Ludzie - Marsjanie. Mars nie wita nas, ale i tak się tam wybieramy
Wizjonerska koncepcja skalowalnej, zrównoważonej metropolii na Czerwonej Planecie, umieszczona w ścianie klifu Tempe Mensa, jest finalistą konkursu Mars Society na "wykonalne projekty osiedli" w 2020 roku. Założyciel i główny architekt ABIBOO, Alfredo Munoz, wraz ze swoim zespołem stworzył kompleksowy projekt przewidujący nie tylko obiekty mieszkalne, ale również parki miejskie i ogrody hydroponiczne. Zespół uważa, że budowa mogłaby się rozpocząć już w 2054 roku i powitać pierwszą falę kolonistów do 2100 roku.
Całość projektu "urbanizacji Marsa" przewiduje budowę pięciu miast, liczących od 200 do 250 tys. mieszkańców, z Nüwą jako stolicą. Abalos City byłoby zlokalizowane na północnym biegunie Marsa, wykorzystując dostęp do lodu, a Marineris City znajdowałoby się w Valles Marineris, jednym z największych kanionów w Układzie Słonecznym. Projektanci zakładają budowę w całości z lokalnych zasobów, prawie bez dostaw z Ziemi. Największym problemem, ich zdaniem, będzie transport samych mieszkańców w tak wielkiej liczbie, gdyż nie widać na horyzoncie rakiet i statków kosmicznych pozwalających na przewożenie tylu ludzi w krótkim czasie.
Nüwa to marzenie, piękny sen, od którego zaczęliśmy, ale w artykule niniejszym chcemy zająć się głównie trudnościami, wyzwaniami i brutalnymi realiami, z jakimi będziemy musieli się zmierzyć na Marsie, chcąc nawet nie osiedlać się tam, a jedynie polecieć i pobyć tam trochę w ramach misji eksploracyjnej.
Promieniowanie, jakiego na Ziemi nie znamy
Ludzie eksplorują swoją planetę i zakładają kolonie od tysiącleci. Jest to część naszej kultury, cywilizacji i natury. Jednakże koloniści znani z historii Ziemi, mimo różnych trudności, wszędzie, gdzie się udawali, od najgłębszych dżungli po mroźne arktyczne ekstrema, mieli dokładnie taką samą grawitację, takie samo powietrze, wodę i mnóstwo lokalnych zasobów i żywych stworzeń, po które mogli sięgnąć, by przetrwać. Na Marsie tak nie jest.
Zarówno Ziemia, jak i Mars poruszają się po eliptycznych orbitach, a w związku z tym odległość między Marsem a Ziemią zmienia się w czasie i wynosi od 56 milionów do ponad 400 milionów kilometrów. Oznacza to, że podróż na Marsa przy obecnej technice lotów kosmicznych najprawdopodobniej zajmie od sześciu do dziewięciu miesięcy. Ale tylko wtedy, gdy start z Ziemi nastąpi w krótkim oknie czasowym, w którym obie planety będą w najlepszym położeniu do podróży kosmicznych. Ogromne i zmienne w czasie odległości między Ziemią a Marsem sprawiają, że logistyka takich wypraw jest mocno utrudniona. I tak jak w przypadku eksploracji Księżyca istnieje możliwość udzielenia szybkiej pomocy w razie wypadku, dowiezienia żywności lub innego zaopatrzenia z Ziemi lub ze stacji kosmicznej, zbudowanej w połowie drogi między oboma ciałami niebieskimi, to w przypadku Marsa nie można na to liczyć.
W dodatku sama podróż jest pełna niebezpieczeństw. Jednym z najważniejszych zagrożeń, jakie za sobą niesie kilkumiesięczny lot w kosmosie, są rozbłyski słoneczne. Ich moc sięga poziomów porównywanych z wybuchem stu milionów bomb wodorowych.
Astronauci na orbicie, np. na pokładzie ISS, są chronieni przez ziemskie pole magnetyczne, ale podróżujący w przestrzeni międzyplanetarnej, narażeni na takie promieniowanie, nie przetrwaliby długo. Istniejący rekord najdłuższego kolejnego lotu kosmicznego to 438 dni kosmonauty Walerego Poliakowa, a najdłuższy czas spędzony w przestrzeni kosmicznej to 878 dni Giennadija Padalki. Najdłuższy czas spędzony poza ochroną ziemskiego pasa promieniowania Van Allena to około 12 dni podczas lądowania na Księżycu misji Apollo 17. Jest to niewiele w porównaniu z wieloma miesiącami lotu, które wymagane są w przypadku ekspedycji na Marsa.
Rozwiązaniem tego problemu mogłoby być wykorzystanie pokładowych zbiorników na wodę jako tarcz. W przypadku alarmu o rozbłysku słonecznym astronauci mogliby skryć się w "cytadeli" na pokładzie, chronionej tymi właśnie zbiornikami. Jednak najpierw musi być ów alarm w odpowiednim czasie. Wczesne wykrywanie erupcji na Słońcu mamy wciąż nieopanowane. Brak możliwości ustalenia słonecznych "prognoz pogody" uniemożliwia wczesne ostrzeżenie załogi przed potencjalnym zagrożeniem.
Promieniowanie kosmiczne i rozbłyski słoneczne stanowią problem nie tylko w czasie lotu między planetami. Mars nie ma magnetosfery chroniącej przed negatywnymi skutkami promieniowania z kosmosu. Ma za to znacznie rzadszą atmosferę niż Ziemia i powierzchnię w znacznej mierze pokrytą pyłem, z którego potężne burze mogą tworzyć chmury blokujące dostęp światła słonecznego do powierzchni planety.
Dla uzależnionych od energii słonecznej (2) eksploratorów a nawet kolonistów oznacza to miesiące bez dostaw energii. Trzeba pamiętać, że ta rzadka atmosfera jest jednocześnie toksyczna dla człowieka, ponieważ w większości składa się z dwutlenku węgla (95 proc. dwutlenku węgla, 3 proc. azotu, 1,6 proc. argonu i śladowe ilości innych gazów, w tym tlenu, poniżej 0,4 proc.). Ale to już w obliczu innych problemów może być uznane za mniej ważny problem.
Sonda Mars Odyssey za pomocą instrument MARIE (Mars Radiation Environment Experiment), który mierzy promieniowanie, wykazała, że poziom promieniowania na orbicie nad Marsem jest 2,5 razy wyższy niż na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej.
Średnia dzienna dawka wynosiła około 220 μGy (mikrogrejów), co odpowiada 0,08 Gy rocznie. Trzyletnia ekspozycja na taki poziom promieniowania przekroczyłaby limity bezpieczeństwa przyjęte obecnie przez NASA, a ryzyko zachorowania na raka w wyniku ekspozycji na promieniowanie po misji na Marsa może być dwukrotnie większe, niż wcześniej sądzili naukowcy.
Budowanie pomieszczeń mieszkalnych pod ziemią, np. w marsjańskich rurach lawowych, znacznie obniżyłoby narażenie kolonistów na promieniowanie. Jednak mieszkanie głęboko pod powierzchnią mało ma wspólnego z olśniewającą wizją Nüwy.
Innym z rozwiązań zaproponowanych przez naukowców jest użycie marsjańskiego pyłu do ochrony i wyłożenia zewnętrznej części schronów workami wypełnionymi marsjańską glebą. Tak przygotowane bariery mogłyby blokować promieniowanie z kosmosu, twierdzi Joseph Michalski z uniwersytetu w Hongkongu, który bada możliwości kolonizacji Marsa.
Jeśli mówimy o promieniowaniu, to warto wspomnieć o poglądach niektórych genetyków, m.in. Scotta Somolona z Uniwersytetu Rice, którzy sądzą, że hipotetyczni osadnicy z Ziemi na Marsie pod wpływem twardego promieniowania podlegać będą szybkim mutacjom DNA. W wykładzie TEDx w 2018 Solomon mówił o tym, że w ciągu kilku pokoleń mogą się silnie zmienić fizycznie i stracić możliwość współrozmnażania z ludźmi z Ziemi. Staliby się więc innym gatunkiem.
Zimno i nie ma czym oddychać
Marsjański dzień (lub sol) jest bardzo zbliżony w czasie do ziemskiego, trwa 24 godziny, 39 minut i 35,244 sekundy. Mars ma nachylenie osiowe 25,19°, podobne do ziemskiego 23,44°. W rezultacie Mars ma pory roku podobne do ziemskich, choć średnio trwają one prawie dwa razy dłużej, ponieważ rok marsjański to około 1,88 roku ziemskiego. Średnia marsjańskiego ciśnienia atmosferycznego to 0,6 kPa (na poziomie morza ziemskiego - 101,3 kPa). Grawitacja na powierzchni Marsa wynosi zaledwie 38 proc. grawitacji ziemskiej. Wiadomo, że mikrograwitacja powoduje problemy zdrowotne, takie jak utrata mięśni i demineralizacja kości.
Ciśnienie atmosferyczne na Marsie jest znacznie poniżej granicy Armstronga, określającej możliwość przetrwania bez skafandrów ciśnieniowych. Ponieważ nie można spodziewać się terraformowania jako rozwiązania dostępnego w najbliższym czasie, struktury nadające się do zamieszkania na Marsie musiałyby być zbudowane ze zbiorników ciśnieniowych podobnych do statków kosmicznych, zdolnych do utrzymania ciśnienia pomiędzy 30 a 100 kPa.
Klimat jest znacznie chłodniejszy niż na Ziemi, ze średnimi temperaturami powierzchni pomiędzy 186 a 268 K (najcieplej -5°C) w zależności od pory roku i szerokości geograficznej. Najniższa temperatura kiedykolwiek zarejestrowana na Ziemi wynosiła 184 K (-89,2°C) na Antarktydzie. Ponieważ Mars znajduje się około 52 proc. dalej od Słońca, ilość energii słonecznej docierającej do jego górnej atmosfery na jednostkę powierzchni wynosi tylko około 43,3 proc. tego, co dociera do górnej atmosfery Ziemi. Jednak ze względu na znacznie rzadszą atmosferę, większa część energii słonecznej dociera do powierzchni. Maksymalne natężenie promieniowania słonecznego na Marsie wynosi ok. 590 W/m2 w porównaniu do około 1000 W/m2 na powierzchni Ziemi.
Gleba i woda
Marsjańska gleba jest toksyczna ze względu na stosunkowo wysokie stężenie chloru i jego związków, które są niebezpieczne dla wszystkich znanych form życia. Jednocześnie hipotetyczne marsjańskie kolonie będą potrzebowały ogromnych ilości pożywienia. Najlepszą odpowiedzią na ten problem wydaje się uprawa żywności w specjalnie skonstruowanych do tego celu szklarniach (3). Jednak taki system prawdopodobnie wymagałby dużych ilości wierzchniej warstwy gleby jako podłoża do uprawy roślin (woda do zasilania systemu hydroponicznego prawdopodobnie byłaby w niedoborze).
Naukowcy z University of Georgia (UGA) opracowali serię sztucznych mieszanek glebowych naśladujących wierzchnią warstwę gleby Marsa. Te zastępcze próbki marsjańskiego regolitu składały się z mieszanek gleby, gliny, soli i innych składników łatwo dostępnych na powierzchni Marsa. Górna skorupa Marsa zawiera wiele składników odżywczych potrzebnych roślinom, w tym azot, potas i fosfor. Naukowcy w eksperymentach wzbogacają symulowaną marsjańską glebę o pożyteczne bakterie i grzyby.
Jednak wydajny system uprawy będzie wymagał bardzo dużych ilości zdatnej gleby i ten problem nie jest w tej chwili rozwiązany zadowalająco.
Nad rozwiązaniem problemu wody i pożywienia pracuje m.in. Elisabeth Hausrath, profesor nadzwyczajna uniwersytetu w Nevadzie. NASA wsparła jej badania nad glonami śnieżnymi, typowymi dla pustyni w stanie Nevada i innych wysokogórskich środowisk ziemskich ubogich w składniki odżywcze, czyli w warunkach naśladujących te występujące na Marsie. Rozrastające się glony mogłyby rosnąć w szklarniach wykonanych z elastycznego materiału. Uprawiane w ten sposób glony mogłaby nie tylko stanowić źródło pożywienia, ale także produkować tlen. Badania są wciąż na wczesnym etapie, choć zdaniem Hausrath glony doskonale sobie radzą w trudnych warunkach.
Wcześniej, jeszcze w 2012 r. pojawiła się informacja, że niektóre porosty i sinice przetrwały i wykazały niezwykłą zdolność adaptacji do fotosyntezy po 34 dniach w symulowanych warunkach marsjańskich w Mars Simulation Laboratory (MSL) utrzymywanym przez German Aerospace Center (DLR). Niektórzy naukowcy uważają, że sinice mogą odegrać rolę w rozwoju samowystarczalnych placówek załogowych na Marsie. Proponują oni, że sinice mogłyby być wykorzystywane bezpośrednio do różnych zastosowań, w tym do produkcji żywności, paliwa i tlenu, ale także pośrednio - produkty z ich hodowli mogłyby wspierać wzrost innych organizmów, otwierając drogę do szerokiego zakresu procesów biologicznych podtrzymujących życie, opartych na marsjańskich zasobach.
Wprawdzie planeta ma trochę znanego lodu podpowierzchniowego, który może być źródłem wody, ale na potrzeby przyszłych misji, baz czy nawet kolonii potrzebne będzie dokładne zmapowanie występowania lodu wodnego na planecie, aby można było wiedzieć, gdzie jest woda, lecz ta zasada akurat nie różni się od osadnictwa ziemskiego.
Warto pamiętać, że jeśli nie zakładamy wykorzystania zasobów Marsa do produkcji paliwa rakietowego, to załogowa wyprawa na Marsa jest dziś podróżą w jedną stronę. Dostarczenie na Czerwoną Planetę wystarczającej ilości paliwa kosmicznego umożliwiającego powrót na Ziemię na chwilę obecną jest technicznie niemożliwe. Wracamy więc do kwestii wody z lodu podpowierzchniowego i uwodnionych skał. Z wody da się uzyskać wodór i tlen, czyli paliwo i utleniacz do rakiet, ale musiałaby na miejscu istnieć już gotowa infrastruktura chemiczno-przetwórcza. Tak czy inaczej zmierza to do misji robotycznych, które musiałyby przygotować niezbędne materiały.
Mityczne terraformowanie
Badania nad misjami eksplorującymi Marsa podjęły państwowe agencje kosmiczne: NASA, ESA, Roskosmos, ISRO i CNSA oraz organizacje prywatne - SpaceX, Lockheed Martin i Boeing. Wszystkie koncepcje misji załogowych, jakie są obecnie opracowywane przez rządowe programy kosmiczne, nic nie mówią o planach kolonizacji. Programy takie jak te wstępnie planowane przez NASA, Roskosmos i ESA mają być wyłącznie misjami eksploracyjnymi, z możliwością założenia stałej bazy.
Kolonizacja wymaga utworzenia stałych siedlisk, które mają możliwość samorozwoju i samowystarczalności. Dwie wczesne propozycje budowy siedlisk na Marsie to koncepcja Mars Direct i koncepcja Semi-Direct, których orędownikiem jest Robert Zubrin, znany entuzjasta kolonizacji Marsa.
Choć ktoś mógłby wiązać SpaceX Elona Muska z projektami kolonizacji Marsa, to w rzeczywistości firma ta żadnych takich koncepcji nie formułowała. Zaproponowała natomiast rozwój infrastruktury transportowej Marsa w celu ułatwienia ewentualnej kolonizacji Marsa. Architektura SpaceX przewiduje rakiety nośne wielokrotnego użytku, statki kosmiczne przystosowane do przewozu ludzi, tankowce z paliwem na orbicie, szybkie w działaniu stanowiska startowe/lądowiska oraz lokalną produkcję paliwa rakietowego na Marsie przez wykorzystanie lokalnych zasobów (4). Aspiracją SpaceX jest wylądowanie na Marsie statków kosmicznych z ładunkiem do 2024 roku, a dwóch pierwszych załogowych statków kosmicznych do 2026 roku.
Elon Musk jest znany z wypowiedzi, że do 2050 roku na Marsie będzie miasto liczące milion mieszkańców, transportowanych tam przez tysiąc statków typu Starship, proponowanych przez jego przedsięwzięcie SpaceX, z planami do trzech startów rakiet dziennie. Ale raczej nie traktuje się tych słów z pełną powagą.
Także od dawna wysuwany pomysł terraformowania Marsa jest w sferze science fiction. Najłatwiej byłoby to zrobić poprzez wytworzenie atmosfery z pochłaniających ciepło gazów cieplarnianych zamkniętych w lodzie planety, aby podnieść jej temperaturę i ciśnienie. I tu znów pojawił się Elon Musk z koncepcją, że moglibyśmy zrzucić bomby termojądrowe na lód na biegunach, aby go podgrzać i uwolnić dwutlenek węgla.
Ale według badań, opublikowanych w "Nature Astronomy", Mars stracił tak wiele swoich potencjalnych gazów cieplarnianych do przestrzeni kosmicznej w ciągu miliardów lat, że obecnie nie ma możliwości przekształcenia pozostałej atmosfery w nadającą się do oddychania za pomocą dostępnej technologii. Badanie opiera się na pomiarach niedawnego tempa ucieczki gazów w przestrzeń, mierzonego przez półtorej dekady przez Mars Express i ostatnie cztery lata przez MAVEN. Pomiary, w połączeniu z wiedzą na temat zapasów dwutlenku węgla i wody na Marsie z ostatnich misji kosmicznych, pokazują, że gazy cieplarniane zamknięte w czapach lodowych nie wystarczą, aby zapewnić niezbędne ogrzewanie.
Więcej może być dostępne w głębi planety, ale wydobycie ich jest poza zasięgiem dzisiejszej technologii. Ponadto atmosfera nadal jest przez Marsa tracona z powodu braku pola magnetycznego, więc trzeba by ten proces jakoś zatrzymać lub spowolnić, aby zachować wszelkie zmiany osiągnięte przez hipotetyczne terraformowanie.
Bilet za miliard
Wracając do historii kolonizacji Ziemi, warto przypomnieć sobie, że kluczowym elementem jej sukcesu była ekonomia. Kolonie marsjańskie muszą mieć sens gospodarczy nie tylko dla Ziemi, ale przede wszystkim dla potencjalnych kolonistów. Trzeba by zacząć od kosztów samych podróży na Marsa. Osiągnięcia firmy SpaceX w zmniejszaniu ceny wynoszenia ludzi i ładunków w kosmos pozwalają mieć pewną nadzieję, ale jest ona w tej chwili dość mglista.
Wysłanie jednej osoby na Marsa będzie kosztować, nawet przy zastosowaniu rakiet wielokrotnego użytku, około pięciu miliardów dolarów za miejsce. I to jest wciąż ekonomicznie łatwa część. Koszty początkowe niewielkiego przedsięwzięcia kolonizacyjnego to 100 miliardów dolarów. A potem roczny koszt utrzymania kilkunastu kolonistów wyniesie kilka miliardów rocznie.
Wszystko, co będzie ważne dla kolonistów, będzie kosztować miliony dolarów. Nawet wysłanie czegoś tak prozaicznego jak rolki taśmy klejącej i kilku śrubek będzie kosztowało wiele milionów dolarów. Niestety obecnie nie wiemy, jak marsjańscy koloniści mieliby generować dochody, z których mogliby zapłacić za taśmę klejącą i śrubki. Nawet jeśli mogliby coś na miejscu wydobywać (5) czy wytwarzać, to po uwzględnieniu gigantycznych kosztów transportu na Ziemię ten rachunek nie przedstawia się różowo.
Bardziej prawdopodobny jest scenariusz, że będą oni całkowicie zależni od ludzi na Ziemi. Nawet sprzedaż praw do transmisji telewizyjnych z Marsa nie wydaje się tu perspektywicznym pomysłem, bo widzowie na Ziemi albo się znudzą oglądaniem ludzi powoli umierających na raka w ponurych podziemnych bunkrach, albo wyraźnie powiedzą "stop" takiej "kolonizacji".
Współczesna historia pokazuje, że kolonie osadnicze odniosły sukces dopiero wtedy, gdy dostarczy dochodowy towar eksportowy lub okazały się użyteczne dla zaopatrzenia wojska i żeglugi handlowej. Nic nie wiadomo o jakimś wyjątkowym produkcie czy kopalinie, którą mógłby dostarczać Mars. Jego rola jako przystanku w eksploracji kosmosu też jest wątpliwa ze względu na wielkie koszty i trudność w lądowaniach i startach na planecie.
Być może pewną szansą jest turystyka, ale ze względu na koszty nie będzie ona masowa. Gdy jednak wszyscy bogacze, których na to będzie stać, a nie jest ich tak wielu, polecą i przespacerują się po Marsie, to źródło dochodu wyczerpie się.
Z ekonomią powiązana jest polityka i pytanie, czy ziemskie podziały, strefy wpływów, interesy narodowe, mają zostać przeniesione na inną planetę. W Traktacie Organizacji Narodów Zjednoczonych o przestrzeni kosmicznej z 1967 roku ustalono, że żaden kraj nie może rościć sobie praw do przestrzeni kosmicznej ani jej mieszkańców.
Deklarowanie Marsa jako "wolnej planety", co robią Amerykanie i odmawianie jakiejkolwiek ziemskiej władzy nad marsjańską działalnością jest, według wielu opinii, sprzeczne z tym Traktatem. Zgodnie z artykułami I i III Traktatu, prawo międzynarodowe ma zastosowanie w przestrzeni kosmicznej, w tym na Księżycu i innych ciałach niebieskich, i wpływa na wszelkie działania tam prowadzone.
Z opisanych wyżej względów ekonomicznych należy się spodziewać, że zanim nastąpi jakakolwiek era ziemskiej kolonizacji Marsa, będzie on miejscem zamieszkania i pracy robotów. Ludzie mogą symbolicznie wylądować na planecie i wrócić w ramach kosztownej misji. Ale zanim nastąpi jakakolwiek kolonizacja czy chociażby dłuższe misje badawcze (6), kolonizatorami Marsa będą roboty. One też być może wykryją tam to coś, co sprawi, że zakładanie ludzkich osad stanie się możliwe i ekonomicznie uzasadnione.
Mirosław Usidus
