Pamatujte, jak Elon Musk tweetoval: Nuke Mars! („Pojďme zasáhnout Mars jadernými bombami!“)? Mars - a co s ním člověk může dělat - znepokojuje lidstvo přinejmenším od Marťanských kronik Raye Bradburyho. Mezi fantazií před půl stoletím a dneškem je však obrovský rozdíl: nejnovější vědecké objevy přenesly rozhovory o životě na Marsu z fantasy kruhů do kanceláří výzkumníků a dokonce i podnikatelů.
Čtvrtá planeta sluneční soustavy je v poloměru poloviční než Země, ale svou rozlohou se rovná všem zemským kontinentům dohromady (naštěstí tam nejsou žádné oceány), navíc v roce 2008 tam výzkumná sonda NASA našla vodu (ve formě ledu). Není divu, že existuje pokušení osídlit planetu, a doslova v červenci 2019 raketové motory pro let tam poprvé dokázaly zvednout do vzduchu Starhopper, prototyp, který se za pár let promění ve Starship - raketa a kosmická loď vytvořená speciálně pro lety na Mars. Díky plné znovupoužitelnosti Starship (více než sto použití) by měly náklady na lety na Mars klesnout.
Průměrná roční teplota na Marsu je přitom -63 stupňů Celsia, přibližně stejná jako na antarktické stanici Vostok. Je tam taková zima, protože její atmosféra je 150krát tenčí než na Zemi. U tak tenké plynové skořápky je skleníkový efekt velmi slabý, proto je zima. Problém lze vyřešit přiblížením klimatických podmínek na Marsu klimatu Země - tomuto procesu se říká terraformování. V případě Marsu je k tomu nutné nějak prudce zahřát povrch planety, která se i v nejlepších letech nachází 56 milionů kilometrů odsud.
Vědci s tímto problémem docela tvrdě bojují a nedávno, v létě roku 2019, byl představen neobvyklý způsob, jak udělat Red Planet obyvatelnou - pro začátek alespoň částečně. Ukázalo se, že průhledná kopule z exotického gelového materiálu tlustého jen pár centimetrů zahřívá pozemskou imitaci marťanské půdy natolik při špatném místním osvětlení, že je schopná podporovat život rostlin bez dalšího zahřívání. A to je skutečná senzace. Řekneme vám, co lze obecně udělat, aby po určitém počtu let lidé procházeli marťanskými poli a obdivovali dva měsíce najednou.
Aerogelní kopule: skleníky úrovně 80 objevené vědci před měsícem
Pojďme rovnou k nejnovějšímu objevu. V červenci 2019 tým vědců provedl jednoduché laboratorní experimenty, ve kterých umístil analog marťanské půdy do komory se vzácnou atmosférou a teplotou Marsu. Poté zazářili na kupolách lampami, které dávaly 150 wattů energie na metr čtvereční - přesně tolik, kolik dává slunce v průměru povrchu Marsu.
Ukázalo se to překvapivě: bez sebemenšího vnějšího ohřevu se povrch marťanské půdy, pokrytý shora gelovou kopulí, zahřál těsně nad nula stupňů. Kopule tlustá jen dva centimetry dobře propouští viditelné světlo, ohřívá s ním půdu, ale velmi špatně propouští ultrafialové, infračervené záření a teplo. Surovin pro jeho výrobu (obyčejný písek) je na Marsu, stejně jako na Zemi, více než dost.
Ohřátí půdy o 65 stupňů jednoduchou průhlednou kopulí vypadá jako zázrak, protože ze spodní části půdy není žádná speciální tepelná izolace a část tepla stále jde do stran. To znamená, že je to jako zakrýt zmrzlou půdu chytře uspořádanou žínkou - a pak se všechno stane samo. Ale žádný zvláštní zázrak zde není. Aerogely byly objeveny v roce 1931 a ve skutečnosti jde o běžný alkoholový gel, ze kterého se zahříváním odpařuje veškerý alkohol a zanechává síť vzduchem naplněných kanálů. Jeho tepelně izolační vlastnosti se stejnou tloušťkou jsou až 7,5krát vyšší než u pěny nebo minerální vlny, přičemž jsou prakticky průhledné. Konvenční obydlí z něj a na Zemi, které je zcela průhledné, by nevyžadovalo vytápění, s výjimkou dlouhé polární noci.
Zajímavé je, že ve skutečnosti byl tento materiál již testován na Marsu: americké rovery používají aerogel, aby se jejich vnitřní nástroje během marťanské noci, kdy může teplota klesnout až na -90 stupňů, nepřechladily.
Vědci, kteří navrhli takové kopule jako způsob, jak se jednoho dne přesunout na Mars, poznamenávají, že kopule aerogelu se snadno přepravují na dlouhé vzdálenosti. Experimenty v pozemských laboratořích navíc již ukázaly, že i rajčata rostou úplně na analogu marťanské půdy, pokud by byla teplota normální. Není třeba ani za ně utrácet mnoho vody: zpod kopule se nemá kam odpařit, to znamená, že i její malé množství bude neustále spotřebováváno rostlinami „v kruhu“. Mimochodem, aby autoři potvrdili tyto návrhy, plánují experimenty přenést na Antarktidu - suchá údolí McMurdo, která jsou z hlediska klimatu a bezvodosti extrémně blízko Marsu.
Musk má pravdu
Nejradikálnější způsob řešení problému, jak se často stává, navrhl Elon Musk: bombardovat póly Marsu termonukleárními bombami. Výbuchy by měly odpařit oxid uhličitý, který tvoří většinu ledu v polárních čepicích této planety. CO2 vytvoří skleníkový efekt, to znamená, že z jaderných bombových útoků na čtvrté planetě se bude vážně a dlouho zahřívat.
Je pravda, že v roce 2018 předložila studie sponzorovaná NASA úplně jiný úhel pohledu: je zbytečné bombardovat póly. A obecně veškerý oxid uhličitý na Marsu nestačí k vytvoření dostatečně husté atmosféry pro vážné oteplování. Podle výpočtů vědecké skupiny „nasov“po roztavení polárních čepiček oxidu uhličitého lze tlak zvýšit pouze 2,5krát. Zahřeje se, ale stále jsou to antarktické teploty - a atmosféra je 60krát tenčí než ta naše. Autoři díla přímo zmínili osobu, jejíž úhel pohledu kritizují: Elona Muska. Ale zdá se, že mu to ani trochu nevadilo.
I na Marsu můžete najít kaňon dlouhý tisíce kilometrů - a usadit se v něm
Mars má velmi neobvyklé reliéfní rysy, které se na Zemi nenacházejí. Jedním z nich je 4000 kilometrů dlouhý kaňonový systém Mariner Valley, nejdelší známý ve sluneční soustavě. Jeho šířka je až 200 kilometrů a hloubka až 7 kilometrů. To znamená, že na dně kaňonů je atmosférický tlak jeden a půlkrát vyšší a je zde znatelně teplejší a vlhčí než na zbytku planety. Přes část Marinerských údolí fotí vesmírné lodě skutečné mlhy z vodní páry (na obrázku níže) a na svazích jiných oblastí - tmavé stopy po proudech v písku a tyto proudy jsou až podezřele podobné vodě.
Část údolí Mariner známá jako Labyrint noci
Všech deset tisíc kilometrů čtverečních na fotografii je pokryto ranní mlhou - pro Mars poměrně vzácným jevem.
Údolí Mariner nejsou všude široká - na některých místech je jejich šířka jen několik kilometrů. Již dlouho se navrhuje pokrýt taková místa skleněnou kopulí v domnění, že to bude stačit k udržení tepla a vytvoření místní vysoké teploty. Aerogelní kupole nad takovou oblastí s vodou může vést k vytvoření místního relativně teplého podnebí s vlastními srážkami a vodou. Taková místa lze budovat postupně a čím větší je plocha pokrytá přiléhajícími kopulemi, tím vyšší bude průměrná teplota (menší tepelné ztráty stěnami). Takže vlastně takovéto postupné „plíživé“terraformování může zabrat velmi velkou plochu planety.
Co je špatného na výpočtech NASA a proč jsou již nesouhlasní vědci najati ve SpaceX?
Globální oteplování Marsu na teploty Země existuje jednodušší. Jak poznamenala další skupina vědců, tuto metodu jsme již vyzkoušeli na Zemi, aniž bychom chtěli - vypustit do její atmosféry 37 miliard tun oxidu uhličitého a postupně zvyšovat teplotu na planetě. Tato cesta je skleníkovými plyny.
Na Marsu samozřejmě není uhlí, které by při spalování mohlo vytvořit skleníkový efekt. A CO2 není nejúčinnějším skleníkovým plynem. Existují mnohem lepší kandidáti, z nichž nejslibnější je SF6. Jeho molekula se skládá z jednoho atomu síry, kolem kterého trčí šest atomů fluoru. Molekula díky své „objemnosti“dokonale zachycuje ultrafialové i infračervené záření a přitom dobře přenáší viditelné světlo. Pokud jde o sílu skleníkového efektu, který způsobuje, je 34 900krát větší než oxid uhličitý. To znamená, že pouhý milion tun této látky by poskytlo stejný skleníkový efekt jako desítky miliard tun CO2 emitovaného dnešním lidstvem.
Tmavé pruhy v písku se v teplých obdobích prodlužují a v chladných obdobích se zkracují, a proto je někteří vědci považují za mokrý písek z vodních toků poblíž povrchu.
Plyn SF6 je navíc velmi houževnatý - jeho životnost v atmosféře je od 800 do 3200 let, v závislosti na vnějších podmínkách. To znamená, že se nemusíte starat o jeho rozpad v atmosféře Marsu: jakmile bude vyroben, zůstane tam velmi dlouho. Plyn je navíc neškodný pro člověka a všechny živé organismy. Ve skutečnosti je na Marsu docela užitečný, protože zachycuje UV paprsky ne horší než ozón, který tam ještě není.
Podle výpočtů může asi za 100 let injekce super skleníkových plynů tohoto typu zvýšit teploty na planetě o desítky stupňů.
Je zajímavé, že o něco dříve, s podporou NASA, byla provedena další vědecká práce, která popisovala právě takový scénář - terraformování Marsu díky umělým skleníkovým plynům se zvýšenou účinností. Jednou z autorek této práce byla Marina Marinova, která dlouho pracovala pro NASA, a dnes získala práci ve SpaceX. Sám Elon Musk jej navíc označil za spoluautora a kritizoval dílo, které hovoří o nedostatku CO2 na Marsu, údajně mu bránilo v přeměnu na planetu s teplotami blízkými Zemi.
Důležitým rysem takového super-silného skleníkového efektu: po zahřátí marťanské půdy by měl být CO2 v ní vázaný uvolněn do atmosféry, což dále zvyšuje zahřívání planety.
Kdy bude Mars ve skutečnosti vypadat jako Země?
Přestože SF6 může skutečně transformovat celou planetu, je třeba jasně pochopit, že zítra se tak nestane. Podle výpočtů k tomu potřebujete utratit miliardy kilowatthodin ročně - a utratit je na Marsu, přičemž z bohatého fluoru a šedé půdy vytvoříte stejný plyn SF6. To znamená, že ti, kteří chtějí terraformovat, budou muset na planetě postavit celou 500 megawattovou jadernou elektrárnu, automatizovaná výrobní zařízení, která neustále uvolňují plyn SF6 do atmosféry. Tento proces přinese hmatatelné výsledky po sto letech práce. No, nebo trochu rychleji s velmi velkými investicemi do vytváření továren.
Po celou tuto dobu budou muset lidé, kteří zajišťují své aktivity a studují Mars, někde žít. Je zřejmé, že nejlepším řešením pro místní transformaci planety v místech jejich osídlení budou aerogelní dómy. To znamená, že v případě potřeby bude terraformování probíhat dvěma způsoby najednou: lokálně - pro současné kolonisty pomocí kopulí - a globálně - pro planetu jako celek.
Kdo už může žít na Marsu - a proč na tom záleží
Jabloně na Rudé planetě v blízké budoucnosti nekvetou, ale venkovní vegetace tam ve skutečnosti může přijít dříve, než si myslíme.
Хanthoria elegans
Ještě v roce 2012 provedla německá letecká agentura experiment s arktickým lišejníkem Xanthoria elegans. Byl udržován na tlaku 150krát nižším než na Zemi - bez kyslíku, na marťanských teplotách. Navzdory odcizení prostředí lišejník nejen přežil, ale také neztratil schopnost úspěšně fotosyntetizovat (v obdobích, která napodobují denní světlo).
To znamená, že v řadě oblastí Marsu - stejných údolí námořníků - takové organismy v rovníkové zóně již dnes mohou žít. A po zahájení výroby plynu SF6 na Marsu se území pro ně vhodné začne rychle rozšiřovat. Stejně jako ostatní lišejníky, elegantní Xanthoria produkuje kyslík během fotosyntézy. Ve skutečnosti to bylo vypuštění lišejníků na zemskou půdu asi před 1,2 miliardami let (0,7 miliardy let před vyššími rostlinami), které umožnily zemské atmosféře prudce zvýšit obsah kyslíku na úroveň dnešní pozemské vysočiny. S největší pravděpodobností budou mít na Marsu lišejníky stejnou funkci - připravit atmosféru tak, aby v ní snáze žily složitější stvoření. Možná lidé.