод и отсутствует стремление инвестировать значительные средства в благотворительность на других континентах. Не существует дилеммы между финансированием исследования Марса и помощью Африке. Фактически, США выделяют на военные нужды бюджет, значительно превышающий расходы на космические программы, и на порядок больше, чем на содействие бедным странам мира. В действительности выбор стоит между «США направят сотни миллиардов долларов на исследование Марса» и «США выделят дополнительные сотни миллиардов долларов на военные цели». Первый вариант представляется более целесообразным.
колонизация космоса не имеет смысла, поскольку космические колонии не смогут пережить глобальную катастрофу на Земле.
Этот аргумент достаточно просто опровергнуть, опираясь на факты: современные технологии дают возможность человеку существовать в любой среде, при условии наличия достаточного количества энергии для получения кислорода (через электролиз воды и гидропонику), растительной пищи (гидропонику) и материалов для производства техники (металлсодержащие горные породы). На Марсе содержится триллионы тонн замороженной воды, почвы, подходящей для выращивания растений, и той же почвы, богатой железом и алюминием. С доступом к энергии на Марсе всё в порядке и при нынешнем уровне развития технологий. Следовательно, колония в таком месте уже при населении в десятки тысяч человек вполне может выжить после коллапса цивилизации на третьей планете нашей системы.
на Земле существует множество территорий с низкой плотностью населения, таких как Антарктида или Сахара. Почему не стоит начать с их освоения?
Колонизируемый объект можно преобразовать в пригодную для проживания территорию – то есть сделать его доступным для передвижения в обычной одежде и обеспечивающим нормальную экономическую деятельность. С Антарктидой и Сахарой ситуация гораздо сложнее. В теории человечество способно повысить глобальные температуры на несколько градусов, и в этом случае Антарктида и Сахара вновь приобретут зеленую растительность, как это происходило в прошлые, более теплые периоды истории Земли. Однако на практике это невозможно: глобальное потепление воспринимается экологически ответственными людьми как нежелательное явление – и против него активно предпринимаются усилия. Поэтому мы, люди, технологически готовы сделать теплым и пригодным для земледелия Марс (примерно 150 миллионов квадратных километров), но ни Сахару, ни Антарктиду (менее 20 миллионов квадратных километров). Так уж устроено наше сознание.
Итак, мы рассмотрели основные возражения противников колонизации космоса и убедились, что они не слишком обоснованы. Но каковы же аргументы в пользу такой колонизации? Главный из них заключается в следующем: на расстоянии в десятки миллионов лет с Землей неизбежно происходят ужасные события: те, что убили динозавров (меловое вымирание) и ранних предков млекопитающих (гораздо более крупных Великое вымирание). Создание космической колонии, несомненно, увеличит вероятность выживания человечества.
Второй ключевой аргумент в пользу колонизации заключается в том, что она, подобно любой значительной нагрузке, открывает широкие возможности для развития. Переселение из Африки в Евразию заставило наших предков кардинально изменить свой образ жизни, что в конечном итоге привело к созданию городов и цивилизации. Задержка возникновения подобных явлений в Африке не была случайностью: новая среда обитания и сопутствующие ей трудности стимулировали к более активным действиям. Решение проблем, возникающих при колонизации космоса, не позволит нашему виду застыть в нынешнем, несколько комфортном и беззаботном состоянии».
Кажется, колонизация может иметь смысл. Но какой должна быть её форма?
Космическая колонизация: что не так с планами Маска
В настоящее время наиболее значимым и перспективным фактором, определяющим развитие космической колонизации, является деятельность Илона Маска. Будучи самым состоятельным человеком на планете, он твердо намерен создать самодостаточную колонию в космосе и убежден, что таковой может быть только Марс.
Мы пока не можем оценить уже описывали: в составе образцов обнаружены вода и азот, удерживаемые грунтом и способные высвобождаться. Существует вероятность повышения температуры до уровня современной земной. Да, это займет века, но в итоге колонистов будет ждать 150 миллионов квадратных километров обитаемой суши, покрытой растительностью, – примерно столько же ее на Земле.
Несмотря на амбициозные планы Маска, существуют значительные недостатки, которые он, возможно, не учитывал или намеренно не озвучивал. Ключевым фактором, который необходимо учитывать, является биология.
Эксперимент, проведенный в 2016 году на китайском спутнике SJ-10, выявил влияние космической среды на развитие эмбрионов мышей. Развитие происходило менее успешно, чем в земных условиях, и шансы на выживание эмбриона после переноса в самку были невелики. При этом негативное воздействие обусловлено не только радиацией, которую можно легко заблокировать, но и гравитацией: исследования, имитирующие микрогравитацию в лабораторных условиях, также показали ухудшение характеристик мышиных эмбрионов. Вероятно, именно это объясняет и тот факт, что крысы в космических экспериментах до сих пор не смогли дать потомство.
На Марсе гравитация составляет лишь 38% от земной. Безусловно, это позволит легко совершать прыжки на несколько метров, однако, судя по всему, малая гравитация создает определенные трудности для размножения млекопитающих.
В России разрабатываются мини-центрифуги для смягчения негативных последствий сниженной гравитации. В этих устройствах люди смогут отдыхать, что позволит компенсировать недостаток силы тяжести в течение дня. Применение таких центрифуг поможет избежать деградации мышечной ткани и остеопороза – возможных последствий длительного пребывания в условиях пониженной гравитации.
Что делать, если пара планирует рождение детей? Поместить женщину на девять месяцев в миниатюрную центрифугу и не давать ей возможности выходить? Даже если она спокойно воспримет такую ситуацию, это не оптимальное решение. Для нормального течения беременности женщине необходимо двигаться и находиться в среде, насыщенной стимулами. Обеспечить это в центрифуге в течение трех четвертей года будет затруднительно.
Осуществление колонизации Марса, активно продвигаемой Илоном Маском, представляется проблематичным с точки зрения воспитания там детей. Без молодого поколения любая колония, особенно если она должна быть самодостаточной, не сможет существовать. Отправка женщин на Землю для зачатия и родов потребует значительных временных, финансовых и логистических затрат: после пребывания в условиях марсианской гравитации им все равно потребуется период реабилитации на родной планете.
Раз уж с Марсом возникают трудности, стоит ли рассмотреть возможность исследования Цереры?
Недавно финский исследователь Пекка Янхунен (Pekka Janhunen) выдвинул альтернативное предложение для колонизации: орбиту вокруг карликовой планеты Церера, а не Марс. Церера сама по себе не является идеальным кандидатом: ее диаметр составляет менее тысячи километров, гравитация равна 2,8% от земной, отсутствует атмосфера, а количество солнечного света на ее орбите в 7,8 раза меньше, чем на орбите Земли (Церера находится на расстоянии 2,8 раза больше, чем Земля, от Солнца).
Заинтересовавшись, финский ученый поразмышлял: а что, если соорудить на орбите вокруг нее конструкции, подобные цилиндрам Кларка (на самом деле, цилиндрам О’Нила)?
Идея цилиндра O’Нила, предложенная финном, полностью соответствует первоначальной концепции, изложенной в отдельной книге еще в 1976 году. Согласно этой концепции, необходимо взять два цилиндрических объекта, достигающих километровых размеров, и расположить их параллельно друг другу. В местах соединения (их два, находящихся на концах обоих цилиндров) применяется конструкция, напоминающая гигантский подшипник, использующий магнитные поля. Благодаря этому обеспечивается отсутствие трения и износа в подшипнике. Эта конструкция необходима для поддержания постоянной ориентации цилиндров относительно Солнца, поскольку в противном случае вращение приведет к их перевороту».
Для создания центробежной силы внутри цилиндры должны вращаться: по сути, это центрифуга, только в гигантских масштабах. Ощущаемая сила тяжести у стенок цилиндра будет соответствовать земной, в центре она будет равна нулю и будет постепенно увеличиваться к краям.
Это обеспечит наличие всех необходимых уровней гравитации. Если вы хотите испытать состояние невесомости или транспортировать грузы между разными частями цилиндра – направляйтесь в его центр. Для силовых тренировок или комфортного вынашивания ребенка – выбирайте для проживания районы, расположенные ближе к периферии.
Цилиндры O’Нила – это масштабные космические поселения, для функционирования которых требуется значительное количество воды. Наиболее эффективным решением является хранение воды во внешних стенках цилиндра, поскольку она обладает отличными свойствами по экранированию от радиации. Некоторую часть воды можно использовать для создания общественных аквариумов, где экзотические рыбы будут плавать между звездами и планетами, находящимися за пределами, и жителями колонии внутри. За «водяными стенками» целесообразно разместить вертикальные фермы с гидропоникой, предназначенные для производства продуктов питания и поглощения углекислого газа.
Благодаря изолирующим внешним слоям, воздействие космической радиации внутри цилиндров будет сопоставимо с земным фоном. В свою очередь, вращение цилиндров обеспечит создание земной гравитации.
Пекка Янхунен отмечает, что в данном сценарии слабая гравитация Цереры станет преимуществом, а не недостатком. Создание «космического лифта» – системы подъема материалов по тросу, закрепленному на геостационарной орбите – невозможно на Земле из-за отсутствия тросов длиной 36 тысяч километров, способных противостоять земной гравитации. На Церере, где гравитация в десятки раз меньше, лифт сможет поднимать с поверхности все необходимые ресурсы с незначительными энергетическими затратами.
Согласно недавним исследованиям, на Церере обнаружены соли, значительное количество азота, больше воды, чем в большинстве океанов на Земле, и другие важные компоненты. Извлечение металлов в Главном поясе астероидов, где расположен этот карликовый планетоид, не представляет сложности, поскольку многие астероиды содержат металлы.
Янхунен представляет свою концепцию как нечто похожее на космический рай, предлагая простой путь к созданию идеальной внеземной колонии с минимальным расходом ресурсов. Однако, существует не одна, а сразу две существенные особенности, которые стоит учитывать.
Почему был выбран астероид Церера, и что мешает привлечь желающих для жизни в концепции янхуненского рая?
Почему выбрана Церера? На её орбите интенсивность солнечного света в восемь раз ниже, чем на орбите Земли. Для устранения этого недостатка Янхунен предлагает использовать космические зеркала, фокусирующие солнечный свет.
У Цереры отсутствует магнитное поле, поэтому вокруг обитаемых цилиндров необходимо расположить «болванки» – цилиндры, не предназначенные для заселения и не вращающиеся. Они служат для уменьшения воздействия космической радиации и снижения необходимой толщины слоя воды и почвы в стенках обитаемых цилиндров. Это позволяет сократить защитный слой, поскольку уменьшается интенсивность радиационного фона.
Что если цилиндр O’Нила, Кларка или Янхунена разместить на орбите Земли? В этом случае внешние защитные конструкции не нужны, поскольку магнитосфера обеспечивает защиту от радиации на низких орбитах. Также не потребуется использование зеркал для концентрации света. Чтобы добраться до Земли (или наоборот, землянину совершить путешествие в цилиндр), потребуется лишь несколько часов, в отличие от месяцев, необходимых при размещении колонии на орбите Цереры.
Действительно, не существует астероида с доступными ресурсами поблизости. Однако, рядом находится Луна, где гравитация в шесть раз меньше земной, а запасы водяного льда, по меньшей мере сотня миллиардов тонн. Развитие систем, подобных Starship, сделает доставку ресурсов с Земли более экономичной.
Цилиндры будут постоянно освещаться солнечным светом, вне зависимости от времени года. Благодаря этому они смогут получать необходимое количество энергии с помощью солнечных батарей, без использования зеркал-концентраторов, как это реализовано на Церере. Колонисту будет психологически комфортнее проживать в месте, откуда открывается вид на Землю и Луну, и при необходимости он сможет относительно быстро совершить полет к любой из них.
Более существенный вопрос заключается в следующем: какие действия будет предпринимать человек, находящийся в цилиндре Пеккунена? Будь то орбита Цереры или орбита Земли, однозначного ответа на этот вопрос не существует.
Теоретически, на орбите высотой 400-450 километров вокруг Земли можно разместить до десяти тысяч цилиндрических конструкций диаметром около километра и высотой пять километров. Внутри каждого цилиндра можно создать пространство с различной высотой потолков: в общественных парках – до 50 метров, а в жилых зонах – 2,5-3,0 метра. Это обеспечит площадь в приблизительно 800 квадратных километров внутри каждого цилиндра, что в совокупности для 10000 конструкций составит 0,8 миллиона квадратных километров. Разместив цилиндры в 100 рядов, можно получить 80 миллионов квадратных километров с выровненным климатом, что фактически представляет собой вторую Землю и предоставляет возможности для размещения избыточного населения.
Вот только на Земле нет никакого дефицита места или ресурсов. Более того, уже известно о скором изменении численности ее населения начнет сокращаться, а полезная площадь – увеличиваться. Илон Маск справедливо указывает на то, что главной проблемой для человечества в XXI веке станет настоящая и ощутимая нехватка рабочей силы для экономики, а не её избыток, о котором пишут малосведующие публицисты.
Зачем же нам создавать подобные цилиндры? Не для того ли, чтобы обеспечить выживание человечества в случае глобальной катастрофы, сопоставимой с Великим вымиранием?
Что же, цилиндры на орбите, несомненно, переживут любое подобное событие на нашей планете. Но что побудит людей отправиться туда до наступления этой катастрофы? Какие цели, помимо абстрактного стремления жить в месте, где нет ветра, естественной биосферы и возможности гулять по лесу? Безусловно, там можно разместить научно-исследовательские институты, изучающие воздействие невесомости на различные организмы или развитие крупных замкнутых биосфер. Но это никак не массовая колонизация.
Если Марс будет заселен, цели станут более определенными. Прежде всего, там, вероятно, будет обнаружена простейшая жизнь. Поиски и изучение этой жизни, а также исследование обширных подземных пещер Марса или его гигантской системы каньонов, представляют собой масштабные задачи, в первую очередь научного значения. Кроме того, Красная планета может быть терраформирована в перспективе нескольких столетий. Это амбициозная цель, которая придает смысл существованию даже значительной человеческой колонии.
Гибридная колонизация?
Несмотря на это, эти цилиндры заслуживают внимания. Рассмотрим колонизацию Марса. Действительно, будущим жительницам Марса нежелательно рожать и вынашивать детей в условиях 0,38 земной гравитации. Однако, что препятствует тому, чтобы они и их партнеры за несколько месяцев до зачатия отправились на орбитальный цилиндр, вращающийся вокруг Марса? Там они смогут родить ребенка и затем решить, где его воспитывать – на орбите или на поверхности планеты. Объединение орбитального цилиндра для родов и наземной колонии может создать на Марсе по-настоящему устойчивую и самодостаточную колонию.
Учитывая это, у нее не возникнет проблем с поиском добровольцев: жизнь в передовых обществах Земли часто лишена конкретной цели, и многие люди проживают ее, стремясь найти вымышленную цель (навязанную модой или созданную ими самими), вместо того чтобы полностью реализовать свой потенциал в значимом деле. На Марсе найти такие дела гораздо легче: перед поселенцами предстоит задача преобразования целой планеты, восстановления ее до первоначального состояния «молодого, теплого и влажного Марса», столь интригующего планетологов.
Цилиндры обладают еще одним значительным преимуществом: с их поверхности будет гораздо удобнее запускать исследовательские аппараты к различным объектам Солнечной системы, начиная от Цереры и заканчивая Титаном. Это связано с тем, что для взлета с цилиндра не требуется преодолевать даже гравитацию Марса.
В конечном счете, опыт длительного пребывания в цилиндрах O’Нила может оказаться полезным и в других обстоятельствах. Например, если человечество не разработает в течение ближайшего столетия двигатели, способные обеспечить исследование и колонизацию других звездных систем со скоростями, близкими к скорости света, то уже писали, у нашего вида уже более полувека существует технология, позволяющая совершать полеты к ближайшим звездам за считанные десятилетия или столетия.
Цилиндрической формы конструкции, достигающие огромных размеров, представляют собой оптимальный выбор для масштабных колонизационных кораблей. Замена солнечных панелей на атомные реакторы-размножители позволит отправить их в соседнюю звездную систему. Они будут оснащены надежной защитой от радиации, значительным запасом воды и замкнутыми биосферами, прошедшими десятилетия практической эксплуатации.
Артура Кларка можно считать одним из первых, кто представил подобную конструкцию в своем романе «Свидание с Рамой»: там описывается цилиндр, размеры которого составляют 16 на 50 километров, в котором вблизи стенок расположено пресное море, находящееся на внешней стороне цилиндра и являющееся средой обитания для живых существ и роботов, обеспечивающих их существование. Создание подобного колонизационного корабля, способного совершать многовековые или даже тысячелетние перелеты, не является невозможным для землян. Таким образом, даже при текущем уровне развития технологий мы могли бы получить инструмент для заселения других планетных систем — даже если в настоящее время эта необходимость отсутствует.