Cuộc sống trên sao Hỏa: những khám phá gần đây đưa chúng ta đến gần hơn với việc di chuyển đến Hành tinh Đỏ và thời gian sẽ mất bao lâu.
Vào ngày 16 tháng 8 năm 2019, tỷ phú lập dị kiêm nhà phát minh Elon Musk đã tweet Nuke Mars! ("Hãy tấn công sao Hỏa bằng bom hạt nhân!"). Sao Hỏa - và những gì một người có thể làm với nó - khiến nhân loại lo lắng ít nhất là kể từ The Martian Chronicles của Ray Bradbury. Nhưng có một sự khác biệt rất lớn giữa những tưởng tượng của nửa thế kỷ trước và thời của chúng ta: những khám phá khoa học mới nhất đã chuyển những cuộc trò chuyện về sự sống trên sao Hỏa từ những vòng tròn tưởng tượng sang văn phòng của các nhà nghiên cứu và thậm chí cả các doanh nhân.
Hành tinh thứ tư của hệ mặt trời có bán kính bằng một nửa kích thước của Trái đất, nhưng về diện tích thì nó bằng tất cả các lục địa trên trái đất cộng lại (may mắn thay, không có đại dương nào), cộng thêm vào năm 2008, tàu thăm dò nghiên cứu của NASA đã tìm thấy nước ở đó (trong dạng nước đá). Không có gì đáng ngạc nhiên khi có một sự cám dỗ để cư trú trên hành tinh và theo đúng nghĩa đen là vào tháng 7 năm 2019, động cơ tên lửa cho một chuyến bay đến đó lần đầu tiên có thể nâng lên không trung Starhopper, một nguyên mẫu mà trong vài năm tới sẽ biến thành Starship - một tên lửa và tàu vũ trụ được tạo ra đặc biệt cho các chuyến bay đến sao Hỏa. Nhờ khả năng tái sử dụng hoàn toàn của Starship (hơn một trăm lần sử dụng), chi phí cho các chuyến bay đến sao Hỏa sẽ giảm mạnh.
Đồng thời, nhiệt độ trung bình hàng năm trên sao Hỏa là -63 độ C, xấp xỉ nhiệt độ tại trạm Vostok Nam Cực. Ở đó rất lạnh vì bầu khí quyển của nó mỏng hơn Trái đất 150 lần. Với lớp vỏ khí mỏng như vậy, hiệu ứng nhà kính rất yếu, đó là lý do tại sao nó lạnh. Vấn đề có thể được giải quyết bằng cách đưa các điều kiện khí hậu trên sao Hỏa gần hơn với khí hậu Trái đất - quá trình này được gọi là quá trình tạo địa hình. Trong trường hợp của sao Hỏa, để làm được điều này, bằng cách nào đó cần phải làm nóng mạnh bề mặt của hành tinh, mà ngay cả trong những năm tốt nhất cũng nằm cách đây 56 triệu km.
Các nhà khoa học đang đấu tranh với vấn đề này một cách khá khó khăn, và gần đây, vào mùa hè năm 2019, một cách bất thường để làm cho Hành tinh Đỏ có thể sống được đã được đưa ra - bắt đầu, ít nhất là một phần. Hóa ra là một mái vòm trong suốt làm bằng vật liệu gel kỳ lạ chỉ dày vài cm làm ấm đất giả trên mặt đất của sao Hỏa rất nhiều trong điều kiện ánh sáng cục bộ kém đến mức nó có thể hỗ trợ sự sống của thực vật mà không cần sưởi ấm thêm. Và đây là một cảm giác thực sự. Nói chung, chúng tôi cho bạn biết những gì có thể làm để sau một số năm nhất định, mọi người đi bộ qua các cánh đồng trên sao Hỏa và chiêm ngưỡng hai mặt trăng cùng một lúc.
Các mái vòm aerogel: nhà kính cấp 80 được các nhà khoa học phát hiện một tháng trước
Chúng ta hãy đi thẳng vào khám phá gần đây nhất. Vào tháng 7 năm 2019, một nhóm các nhà khoa học đã tiến hành các thí nghiệm đơn giản trong phòng thí nghiệm, trong đó họ đặt một chất tương tự của đất sao Hỏa trong một buồng có bầu khí quyển hiếm và nhiệt độ sao Hỏa. Sau đó, chúng chiếu sáng trên các mái vòm bằng những ngọn đèn cung cấp năng lượng 150 watt trên một mét vuông - chính xác bằng mức trung bình mà mặt trời cung cấp cho bề mặt sao Hỏa.
Điều đáng ngạc nhiên là: không có sự gia nhiệt nhỏ nhất từ bên ngoài, bề mặt của đất sao Hỏa, được bao phủ từ trên cao bằng một mái vòm gel, ấm lên trên 0 độ một chút. Mái vòm, chỉ dày 2 cm, truyền ánh sáng nhìn thấy tốt, sưởi ấm đất, nhưng truyền bức xạ tia cực tím, tia hồng ngoại và nhiệt rất kém. Có quá đủ nguyên liệu thô để sản xuất nó (cát thông thường) trên sao Hỏa cũng như trên Trái đất.
Việc làm nóng mặt đất 65 độ với một mái vòm trong suốt đơn giản trông giống như một phép màu, bởi vì từ bên dưới mặt đất không có lớp cách nhiệt đặc biệt và một phần nhiệt vẫn truyền sang hai bên. Đó là, nó giống như bao phủ mặt đất đóng băng bằng một tấm khăn dầu được sắp xếp khéo léo - và sau đó mọi thứ tự nó xảy ra. Nhưng không có phép lạ cụ thể nào ở đây. Aerogel được phát hiện vào năm 1931, và trên thực tế, nó là một loại gel cồn thông thường, từ đó tất cả cồn được làm bay hơi bằng cách đun nóng, để lại một mạng lưới các kênh chứa đầy không khí. Đặc tính cách nhiệt của nó với cùng độ dày cao hơn tới 7,5 lần so với bọt hoặc bông khoáng, trong khi thực tế nó trong suốt. Một ngôi nhà thông thường được làm từ nó và trên Trái đất, hoàn toàn trong suốt, sẽ không cần sưởi ấm, ngoại trừ trong đêm dài ở vùng cực.
Điều thú vị là trên thực tế, vật liệu này đã được thử nghiệm trên sao Hỏa: các nhà thám hiểm Mỹ sử dụng aerogel để các dụng cụ bên trong của họ không bị quá nóng trong đêm sao Hỏa, khi nhiệt độ có thể giảm xuống -90 độ.
Các nhà nghiên cứu đã đề xuất những mái vòm như vậy như một cách để một ngày nào đó có thể di chuyển đến sao Hỏa lưu ý rằng các mái vòm aerogel rất dễ vận chuyển trên một quãng đường dài. Hơn nữa, các thí nghiệm trong các phòng thí nghiệm trên cạn đã chỉ ra rằng ngay cả cà chua cũng phát triển hoàn toàn trên một chất tương tự của đất sao Hỏa, nếu nhiệt độ bình thường. Không cần phải tốn nhiều nước cho chúng: nó không có nơi nào để bốc hơi từ dưới mái vòm, tức là, ngay cả một lượng nhỏ của nó sẽ được thực vật tiêu thụ liên tục "trong một vòng tròn". Nhân tiện, để xác nhận những đề xuất này, các tác giả dự định chuyển các thí nghiệm đến Nam Cực - thung lũng khô của McMurdo, nơi cực kỳ gần với sao Hỏa về khí hậu và không có nước.
Musk đúng: Sao Hỏa thực sự có thể bị ném bom - và có thể hữu ích (nhưng không phải là sự thật)
Cách triệt để nhất để giải quyết vấn đề, như thường lệ, được đề xuất bởi Elon Musk: ném bom nhiệt hạch vào các cực của Sao Hỏa. Các vụ nổ sẽ làm bốc hơi carbon dioxide, chất tạo nên phần lớn băng ở các mũ địa cực của hành tinh này. CO2 sẽ tạo ra hiệu ứng nhà kính, tức là từ các vụ đánh bom hạt nhân trên hành tinh thứ 4 nó sẽ nóng lên nghiêm trọng và lâu dài.
Đúng như vậy, vào năm 2018, một nghiên cứu do NASA tài trợ đã đưa ra một quan điểm hoàn toàn khác: ném bom vào các cột điện là vô ích. Và nói chung, tất cả carbon dioxide trên sao Hỏa không đủ để tạo ra một bầu khí quyển đủ đặc cho sự ấm lên nghiêm trọng. Theo tính toán của nhóm khoa học "nasov", khi đun chảy các nắp cực của carbon dioxide, áp suất ở đó chỉ có thể tăng lên 2,5 lần. Nó sẽ ấm hơn, nhưng vẫn là nhiệt độ Nam Cực - và bầu khí quyển mỏng hơn chúng ta 60 lần. Các tác giả của tác phẩm đã trực tiếp đề cập đến người mà họ chỉ trích quan điểm: Elon Musk. Nhưng điều này, có vẻ như ít nhất đã không làm phiền anh ta.
Ngay cả trên sao Hỏa, bạn có thể tìm thấy một hẻm núi dài hàng nghìn km - và định cư trong đó.
Sao Hỏa có những đặc điểm nổi bật rất khác thường không được tìm thấy trên Trái đất. Một trong số đó là hệ thống hẻm núi Mariner Valley dài 4.000 km, dài nhất được biết đến trong hệ mặt trời. Chiều rộng của nó lên đến 200 km và chiều sâu lên đến 7 km. Điều này có nghĩa là ở dưới cùng của các hẻm núi, áp suất khí quyển cao hơn một lần rưỡi và ở đó ấm hơn và ẩm hơn đáng kể so với phần còn lại của hành tinh. Trên một phần của Thung lũng Mariner, tàu vũ trụ chụp ảnh sương mù thực sự từ hơi nước (hình bên dưới), và trên các sườn dốc của các khu vực khác - dấu vết tối của các dòng suối trên cát, và những dòng suối này giống nước một cách đáng ngờ.
Các thung lũng Mariner không phải rộng ở khắp mọi nơi - ở một số nơi chiều rộng của chúng chỉ vài km. Từ lâu, người ta đã đề xuất che những nơi như vậy bằng một mái vòm kính, tin rằng điều này sẽ đủ để giữ nhiệt và hình thành nhiệt độ cao cục bộ. Một mái vòm aerogel trên một khu vực có nước như vậy có thể dẫn đến việc hình thành một khí hậu tương đối ấm tại địa phương với lượng mưa và nước riêng của nó. Những nơi như vậy có thể được xây dựng dần dần, và diện tích có mái vòm trụ cầu càng lớn thì nhiệt độ trung bình càng cao (sự mất nhiệt qua tường càng ít). Vì vậy, trên thực tế, một dạng địa hình dần dần, "leo thang" như vậy có thể chiếm một diện tích rất lớn của hành tinh.
Các tính toán của NASA có gì sai và tại sao các nhà khoa học bất đồng chính kiến lại được thuê tại SpaceX?
Có một cách dễ dàng hơn để làm nóng lên toàn cầu của sao Hỏa so với nhiệt độ của trái đất. Theo ghi nhận của một nhóm nhà khoa học khác, chúng tôi đã thử phương pháp này trên Trái đất mà không muốn - thải 37 tỷ tấn carbon dioxide vào bầu khí quyển của nó và dần dần làm tăng nhiệt độ trên hành tinh. Con đường này là khí nhà kính.
Tất nhiên, không có loại than nào trên sao Hỏa có thể tạo ra hiệu ứng nhà kính nếu bị đốt cháy. Và CO2 không phải là khí nhà kính hiệu quả nhất. Có nhiều ứng cử viên tốt hơn, trong đó hứa hẹn nhất là SF6. Phân tử của nó bao gồm một nguyên tử lưu huỳnh, xung quanh đó có sáu nguyên tử flo nhô ra. Do tính "cồng kềnh" của nó, phân tử này ngăn chặn hoàn hảo cả bức xạ tia cực tím và tia hồng ngoại, đồng thời truyền tốt ánh sáng nhìn thấy. Xét về sức mạnh của hiệu ứng nhà kính mà nó gây ra, nó lớn hơn 34,900 lần so với carbon dioxide. Tức là, chỉ một triệu tấn chất này sẽ gây ra hiệu ứng nhà kính tương đương với hàng chục tỷ tấn CO2 do nhân loại thải ra ngày nay.
Ngoài ra, khí SF6 rất bền bỉ - thời gian tồn tại của nó trong khí quyển từ 800 đến 3200 năm, tùy thuộc vào điều kiện bên ngoài. Điều này có nghĩa là bạn không cần phải lo lắng về sự phân hủy của nó trong bầu khí quyển Sao Hỏa: một khi được tạo ra, nó sẽ ở đó trong một thời gian rất dài. Ngoài ra, khí vô hại đối với con người và tất cả các sinh vật sống. Trên thực tế, trên sao Hỏa, nó khá hữu ích, bởi vì nó chặn tia UV không kém gì so với ozone, thứ vẫn chưa có ở đó.
Theo tính toán, trong khoảng 100 năm nữa, việc phun siêu khí nhà kính kiểu này có thể làm tăng nhiệt độ trên hành tinh lên hàng chục độ.
Điều thú vị là trước đó một chút, với sự hỗ trợ của NASA, một công trình khoa học khác đã được thực hiện, mô tả một kịch bản như vậy - sự biến đổi địa hình của Sao Hỏa do các khí nhà kính do con người tạo ra có hiệu suất cao hơn. Một trong những tác giả của tác phẩm này là Marina Marinova, người đã làm việc cho NASA trong một thời gian dài, và hôm nay cô ấy đã nhận được một công việc tại SpaceX. Hơn nữa, chính Elon Musk đã gọi nó với tư cách là đồng tác giả, chỉ trích tác phẩm nói về tình trạng thiếu CO2 trên sao Hỏa, được cho là đã ngăn nó biến thành một hành tinh có nhiệt độ gần bằng Trái đất.
Một đặc điểm quan trọng của hiệu ứng nhà kính siêu mạnh như vậy: sau khi đất sao Hỏa nóng lên, CO2 liên kết trong nó sẽ được giải phóng vào khí quyển, làm tăng thêm sự nóng lên của hành tinh.
Khi nào sao Hỏa thực sự giống Trái đất?
Mặc dù SF6 thực sự có thể biến đổi toàn bộ hành tinh, nhưng cần phải hiểu rõ ràng rằng điều này sẽ không xảy ra vào ngày mai. Theo tính toán, để làm được điều này, bạn cần tiêu tốn hàng tỷ kilowatt giờ mỗi năm - và chi tiêu chúng trên sao Hỏa, tạo ra cùng một loại khí SF6 từ đất giàu flo và đất xám. Đó là, những người muốn địa hình hóa sẽ phải xây dựng toàn bộ nhà máy điện hạt nhân 500 megawatt trên hành tinh, các cơ sở sản xuất tự động liên tục giải phóng khí SF6 vào bầu khí quyển. Quá trình này sẽ cho kết quả hữu hình sau một trăm năm làm việc. Chà, hoặc nhanh hơn một chút với những khoản đầu tư rất lớn vào việc tạo ra các nhà máy.
Tất cả thời gian này, những người cung cấp các hoạt động của họ và nghiên cứu sao Hỏa sẽ phải sống ở một nơi nào đó. Rõ ràng là giải pháp tốt nhất cho sự biến đổi cục bộ của hành tinh ở những nơi chúng định cư sẽ là các mái vòm aerogel. Có nghĩa là, nếu cần thiết, việc tạo địa hình sẽ tiến hành theo hai cách cùng một lúc: cục bộ - đối với những người thuộc địa hiện tại với sự trợ giúp của các mái vòm - và toàn cầu - cho toàn bộ hành tinh.
Ai đã có thể sống trên sao Hỏa - và tại sao điều đó lại quan trọng
Những cây táo trên Hành tinh Đỏ sẽ không nở hoa trong tương lai gần, nhưng thảm thực vật ngoài trời thực sự có thể đến đó sớm hơn chúng ta nghĩ.
Trở lại năm 2012, Cơ quan Hàng không Vũ trụ Đức đã tiến hành một thí nghiệm với loài địa y Bắc cực Xanthoria elegans. Anh ta được giữ ở áp suất thấp hơn 150 lần so với Trái đất - không có oxy, ở nhiệt độ sao Hỏa. Bất chấp bản chất xa lạ của môi trường, địa y không chỉ sống sót mà còn không mất khả năng quang hợp thành công (trong thời gian bắt chước giờ ban ngày).
Điều này có nghĩa là ở một số khu vực của Sao Hỏa - cùng Thung lũng của những người thủy chung - những sinh vật như vậy ở khu vực xích đạo đã có thể sinh sống ngày nay. Và sau khi bắt đầu sản xuất khí SF6 trên sao Hỏa, lãnh thổ phù hợp với chúng sẽ bắt đầu mở rộng nhanh chóng. Giống như các loài địa y khác, loài Xanthoria tao nhã tạo ra oxy trong quá trình quang hợp. Trên thực tế, việc phát hành địa y trên trái đất khoảng 1,2 tỷ năm trước (0,7 tỷ năm trước thực vật bậc cao) đã cho phép bầu khí quyển của trái đất tăng mạnh hàm lượng ôxy ngang bằng với các cao nguyên trên cạn ngày nay. Nhiều khả năng, trên sao Hỏa, địa y sẽ có chức năng tương tự - chuẩn bị bầu khí quyển để các sinh vật phức tạp hơn sống trong đó dễ dàng hơn.
Có lẽ con người.
