Terraforming - budowanie nowej Ziemi w nowym miejscu
Terraformowanie planety, księżyca lub innego obiektu to hipotetyczny, nigdzie jeszcze (o ile nam wiadomo) nieprzeprowadzany proces modyfikowania atmosfery, temperatury, topografii powierzchni lub ekologii planety albo innego ciała niebieskiego, tak aby uzyskać podobieństwo do środowiska Ziemi i aby nadawało się ono do zamieszkania przez życie podobne do ziemskiego.
Koncepcja terraformingu rozwinęła się zarówno na terenie science fiction, jak i nauki rzeczywistej. Sam termin został zaś ukuty przez Jacka Williamsona (Willa Stewarta) w opowiadaniu science fiction "Collision Orbit" (1) opublikowanym w roku 1942 r.
Wenus ochłodzić, Marsa ogrzać
W artykule opublikowanym w czasopiśmie "Science" w 1961 r. astronom Carl Sagan zaproponował inżynierię planety Wenus. Wyobrażał sobie posianie w jej atmosferze alg, które przekształcałyby wodę, azot i dwutlenek węgla w związki organiczne. Proces ów miałby usuwać z atmosfery dwutlenek węgla, co zmniejszałoby efekt cieplarniany, aż do spadku temperatur do komfortowego poziomu. Naddatek węgla miałby być sekwencjonowany na powierzchni planety w postaci np. grafitu.
Niestety, późniejsze odkrycia dotyczące warunków panujących na Wenus jasno wykazały, że taki proces byłby niemożliwy. Choćby dlatego, że tamtejsze chmury składają się z wysoko stężonego roztworu kwasu siarkowego. Nawet jeśli we wrogim środowisku górnej części atmosfery mogłyby teoretycznie rozwijać się glony, to sama atmosfera jest tam po prostu zbyt gęsta - wysokie ciśnienie atmosferyczne spowodowałoby powstanie prawie czystego tlenu molekularnego, a węgiel zostałby spalony, uwalniając ponownie CO2.
O terraformowaniu mówimy jednak najczęściej w kontekście potencjalnego przysposabiania Marsa (2). W "Planetary Engineering on Mars", artykule opublikowanym w czasopiśmie "Icarus" w 1973 r., Sagan rozważał Czerwoną Planetę jako miejsce potencjalnie nadające się do zamieszkania przez ludzi.
Trzy lata później NASA oficjalnie zajęła się kwestią inżynierii planetarnej, używając terminu "planetarna ekosynteza". W opublikowanym studium stwierdzono, że Mars byłby w stanie podtrzymać życie i stać się planetą nadającą się do zamieszkania. W tym samym roku zorganizowano pierwszą sesję konferencyjną na temat terraformingu, zwanego wówczas także "modelowaniem planetarnym".
Dopiero jednak w 1982 r. słowo terraforming zostało użyte w rozumieniu współczesnym. Planetolog Christopher McKay (7) napisał pracę "Terraforming Mars", która ukazała się w "Journal of the British Interplanetary Society". Referat omawiał perspektywy samoregulacji biosfery marsjańskiej, a słowo użyte przez McKaya stało się od tego czasu preferowanym terminem. W 1984 r. James Lovelock i Michael Allaby opublikowali książkę "The Greening of Mars" - jedną z pierwszych, w których opisano nową metodę ocieplania Marsa za pomocą chlorofluorowęglowodorów (CFC) dodawanych do atmosfery.
W sumie przeprowadzono już wiele badań i naukowych debat dotyczących możliwości ogrzania tej planety i przeobrażenia jej atmosfery. Co ciekawe, niektóre hipotetyczne metody przekształcania Marsa mogłyby już mieścić się w ramach możliwości technologicznych ludzkości. Wymagane do tego zasoby ekonomiczne byłyby jednak znacznie większe niż te, które jakikolwiek rząd lub społeczeństwo są obecnie skłonni przeznaczyć na tego rodzaju cel.
Podejście metodyczne
Po tym, jak terraforming wszedł do szerszego obiegu pojęć, zaczęto jego sferę systematyzować. W 1995 r. Martyn J. Fogg (3) w swojej książce "Terraforming: Engineering Planetary Environments" zaproponował następujące definicje dla różnych aspektów związanych z tą dziedziną:
- inżynieria planetarna - zastosowanie technologii w celu wywarcia wpływu na globalne właściwości planety;
- geoinżynieria - inżynieria planetarna stosowana w szczególności w odniesieniu do Ziemi. Obejmuje tylko te pojęcia z zakresu makroinżynierii, które dotyczą zmiany niektórych globalnych parametrów, takich jak efekt cieplarniany, skład atmosfery, nasłonecznienie lub strumień uderzeniowy;
- terraformowanie - proces inżynierii planetarnej, ukierunkowany w szczególności na zwiększenie zdolności pozaziemskiego środowiska planetarnego do podtrzymywania życia w znanym nam stanie. Ostatecznym osiągnięciem w tej dziedzinie byłoby stworzenie otwartego ekosystemu planetarnego, naśladującego wszystkie funkcje biosfery Ziemi, w pełni przystosowanego do zamieszkania przez ludzi.
Fogg opracował również definicje dla planet o różnym stopniu kompatybilności z punktu widzenia możliwości przeżycia na nich człowieka. Wyróżnił planety:
- nadające się do zamieszkania (Habitable Planet - HP) - świat o środowisku wystarczająco podobnym do Ziemi, aby umożliwić wygodne i swobodne przebywanie w nim ludzi;
- biokompatybilne (BP) - planety o parametrach fizycznych pozwalających na to, aby na ich powierzchni było w stanie kwitnąć życie. Jeśli nawet początkowo są go pozbawione, to mogłyby być siedliskiem biosfery o znacznym stopniu złożoności, bez potrzeby terraformowania;
- łatwo ulegające terraformowaniu (ETP) - planety, które mogłyby stać się biokompatybilne lub nadające się do zamieszkania i dałoby się je utrzymywać w tym stanie za pomocą relatywnie skromnego zakresu technik inżynierii planetarnej oraz zasobów zgromadzonych na pobliskim statku kosmicznym lub misji zrobotyzowanego prekursora.
Fogg przypuszcza, że Mars był w młodości planetą biologicznie kompatybilną, choć obecnie nie należy do żadnej z trzech kategorii - jego terraforming wykraczałby poza ramy ETP, byłby zbyt trudny i zbyt kosztowny.
Bezwzględnym wymogiem dla życia jest istnienie źródła energii, ale pojęcie natychmiastowej lub potencjalnej zdatności planety do życia opiera się na wielu innych kryteriach geofizycznych, geochemicznych i astrofizycznych.
Szczególnie interesujący wydaje się zestaw czynników, które oprócz prostszych organizmów na Ziemi podtrzymują złożone, wielokomórkowe zwierzęta. Badania i teoria w tym zakresie są częścią składową nauki o planetach i astrobiologii.
Zawsze można użyć termojądrówki
W swojej mapie drogowej w zakresie astrobiologii NASA określa główne kryteria adaptacyjne przede wszystkim jako "odpowiednie zasoby płynnej wody, warunki sprzyjające skupianiu się złożonych cząsteczek organicznych oraz źródła energii podtrzymujące metabolizm". Gdy na danej planecie warunki staną się odpowiednie dla życia określonego gatunku, wówczas można rozpoczynać import życia mikrobiologicznego. W miarę zbliżania się warunków do tych panujących na Ziemi, można również sprowadzić tam życie roślinne. Przyspieszyłoby to produkcję tlenu, co teoretycznie uczyniłoby planetę w końcu zdolną do podtrzymywania życia zwierząt.
Na Marsie brak aktywności tektonicznej uniemożliwiał recykling gazów znajdujących się w tamtejszych osadach, który na Ziemi sprzyja atmosferze. Po drugie, brak całościowej magnetosfery wokół Czerwonej Planety mógł, jak się uważa, prowadzić do stopniowego niszczenia atmosfery przez wiatr słoneczny (4).
Konwekcja w rdzeniu Marsa, który wykonany jest głównie z żelaza, początkowo wytwarzała pole magnetyczne, jednak dynamo przestało działać już dawno temu, a marsjańskie pole w dużej mierze zniknęło, prawdopodobnie z powodu utraty ciepła w jądrze i krzepnięcia. Obecnie tamtejsze pole magnetyczne ma postać zbioru mniejszych pól, niczym lokalne parasole, występujące głównie wokół południowej półkuli. Resztki magnetosfery osłaniają ok. 40% powierzchni planety. Wyniki badań misji NASA Maven pokazują, że atmosfera jest usuwana przede wszystkim z powodu słonecznych koronalnych wyrzutów masy, które bombardują planetę wysokoenergetycznymi protonami.
Terraformowanie Marsa musiałoby wiązać się z dwoma dużymi jednoczesnymi procesami - budową atmosfery i jej ogrzaniem.
Grubsza atmosfera gazów cieplarnianych, takich jak dwutlenek węgla, zatrzymywałaby napływające promieniowanie słoneczne. Ponieważ podwyższona temperatura dodawałaby do atmosfery gazy cieplarniane, oba procesy wzajemnie by się wzmacniały. Sam dwutlenek węgla nie wystarczyłby jednak do utrzymania temperatury wyższej od temperatury zamarzania wody - potrzebne byłoby jeszcze coś.
Następna sonda marsjańska, która niedawno została nazwana Perseverance i wystartuje w tym roku, podejmie próbę wytworzenia tlenu. Wiemy, że rzadka atmosfera zawiera 95,32% dwutlenku węgla, 2,7% azotu, 1,6% argonu i ok. 0,13% tlenu, a także szereg innych pierwiastków w jeszcze mniejszych ilościach. Eksperyment, znany jako MOXIE (5), polegać ma na wykorzystaniu dwutlenku węgla i wydobyciu z niego tlenu. Testy laboratoryjne wykazały, że generalnie jest to możliwe i wykonalne technicznie. Od czegoś trzeba zacząć.
Szef SpaceX, Elon Musk, nie byłby sobą, gdyby nie wtrącił do dyskusji o terraformowaniu Marsa swoich trzech groszy. Jednym z pomysłów Muska jest zrzucenie na marsjańskie bieguny bomb wodorowych. W trakcie zmasowanego bombardowania powstałoby, jego zdaniem, mnóstwo energii cieplnej, topiącej lód, a to wyzwalałoby dwutlenek węgla, który w atmosferze wywołałby efekt cieplarniany, zatrzymujący ciepło.
Pole magnetyczne wokół Marsa chroniłoby marsonautów przed promieniowaniem kosmicznym i pozwoliło na rozwój łagodnego klimatu na powierzchni planety. Na pewno nie uda na się jednak umieścić w jej wnętrzu wielkiego kawału płynnego żelaza. Eksperci proponują więc inne rozwiązanie - wstawienie w punkt libracyjny L1 w układzie Mars-Słońce wielkiego generatora, co pozwoliłoby na stworzenie wystarczająco silnego pola magnetycznego.
Koncepcja została zaprezentowana na Planetary Science Vision 2050 Workshop przez dr. Jima Greena, dyrektora Planetary Science Division - sekcji NASA zajmującej się eksploracją planet. Z czasem pole magnetyczne doprowadziłoby do zwiększenia ciśnienia atmosferycznego oraz średnich temperatur. Wzrost zaledwie o 4°C stopi lód w regionach polarnych, uwalniając zgromadzone pokłady CO2, które wyzwolą potężny efekt cieplarniany. Znów popłynie tam woda. Zdaniem pomysłodawców, realny czas realizacji projektu to rok 2050.
Z kolei zaproponowane w lipcu ubiegłego roku przez badaczy z Uniwersytetu Harvarda rozwiązanie nie obiecuje od razu terraformowania całej planety, ale być może byłoby metodą na uczynienie tego krok po kroku. Naukowcy wymyślili wzniesienie "kopuł" z cienkich warstw krzemionkowego aerożelu, które byłyby przezroczyste, a jednocześnie zapewniały ochronę przed promieniowaniem UV i ocieplały powierzchnię.
Podczas przeprowadzonych symulacji okazało się, że już cienka, licząca sobie 2-3 cm, warstwa aerożelu wystarczy, żeby ogrzać powierzchnię aż o 50°C. Jeśli wybierzemy odpowiednie miejsca, oznacza to podniesienie temperatury fragmentów Marsa do –10°C. Wciąż byłaby ona niska, ale już w przedziale, z którym umiemy sobie poradzić. Co więcej, prawdopodobnie pozwoliłoby to na utrzymywanie w tych regionach wody w stanie płynnym i to przez cały rok, co w połączeniu ze stałym dostępem do promieni słonecznych powinno wystarczyć roślinności do przeprowadzania fotosyntezy.
Ekologia terraformingu
Jeśli pomysły na przebudowę Marsa na podobieństwo Ziemi brzmią fantastycznie, to potencjalny terraforming innych ciał kosmicznych podnoszą poziom fantastyczności do n-tej potęgi.
O Wenus była już mowa. Mniej znane są rozważania dotyczące terraformowania Księżyca. Geoffrey A. Landis z NASA oszacował w 2011 r., że stworzenie wokół naszego satelity atmosfery o ciśnieniu 0,07 atm z czystego tlenu wymagałoby dostarczenia tam skądś 200 mld ton tlenu. Badacz sugerował, że można by tego dokonać przez reakcje redukcji tlenu ze skał księżycowych. Problem w tym, że niska grawitacja spowodowałaby szybką jego utratę. Jeśli chodzi o wodę, to akurat wcześniejsze plany bombardowania księżycowej powierzchni kometami mogą być już nieaktualne. Okazuje się bowiem, że w lunarnym gruncie znajduje się sporo miejscowego H20, szczególnie w okolicach południowego bieguna.
Innymi możliwymi kandydatami do terraformingu - być może tylko częściowego - lub paraterraformingu, polegającego na tworzeniu na obcych ciałach kosmicznych zamkniętych habitatów dla ludzi (6), są: Tytan, Callisto, Ganimedes, Europa, a nawet Merkury, księżyc Saturna Enceladus i karłowata planeta Ceres.
Jeśli sięgniemy dalej, do egzoplanet, w gronie których coraz częściej natykamy się na światy o sporym podobieństwie do Ziemi, to wchodzimy nagle na zupełnie nowy poziom dyskusji. Możemy bowiem zidentyfikować tam na odległość planety typu ETP, BP, a może nawet HP, czyli takie, których w Układzie Słonecznym nie mamy. Wtedy problemem większym niż technologia i koszty terraformingu staje się dotarcie do takiego świata.
Wiele propozycji dotyczących inżynierii planetarnej wiąże się z wykorzystaniem genetycznie zmodyfikowanych bakterii. Gary King, mikrobiolog z Uniwersytetu Stanowego Luizjany, badający najbardziej ekstremalne organizmy na Ziemi, zauważa, że:
"Biologia syntetyczna dała nam niezwykły zestaw narzędzi, które mogą być wykorzystane do produkcji nowych rodzajów organizmów, specjalnie dostosowanych do systemów, w których chcemy planować".
Naukowiec nakreśla perspektywy dla terraformingu, tłumacząc:
"Będziemy chcieli zbadać wybrane mikroby, znaleźć geny, które kodują przetrwanie i przydatność dla terraformingu (takich jak odporność na promieniowanie i brak wody), a następnie wykorzystać ową wiedzę do inżynierii genetycznej specjalnie zaprojektowanych mikrobów".
Największe problemy uczony widzi w zdolnościach genetycznego dopasowywania i dostosowywania odpowiednich mikrobów, oceniając, że pokonanie tej przeszkody może zająć "dekadę lub więcej". Zauważa również, że najlepiej byłoby opracować "nie jeden rodzaj mikrobów, ale kilka współpracujących ze sobą".
Specjaliści zasugerowali, że zamiast terraformingu lub w uzupełnieniu do terraformowania obcego środowiska, ludzie mogą przystosować się do tych miejsc poprzez zastosowanie inżynierii genetycznej, biotechnologii i ulepszeń cybernetycznych.
Lisa Nip z zespołu maszyn molekularnych MIT Media Lab, powiedziała, że dzięki biologii syntetycznej naukowcy mogliby genetycznie modyfikować ludzi, rośliny i bakterie, adaptując organizmy do warunków na innej planecie.
Martyn J. Fogg, Carl Sagan oraz Robert Zubrin i Richard L. S. Taylor uważają, że uczynienie innych światów odpowiednimi do życia - jako kontynuacja historii życia przekształcającego środowiska na Ziemi - jest wręcz moralnym obowiązkiem ludzkości. Wskazują oni również, że nasza planeta tak czy inaczej ostatecznie przestanie być zdatna dla życia. W dłuższej perspektywie trzeba się więc liczyć z koniecznością przeprowadzki.
Choć zwolennicy sądzą, że z terraformingiem jałowych planet nie wiążą się żadne etyczne problemy, to pojawiają się opinie, że w każdym przypadku nieetyczna byłaby jednak ingerencja w naturę.
Biorąc zaś pod uwagę wcześniejsze traktowanie Ziemi przez ludzkość, lepiej nie narażać innych planet na działania człowieka. Christopher McKay twierdzi, że terraformowanie jest etycznie poprawne tylko wtedy, gdy mamy całkowitą pewność, że obca planeta nie kryje rodzimego życia. A jeśli nawet uda nam się taką znaleźć, to nie powinniśmy próbować przekształcać jej na własny użytek, ale działać tak, aby się dostosować do tego obcego życia. W żadnym wypadku nie odwrotnie.
Zobacz także:
Wykapana Ziemia
Znudziła ci się Ziemia? Zapraszamy na Marsa
Historia Ziemi wciąż niezbyt znana. Gruz i błoto
