Колонизация планет внутреннего круга или реальность фантастического
Колонизация космоса — гипотетическое создание автономных человеческих поселений вне Земли.
Проект орбитальной колонии «Стэнфордский тор» — тор диаметром 1,6 км при диаметре поперечного сечения порядка 150 м
Колонизация космоса является одной из основных тем научной фантастики.
Исследователи этой проблемы считают, что на Луне и ближайших к Земле
астероидах достаточно ресурсов для создания такого поселения. Солнечная
энергия там довольно легко доступна в больших количествах. Достижений
современной науки вполне достаточно для начала колонизации, но
необходимо огромное количество инженерной работы.
Средства
Жизнеобеспечение
Для жизни человека вне Земли поселение должно
поддерживать параметры окружающей среды в пригодных для обитания пределах,
т. е. создавать так называемый гомеостаз. Также в нём должно
существовать множество видов животных (в частности, микроорганизмов) и
растений.
Может быть несколько видов взаимодействия между внеземной окружающей средой и средой человеческого поселения:
* Человеческое поселение полностью изолировано от окружающей среды (искусственная биосфера).
* Изменение окружающей среды до состояния, пригодного для жизни земных организмов (терраформинг).
* Изменение земных организмов и приспособление их к новой среде обитания.
Также возможны комбинации перечисленных вариантов.
Самообеспечение
Самообеспечение — необязательный атрибут внеземного поселения, но оно
может являться конечной целью колонизации космоса, потому что позволит
во много раз увеличить скорость роста колонии и сильно уменьшит её
зависимость от Земли. Промежуточными этапами могут быть колонии,
которые требуют только информации с Земли (научной, инженерной и т. п.)
и колонии, требующие периодических поставок с Земли некоторых видов
продукции (электроники, медикаментов и прочих).
Численность населения
В 2002 году антрополог Джон Мур (John H. Moore) предположил, что
поселение численностью 150—180 человек сможет нормально существовать на
протяжении 6—8 поколений (около 200 лет).
Расположение колонии
Наилучшее расположение колонии является одним из основных предметов спора сторонников космической колонизации.
Колонии могут располагаться в следующих местах:
* планета, спутник планеты или астероид;
* орбита вокруг Земли, Солнца или другого космического тела;
* точка Лагранжа.
Планеты, спутники и астероиды
Марс
Колонизация Марса
Марс рассматривается как один из наиболее вероятных кандидатов на роль
места первого внеземного поселения. Его общая площадь приблизительно
равна площади земной суши. На Марсе существуют большие запасы воды, а
также присутствует углерод (в виде двуокиси углерода в атмосфере).
Вероятно, Марс подвергался тем же геологическим и гидрологическим
процессам что и Земля, и может содержать запасы минеральных руд (хотя
это не доказано). Существующего оборудования было бы достаточно, чтобы
получать необходимые для жизни ресурсы (воду, кислород, и т. п.) из
марсианского грунта и атмосферы.
Атмосфера Марса достаточно тонкая (всего 800 Па, или около 0,8 %
земного давления на уровне моря), а климат холоднее. Сила тяжести на
Марсе составляет около трети земной. Обсуждается возможность
терраформинга Марса с целью сделать всю или часть его поверхности
пригодной для жизни.
Венера
Колонизация Венеры представляет собой чрезвычайно сложную задачу в силу
природных условий ныне существующих на ее поверхности, и
рассматривается в контексте терраформирования этой планеты.
Преобразованная Венера
Современные условия на Венере
Температура и давление на различных высотах от поверхности Венеры
Средняя температура + 467 °C (Венера — самая горячая планета Солнечной
системы), атмосферное давление — около 93 атм (бар), состав атмосферы:
углекислый газ — 96 %, азот — 3,5 %, угарный газ и сернистый газ — 0,3
%, кислород и водяной пар — 0,12 %.
Привлекательность освоения
1. Венера — сестра-близнец нашей планеты: диаметр Венеры 12104 км (95 %
диаметра Земли), масса 4,87×1024 кг (81,5 % массы Земли), ускорение
силы тяжести 0,9 g (91 % земной силы тяжести).
2. Венера является ближайшей к нам планетой солнечной системы.
3. На Венеру попадает много солнечной энергии, которую потенциально можно использовать для терраформирования.
[править] Трудности освоения и терраформирования
Давление на Венере на различных высотах
1. На Венере очень жарко — средняя температура на поверхности +467 °C (жарче, чем на Меркурии).
2. Давление на поверхности Венеры около 90 атмосфер.
3. Атмосфера Венеры состоит на 97 % из CO2.
4. На Венере практически нет воды, поэтому её необходимо доставить туда
искусственным путём. Например, из комет или астероидов, либо найти
способ синтеза воды (например, из атмосферного CO2 и водорода).
5. Венера вращается в обратную сторону по сравнению с Землей и другими
планетами Солнечной системы, наклон оси вращения к плоскости орбиты
составляет 178°. Из-за такого необычного сочетания направлений и
периодов вращения и обращения вокруг Солнца смена дня и ночи на Венере
происходит за 117 земных суток, поэтому день и ночь продолжаются по
58,5 сут.
Способы терраформирования Венеры
Солнечные экраны между Солнцем и Венерой
Предполагается, что такие «зонтики» смогут резко снизить поток
солнечной энергии, достигающей Венеры, и как следствие — снизить
температуру на планете до приемлемого уровня. Причём при достаточном
экранированиии Венеры от Солнца, температуру можно понизить до такой
степени, что атмосфера Венеры вымерзнет и значительная её часть выпадет
на поверхность в виде сухого льда (твердый CO2).
Результатом будет значительное падение давления и дополнительное (за счёт повышения альбедо) охлаждение планеты.
Одним из вариантов таких проектов является установка в качестве экранов
сверхлёгких отражающих зеркал, свет от которых можно использовать для
одновременного прогрева более холодных планет (например, Марса).
Самовоспроизводящиеся автоматы
Такие искусственные организмы, по форме напоминающие воздушный шар,
должны быть способны под действием солнечной энергии преобразовывать
венерианский CO2 в кислород и углеродистый материал с высокой
отражающей способностью, из которых затем строится шарообразная
оболочка (наполняющаяся выделяющимся кислородом). Кроме того, по
достижении определённого размера такие объекты должны быть способны к
воспроизведению себе подобных.
В этом случае несколько таких объектов, сброшенных в атмосферу Венеры,
смогут дать начало далеко идущим преобразованиям климата планеты:
количество таких мини-заводов будет возрастать в геометрической
прогрессии, и атмосфера Венеры постепенно будет наполняться кислородом.
Кроме того, миллиарды таких воздушных «шариков», плавающих в атмосфере
Венеры, будут дополнительно ограничивать поток солнечного света,
достигающего поверхности Венеры.
Однако такой проект не решает проблему воды на Венере, которую туда все
равно придется доставлять — например, из комет или водно-аммиачных
астероидов.
Бомбардировка Венеры кометами или водно-аммиачными астероидами
Бомбардировка Венеры кометами или астероидами (например, из пояса
Койпера) обсуждается как способ доставки на Венеру воды, которой там
практически нет.
Размеры ледяного астероида, необходимого для снабжения Венеры водой, в сравнении с размерами Венеры, Земли и Луны
Количество воды, которое необходимо доставить на Венеру, огромно: так,
для создания приемлемой гидросферы на Венере требуется не менее 10 17
тонн воды, что примерно в сто тысяч раз превышает массу кометы Галлея.
Требуемый ледяной астероид должен иметь диаметр около ~ 600 км (в 6 раз
меньше диаметра Луны).
Кроме ледяных комет и астероидов, большое количество воды содержат некоторые спутники Юпитера и Сатурна, а также кольца Сатурна.
Доставка воды на Венеру путём астероидной бомбардировки решает сразу
несколько проблем. Во-первых, точно рассчитанная бомбардировка позволит
«раскрутить» Венеру вокруг своей оси, сократив таким образом слишком
длинные венерианские сутки. Во-вторых, океаны перегретой воды, кипящей
при 300 0С (при венерианских 90 атм.), станут разрушать венерианские
горные породы и, в частности, вымывать окись кальция из венерианского
грунта. Образующийся щелочной раствор начнёт быстро поглощать CO2 из
атмосферы Венеры, связывая его в виде карбонатов (CaCO3, MgCO3):
Таким образом за сравнительно короткий срок станет возможным снизить
концентрацию CO2 и атмосферное давление на Венере в десятки раз, после
чего станет возможным запускать туда фотосинтетические земные
организмы, для преобразования оставшегося венерианского CO2 в кислород.
Следует заметить, что водяной пар является ещё более сильным парниковым
газом, чем CO2, поэтому такой способ преобразования венерианского
климата всё равно придётся совмещать с рассмотренными выше солнечными
экранами — для того, чтобы не допустить нового витка разогревания
Венеры.
Доставка на Венеру земных водорослей или других микроорганизмов
Если проблема с водой на Венере будет тем или иным образом решена, то
можно приступать к следующему этапу терраформирования планеты —
фотосинтетическому преобразованию климата.
Сине-зелёные водоросли, доставленные в атмосферу Венеры на уровень
50-60 км от поверхности, на котором давление составляет около 1,1 бар и
температура около +30 градусов Цельсия, при условии некоторого
генетического модифицирования (для приживания в условиях полёта в
атмосферных течениях), могут обеспечить переработку углекислого газа в
углеродные соединения и кислород, что приведёт к резкому уменьшению
парникового эффекта, давления атмосферы и снижению температуры
поверхности на 200—300 градусов в течение 30-100 лет. Естественных
врагов у них в условиях Венеры — не будет, то есть минимальная партия
водорослей (несколько грамм или, максимум, тонн) способна осуществить
терраформирование целой планеты в соответствии с законом
неограниченного размножения организмов в геометрической прогрессии.
Таким образом, в максимально сжатые сроки земные микроорганизмы (при
необходимом их контроле), способны снизить температуру поверхности
Венеры до 100 градусов по Цельсию, давления — до 10-30 атмосфер, что
уже приемлемо для колонизации. Также резко возрастёт количество
свободного кислорода одновременно со снижением доли углекислого газа.
Астероиды
Преимущество небольших астероидов в том, что они могут несколько раз в
десятилетие проходить достаточно близко от Земли. В интервалах между
этими проходами астероид может удаляться на 350 млн км от Cолнца
(афелий) и до 500 млн км от Земли.
Но у мелких астероидов есть и недостатки. Во-первых, это очень
маленькая гравитация, а во-вторых, всегда будет опасность того, что
астероид столкнётся с каким-либо массивным небесным телом.
Спутники Юпитера
Спутники Юпитера — естественные спутники планеты Юпитер. На сегодняшний
день учёным известны 63 спутника Юпитера; это наибольшее число открытых
спутников среди всех планет Солнечной системы. Кроме того, у Юпитера
есть система колец. Три спутника Юпитера — Европа, Ганимед и Каллисто —
являются основными кандидатами для колонизации в пределах Солнечной
системы наряду с Марсом, Венерой, Луной, Меркурием и поясом астероидов.
Европа
На сегодня существуют планы по колонизации Европы. Основная сложность в
колонизации Европы заключается в наличии у Юпитера сильного
радиационного пояса. Находящийся на поверхности Европы человек (без
скафандра) получил бы смертельную дозу радиации меньше, чем за два
часа. Считается, что под ледяной поверхностью спутника имеется океан.
Для его исследования могут быть использованы субмарины.
Ганимед
Ганимед, спутник Юпитера, является достаточно привлекательным местом
для колонизации в отдалённом будущем. Ганимед — самый большой спутник в
Солнечной системе и кроме того Ганимед единственный спутник Юпитера
обладающий магнитосферой, способной защитить потенциальных
колонизаторов от губительного воздействия радиации.
Каллисто
По оценкам НАСА, Каллисто может стать первым из колонизированных
спутников Юпитера. Это возможно благодаря тому, что Каллисто
геологически очень стабильна и находится вне зоны действия
радиационного пояса Юпитера. Этот спутник может стать центром
дальнейших исследований окрестностей Юпитера, в частности, Европы.
Орбитальные колонии
Колонизация космоса: за и против
Мнение скептиков
Некоторые специалисты высказывают скептическое мнение по поводу
колонизации космоса. К их числу относятся, в частности, первый
американский астронавт, совершивший орбитальный полёт, Джон Гленн и
космонавт и конструктор космических кораблей Константин Феоктистов.
Согласно этой точке зрения, поддержание жизнедеятельности человека в
космосе обходится слишком дорого, а необходимости в этом нет, так как
всю необходимую работу может делать автоматика. По словам К.
Феоктистова, деятельность космонавтов на всех орбитальных станциях дала
гораздо меньше результатов, чем один автоматический телескоп «Хаббл».
На Земле не освоены Антарктика и морское дно, так как это пока
неэффективно — освоение космоса было бы ещё дороже и неэффективнее. В
долгосрочной перспективе, с появлением искусственного интеллекта, не
уступающего человеческому, посылка в космос приспособленных
исключительно к земным условиям людей может оказаться заведомо
нецелесообразной.
Контраргументы сторонников
Стоимость: многие люди сильно преувеличивают затраты на космос, при
этом недооценивая затраты на оборону или здравоохранение. Например, по
состоянию на 13 июня 2006 года, Конгресс США направил 320 млрд долларов
на войну с Ираком, тогда как создание космического телескопа «Хаббл»
обошлось всего в 2 млрд долларов, а средний годовой бюджет НАСА равен
всего лишь 15 млрд долларов. Другими словами, при нынешнем уровне
финансирования НАСА, денег, затраченых на войну с Ираком, хватило бы
примерно на 21 год работы на освоение космоса. Люди также часто
недооценивают, насколько космические технологии — таких как спутниковая
связь и метеорологические спутники — помогают им в их обыденной жизни,
не говоря уже о повышении производительности в сельском хозяйстве,
снижении рисков от природных катаклизмов и т. п. Аргумент «затратности
космоса» также неявно предполагает, что деньги, не потраченые на
космос, автоматически пойдут туда, где они принесут пользу человечеству
— но это не является строгим фактом.
Земля: освоение Антарктики, морского дна и других неосвоенных
территорий сдерживается не столько недружественностью окружающей среды,
сколько отсутствием поблизости доступных источников энергии и
материалов, нужных для организации производства. Затраты на
жизнеобеспечение космонавтов (как и подводников, покорителей Антарктики
и др.) обусловлены стоимостью доставки всего необходимого с Земли. При
наличии же достаточно мощных и безопасных энергетических установок и
локального производства, враждебная среда может быть превращена в
пригодную для жизни с меньшими затратами. Сторонники колонизации
космоса считают, что произвести массовый перенос производства энергии и
материалов в космос будет проще, чем сделать то же самое в Антарктике
или на морском дне. Проблему с колонизацией неосвоенных территорий
Земли они видят в непредсказуемом и чаще всего негативном влиянии
массового производства на местную экологию, а так же в истощении
топливных ресурсов планеты при неуклонном росте энергопотребления.
Альтернативные источники, использующие энергию ветра, Солнца и т. п., в
свою очередь сами требуют немалых энергозатрат на производство и
эксплуатацию, нуждаются в отчужденной территории для сбора рассеяной
энергии, и их выработка существенно зависит от погодных условий. Доступ
к термоядерной энергии может снизить энергетический кризис, но с ростом
энергопотребления и заселённости территорий проблемы загрязнения
окружающей среды не снимаются.
В то же время, солнечные электростанции, развёрнутые в космосе,
принципиально не могут зависеть ни от смены времён суток/года (нет
таковых), ни от состояния атмосферы (она отсутствует), ни от наличия
свободной территории (её неизмеримо больше, чем на Земле).
Зеркала/батареи всегда можно сориентировать наиболее выгодным образом,
чтобы получать максимальный поток энергии. Космические фабрики,
выпускающие полупроводниковые фотоэлементы, а так же другие виды
продукции, будут работать в стабильных условиях, при широком и лёгком
контроле над локальной гравитацией и вакуумом.
Роботы: Применение автоматических космических станций отлично решает
исследовательские задачи, но совершенно не решает проблемы роста
населения Земли и постепенного истощения её невозобновляемых ресурсов.
С другой стороны, развитие систем искусственного интеллекта «не
уступающего человеческому» поднимает вопрос о сосуществовании с такой
новой формой «жизни».
И, наконец, сторонники трансгуманизма считают, что прогресс в области
микробиологиии, генетики и нанотехнологии позволит преодолеть
биологические ограничения и приспособить человеческий организм к
длительной и комфортной жизни в условиях невесомости, повышенной
радиации и других факторов жизни в космосе. При наличии возможности
изменять собственную биологическую природу, адаптироваться к широкому
диапазону внешних условий и, возможно, искусственно усиливать
способности мозга, необходимость создавать роботов с искусственным
интеллектом может стать не столь острой.
