Сухие речные долины, усеявшие поверхность Марса, свидетельствуют о богатом гидрологическом прошлом планеты. Исследования показали, что многочисленные ручьи текли еще 600 000 лет назад, что говорит о том, что планета была на грани обитаемости до того, как ее магнитное поле и атмосфера исчезли. В течение следующих нескольких тысяч лет на планете стало слишком холодно (в среднем -63°C), чтобы на ней могла закрепиться жизнь.
Было высказано предположение, что нагрев планеты — это ключ к тому, чтобы сделать ее пригодной для жизни (этот процесс известен как «терраформирование»). Хотя атмосфера планеты состоит в основном из CO2, она непрочна. Уровень сконденсированного или минерализованного CO2 в атмосфере должен быть высоким, чтобы вызвать парниковый эффект, достаточно мощный, чтобы нагреть планету в целом.
Были предложены различные способы нагрева поверхности Марса и начала терраформирования. В одном из исследований, например, предлагалось использовать прозрачные гелевые плитки для поглощения тепловой энергии. Однако этот метод потребует значительных затрат и ввоза большого количества материалов с Земли. Другая альтернатива — введение в марсианскую атмосферу искусственных парниковых газов (например, хлорфторуглеродов). Однако это потребовало бы использования около 100 000 мегатонн фтора, редкого элемента в почве планеты.
Поэтому исследовательская группа из Чикагского университета, Северо-Западного университета и Университета Центральной Флориды предлагает новый подход к терраформированию, который позволит использовать богатые базовые материалы на поверхности Марса. Доступность этого материала означает, что он гораздо более осуществим, чем ранее предложенные методы.
Обратимый эффект потепления более чем на 10°C
Подход команды к новому исследованию основан на использовании аэрозоля, состоящего из пыли, естественно присутствующей на поверхности Марса. Эта пыль образуется в основном в результате фрагментации богатых железом минералов, которые придают планете характерный оранжево-красный цвет. Из-за очень малого размера частиц (в среднем 1,5 микрометра в диаметре) она переносится ветром на высоту до 60 километров и остается постоянно видимой в марсианском небе.
Марсианский пылевой аэрозоль имеет тенденцию слегка охлаждать поверхность в дневное время, что связано с особенностями его состава и геометрией частиц. Поэтому ученые в новом исследовании предлагают изменить его структуру таким образом, чтобы он мог накапливать тепло, а не выбрасывать его.
Для этого они разработали железные и алюминиевые наностержни длиной около 9 микрометров, эквивалентные по размеру коммерчески доступным блесткам. Частицы специально разработаны для улавливания тепла и отражения солнечного света обратно к поверхности, усиливая парниковый эффект планеты. Более того, длина волны, отражаемой наностержнями, примерно в два раза меньше длины волны восходящего теплового инфракрасного излучения, что позволяет им эффективно взаимодействовать с этим излучением.
«То, как свет взаимодействует с объектами, имеющими меньшую длину волны, завораживает. Важно отметить, что искусственные наночастицы могут создавать оптические эффекты, которые выходят далеко за рамки того, что обычно ожидается от таких маленьких частиц«, — объясняет ведущий автор исследования Самане Ансари (Samaneh Ansari) из Северо-Западного университета в пресс-релизе Чикагского университета, подробно описывающем результаты исследования в журнале . Исследователи также считают, что можно разработать наночастицы, которые будут еще эффективнее задерживать тепло.
Однако для обогрева Марса придется закачать миллионы тонн таких искусственных частиц. Однако это в 5 000 раз меньше, чем потребовалось бы при использовании предыдущих подходов. Расчеты исследователей показали, что если непрерывно выпускать их в марсианскую атмосферу со скоростью 30 литров в секунду, они смогут повысить температуру планеты более чем на 10°C всего за несколько месяцев.
Эта температура достаточно высока, чтобы сделать лед жидким и потенциально позволить процветать микробной жизни. «Это говорит о том, что барьер, препятствующий потеплению Марса для появления жидкой воды, не так прочен, как считалось ранее«, — говорит Эдвин Кайт из Чикагского университета, автор-корреспондент исследования. Более того, потепление будет обратимым, так как индуцированный парниковый эффект исчезнет через несколько лет, если прекратить подачу искусственных частиц.
Потенциальная микробная жизнь, способная увеличить количество кислорода в атмосфере
Потепление Марса станет лишь первым шагом на пути к его терраформированию, поскольку на этом этапе его атмосфера все еще будет не пригодна для дыхания. Тем не менее микробная жизнь, которая потенциально может развиваться в жидкой воде, могла бы постепенно увеличить уровень кислорода в атмосфере, как это сделала Земля во время своего формирования. На Марсе также есть вода и облака, которые могут конденсироваться по мере нагревания и выпадать на поверхность в виде дождя.
Однако для точного моделирования различных климатических процессов, которые может запустить новый подход, необходимы дополнительные исследования. «Климатические обратные связи очень сложно точно смоделировать«, — объясняет Кайт. Например, в настоящее время невозможно определить, как быстро искусственная пыль может распространиться в марсианской атмосфере. «Для реализации такого проекта нам потребуется больше данных с Марса и Земли, и мы должны будем действовать медленно и обратимо, чтобы убедиться, что эффекты сработают так, как ожидается«, — заключает эксперт.