Розбити на Марсі грядки, в чому досяг успіху головний герой фільму «Марсіянин», можна і в реальності. Вода з лавових трубок, родючий грунт, метанові бактерії і хлорфторвуглеці для підвищення температури, мінібіофабрики і лишайники-екстремофіли - розповідаємо про найбільш реалістичні технології рослинництва на Марсі.
Виростити картоплю, поливаючи її сечею, як це зробив головний герой книги і фільму «Марсіянин» Марк Вотні, в реальності не вийде. Це може вбити більшість вищих рослин: у сечі занадто багато солей, та й азот знаходиться в сполуках, які безпосередньо не засвоюються рослинами.
Метод отримання води з гідразину без лабораторного обладнання, що застосовується Вотні, самовбивчо небезпечний: цей вид ракетного палива надзвичайно токсичний.
Воду на Червоній планеті можна знайти і без людських жертв. Незважаючи на те що ті потоки рідкої води, сліди яких нещодавно представило НАСА, занадто насичені перхлоратами, отруйними для рослин, марсіанські лавові трубки (підповерхневі печери) об'ємом в мільйони кубічних метрів, на думку планетологів, містять значну кількість водного льоду, вільного від перхлоратів або зовсім демінералізованого.
Родючий Марс
Що з «ґрунтом»? Група на чолі з голландським екологом Вігером Вамелінком (Wieger Wamelink) купила у НАСА зразки штучного ґрунту, хімічно ідентичні марсіанському і місячному реголіту. На них, а також на земному ґрунті з глибини десять метрів, було посіяно значну кількість рослин, у тому числі звичайні томати, крес-салат і польова гірчиця.
Поливали їх демінералізованою водою, що відповідає тій, що можна отримати з місячного і марсіанського водного льоду. Результати виявилися вкрай несподіваними: багато рослин, включаючи і три зазначені види, не тільки проросли, але і дали насіння, причому найкраще - на «марсіанському» зразку.
«Місячний» ґрунт впорався гірше за всіх, а ось земний зайняв почесне друге місце - і це незважаючи на помірний вміст алюмінію і перхлоратів в симуляторі марсіанського грунту. Знову-таки дослідники підкреслюють: оскільки азоту в марсіанській атмосфері практично немає, на самій Червоній планеті вкрай бажано внесення в ґрунт екскрементів, що містять потрібну кількість цього елемента.
Симуляція марсіанського сільського господарства в експерименті виконувалася при 20 ° С і земній атмосфері. Група Вамелінка вважає, що рослини на Марсі будуть вирощуватися в закритих склом (зупиняють ультрафіолет) парниках з підігрівом і додатковим ламповим підсвічуванням. Все це досить далеко від того, що обіцяла нам колись популярна пісня: «І на Марсі будуть яблуні цвісти».
Непідйомна цілина
Раз є ґрунт і вода, здатні підтримати зростання рослин, постає природне питання про те, чи не можна поширити земні рослини за межі герметичних парників, куди доведеться нагнітати додаткові гази, необхідні для забезпечення нормального тиску.
Нещодавня напівжартівлива пропозиція Ілона Маска запалити над полюсами Марса два штучних пульсуючих термоядерних сонця, які б розтопили заморожений вуглекислий газ, на жаль, навряд чи реалістично. На полярних шапках, за сьогоднішніми даними, менше 20 тисяч кубічних кілометрів сухого льоду.
Найпотужніша з коли-небудь створених людиною термоядерних бомб («Кузькіна мати») при вибуху випаровує менше чверті кубічного кілометра цього матеріалу. Звичайно, в 1960-х «Кузькину мати» підривали, штучно занизивши її потужність вдвічі, але і без цього більше 0,5 кубокілометра вона не випарує.
Найпотужніша з проектованих сьогодні ракет прораховується тим же Ілоном Маском для проекту Mars Colonial Transporter. Однак і вона не зможе доставити до Марсу більше 100 тонн вантажів за раз, що приблизно дорівнює вазі чотирьох вищезгаданих родичок Кузьми.
Розтопка всього двох кубічних кілометрів сухого льоду на одну надважку ракету означають, що реалізація плану Маска вимагатиме до десяти тисяч рейсів (мільйона тонн бомб).
Нагадаємо, доставка тонного «К'юріосіті» на Марс обійшлася в сотні мільйонів доларів, і навіть якщо SpaceX вдасться знизити ціну доставки в десять разів, термоядерна весна на Марсі обійдеться людству в 100 трильйонів доларів. Чи немає способу подешевше?
Готові марсіани
Влітку цього року на Американському конгресі мікробіологів Ребекка Мікол (Rebecca Mickol) з Університету Арканзасу повідомила про кумедний експеримент: чотири надзвичайно поширених види анаеробних бактерій були піддані тиску в 0,006 земного, що відповідає умовам на поверхні Марса.
Як виявилося, всі ці організми без спороосвіти здатні виносити такі зміни і не втратити свою здатність до вироблення метану.
Раніше ті ж види, включаючи Methanosarcina barkeri вже показали, що їм не страшні і вкрай різкі коливання температури, і середовища з високим вмістом перхлоратів, а інші із земних бактерій успішно живляться цими самими перхлоратами, отруйними для нас з вами.
Що важливо, всі ці бактерії виробляють метан, а Methanosarcina barkeri - ще й вуглекислий газ. І перший і другий - потужні парникові гази, здатні різко знизити втрату тепла на поверхні планети.
На жаль, це не означає, що нам достатньо занести на Червону планету M. barkeri і умиротворено спостерігати за тим, як вона її тераформує. Справа в тому, що більшість таких анаеробів вимагає водню, якого там навряд чи багато.
Нарешті, на Марсі вже виявлені області, де підозріло багато вуглекислого газу (всемеро більше норми) і іноді з'являється метан. Ряд вчених звинувачує в цьому саме можливих марсіанських аналогів M. barkeri. Якщо вони все ще не террафомували Марс без нашої допомоги, значить, їм просто не вистачає поживних речовин - наприклад, того ж водню.
У теорії можна було б спробувати створити методами генної інженерії бактерію, що живиться перхлоратами і таку ж стійку до марсіанських температур і тисків, як M. Barkeri, але на практиці говорити про реалістичний сценарій мікробного парникового ефекту, який зробив би Марс таким же теплим, як Земля, поки рано.
Велика хімія
Проте нічого надприродного в тому, щоб зробити відкриту марсіанську поверхню придатною для земних рослин, немає. Зараз парниковий ефект нагріває Марс (порівняно з безатмосферним варіантом) лише на п'ять кельвінів, тоді як у Сонячній системі є приклади планет, які отримують від парникових газів нагрів у сотні кельвінів.
Правда, поки таких газів на Марсі мало: навіть розтопивши весь сухий лід на полюсах, парниковий ефект можна максимум подвоїти, що не дасть радикального зростання планетарної температури.
Однак вихід є. Ряд газів не пропускають інфрачервоне випромінювання в набагато більш широкому діапазоні, ніж вуглекислий газ або метан. Нижчі хлорфторвуглеці сильно блокують його хвилі довжиною від 7,8 до 15,3 мікрометрів, через що парниковий ефект від них до 30 тисяч разів сильніший, ніж від такої ж кількості вуглекислого газу.
Скільки конкретно хлорфторвуглеців буде потрібно для нагрівання до танення полюсів - складне питання, залежне від того, скільки саме замерзлого вуглекислого газу лежить під поверхнею Червоної планети. Оскільки дослідження її глибин ще не починалося, кількісні оцінки обсягів льоду різко різняться.
За найбільш оптимістичними розрахунками, навіть 40 мільйонів тонн цих речовин вистачить для того, щоб розтопити не тільки вуглекислий газ полярних шапок, але і ту частину сухого льоду, що міститься в поверхні інших районів планети.
Танення всього цього масиву збільшить щільність атмосфери до 0,3 від земної, що в кілька разів вище межі Армстронга - точки, при якій слина починає закипати мовою при 37 ° С.
При цьому буде досягнута не тільки можливість ходити по планеті без скафандра, але і парниковий ефект, достатній для того, щоб поверхня Марса в тропіках і на екваторі вночі не піддавалася сильним морозам.
Але і 40 мільйонів тонн - це занадто багато, щоб їх можна було доставити з Землі. Це всього в 60 разів більше середнього рівня виробництва нижчих хлорфторвуглеців на Землі, де їх до 1992 року використовували при виробництві аерозольних балончиків. Організувати на Марсі високороботизоване хімічне виробництво не так складно, як здається, - питома вага фтора і його сполук в місцевому ґрунті в півтора рази більше, ніж на Землі.
І все одно мова йде про створення там великої хімічної індустрії, якій доведеться десятиліттями працювати в безперервному режимі. Навіть якщо почати її роботу прямо зараз, вуглекислий газ на Марсі росте повністю лише до 2075 року. Але і після цього заводи не варто зупиняти: щоб розтопити весь водний лід на планеті, знадобиться, за різними оцінками, як мінімум стільки ж часу.
Теоретично вже з моменту танення сухого льоду Марс стане придатним для деяких земних рослин. Ще в 1970-ті було показано, що окремі водорості нормально себе почувають в чистому вуглекислому газі, без жодного кисню. Подібні якості є і у ціанобактерій.
В принципі, після досягнення плюсових температур такі організми можуть почати виробництво кисню в промислових масштабах. Але щоб ця схема працювала, знадобиться величезна кількість часу - можливо, до 100 000 років. Що ж, нам так і не побачити планету зеленою?
Кинути пляшку
Дещо можна зробити вже зараз. Німецьке аерокосмічне агентство 2012 року виявило, що арктичний лишайник ксанторію елегантну цілком може фотосинтезувати в умовах низьких широт Марса (від + 20 до -50 ° С). Під час експерименту, що тривав 34 дні, лишайник не тільки зберіг життєздатність, а й демонстрував фотосинтез у ті моменти, коли симульована марсіанська доба забезпечувала йому температуру вище нуля.
Схоже, що незважаючи на тиск у півтори сотні разів менше земного, принципово чужу атмосферу, радіацію і навіть ультрафіолет, деякі земні фотосинтетичні організми поблизу від рідкої води цілком можуть існувати на Марсі вже зараз.
Таку можливість треба перевірити. Саме тому в НАСА в даний час опрацьовується ініціатива Mars Ecopoiesis Test Bed. В її рамках на четверту планету Сонячної системи планують відправити контейнер розміром з невелику пляшку, оснащений прозорою кришкою.
Апарату, що спускається, потрібно вкрутити таку «пляшку» з відкритим дном на кілька сантиметрів у ґрунт в тих районах, де спостерігаються періодичні потоки солоної води, і дати місцевому «ґрунту» потрапити всередину об'єкта.
У міру того як місцевість поруч з пляшкою буде проходити через точку замерзання води, дно пристрою пропустить рідку воду всередину, дозволяючи організмам використовувати її.
В експериментальну мініканістру помістять екстремофільні водорості і ціанобактерії, яким дадуть можливість на місці довести свою здатність до фотосинтезу під ультрафіолетом та іншими марсіанськими принадами.
На наступному етапі цієї ж програми НАСА планує створити більш великі герметичні будови, накриті зверху, але вільно отримують знизу воду і грунт для своїх фотосинтетичних організмів.
У таких закритих мінібіосферах можна буде напрацьовувати кисень, який в перспективі стане в нагоді астронавтам, що приземляються на Марс.
Кисневі біофабрики теоретично можуть істотно полегшити життя прибуваючим астронавтам, позбавивши їх від необхідності везти з собою запаси кисню з Землі.
В очікуванні наддержави
Розмірковуючи реалістично, очікувати слід лише здійснення першого пункту Mars Ecopoiesis Test Bed. Він вимагатиме посилку до Марса приблизно тонни корисного вантажу, що можна порівняти з марсохідними місіями.
Іншими словами, в найближчі десятиліття ми, швидше за все, достовірно дізнаємося, чи є у нас можливість в ізольованому просторі тераформувати шматочок іншої планети земними організмами.
Більш масштабних акцій - тієї ж посилки астронавтів - поки очікувати не варто. НАСА планує летіти до Марса так само, як до Місяця, - тобто на одноразових ракетах, можливо, лише за допомогою іонних двигунів. Польоти до Місяця коштували понад 150 мільярдів доларів, а подорож до Марса з технічних причин обійдеться в кілька разів дорожче.
Ситуація може змінитися лише в разі реалізації наполеонівських планів Ілона Маска, але коли мова йде про вплив особистості на історію, дуже складно заздалегідь прогнозувати, чи втіляться його грандіозні проекти.
Практично неможливо собі уявити, що американська влада зможе виділити на підкорення Марса кошти, рівні річному військовому бюджету США. Чогось подібного можна очікувати тільки якщо за справу візьметься інша наддержава, яка ініціює гонку престижу.
Однак зараз не 1960-ті, інших наддержав на планеті немає і, очевидно, до їх появи відкладаються як пілотовані експедиції до Марса, так і перші спроби його тераформування.
