COME POSSIAMO TERRAFORMARE MARTE?

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Come parte della nostra serie di "Guida definitiva alla terraformazione", Space Magazine è lieta di presentare la nostra guida alla terraformazione di Marte. Al momento, ci sono diversi piani per mettere astronauti e sempre coloni sul Pianeta Rosso. Ma se vogliamo davvero vivere lì un giorno, avremo bisogno di fare un completo rinnovamento planetario. Cosa ci vorrà?

Nonostante abbia un clima molto freddo e molto secco - per non parlare della poca atmosfera di cui parlare - Terra e Marte hanno molto in comune. Questi includono somiglianze in termini di dimensioni, inclinazione, struttura, composizione e persino la presenza di acqua sulle loro superfici. Per questo motivo, Marte è considerato un candidato privilegiato per l'insediamento umano; una prospettiva che include la trasformazione dell'ambiente per adattarlo ai bisogni umani (alias terraforming).

Detto questo, ci sono anche molte differenze chiave che renderebbero la vita su Marte, una preoccupazione crescente per molti umani (guardando te, Elon Musk e Bas Lansdorp!), Una sfida significativa. Se dovessimo vivere sul pianeta, dovremmo dipendere piuttosto fortemente dalla nostra tecnologia. E se avessimo modificato il pianeta attraverso l'ingegneria ecologica, ci sarebbero voluti molto tempo, sforzi e megatoni di risorse!

Le sfide della vita su Marte sono piuttosto numerose. Per cominciare, c'è l'atmosfera estremamente sottile e irrespirabile. Mentre l'atmosfera terrestre è composta per il 78% di azoto, il 21% di ossigeno e tracce di altri gas, l'atmosfera di Marte è composta per il 96% di anidride carbonica, 1,93% di argon e 1,89% di azoto, insieme a tracce di ossigeno e acqua.

La pressione atmosferica di Marte varia anche da 0,4 a 0,87 kPa, che è l'equivalente di circa l'1% della Terra a livello del mare. L'atmosfera sottile e una maggiore distanza dal Sole contribuiscono anche al freddo ambiente di Marte, dove le temperature superficiali sono in media di 210 K (-63 ° C / -81,4 ° F). Aggiungi a questo il fatto che a Marte manca una magnetosfera e puoi capire perché la superficie è esposta a una radiazione significativamente maggiore di quella terrestre.

Sulla superficie marziana, la dose media di radiazioni è di circa 0,67 millisievert (mSv) al giorno, che è circa un quinto di ciò a cui le persone sono esposte qui sulla Terra nel corso di un anno. Quindi, se gli umani volessero vivere su Marte senza la necessità di schermare le radiazioni, cupole pressurizzate, ossigeno in bottiglia e tute protettive, occorrerebbe apportare alcune serie modifiche. Fondamentalmente, dovremmo riscaldare il pianeta, addensare l'atmosfera e alterare la composizione di detta atmosfera.

Esempi di narrativa:

Nel 1951, Arthur C. Clarke scrisse il primo romanzo in cui la terraformazione di Marte fu presentata nella finzione. titolato Le sabbie di Marte, la storia coinvolge i coloni marziani che riscaldano il pianeta convertendo il fobos lunare di Marte in un secondo sole e coltivando piante che abbattono le sabbie marziane per liberare ossigeno.

Nel 1984, James Lovelock e Michael Allaby scrissero quello che è considerato da molti uno dei libri più influenti sulla terraformazione. titolato The Greening of Mars, il romanzo esplora la formazione e l'evoluzione dei pianeti, l'origine della vita e la biosfera terrestre. I modelli di terraformazione presentati nel libro in realtà hanno prefigurato futuri dibattiti sugli obiettivi della terraformazione.

Nel 1992, l'autore Frederik Pohl pubblicò Mining The Oort, una storia di fantascienza in cui Marte viene terraformato usando comete dirottate dalla nuvola di Oort. Durante gli anni '90, Kim Stanley Robinson pubblicò il suo famoso Trilogia di Marte – Marte rosso, Marte verde, Marte blu - che si concentra sulla trasformazione di Marte nel corso di molte generazioni in una fiorente civiltà umana.

Nel 2011, Yu Sasuga e Kenichi Tachibana hanno prodotto la serie manga Terra Formars, una serie che si svolge nel 21 ° secolo in cui gli scienziati stanno tentando di riscaldare lentamente Marte. E nel 2012, Kim Stanley Robinson ha rilasciato 2312, una storia che si svolge in un Sistema Solare in cui sono stati deformati più pianeti - che include Marte (che ha gli oceani).

Metodi proposti:

Negli ultimi decenni, sono state fatte diverse proposte su come Marte potrebbe essere modificato per adattarsi ai coloni umani. Nel 1964, Dandridge M. Cole pubblicò "Islands in Space: The Challenge of the Planetoids, the Pioneerering Work", in cui sosteneva di innescare un effetto serra su Marte. Ciò consisteva nell'importare ghiacci di ammoniaca dal sistema solare esterno e quindi nell'impatto su di essi sulla superficie.

Poiché l'ammoniaca (NH³) è un potente gas serra, la sua introduzione nell'atmosfera marziana avrebbe l'effetto di addensare l'atmosfera e aumentare le temperature globali. Dato che l'ammoniaca è principalmente azoto in peso, potrebbe anche fornire il gas tampone necessario che, se combinato con l'ossigeno, creerebbe un'atmosfera respirabile per l'uomo.

Un altro metodo ha a che fare con la riduzione dell'albedo, in cui la superficie di Marte verrebbe rivestita con materiali scuri per aumentare la quantità di luce solare che assorbe. Potrebbe trattarsi di qualsiasi cosa, dalla polvere di Phobos e Deimos (due dei corpi più scuri del sistema solare) ai licheni e alle piante estremofili di colore scuro. Uno dei maggiori sostenitori di questo fu il famoso autore e scienziato, Carl Sagan.

Nel 1973, Sagan pubblicò un articolo sulla rivista Icarus intitolato "Ingegneria planetaria su Marte", dove proponeva due scenari per oscurare la superficie di Marte. Questi includevano il trasporto di materiale a basso contenuto di albedo e / o la piantatura di piante scure sulle calotte polari per garantire che assorbissero più calore, si sciolgessero e convertissero il pianeta in più "condizioni simili alla Terra".

Nel 1976, la NASA affrontò ufficialmente la questione dell'ingegneria planetaria in uno studio intitolato "Sull'abitabilità di Marte: un approccio all'ecosintesi planetaria". Lo studio ha concluso che gli organismi fotosintetici, lo scioglimento delle calotte polari e l'introduzione di gas a effetto serra potrebbero essere tutti utilizzati per creare un'atmosfera più calda, ricca di ossigeno e ozono.

Nel 1982, il planetologo Christopher McKay scrisse "Terraforming Mars", un articolo per Rivista della British Interplanetary Society. In esso, McKay ha discusso le prospettive di una biosfera marziana autoregolante, che includeva sia i metodi richiesti per farlo sia l'etica di esso. Questa era la prima volta che la parola terraformazione era usata nel titolo di un articolo pubblicato e da quel momento in poi sarebbe diventata il termine preferito.

Questo è stato seguito nel 1984 da James Lovelock e dal libro di Michael Allaby, The Greening of Mars. In esso, Lovelock e Allaby hanno descritto come il Marte potrebbe essere riscaldato importando clorofluorocarburi (CFC) per innescare il riscaldamento globale.

Nel 1993, il fondatore della Mars Society, il dott. Robert M. Zubrin e Christopher P. McKay del Centro di ricerca Ames della NASA, hanno co-scritto "Requisiti tecnologici per Terraformare Marte". In esso, hanno proposto di utilizzare specchi orbitali per riscaldare direttamente la superficie marziana. Posizionati vicino ai poli, questi specchi sarebbero in grado di sublimare il CO₂ calotta glaciale e contribuire al riscaldamento globale.

Nello stesso articolo, hanno discusso della possibilità di utilizzare asteroidi raccolti dal Sistema Solare, che sarebbero reindirizzati per colpire la superficie, sollevando polvere e riscaldando l'atmosfera. In entrambi gli scenari, sostengono l'uso di razzi nucleari elettrici o termici per trasportare in orbita tutti i materiali / asteroidi necessari.

L'uso di composti del fluoro - "gas super-serra" che producono un effetto serra migliaia di volte più forte della CO² - è stato anche raccomandato come stabilizzatore climatico a lungo termine. Nel 2001, un team di scienziati della divisione di scienze geologiche e planetarie di Caltech ha formulato queste raccomandazioni nel "Mantenere caldo Marte con nuovi gas super serra".

Laddove questo studio indicava che i carichi utili iniziali di fluoro avrebbero dovuto provenire dalla Terra (e essere riforniti regolarmente), sosteneva che i minerali contenenti fluoro potevano anche essere estratti su Marte. Ciò si basa sul presupposto che tali minerali sono altrettanto comuni su Marte (essendo un pianeta terrestre) che consentirebbe un processo autosufficiente una volta stabilite le colonie.

È stata anche suggerita l'importazione di metano e altri idrocarburi dal Sistema Solare esterno - che sono abbondanti sulla luna di Saturno, Titano -. Esiste anche la possibilità di utilizzare le risorse in situ, grazie alla scoperta del rover Curiosity di un "picco di dieci volte" di metano che indicava una fonte sotterranea. Se queste fonti potessero essere estratte, potrebbe non essere necessario importare il metano.

Le proposte più recenti includono la creazione di biodomi sigillati che impiegherebbero colonie di cianobatteri e alghe che producono ossigeno sul suolo marziano. Nel 2014, il programma NASA Institute for Advanced Concepts (NAIC) e Techshot Inc. hanno iniziato a lavorare su questo concetto, che è stato chiamato "Mars Ecopoiesis Test Bed". In futuro, il progetto intende inviare piccoli contenitori di alghe fotosintetiche estremofili e cianobatteri a bordo di una missione rover per testare il processo in un ambiente marziano.

Se questo avrà successo, la NASA e Techshot intendono costruire diversi grandi biodomini per produrre e raccogliere ossigeno per future missioni umane su Marte, il che ridurrebbe i costi e prolungherebbe le missioni riducendo la quantità di ossigeno che deve essere trasportato. Sebbene questi piani non costituiscano ingegneria ecologica o planetaria, Eugene Boland (capo scienziato di Techshot Inc.) ha dichiarato che si tratta di un passo in quella direzione:

“L'ecopoiesi è il concetto di iniziare la vita in un nuovo posto; più precisamente, la creazione di un ecosistema in grado di sostenere la vita. È il concetto di iniziare la "terraformazione" usando mezzi fisici, chimici e biologici tra cui l'introduzione di organismi pionieri che costruiscono ecosistemi ... Questo sarà il primo grande salto dagli studi di laboratorio all'implementazione in situ planetaria sperimentale (anziché analitica) ricerca di grande interesse per la biologia planetaria, l'ecopoiesi e la terraformazione. "

Potenziali vantaggi:

Al di là della prospettiva dell'avventura e dell'idea dell'umanità che si imbarca ancora una volta in un'era di audace esplorazione dello spazio, ci sono diverse ragioni per cui viene proposta la terraformazione di Marte. Per cominciare, vi è la preoccupazione che l'impatto dell'umanità sul pianeta Terra sia insostenibile e che avremo bisogno di espanderci e creare una "posizione di backup" se intendiamo sopravvivere a lungo termine.

Questa scuola cita però cose come la crescente popolazione terrestre - che dovrebbe raggiungere i 9,6 miliardi entro la metà del secolo - nonché il fatto che entro il 2050, circa i due terzi della popolazione mondiale dovrebbero vivere nelle principali città. Inoltre, vi è la prospettiva di gravi cambiamenti climatici che, secondo una serie di scenari calcolati dalla NASA, potrebbero rendere la vita insostenibile in alcune parti del pianeta entro il 2100.

Altre ragioni sottolineano come Marte si trovi all'interno della "zona dei riccioli d'oro" del nostro Sole (alias "zona abitabile") e un tempo era un pianeta abitabile. Negli ultimi decenni, missioni di superficie come il Mars Science Laboratory (MSL) della NASA e le sue Curiosità rover ha scoperto una vasta gamma di prove che indicano l'acqua che scorre su Marte nel passato profondo (così come l'esistenza di molecole organiche).

Inoltre, la NASA Atmosfera di Marte e missione di evoluzione volatile (MAVEN) (e altri orbiter) hanno fornito ampie informazioni sull'atmosfera passata di Marte. Ciò che hanno concluso è che circa 4 miliardi di anni fa, Marte aveva abbondanti acque superficiali e un'atmosfera più densa. Tuttavia, a causa della perdita della magnetosfera di Marte - che potrebbe essere stata causata da un forte impatto o da un rapido raffreddamento degli interni del pianeta - l'atmosfera è stata lentamente rimossa.

Ergo, se Marte era un tempo abitabile e "simile alla Terra", è possibile che potrebbe essere di nuovo un giorno. E se davvero l'umanità è alla ricerca di un nuovo mondo su cui stabilirsi, ha senso solo che sia su uno che abbia il più possibile in comune con la Terra. Inoltre, è stato anche affermato che la nostra esperienza con l'alterazione del clima del nostro pianeta potrebbe essere sfruttata su Marte.

Per secoli, la nostra dipendenza da macchinari industriali, carbone e combustibili fossili ha avuto un effetto misurabile sull'ambiente terrestre. E considerando che questa è stata una conseguenza non intenzionale della modernizzazione e dello sviluppo qui sulla Terra; su Marte, la combustione di combustibili fossili e il rilascio regolare di inquinamento nell'aria avrebbero un effetto positivo.

Altre ragioni includono l'espansione della nostra base di risorse e diventare una società "post-scarsità". Una colonia su Marte potrebbe consentire operazioni di estrazione sul Pianeta Rosso, dove sia i minerali che il ghiaccio d'acqua sono abbondanti e potrebbero essere raccolti. Una base su Marte potrebbe anche fungere da porta di accesso alla Cintura degli asteroidi, che ci fornirebbe l'accesso a abbastanza minerali per durarci indefinitamente.

Sfide:

Senza dubbio, la prospettiva di terraformare Marte arriva con la sua parte di problemi, che sono tutti particolarmente scoraggianti. Tanto per cominciare, c'è l'enorme quantità di risorse necessarie per convertire l'ambiente di Marte in qualcosa di sostenibile per l'uomo. In secondo luogo, vi è la preoccupazione che qualsiasi misura adottata possa avere conseguenze indesiderate. E in terzo luogo, c'è il tempo necessario.

Ad esempio, quando si tratta di concetti che richiedono l'introduzione di gas a effetto serra per innescare il riscaldamento, le quantità richieste sono piuttosto sconcertanti. Lo studio Caltech del 2001, che ha richiesto l'introduzione di composti del fluoro, ha indicato che la sublimazione dei ghiacciai di CO² polari a sud richiederebbe l'introduzione di circa 39 milioni di tonnellate di CFC nell'atmosfera di Marte - che è tre volte la quantità prodotta sulla Terra tra il 1972 e 1992.

La fotolisi inizierebbe anche a scomporre i CFC nel momento in cui sono stati introdotti, il che richiederebbe l'aggiunta di 170 chilotoni ogni anno per ricostituire le perdite. Infine, l'introduzione dei CFC distruggerebbe anche il marziano dall'ozono prodotto, il che minerebbe gli sforzi per proteggere la superficie dalle radiazioni.

Inoltre, lo studio di fattibilità della NASA del 1976 indicava che, mentre la terraformazione di Marte sarebbe stata possibile utilizzando organismi terrestri, ha anche riconosciuto che i tempi richiesti sarebbero stati considerevoli. Come afferma nello studio:

“Non viene identificata alcuna limitazione fondamentale e insuperabile della capacità di Marte di supportare un'ecologia terrestre. La mancanza di un'atmosfera contenente ossigeno impedirebbe l'abitazione senza aiuto di Marte da parte dell'uomo. L'attuale forte irradiazione della superficie ultravioletta costituisce un'ulteriore barriera maggiore. La creazione di un'adeguata atmosfera contenente ossigeno e ozono su Marte può essere fattibile mediante l'uso di organismi fotosintetici. Il tempo necessario per generare tale atmosfera, tuttavia, potrebbe essere diversi milioni di anni.”

Lo studio prosegue affermando che ciò potrebbe essere drasticamente ridotto creando organismi estremofili specificamente adattati per il duro ambiente marziano, creando un effetto serra e sciogliendo le calotte polari. Tuttavia, il tempo necessario per trasformare Marte sarebbe probabilmente dell'ordine di secoli o millenni.

E, naturalmente, c'è il problema dell'infrastruttura. La raccolta di risorse da altri pianeti o lune nel Sistema Solare richiederebbe una grande flotta di trasportatori spaziali e dovrebbero essere dotati di sistemi di guida avanzati per effettuare il viaggio in un ragionevole lasso di tempo. Attualmente non esistono tali sistemi di azionamento e i metodi convenzionali - che vanno dai motori a ioni ai propellenti chimici - non sono né abbastanza veloci né economici.

Per illustrare, la NASA Nuovi orizzonti La missione impiegò più di 11 anni per arrivare al suo storico incontro con Plutone nella Cintura di Kuiper, usando i razzi convenzionali e il metodo di assistenza alla gravità. Nel frattempo, il Alba La missione, che si basava sulla propulsione ionica, impiegò quasi quattro anni per raggiungere Vesta nella Cintura degli Asteroidi. Nessuno dei due metodi è pratico per fare ripetuti viaggi nella Cintura di Kuiper e trasportare a bordo comete e asteroidi ghiacciati, e l'umanità non ha nessun posto vicino al numero di navi di cui avremmo bisogno.

D'altra parte, seguire il percorso in situ - che implicherebbe fabbriche o operazioni di estrazione in superficie per rilasciare nell'aria minerali contenenti CO², metano o CFC - richiederebbe diversi missili a carico pesante per portare tutti i macchinari verso Pianeta rosso. Il costo di ciò ridurrebbe ad oggi tutti i programmi spaziali. E una volta che fossero stati assemblati in superficie (o da robot o lavoratori umani), queste operazioni avrebbero dovuto essere eseguite ininterrottamente per secoli.

Ci sono anche diverse domande sull'etica della terraformazione. Fondamentalmente, la modifica di altri pianeti per renderli più adatti ai bisogni umani solleva la naturale questione di cosa accadrebbe a qualsiasi forma di vita che già vive lì. Se in effetti Marte ha una vita microbica indigena (o forme di vita più complesse), che molti scienziati sospettano, allora alterare l'ecologia potrebbe avere un impatto o persino spazzare via queste forme di vita. In breve, i futuri coloni e ingegneri terrestri avrebbero effettivamente commesso un genocidio.

Alla luce di tutti questi argomenti, ci si deve chiedere quali sarebbero i benefici della terraformazione di Marte. Mentre l'idea di utilizzare le risorse del Sistema Solare ha senso a lungo termine, i guadagni a breve termine sono molto meno tangibili. Fondamentalmente, le risorse raccolte da altri mondi non sono economicamente valide quando puoi estrarle qui a casa per molto meno. E dato il pericolo, chi vorrebbe andare?

Ma come hanno dimostrato iniziative come MarsOne, ci sono molti esseri umani che sono disposti a fare un viaggio di sola andata su Marte e ad agire come la "prima ondata" della Terra di intrepidi esploratori. Inoltre, la NASA e altre agenzie spaziali sono state molto esplicite riguardo al loro desiderio di esplorare il Pianeta Rosso, che include missioni presidiate negli anni '30. E come mostrano vari sondaggi, il sostegno pubblico è alla base di questi endevours, anche se ciò comporta un aumento drastico dei budget.

Allora perché farlo? Perché Terraform Marte per uso umano? Perché è lì? Sicuro. Ma soprattutto, perché potremmo aver bisogno di. E c'è anche l'impulso e il desiderio di colonizzare. E nonostante la difficoltà insita in ciascuno, non mancano i metodi proposti che sono stati ponderati e determinati fattibili. Alla fine, tutto ciò che serve è un sacco di tempo, un sacco di impegno, molte risorse e un sacco di cura di assicurarci che non stiamo irrevocabilmente danneggiando le forme di vita che sono già lì.

Ma naturalmente, se dovessero realizzarsi le nostre peggiori previsioni, alla fine potremmo scoprire che non abbiamo altra scelta che fare una casa altrove nel Sistema Solare. Man mano che questo secolo avanza, potrebbe benissimo essere Marte o il busto!

Abbiamo scritto molti articoli interessanti sulla terraformazione qui alla rivista Space. Ecco la guida definitiva alla Terraformazione, potremmo Terraformare la Luna? Dobbiamo Terraformare Marte? Come Do Terraform Venus ?, e il team studentesco vuole Terraformare Marte usando i cianobatteri.

Abbiamo anche articoli che esplorano il lato più radicale della terraformazione, come Potremmo Terraform Giove? Potremmo Terraformare il Sole? Potremmo Terraformare un buco nero?

Astronomia Cast ha anche buoni episodi sull'argomento, come Episodio 96: Humans to Mar, Parte 3 - Terraforming Mars

Per ulteriori informazioni, dai un'occhiata a Terraforming Mars su NASA Quest! e il viaggio su Marte della NASA.

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