Marzenie o przekształceniu Czerwonej Planety w tętniący życiem, zielony świat jest niemal tak stare, jak sama astronomia. Wizje kolonizatorów spacerujących po powierzchni Marsa bez skafandrów kosmicznych od dekad napędzają literaturę science-fiction i ambitne plany agencji kosmicznych. Jednak rzeczywistość, którą rzetelnie analizują naukowcy, maluje znacznie trudniejszy obraz. Najnowsza publikacja dr. Slavy Turysheva z NASA Jet Propulsion Laboratory (JPL) rzuca nowe światło na wyzwania stojące przed ludzkością. Wnioski są jednoznaczne: terraformowanie Marsa to nie tylko problem klimatyczny, ale przede wszystkim logistyczny i przemysłowy koszmar, który wykracza poza nasze obecne zdolności technologiczne.
Aby zrozumieć skalę trudności, musimy najpierw zdefiniować, co właściwie oznacza uczynienie planety zdatną do zamieszkania. Turyshev w swojej pracy wyróżnia pięć fundamentalnych etapów, czyli „stanów końcowych” transformacji. Obecnie Mars znajduje się w punkcie zero – jest ekstremalnie mroźny, a jego ciśnienie atmosferyczne jest tak niskie, że przeżycie bez zaawansowanych systemów podtrzymywania życia jest niemożliwe.
Pierwszym realnym celem inżynieryjnym byłoby osiągnięcie tzw. punktu potrójnego wody (ok. 6,1 milibara przy 0°C). Dopiero w tych warunkach woda może współistnieć w stanie stałym, ciekłym i gazowym, co jest absolutnym minimum dla biologii. Kolejnym etapem jest stworzenie „szklarniowych warunków” (tzw. shirtsleeve greenhouse), gdzie na skalę lokalną lub regionalną możliwe byłoby prowadzenie rolnictwa pod ogromnymi kopułami. Ten model, znany jako paraterraformowanie, jest znacznie bardziej realistyczny niż zmiana całej planety, ponieważ wyższe ciśnienie wewnątrz konstrukcji pomagałoby utrzymać ich integralność strukturalną względem rzadkiej atmosfery zewnętrznej.
Prawdziwe wyzwania zaczynają się jednak później. Aby krew człowieka nie wrzała w temperaturze ciała (37°C) na otwartej przestrzeni, ciśnienie musi wzrosnąć do co najmniej 62,7 milibara. Ostatnim, niemal mitycznym etapem, byłoby stworzenie atmosfery nadającej się do oddychania z grubym buforem azotowym i ciśnieniem tlenu na poziomie 210 milibarów (przy całkowitym ciśnieniu około 500 milibarów), co wymagałoby również drastycznego podniesienia średniej temperatury planety.
Atmosfera o masie księżyców
Liczby stojące za tymi etapami są wręcz niewyobrażalne. Aby podnieść ciśnienie atmosferyczne Marsa o zaledwie 1 milibar, musielibyśmy wpompować w jego atmosferę około 3,89 x 10^15 kg gazu. To masa niemal równa masie Deimosa, mniejszego z księżyców Marsa. Jeśli jednak naszym celem byłaby atmosfera pozwalająca na swobodne oddychanie, potrzebowalibyśmy masy rzędu 10^18 kg – co odpowiada masie Janusa, jednego z nieregularnych księżyców Saturna.
Podobna skala trudności dotyczy temperatury. Średnia temperatura Marsa musiałaby wzrosnąć o około 60 stopni Celsjusza, aby woda w stanie ciekłym stała się stabilna globalnie. Proponowane rozwiązania, takie jak wstrzykiwanie nanocząsteczek absorbujących promieniowanie krótkofalowe czy uwalnianie gazów cieplarnianych, wymagają gigantycznej infrastruktury. Jedna z koncepcji zakłada umieszczenie na orbicie potężnych luster koncentrujących światło słoneczne. Wyliczenia dr. Turysheva wskazują jednak, że potrzebowalibyśmy luster o łącznej powierzchni 70 milionów kilometrów kwadratowych – to obszar niemal siedmiokrotnie większy od Europy.
Woda to nie problem, ale energia już tak
Co ciekawe, zasoby naturalne Marsa mogą być wystarczające. Do wytworzenia oddychalnej atmosfery potrzebowalibyśmy około 8,2 x 10^17 kg tlenu, który najłatwiej uzyskać poprzez elektrolizę wody. Obliczono, że wymagałoby to ilości wody odpowiadającej sześciu metrom sześciennym na każdy metr kwadratowy powierzchni Marsa. Dobra wiadomość jest taka, że na Czerwonej Planecie znajduje się wystarczająco dużo lodu – zapotrzebowanie to stanowi zaledwie około 20% znanych i łatwo dostępnych zasobów lodu powierzchniowego. Oznacza to, że scenariusze zakładające bombardowanie planety kometami bogatymi w wodę mogą okazać się zbędne.
Prawdziwym „wąskim gardłem” całego procesu jest jednak energia. Aby przetworzyć taką ilość wody w tlen, potrzeba minimum 1,2 x 10^25 dżuli energii. Rozkładając ten proces na ambitny okres tysiąca lat, ludzkość musiałaby dysponować stałą mocą wyjściową na poziomie 380 terawatów. Dla porównania: jest to prawie 20 razy więcej niż obecne roczne zużycie energii przez całą naszą cywilizację na Ziemi.
Przyszłość pod kopułami?
W obecnym stanie rozwoju cywilizacyjnego nie dysponujemy technologiami zdolnymi do wygenerowania i spożytkowania takiej energii poza naszą macierzystą planetą. Nie oznacza to jednak, że marzenie o Marsie musi umrzeć. Dr Turyshev sugeruje, że zamiast globalnego terraformowania, powinniśmy skupić się na wspomnianym paraterraformowaniu – budowie mniejszych, samowystarczalnych ekosystemów zamkniętych pod kopułami.
Realistycznie rzecz biorąc, Mars pozostanie surowym i nieprzyjaznym miejscem przez wiele stuleci. Choć wizjonerzy tacy jak Elon Musk czy autorzy twardej fantastyki naukowej (np. Kim Stanley Robinson w swojej słynnej „Trylogii Marsjańskiej”) rozpalają wyobraźnię, matematyka i fizyka pozostają nieubłagane. Mars może stać się naszym drugim domem, ale proces ten będzie raczej żmudną, trwającą tysiąclecia budową, a nie szybką transformacją klimatyczną. Zanim Czerwona Planeta zazielenieje, nasi potomkowie będą musieli stać się cywilizacją typu planetarnego, dysponującą zasobami energii, o których my możemy dziś tylko śnić.