Может ли восстановиться атмосфера Марса?

Земля — единственная планета в Солнечной системе, на которой мы, люди, можем жить. По крайней мере не соблюдая каких-либо особых мер предосторожности. Все остальные небесные тела слишком холодные или слишком горячие. И, что самое главное, – у них нет атмосферы, которой можно было бы дышать…

Но от чего это зависит на самом деле? И может ли мы изменить такое положение дел, если захотим?

Итак, вопрос, который мы обсудим сегодня, звучит так: что определяет, может ли небесное тело удерживать атмосферу? И может ли атмосфера Марса получить новую жизнь? Давайте разберемся.

Физика атмосфер

Физика планетных атмосфер – не совсем тривиальная штука. Ученые не до конца понимают даже то, как работает атмосфера Земли. Ведь прогнозы погоды до сих пор вещь довольно неопределенная. А уж понимание атмосфер других небесных тел, находящихся на большом расстоянии от нас, еще сложнее. Эта тема представляет собой отдельную область исследований. Целую науку, если хотите, над которой ученые работают десятилетиями. В этой короткой статье невозможно обобщить всю сложность подобных исследований. Но можно привести несколько основных факторов.

Масса небесного тела, естественно, играет значительную роль, когда речь идет о поддержании атмосферы. Ведь она состоит из различных молекул газа. Каждая из которых движется более или менее быстро.  И чем больше масса небесного тела, тем больше и лучше оно может удерживать эти молекулы газа своей гравитационной силой. Но чем легче молекулы, тем быстрее они могут двигаться. И тем труднее их удерживать. Именно по этой причине в земной атмосфере почти нет ни водорода, ни гелия. Эти легкие газы улетучились в космос в самом начале истории Земли.

Однако другие планеты оказались в этом отношении более успешными. Юпитер и Сатурн, например, росли достаточно быстро на этапе формирования Солнечной системы, чтобы иметь возможность улавливать летучие газы, молекулы которых имеют небольшие массы. Поэтому с течением времени они смогли приобрести огромные оболочки, состоящие из водорода и гелия. И сегодня эти планеты, про сути, полностью состоят из атмосферы. С другой стороны есть небольшие небесные тела, такие как наша Луна. Которые вообще не смогли удержать сколько-нибудь заметного количества газов. И теперь представляют собой пустынные камни, полностью лишенные атмосферы.

Холодные спутники

Но помимо массы в этих процессах играет роль и температура. Чем она выше, тем быстрее движутся молекулы. И тем труднее удерживать атмосферу. Вероятно, это также является одной из причин того, что маленький (по сравнению с Землей) спутник Сатурна Титан имеет гораздо более плотную атмосферу, чем наша планета. Интересный факт – масса атмосферы Титана больше массы атмосферы Земли! Но почему? Просто на Титане очень холодно. Поскольку он находится очень далеко от Солнца. И молекулы газа в его атмосфере двигаются очень медленно. В этих краях так холодно, что такие газы, как аммиак (соединение азота и водорода), присутствуют на поверхности Титана в виде льда. Аммиак выделяется из этого льда и расщепляется на азот и водород солнечным ультрафиолетовым излучением. Водород уходит в космос, а азот удерживается, и является основным компонентом атмосферы Титана.

Ученые предполагают, что удары астероидов и комет в первые дни Солнечной системы могли высвободить первый азот изо льда. Это также объясняет, почему подобные небесные тела, такие как спутники Юпитера Ганимед или Каллисто, почти не имеют атмосферы. Из-за большей массы Юпитера ударяющиеся малые тела там разгонялись сильнее. И при ударе с большой скоростью выделялось очень много энергии. Поэтому молекулы газа просто исчезали в космосе.

Однако сама по себе масса — не единственный фактор, определяющий, может ли небесное тело иметь атмосферу или нет. Потому что нужно не только уметь удерживать молекулы газа. Но и уметь защищать их от разрушительных внешних воздействий. Например, солнечный ветер может нанести серьезный ущерб атмосфере. В этом случае постоянный поток заряженных частиц, который наше Солнце посылает в космос, действует как пескоструйный аппарат, который может медленно разрушать атмосферу. Высокоэнергетическое излучение попадает на молекулы газа, расщепляет их на атомарные составляющие, которые затем гораздо легче могут улетучиваться в космос. К счастью, наша Земля обладает сильным магнитным полем. Которое, в общем-то, и защищает нашу атмосферу от солнечного ветра. А вот с Марсом дела обстоят не так хорошо.

Атмосфера Марса

Марс меньше по размерам и менее массивен, чем планета Земля. Следовательно, он имеет меньшую гравитационную силу, чтобы удерживать атмосферу. Марс остывал гораздо быстрее, чем наша планета. Поэтому его ядро быстро ​​затвердело. А без движения жидкометаллического ядра не может возникнуть никакое магнитное поле. Атмосфера Марса, которая, по всей видимости, в прошлом была гораздо более плотной и пригодной для жизни, постоянно подвергалась воздействию солнечного ветра после того, как Марс остыл. И почти исчезла в течение миллионов лет. Сегодня от нее почти ничего не осталось. И Марс превратился в холодную и негостеприимную ледяную пустыню.

Однако несмотря на это, Марс по-прежнему остается планетой, на которой условия наиболее близки к земным. Время от времени здесь бывает достаточно комфортная температура выше нуля. Но обычно она примерно такая же, как в Антарктиде. Только без атмосферы…

Терраформирование Марса – популярная тема в научной фантастике. Многие энтузиасты просто горят идеей снова сделать Марс планетой с благоприятными для жизни условиями. И создать на планете плотную и пригодную для дыхания атмосферу. Это увеличит ее температуру. И вода снова может существовать в жидкой форме на поверхности Красной планеты. Водяной пар сможет накапливаться в атмосфере, создавая парниковый эффект. Который еще больше повысит температуру. И так далее.

Но возможно ли это в реальности? Что же, в жизни многое возможно. Но не все это обязательно реалистично. Чисто теоретически есть несколько способов изменить атмосферу Марса. Сухой лед (углекислый газ) можно заставить сублимировать на полюсах и улетучиваться в атмосферу. Можно было бы бомбардировать планету астероидами из космоса. И тем самым не только растопить лед, но и разогреть Марс. Можно было бы экспериментировать с микроорганизмами, способными справиться с экстремальными условиями на Марсе. И способными изменить атмосферу своим метаболизмом. Можно разместить на орбите большие зеркала и таким образом нагреть поверхность. И т.д. и т.п. Но помимо того что такие крупные технические проекты, вероятно, не осуществимы даже на Земле, не говоря уже о другой планете, нет никаких серьезных причин, по которым мы не могли бы изменить атмосферу Марса.

А как удержать-то?

Возможно на то, чтобы атмосфера Марса восстановилась, уйдет несколько столетий. Технически это вполне возможно. Но главный вопрос состоит вовсе не в этом. Он звучит так: а останется ли атмосфера Марса на месте? А как же солнечный ветер? Да, это большой вопрос. Ведь как говорилось в начале статьи, – атмосфера штука весьма непредсказуемая.

Атмосфера Марса, вероятно, не исчезла бы прямо сразу. Поскольку солнечно-ветровая эрозия — процесс небыстрый. Но если задаться целью осуществить многовековой проект терраформирования, то нам однозначно понадобится постоянный источник магнитного поля для планеты Марс. А как это должно работать технически – сегодня не знает ни кто. С доступными нам сегодня технологиями можно было бы создать локальные магнитные поля, всего несколько десятков метров в поперечнике, которые были бы достаточно сильными. Но тогда смысла в глобальном терраформировании не будет никакого. И можно будет осваивать только подходящие для обитания места.

Когда дело доходит до колонизации Марса, атмосфера, на самом деле, — это не первое, о чем стоит беспокоиться. Поскольку потребуется много времени, чтобы настроить ее более или менее нужным образом. А пока все эти процессы будут идти, все марсианские колонисты уже будут убиты космическими лучами. Потому что без магнитного поля они беспрепятственно попадают на поверхность Красной планеты. Данные, полученные с орбитальных зондов и марсоходов говорят о том, что радиационное воздействие на поверхности Марса намного выше, чем самые верхние пределы допустимых доз для человека. Большинство марсианских колонистов очень быстро умрут от вреда, нанесенного этим излучением. Задолго до того, как начнут задумывать о терраформировании. Или о чем-то подобном.

Да, атмосфера Марса может быть изменена, если бы мы этого захотели. Однако есть огромные сомнения, что это навсегда сделает Марс такой же пригодной для жизни планетой, как наша Земля. На данный момент у нас нет альтернативы в том, что касается среды обитания в Солнечной системе. У нас есть только Земля. И поэтому мы должны заботиться о ней.