Ученые из международной исследовательской группы создали модель, позволяющую определить необходимые параметры атмосферы и уровень давления, чтобы земные деревья могли произрастать на Марсе. Результаты оказались более оптимистичными, чем ожидалось ранее. Однако, первый марсианский лес, вероятно, появится не в тех районах, которые обычно рассматриваются – а именно, в более высоких широтах, удаленных от экватора.
В настоящий момент компания SpaceX проводит испытания многоразовой ракеты, предназначенной для обеспечения колонизации и изменения климата Марса. В числе сотрудников SpaceX есть ученые, которые ранее предлагали наиболее простые и действенные технические способы изменения климата четвертой планеты, используя суперпарниковые газы. Однако этот процесс, в любом случае, займет столетия. Если поднять температуру Красной планеты до современного земного уровня можно почти сразу после достижения нужных концентраций суперпарниковых газов в марсианской атмосфере, то ее насыщение кислородом займет, в оптимальном случае, многие века. Эффективнее всего фотосинтезируют в условиях недостатка влаги деревья: у них ниже потребность в воде на единицу биомассы.
Современная газовая среда Марса значительно тоньше земной – она примерно в 170 раз менее плотная по сравнению с атмосферой Земли на уровне моря. На нашей планете подобное низкое давление наблюдается на высоте 35 километров, а для поддержания жизни деревьям необходимо более высокое атмосферное давление. В связи с этим исследователи из США, Польши и Швейцарии провели расчеты, чтобы определить, при каких условиях на Марсе смогут произрастать деревья. Их заключения они представили на конференции Астробиология и будущее жизни, прошедшей в Институте Луны и планет в Хьюстоне, США, в октябре 2024 года.
В настоящее время атмосферное давление на поверхности Марса составляет 0,61 килопаскалей. В докладе указано, что лабораторные исследования показывают, что земные деревья способны расти при давлении от 10 килопаскалей, что в 16 раз превышает современное марсианское, но в 10 раз ниже, чем на Земле. Также для их роста необходима определенная температура. При этом, согласно данным, около одного процента этого давления (0,1 килопаскаля) должно приходиться на кислород, поскольку земные высшие растения не способны выживать без него в ночное время.
Для успешного развития растений вегетационный период должен занимать не менее 110 местных суток (каждый день длится 24 часа 40 минут), из общего числа 669 суток, составляющих марсианский год. В течение вегетационного периода минимальные ночные температуры не должны быть ниже -6°C, средние – ниже +6°C, а максимальные – выше +40°C.
Указанные условия становятся возможными при поглощении солнечного излучения атмосферой Марса в объеме, составляющем 0,27 единицы. Это вполне достижимо при значительном увеличении концентрации парниковых газов. Согласно результатам моделирования, требуемый температурный и атмосферный режим впервые будет сформирован в неожиданном месте — на Равнине Эллады.
Это впадина, простирающаяся на расстояние до 2300 километров в диаметре и находящаяся на семь километров ниже средней высоты марсианской поверхности. Она расположена за пределами тропической зоны, то есть самой теплой области планеты. На ее дне атмосферное давление даже в настоящее время составляет 1,24 килопаскаля, что в два раза превышает стандартное марсианское значение. Летом там иногда формируется легкий туман, а зимой регулярно выпадает водяной иней, что позволяет легко заметить эту область на поверхности планеты. Более того, давление в этой зоне превышает так называемую тройную точку воды, следовательно, на ее поверхности может существовать жидкая вода, в то время как на остальной части планеты она быстро испаряется из-за недостаточного давления. На дне равнины необходимые для роста деревьев параметры давления будут достигнуты вдвое быстрее, чем на остальной поверхности Марса.
Авторы исследования отмечают, что район экватора не является оптимальным для размещения первых экспериментальных теплиц на Марсе, поскольку они не будут герметичными и отапливаемыми, а значит, и более бюджетными. Вместе с тем, радиолокационные данные, полученные в ходе изучения Марса, указывают на наличие залежей водного льда на Равнине Эллады, толщиной от 200 до 450 метров. Это означает, что с началом терраформирования там может образоваться значительное количество жидкой воды, что потенциально запустит местный гидрологический цикл с последующими осадками.
Следует учитывать, что при проведении расчетов исследователи прибегали к значительным упрощениям. В частности, для облегчения вычислений поверхность Марса была разделена на участки размером 190 на 190 километров. Такой подход позволяет получить представление об общей обстановке на обширных равнинах, однако искажает оценку возможностей для роста деревьев в гористой местности.
Долины Маринер характеризуются глубиной, достигающей 11 километров (например, дно каньона Мелас). Предполагается, что в прошлом на этой территории существовало очень глубокое озеро. Длина каньона составляет 547 километров, однако его ширина значительно меньше, из-за чего его площадь не превышает 190 на 190 километров. Тем не менее, сам каньон расположен на возвышенности, что обуславливает меньшую глубину по сравнению с низменными участками Равнины Эллады. Принимая во внимание, что Мелас находится на 10-й градусе южной широты, средние температуры там, вероятно, будут заметно выше, чем на Равнине Эллады.
Повышение температуры на Марсе должно сопровождаться увеличением атмосферного давления. Это связано с тем, что значительное количество углекислого газа находится в форме сухого льда на полюсах, а большое количество азота – связано с перхлоратами и/или нитратами, распространенными в местных почвах. Эти перхлораты и нитраты сохраняют свою стабильность лишь при очень низких температурах, и с повышением температуры они разлагаются, выделяя азот. Эксперименты, проведенные на борту марсохода, включающие нагрев местного грунта, демонстрируют выделение азота в процессе нагревания.
Следует учитывать, что повышение давления кислорода на Марсе до уровня 0,1 килопаскаля представляет собой самостоятельную и довольно трудную задачу, решение которой может быть облегчено использованием других земных фотосинтезирующих организмов, о чём Naked Science уже писал ранее. В отличие от деревьев они (согласно лабораторным экспериментам) могут выжить в марсианских условиях уже сейчас, правда, в достаточно ограниченном количестве мест.