Терраформирование

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Терраформирование (лат. terrae — земля и forma — вид) — изменение климатических условий планеты, спутника или же иного космического тела для приведения атмосферы, температуры и экологических условий в состояние, пригодное для обитания земных животных и растений. Сегодня эта задача представляет в основном теоретический интерес, но в будущем может получить развитие и на практике.

Термин «терраформирование» был впервые введён Джеком Уильямсоном в научно-фантастической повести, опубликованной в 1942 году в журнале Astounding Science Fiction^[1], хотя идея преобразования планет под земные условия обитания присутствовала уже в более ранних произведениях других писателей-фантастов.

Планета Земля, вид из космоса

Содержание

1 Факторы, которые могут привести к необходимости заселения других планет
2 Критерии пригодности планет к терраформированию
3 Претерраформирование
4 Перспективы терраформирования планет и спутников Солнечной системы
5 Технические возможности осуществления
- 5.1 Важнейшие задачи ученых — терраформистов
6 Перспективность колонизации объектов Солнечной системы
7 Альтернатива терраформированию планет
8 Последствия терраформирования для развития цивилизации
9 См. также
10 Терраформирование в литературе
11 Терраформирование в кинематографии
12 Терраформирование в компьютерных играх
13 См. Также
14 Ссылки
15 Внешние ссылки

[править] Факторы, которые могут привести к необходимости заселения других планет

Вероятность ядерной катастрофы увеличивается с пролиферацией ядерного оружия.

Практическое значение терраформирования обусловлено необходимостью обеспечить нормальное существование и развитие человечества. С течением времени рост населения Земли, экологические и климатические изменения могут создать ситуацию, когда недостаток пригодной для обитания территории поставит под угрозу дальнейшее существование и развитие земной цивилизации. Такую ситуацию, например, создадут неизбежные изменения размеров и активности Солнца, которые чрезвычайно изменят условия жизни на Земле. Поэтому человечество будет естественным образом стремиться к перемещению в более комфортный пояс.

Помимо природных факторов, существенную роль могут сыграть и последствия деятельности самого человечества: экономическая или геополитическая ситуация на планете; глобальная катастрофа, вызванная применением оружия массового поражения; истощение природных ресурсов планеты и др.

Возможность переселения во внеземные колонии со временем может привести к формированию культурных традиций, где переселение людей в колонии будет идти постоянно в течение многих поколений. Культурные традиции могут быть изменены прогрессом медицины, что может привести к значительному продлению человеческой жизни. Это, в свою очередь, может привести к «конфликту поколений», когда представители более молодых поколений и более старших начнут бороться между собой за жизненные ресурсы. Вообще, возможность решения политических конфликтов путем эмиграции диссидентов в колонии может значительно изменить политическую структуру многих демократических государств. В таком случае, процесс создания новых колоний будет подобен процессу строительства «элитных» микрорайонов, когда колонии создаются коммерческими структурами в надежде на окупаемость; или наоборот, строительству государственного жилья для малоимущих слоев населения для уменьшения уровня преступности в трущобах и уменьшения влияния политической оппозиции в них. Рано или поздно «недвижимость» в Солнечной системе будет поделена и процесс переселения не будет ограничиваться существующими в Солнечной системе планетарными объектами, но будет направлен в сторону других звездных систем. Вопрос об осуществимости подобных проектов упирается в технологичность и выделение достаточных ресурсов. Как и в любых других сверхпроектах (как, например, строительство огромных ГЭС или железных дорог «от моря до моря», или, скажем, Панамского канала), риск и размер инвестиций слишком велик для одной организации и с большой вероятностью потребует вмешательства государственных структур и привлечения соответствующих инвестиций. Время реализации проектов по терраформированию околоземного пространства в лучшем случае может измеряться столетиями^[2].

[править] Критерии пригодности планет к терраформированию

Обитаемая зона относительно звёзд разного типа

Потенциально пригодные к немедленному заселению планеты можно разделить на три основные категории^[3]:

Обитаемая планета (планета типа Земли), наиболее пригодная к заселению.
Биологически сопоставимая планета, то есть планета в состоянии, подобном земному, миллиарды лет назад.
Легко терраформируемая планета. Терраформирование планеты такого типа возможно провести с минимальными затратами. Например, планету с температурой, превышающей оптимум для биосферы Земного типа, можно охладить путем распыления пыли в атмосфере по принципу «ядерной зимы». А планету с недостаточно высокой температурой, наоборот, нагреть путем осуществления направленных ядерных ударов в залежи гидратов, что привело бы к выбросу в атмосферу парниковых газов.

Далеко не всякая планета может быть пригодна не только к заселению, но и к терраформированию. В Солнечной системе на данный момент одной из планет, не пригодной к заселению людьми, является Юпитер — из-за высокой гравитации (2,4 g) и высокого радиационного фона (при сближении с Юпитером «Галилео» получил дозу радиации, в 25 раз превышающую смертельную дозу для человека). В Солнечной системе наиболее подходящими условиями для поддержания жизни после терраформирования обладает прежде всего Марс^[4]. Остальные планеты либо мало пригодны к терраформированию, либо встречают значительные трудности в преобразовании климатических условий. Например, Меркурий может быть терраформирован, однако ввиду непосредственной близости к Солнцу и постепенного расширения Солнца срок существования условий, приемлемых для обитания живых организмов, слишком короткий.

Пригодность планет к терраформированию зависит от физических условий, в которых эти планеты находятся. Основными из этих условий являются:

Ускорение свободного падения на поверхности планеты^[5]. Гравитация терраформируемой планеты должна быть достаточной для удержания атмосферы с соответствующим газовым составом и влажностью. Планеты, имеющие слишком малые размеры и, следовательно, массу, совершенно непригодны, так как будет происходить существенная утечка атмосферы в космическое пространство. Кроме того, определённая степень притяжения необходима для нормального существования на планете живых организмов, их размножения и устойчивого развития.
Объём принимаемой солнечной энергии^[6]. Для проведения работ по терраформированию планет необходим достаточный объём солнечной энергии для прогрева поверхности и атмосферы планеты. Прежде всего, освещенность планеты Солнцем (равно как и любой другой родительской звездой) должна быть достаточной для прогрева атмосферы планеты как минимум до достижения искусственного парникового эффекта для поддержания температур на поверхности, достаточных для устойчивого нахождения воды в жидком состоянии. Освещенность также необходима для осуществления воспроизводства энергии с помощью фото- или термопреобразователей и выполнения задач по терраформированию. С точки зрения освещенности зона, в которой есть необходимый объём солнечной энергии и в которой находятся подходящие планеты, достигает орбиты Сатурна, а следовательно в более глубоких областях космоса терроформирование в настоящее время невозможно. В то же время в будущем при расширении Солнца уровень энергии, достаточный для кратковременного (несколько сот миллионов лет) поддержания окажется в пределах орбиты Плутона или же даже в ближних областях Пояса Койпера.

Кратер Тихо на Луне, диаметр — 85 км.
Наличие воды^[5]. Необходимое для поддержания заселения планеты растениями и животными количество воды — это одно из неизменных условий для возможностей заселения и успешного терраформирования. В Солнечной системе не так много планет, располагающих достаточными объёмами воды, и в этой связи кроме Земли может быть упомянут лишь Марс и спутники Юпитера: Европа, Ганимед и Каллисто. Вопрос наличия воды на Титане пока остается открытым. В иных случаях вода должна быть завезена на планеты с помощью технических средств.
Радиационный фон^[7] на планете.
Характеристика поверхности^[8]. Очевидно, что на планетах типа «газовый гигант» создать твердую поверхность практически невозможно. Технологический уровень для этого должен на порядок выше, чем для «размораживания» землеподобной планеты путем распыления сажи по поверхности. То же самое относится к планете с аммиачными ледниками глубиной несколько сот километров или к планете с высокой вулканической активностью. Проблемы, связанные с постоянными извержениями расплавленных пород, землетрясениями или приливными волнами (аналогичными цунами на Земле), также создадут существенные проблемы при терраформировании.
Астероидная ситуация^[9]. В планетной системе, где астероидная ситуация отличается от нашей в худшую сторону, то есть где астероидный пояс находится в опасной близости от предполагаемого места заселения, планета может находиться под угрозой частых столкновений с астероидами, которые могут нанести существенный ущерб поверхности планеты и тем самым вернуть её в прежнее состояние (до терраформирования). Это означает, что в такой системе терраформаторы должны будут создать средства «регулировки астероидного движения», что потребует достаточно высокого технологического уровня.

«Условия пригодности для обитания флоры и фауны» по МакКею ^[10]

Параметр	Значение	Пояснение
Средняя температура	0 — 30 °C	Средняя температура поверхности должна составлять около 15 °C
Флора
Среднее атмосферное давление	> 10 кПа	Основными компонентами атмосферы должны быть водяной пар, O₂, N₂, CO₂
Парциальное давление O₂	> 0,1 кПа	Дыхание растений
Парциальное давление CO₂	> 15 Па	Нижний предел для условия протекания реакции фотосинтеза; нет однозначного верхнего предела
Парциальное давление N₂	> 0,1-1 кПа	Азотфиксация
Фауна
Среднее атмосферное давление	> 5 кПа < 500 кПа
Парциальное давление O₂	> 25 кПа
Парциальное давление CO₂	< 10 кПа	Ограничение содержания CO₂ для избежания интоксикации
Парциальное давление N₂	> 30 кПа	Буферное содержание

[править] Претерраформирование

Биосфера 2 в Аризоне

Биосфера 2 внутри. Блоки «Саванна» и «Океан».

Проект «Иден» (В Англии)

Претерраформирование — промежуточный шаг между планетной станцией и окончательным терраформированием, например, построение города-сада, по сути огромной искусственной биосферы^{[источник?]}. Подобного рода теплица-биосфера может охватывать всю планету, в особенности в условиях низкой гравитации, при которой вокруг планеты не удерживается собственная атмосфера. Такое технологическое решение также устраняет проблему охлаждения атмосферы: внутренную поверхность теплицы можно покрыть микроскопически тонким слоем алюминия, отражающего инфракрасное излучение. При подобном варианте терраформирования колонисты получают комфортабельные условия для жизни практически сразу по прибытии на планету, поскольку технологически не представляет сложности сделать защитный купол из лёгкого материала так, чтобы он мог быть перевезён на одном транспортном корабле приемлемого размера. Купол может быть сделан из мягкого материала и поддерживать свою форму за счет внутреннего давления. Однако при колонизации планет с плотной атмосферой (напр., Венера) этот вариант неприменим. При высоте крыши купола в несколько километров внутри такой биосферы климат будет подобен земному и может быть управляем. Подобную колонию можно разместить в геологическом понижении, например, в кратере или долине, чтобы разместить основание купола над дном понижения. В современных крупных городах плотность населения порой достигает 10.000 чел./км². При этом находится место для парков, садов, пляжей и других заведений рекреационного типа, предоставляющих жителям возможность отдыха. Для колонии размером миллион человек необходимо будет построить биосферу размером порядка 100 км², то есть полусферу диаметром 12 км и весом (без растяжек, каркаса и прочих поддерживающих устройств) 15 тысяч тонн или 15 кг на человека (то есть меньше ручного багажа, который позволяют нести пассажирам самолета)^{[источник?]}. Несомненно будет существовать опасность разгерметизации системы при таких нештатных ситуациях, как падение астероида, крушение космического корабля или теракт. В случае ведения военных действий поверхность купола будет первой целью неприятеля. Это означает, что подобная колония будет вынуждена тратить значительные ресурсы на мероприятия oборонного типа. Так или иначе концепция биосферы вполне реалистична с учетом развития современных технологий, и вопрос осуществимости проекта упирается в удешевление доставки грузов на «высокую» орбиту Земли, что на данный момент стоит около 10000$ за кг.

[править] Перспективы терраформирования планет и спутников Солнечной системы

[править] Луна

Луна, вид с Земли

Терраформированная Луна, вид с Земли; рисунок художника

Основная статья: Колонизация Луны

Луна это естественный спутник Земли и самая близкая планета к Земле, и в обозримом будущем вероятность её терраформирования достаточно велика. Площадь поверхности Луны составляет 37,9 млн. км² (больше, чем площадь Африки), а ускорение свободного падения на поверхности 1,62 м/с². Луна способна удержать относительно плотную атмосферу, но в силу невысокой гравитации такая атмосфера, даже состоящая из плотных газов (водяной пар, кислород, азот, углекислый газ и аргон) будет быстро (в течение десятков тысяч лет) рассеиваться в космическом пространстве. Тем не менее, Луна будет лучше удерживать искусственно созданную атмосферу, чем например, Титан, в силу того, что её гравитация больше, чем у последнего, почти на 20 %. Приблизительные расчёты скорости молекул газов при прогреве, например, до 25-30°С оказываются в пределах нескольких сотен метров в секунду, в то же время вторая космическая скорость на Луне около 2 км/сек, что обеспечивает длительное удержание искусственно созданной атмосферы (время падения плотности атмосферы в 2 раза для воздуха составляет около 10 000 лет). Вполне вероятно, что, будучи единожды созданной, атмосфера из привозных материалов должна будет постоянно пополнятся ^{[источник?]}. Впрочем, на современном технологическом уровне развития техники освоение и заселение Луны возможно, скорее, по пути построения изолированных купольных поселений^{[источник?]}.

Огромное значение при терраформировании Луны при помощи бомбардировки её поверхности астероидами играют вопросы безопасности такой бомбардировки. Так как этот процесс будет производиться в непосредственной близости от Земли, то существует вероятность возникновения нештатных ситуаций и угроз самой Земле. Падение крупного астероида на Землю способно нанести ей большой ущерб. Поэтому бомбардировка Луны должна быть «мягкой», то есть объект — «снаряд» для бомбардировки должен быть не очень большим (астероид в поперечнике несколько сот метров), удары по поверхности должны производиться с орбиты искусственного спутника Луны, проведение ударов должно быть точно рассчитано и производиться по касательной траектории к поверхности Луны, направленной в сторону от Земли. Также вполне вероятно, что потребуется придать Луне суточное вращение и изменить наклон её оси для возникновения смены времен года^{[источник?]}, но на сегодняшний день пока невозможно в полной мере рассчитать последствия такого вращения по отношению к процессам тектоники плит Земли и глобальном вулканизме обоих тел системы.

[править] Основные способы терраформирования Луны:^{[источник?]}

Бомбардировка астероидами: водно-аммиачные льды.
Биогенное воздействие: введение земных бактерий и водорослей, устойчивых в первичной искусственной атмосфере Луны и условиях жёсткой солнечной радиации.

[править] Марс

Основная статья: Колонизация Марса

Терраформирование Марса в четыре этапа, рисунок художника

Марс также является одним из наиболее подходящих кандидатов на терраформирование (площадь поверхности равна 144,8 млн. км², что является 28.4 % от поверхности Земли). Ускорение свободного падения на поверхности Марса составляет 3,72 м/с², а количество солнечной энергии, принимаемой поверхностью Марса, составляет 43 % от количества, принимаемого поверхностью Земли. На данный момент Марс представляет собой возможно безжизненную планету. В то же время, полученный объём информации о Марсе позволяет говорить о том, что природные условия на нём были некогда благоприятны для поддержания и зарождения жизни^[11]. Марс располагает значительными количествами водного льда и несёт на своей поверхности многочисленные следы своего благоприятного климата в прошлом: высохшие речные долины, залежи глины и многое другое. Многие современные ученые сходятся в едином мнении о том, что планету возможно нагреть, и создать на ней относительно плотную атмосферу, и NASA даже проводит околонаучные дискуссии по этому поводу^[12]. Значительные запасы воды и связанного кислорода в составе пероксидов и озонидов в почве Марса дают прочное основание предполагать, что терраформирование этой планеты станет возможным при направленном воздействии на марсианский климат ^{[источник?]}. На текущее время земной цивилизацией хорошо освоено использование ядерной энергии, однако до сих пор нерешёнными остаются проблемы, связанные с транспортировкой технического оборудования на Марс и его обслуживанием на самой планете. В то же время, сам по себе Марс обладает весьма значительными ресурсами металлов и ядерного топлива (уран, торий). При наладке на Марсе промышленности и последующем использовании ядерного топлива предполагаются колоссальные выбросы тепла в атмосферу планеты. Одним из важнейших технологических препятствий для освоения не только Марса, но и других планет являются ограниченные возможности космических транспортных средств, поэтому большие надежды возлагаются на газофазные ядерные ракетные двигатели. Только при наличии ядерных ракетных двигателей^{[источник?]}, обладающих значительной тягой, надежностью и скоростью, станет вполне возможным доставка предназначенных для начального этапа терраформирования тяжелых грузов к планетам, а в перспективе даже и астероидов из водно-аммиачного льда, предназначенных для наполнения атмосферы и гидросферы Марса азотом, водой и кислородом. Предположительно, астероиды могут вывозиться из пояса астероидов и даже из пояса Койпера с помощью ракетных двигателей или солнечных парусов^{[источник?]}. Терраформирование Марса можно проводить как при прямом введении в его атмосферу искуственно изготовляемых парниковых газов (фреонов), так и посредством нагрева поверхности планеты с помощью солнечного излучения, направленного орбитальными зеркалами, и затемнения поверхности полярных шапок сажей или полимерными плёнками, и косвенно при освоении Марса и его полезных ископаемых (металлургия, горные взрывные работы и проч.)^{[источник?]}. Оба процесса могут происходить одновременно и вносить большой вклад в изменение климата Марса. Например, развитие масштабной ядерной, а в перспективе, и термоядерной энергетики позволит высвобождать огромные объёмы вторичного тепла в атмосфере и гидросфере Марса. Так, например, при наладке выработки водорода и кислорода для наземного марсианского транспорта, космических кораблей и энергоснабжения поселений возникнут условия для высвобождения больших объёмов тепловой энергии в атмосферу. В совокупности общий объём энергетики будет нагревать атмосферу Марса, и способствовать значительному парниковому эффекту при таянии полярных шапок.

[править] Основные способы терраформирования Марса^{[источник?]}

Выброс в атмосферу Марса искусственных парниковых газов: тетрафторметан, октофторпропан.
Затемнение поверхности полярных шапок: сажа, напыляемые полимерные пленки, взрывное уменьшение альбедо.
Прогрев полярных шапок: космические сверхлегкие орбитальные зеркала.
Бомбардировка астероидами: водно-аммиачные льды.
Техногенная деятельность: выброс тепла атомными электростанциями и транспортом, потоки тепла от купольных поселений.
Биогенное воздействие: введение земных бактерий и водорослей, устойчивых на Марсе (Chroococcidiopsis sp., Matteia sp., Deinococcus radiodurans, и др).

[править] Венера

Основная статья: Колонизация Венеры

Топографическая карта Венеры

Терраформированная Венера; рисунок художника

Венера представляет собой безжизненную планету со средней температурой поверхности около 464 °C и давлением, превышающим Земное в 93 раза. Тем не менее, она рассматривается как вероятный кандидат на терраформирование. Ускорение свободного падения на поверхности Венеры составляет 8,9 м/с². По одному из планов предлагается распылить в атмосфере Венеры генетически модифицированные сине-зелёные водоросли, которые, перерабатывая углекислый газ в кислород (атмосфера Венеры на 96 % состоит из углекислого газа), значительно уменьшили бы парниковый эффект и температуру на планете, что позволило бы существование воды в жидком виде^{[источник?]}. Необходимо отметить, что на высоте 50-100 км в атмосфере Венеры существуют условия, при которых могут существовать некоторые земные бактерии^{[источник?]}. Другой вариант — распылить на венерианской орбите алюминиевую пудру, доставленную в контейнерах с помощью электромагнитной пушки с Луны^{[источник?]}.

В сравнении с объёмом задач терраформирования Марса, терраформирование Венеры представляет собой на порядок более сложную задачу, но при наличии достаточного объёма информации о планете и солидных энергетических ресурсов эта задача выполнима. Прежде всего, Венера в значительной степени отлична от Земли тем, что её суточное вращение и наклон оси затрудняют преобразование природных условий, но при точном бомбардировании её поверхности водно-аммиачными астероидами эти параметры могут быть изменены в течение нескольких десятилетий^{[источник?]}. В то же время, бомбардировка Венеры астероидами позволит не только изменить параметры вращения и, установив смену времен года, позволить планете сильно охлаждаться, но и охладить планету и её атмосферу за счет плавления и испарения материалов астероидов^{[источник?]}. Заимствование огромной энергии у атмосферы может происходить за счёт параллельного прохождения химических реакций между углекислым и сернистым газами атмосферы и аммиаком^{[источник?]}.

[править] Основные способы терраформирования Венеры:^{[источник?]}

Бомбардировка астероидами: водно-аммиачные льды.
Биогенное воздействие: введение земных бактерий и водорослей, устойчивых в верхних слоях атмосферы Венеры: (Pyrodictium occultum, Halobacterium salinarum и др).

[править] Меркурий

Меркурий, снимок сделан космической станцией Маринер-10.

Основная статья: Колонизация Меркурия

Терраформирование Меркурия представляет собой несравненно более тяжёлую задачу, чем терраформирование Луны, Марса или Венеры. Площадь поверхности Меркурия составляет 75 млн км², а ускорение свободного падения — 3,7 м/с². Он способен удержать относительно плотную атмосферу, изготовленную из привозного материала (водно-аммиачные льды). Большим затруднением для установления мягкого климата на Меркурии является его близкое положение к Солнцу, крайне медленное вращение вокруг оси и сильный наклон оси вращения. Уровень солнечной энергии, падающей на поверхность Меркурия, весьма велик и в зависимости от времени года и широты составляет от 9,15 до 11 кВт/м². При точно рассчитанной бомбардировке Меркурия астероидами эти недостатки могут быть устранены, но потребуют очень больших расходов энергии и времени. Вполне вероятно, в отдалённом будущем человечество будет обладать возможностями смещать планеты со своих орбит^{[источник?]}. Наиболее предпочтительно было бы «поднять» орбиту Меркурия на 20—30 млн км от её нынешнего положения. Важную роль в терраформировании Меркурия может сыграть солнечная энергия, которую уже на современном этапе развития технологий можно эффективно использовать. Меркурий — планета достаточно плотная и содержит большое количество металлов (железо, никель), и, возможно, значительное количество ядерного топлива (уран, торий), которые могут быть использованы для освоения планеты. К тому же, близость Меркурия к Солнцу позволяет предполагать наличие значительных запасов гелия-3 в поверхностных породах.

[править] Титан (спутник Сатурна)

Мультиспектральный снимок Титана. Светлая область в центре — «материк» Ксанаду

Терраформирование спутника Сатурна Титана представляет собой весьма отдалённую перспективу, и в немалой степени этому способствует его значительная удалённость от Солнца. Титан — достаточно крупное тело солнечной системы и по размерам превышает планету Меркурий (площадь поверхности Титана равна 83 млн км²). Ускорение свободного падения на Титане составляет 1,36 м/с². В то же время Титан из-за соостветствующих природных условий (отсутствие парникового эффекта, высокое альбедо, то есть отражательная способность) в значительной степени охлаждён. Подсчитано, что при отсутствии отражения солнечной энергии средняя температура атмосферы Титана была бы выше на 80 градусов, и температурные условия соответствовали бы нынешним условиям на Марсе, а при наличии парникового эффекта могли бы быть значительно комфортнее для проживания людей в специальных поселениях на его поверхности^{[источник?]}. Титан интересен для человечества своими значительными природными ресурсами углеводородов. Океаны, моря и озера, состоящие в основном из жидкого этана, представляют собой ценные ресурсы^{[источник?]}. Так как ускорение свободного падения и, соответственно, вторая космическая скорость невелики, то добыча углеводородов будет существенно легче, чем на Земле, и, что особенно важно, углеводородное сырье достаточно просто выкачивать из недр Титана. Усиленная добыча сырья и его вывоз с планеты позволит наряду с уменьшением объёма углеводородного смога в атмосфере Титана увеличить её прозрачность и разогрев солнечными лучами^{[источник?]}. Рассматривая этот процесс, стоит заметить, что потребление углеводородного сырья на Земле (нефть, газ, уголь) уже в нынешнее время превышает 6-7 млрд тонн в год, и потребности в нём растут, а откачивание такого объёма углеводородов с поверхности Титана существенным образом будет влиять на его климат. Не исключено также, что углеводородное сырьё понадобится в будущем для снабжения не только Земли, но и колоний на Луне, Марсе и Венере. Также Титан очень интересен и тем что, по-видимому, содержит огромные количества жидкого ацетилена и смесей ацетилена с этаном^{[источник?]}.

[править] Европа (спутник Юпитера)

Европа потенциально перспективна для терраформирования. Одним из преимуществ Европы является присутствие воды в жидком состоянии. ^[13] Площадь её поверхности составляет около 31 млн км², несколько уступает площади поверхности Луны (37,9 млн км²). Ускорение свободного падения на поверхности Европы равно 1,32 м/с², а уровень солнечной энергии, воспринимаемой Европой в настоящее время, составляет около 18 Вт/м². Одно из важных преимуществ Европы перед многими другими планетами — присутствие гигантского количества жидкой воды. Однако имеются и многочисленные затруднения для терроформирования. Например, Европа находится в огромном и мощном поясе радиации вокруг Юпитера, и человек без защитного снаряжения умер бы от радиации через 10—15 минут пребывания на поверхности Европы. Это обстоятельство требует наличия поглотителей радиации, создание которых на текущем уровне развития технологий невозможно, или перемещения живых существ под поверхность океана Европы. Также существенным недостатком Европы для терраформирования является малая гравитация, неспособная удержать достаточно плотную атмосферу длительное время (миллионы лет).

[править] Ганимед (спутник Юпитера)

Самый большой спутник в Солнечной системе, превышающий своими размерами Меркурий, Ганимед, в силу ряда условий является значимым кандидатом на терраформирование в отдаленном будущем. Площадь поверхности Ганимеда составляет 87 млн км² (17 % от площади Земли), а ускорение свободного падения — 1,43 м/с² (немного меньше, чем на Луне). В настоящее время количество солнечной энергии, воспринимаемой Ганимедом, составляет около 18 Вт/м², что недостаточно для прогрева этой планеты. Колоссальные запасы водного льда и возможное наличие воды в жидкой фазе под его поверхностью — это реальные предпосылки для будущего терраформирования. Ганимед, подобно Титану, способен удержать мощную и плотную атмосферу, и, по-видимому, обладает большими запасами газогидратов глубоко под поверхностью, что, вероятно, сможет служить источником постоянного восполнения атмосферы. Важным обстоятельством является тот факт, что Ганимед находится вне радиационных поясов Юпитера и обладает собственным достаточно мощным магнитным полем, что заставляет предположить наличие глубоко под его ледяной корой солёной воды.

[править] Каллисто (спутник Юпитера)

Каллисто, снимок сделан космической станцией Галилео

Каллисто, один из Галилеевых спутников Юпитера, также является вероятным кандидатом на терраформирование. Площадь поверхности Каллисто составляет 73 млн км² (14,3 % от площади Земли), ускорение свободного падения 1,25 м/с², а уровень световой энергии составляет в среднем около 18 Вт/м². Каллисто обладает колоссальными запасами воды в виде льда и представляет собой спокойную в геологическом отношении планету. Так же как и Ганимед, этот спутник Юпитера находится вне мощного радиационного пояса, что, несомненно, является большим преимуществом перед Европой и Ио. В настоящее время Каллисто недостаточно хорошо изучен, и будущие исследования покажут, насколько велика вероятность его успешного терраформирования. Так как сила тяжести на Каллисто невелика, он не способен удержать плотную атмосферу; однако известно о наличии атмосферы, но она крайне разреженная и состоит из углекислого газа. Каллисто обладает значительным и достаточным количеством воды и, по-видимому, газогидратов, чтобы в течение длительного времени снабжать собственную атмосферу^{[источник?]}. Наличие небольшого по силе магнитного поля позволяет сделать вывод о существовании под толстым слоем поверхностного льда, относительно обширного океана из солёной воды^{[источник?]}. Для создания атмосферы у Каллисто необходим мощный энергетический толчок — прогрев недр Каллисто, бурение и вероятное снижение альбедо поверхности. В настоящее время построение купольных поселений на поверхности Каллисто представляется более вероятным, нежели полноценное терраформирование^{[источник?]}.

[править] Ио (спутник Юпитера)

Учитывая слишком высокий уровень радиации и вулканической активности, к терраформированию пригодна в наименьшей степени.

[править] Технические возможности осуществления

На современном этапе развития технологий, возможности для проведения терраформирования климатических условий на других планетах весьма ограниченные. Уже к концу XX-го века земляне обладали возможностями для запуска ракет к наиболее далеким планетам Солнечной системы для выполнения задач научного характера. Мощности и скорости, а также возможности масштабного запуска ракет в космос в начале XXI-го века значительно возросли, и в случае спонсирования крупными космическими державами, такими как Россия или США, уже в наши дни человечеству вполне под силу выполнение определённых задач по терраформированию планет. В настоящее время возможности современной астрономии, ракетной, вычислительной техники и других областей высоких технологий прямо или косвенно позволяют, например, буксировать небольшие астероиды, вносить небольшие объёмы бактерий в атмосферы или почву других планет, доставлять необходимое энергетическое, научное и др. оборудование. Важнейшими задачами земной цивилизации по обеспечению возможности терраформирования планет и их спутников являются^{[источник?]}:

Заинтересованность космических держав — необходимая компонента для начала практической подготовки и изучения планет для терраформирования.
Создание экономических фондов и компаний по освоению планет —- необходимая государственная и частная инициатива для финансовой поддержки научных проектов.
Развитие наблюдательной астрономии — в целях экономичного и быстрого изучения объектов Солнечной системы.
Изучение планет с помощью зондов — источник детальной информации о планетах и их составе.
Развитие энергетики Земли — обеспечение космических запусков и развитие сопутствующих областей промышленности.
Постройка достаточно мощных ракетных двигателей — работы в области ядерных ракетных двигателей, электроядерных двигательных установок, солнечных парусов, ионных ракетных двигателей.
Развитие материаловедения — поиск новых материалов и композитов, пригодных для использования в целях терроформирования и строительства космических транспортных средств.
Развитие биотехнологий — изучение земных микроорганизмов и предполагаемых микроорганизмов, обитающих в гипотетической биосфере Марса; выведение генно-модифицированных микроорганизмов, устойчивых к природным условиям терраформируемых планет.

[править] Важнейшие задачи ученых — терраформистов

Электромагнитный ускоритель на луне

[править] Удешевление доставки грузов в космос

Терраформирование планет подразумевает необходимость доставки значительного количества грузов с поверхности Земли на высокую орбиту. Ввиду неприемлемости использования ядерных ракетных двигателей в атмосфере Земли и практических ограничений на использование существующих ракетных двигателей, необходимо использовать альтернативные системы доставки грузов на орбиту:

Космический лифт
Космический мост — по сути, колоссальный космический корабль; стоимость подобного устройства может измеряется триллионами долларов^{[источник?]}.
Электромагнитный ускоритель или Рельсотрон (Mass driver) — подобный ускоритель в принципе осуществим, но чрезвычайно дорог (сотни млрд. долларов), также необходимо согласие населения и государственных структур какой-либо экваториальной страны, поскольку трасса этого устройства займет тысячи км^{[источник?]}.
Антигравитационный корабль — на данный момент неосуществимый проект.
Прочие проекты, как, например, наземная лазерная пушка для ускорения корабля в космосе.

[править] Увеличение скорости межпланетных перевозок

Ионный двигатель

Ядерный ракетный двигатель

Груз, доставленный на высокую орбиту, необходимо будет доставить непосредственно на терраформируемую планету. В настоящее время для межпланетных полетов используется гравитация "попутных" планет. Такой подход не приемлем для регулярных грузо-пассажирских перевозок в пределах Солнечной системы. Необходимо использование ядерных ракетных двигателей. В отличие от обычной химической ракеты, ядерный двигатель может представлять собой комбинацию ядерного реактора и ионного двигателя, экономно расходующего рабочее тело и позволяющего обеспечить длительный срок активного разгона космического аппарата. Принцип работы двигателя^{[источник?]} заключается в ионизации газа и его разгоне электростатическим полем. Благодаря высокому отношению заряда к массе становится возможным разогнать ионы до очень высоких скоростей (210 км/с по сравнению с 3—4.5 км/с у химических ракетных двигателей). Таким образом, в ионном двигателе можно достичь очень большого удельного импульса, что позволяет значительно уменьшить расход реактивной массы ионизированного газа по сравнению с расходом реактивной массы в химических ракетах. Первоочередной задачей является значительное (в тысячи раз) увеличение мощности подобных двигателей и создания соответствующих им по мощности ядерных реакторов. При условии отсутствия атмосферы грузовой корабль может постепенно разгоняться, набирая скорость от 10 до 100 км/с. Увеличение скорости полёта особенно важно для пассажирских перевозок, при которых необходимо уменьшить получаемую пассажирами дозу радиации, главным образом - за счет сокращения времени перелета. Основные трудности в реализации работ по ядерным ракетным двигателям заключаются как в высокой степени радиоактивного загрязнения продуктами выброса двигателя, так и в неприятии подобной технологии населением, а также экологическим движением стран-разработчиков (ведущие страны - Россия, США).

[править] Организация индустриальной базы на Луне

Луна обладает разнообразными полезными ископаемыми, в том числе ценными для промышленности металлами — железом, алюминием, титаном; в поверхностном слое лунного грунта, реголите, накоплен редкий на Земле изотоп гелий-3, который может использоваться в качестве топлива для термоядерных реакторов, где при сжигании одного килограмма этого изотопа выделяется колоссальное количество энергии — 19 мегаватт-часов^{[источник?]}. Чтобы обеспечить энергией всё население Земли в течение года, по подсчётам учёных Российского Института Геохимии и Аналитической Химии им. Вернадского, необходимо приблизительно 30 тонн гелия-3^{[источник?]}. Целью лунной базы будет создание и запуск космических аппаратов, межпланетных станций и пилотируемых кораблей, при этом не будет проблем с доставкой крупных по весу и размеру компонентов кораблей на орбиту планеты благодаря отсутствию атмосферы и низкой второй космической скорости − 2.4 км/с вместо 11.2 км/с на Земле (то есть энергия, необходимая для вывода грузов на орбиту Луны, в 22 раза меньше на Луне чем на Земле). Однако не имеет смысла переносить всю необходимую технобазу для производства космических кораблей на Луну. Значительное количество составных частей выгоднее завозить с Земли для окончательной сборки на поверхности или орбите Луны. Результатом колонизации Луны должно стать создание постоянных поселений купольного типа.

[править] Термоядерная энергетика и гелий-3

Основная статья: Термоядерная реакция

Схема реакции дейтерий-тритий

Запасы гелия-3 на Земле составляют от 500 кг до 1 тонны, однако на Луне он находится в значительном количестве. В настоящее время контролируемая термоядерная реакция осуществляется путем синтеза дейтерия ²H и трития ³H с выделением гелия-4 ⁴He и "быстрого" нейтрона n:

${}^{2}\textrm{H} + {}^{3}\textrm{H} \rightarrow {}^{4}\textrm{He} (3,5 MeV) + n (14,1 MeV)$

Однако при этом большая часть выделяемой кинетической энергии приходится на нейтрон. В результате столкновений осколков с другими атомами эта энергия преобразуется в тепловую. Помимо этого, быстрые нейтроны создают значительное количество радиоактивных отходов. В отличие от этого синтез дейтерия и гелия-3 ³He не производит радиоактивных продуктов:

${}^{2}\textrm{H} + {}^{3}\textrm{He} \rightarrow {}^{4}\textrm{He} (3,7 MeV) + p (14,7 MeV)$ , где p - протон

Это позволяет использовать более простые и эффективные системы преобразования кинетической реакции синтеза, такие, как магнитогидродинамический генератор.

[править] Создание самовоспроизводящихся машин

Иллюстрация концепции самовоспроизводства машин

Одним из существенных препятствий к терраформированию планет является трудоёмкость подобных проектов. Чтобы обойти эту проблему, предлагается использование биологических «машин», а именно - генетически модифицированных микроорганизмы, насекомые и т. д.^{[источник?]} Это не решает всех проблем, так как микроорганизмы и насекомые не отличаются интеллектом. Помимо сокращения трудоёмкости проекта необходимо также учесть условия, в которых будут работать терраформисты. Жизнь в космосе и на поверхности далеких планет может быть вредна для их здоровья и невыносима психологически. Использование роботов может в значительной степени уменьшить эти трудности, однако это означает, что огромное количество техники необходимо будет доставить с Земли вместе с ремонтными службами и значительным запасом запасных частей, что также не практично. Есть и третий вариант, при котором строители строят не сам объект, а налаживают производство строительного оборудования после прибытия на планету. К примеру, создание колоссальных «атмосферных машин», показанных в фильме «Вспомнить все», может занять 20 лет для 10 тысяч человек, работающих с типичной строительной техникой. Если же строители будут заменены роботами, то необходима будет примерно тысяча человек высокой квалификации для починки и обслуживания роботов^{[источник?]}. По этой же логике, если роботы будут чинить роботов, необходимо будет иметь порядка 100 человек, чтобы контролировать этот процесс, а если вместо починки строительных роботов роботы-ремонтники будут изготавливать новых роботов из материалов, собранных на заселяемой планете, то уже через 2 года миллионы таким образом полученных роботов-строителей введут атмосферные машины в строй^{[источник?]}.

Наличие полезных ископаемых на терраформируемой планете не гарантировано, и даже если полезные ископаемые будут обнаружены, организация их добычи может занять несколько лет. Кроме того, возникает вероятность опасности выхода автоматизированного индустриального комплекса из под контроля создателей. Так или иначе, вопрос практичности упирается в технологичность производства. Создание самовоспроизводящихся машин на микроскопическом уровне (нанотехнология) пока разрабатывается на теоретическом уровне, но оно принципиально возможно. Для терраформирования Луны наиболее применим промежуточный вариант, когда терраформисты производят запчасти для необходимой техники из доступных полезных ископаемых, используя привезенные с собой компоненты. Например, корпуса машин делаются из сплавa алюминия, добытого на Луне (нaпp. Силумин), а потом оснащаются электроникой, созданной на Земле. ^{[источник?]}

[править] Перспективность колонизации объектов Солнечной системы

Перспективность колонизации	Планета (Центральное тело)	Температура поверхности, °C			Атмосферное давление, кПа	Гравитация в зоне экватора		Площадь поверхности, млн. км²	Орбитальный период, часов	Сидерический период, суток	Минимальное расстояние от Земли, млн. км
Перспективность колонизации	Планета (Центральное тело)	миним.	средняя	максим.	Атмосферное давление, кПа	м/с²	g	Площадь поверхности, млн. км²	Орбитальный период, часов	Сидерический период, суток	Минимальное расстояние от Земли, млн. км
очень высокая	Луна	-160	-23	+120	~0	1,62	0,17	38	655	27,3	0,36
высокая	Марс	−123	-63	+24	0,6	3,69	0,38	145	24,6	687	56
средняя	Венера	-45	+464	+500	9 322	8,87	0,90	460	5832	224	45
средняя	Меркурий	-183	+350	+427	~0	3,70	0,38	75	1408	87,9	90
низкая	Титан (Сатурн)	н/д	−180	н/д	160	1,35	0,14	83	381,6	15,9	1250
	Европа (Юпитер)	-223	-170	-148	10^-9	1,31	0,13	31	10	3,6	588
	Ганимед (Юпитер)	н/д	-165	н/д	~0	1,43	0,15	87	10	7,2	587
	Каллисто (Юпитер)	н/д	-155	н/д	10^-6	1,24	0,13	73	10	16,7	585
	Ио (Юпитер)	-185	-145	+2300	~0	1,79	0,18	42	10	1,7	588
крайне низкая	Юпитер	-165	-125	н/д	200	23,10	2.36	61 400	10	4 333	588
	Сатурн	-191	-130	н/д	140	9,05	0,92	43 800	10,5	10 750	1 277
	Уран	-214	-205	н/д	120	8,69	0,89	8 084	17	30 707	2 584
	Нептун	-223	-220	н/д	100	11,15	1,14	7 619	16	60 223	4 337
	Церера (Солнце)	н/д	-106	-34	~0	0,27	0,02	11	9	1 680	231
	Эрида (Солнце)	-243	-230	-218	~0	0.8	0.08	18	н/д	203 500	5 497
	Плутон (Солнце)	-240	-229	-218	0,3*10^-3	0,58	0.06	18	153	90 613	4 285
	2005 FY₉ (Солнце)	н/д	-243	н/д	~0	0.5	0.05	7	н/д	113 179	5 608
	Иксион (Солнце)	н/д	-229	н/д	~0	0.23	0.02	2	н/д	91 295	4 349
	Орк (Солнце)	н/д	-228	н/д	~0	0.20	0.02	11	н/д	90 396	4 415
	Квавар (Солнце)	н/д	-230	н/д	~0	~0.33	~0.03	20	н/д	104 450	6 117
	Седна (Солнце)	н/д	< -240	н/д	~0	~0.40	~0.04	~28	10	4 401 380	11 423

[править] Альтернатива терраформированию планет

Альтернативой терраформированию является более полное и рациональное использование территориальных и энергетических возможностей самой Земли. Площадь поверхности Земли составляет 510,1 млн км², что больше, чем у любой другой планеты земной группы в Солнечной системе. При этом площадь поверхности суши составляет 148,9 млн км², что немногим более всей площади поверхности Марса, а площадь мирового океана — 361,1 млн км². С ростом технологического уровня для человечества станет доступным более рациональное использование как площади современной суши, так и освоение донного пространства мирового океана, в том числе за счёт развития подземной инфраструктуры (вынесение под землю крупных предприятий, электростанций, автостоянок, а также развитие подземного транспорта и жилья) и должная подготовка дна мирового океана. Водная поверхность пригодна для обитания уже в наши дни. Сооружения понтонного типа (например, аэропорты) уже строятся в некоторых густонаселенных странах. С созданием экономичных технологий могут появится и плавающие города. Один из наиболее известных проектов, в рамках которых ведутся подобные разработки — «Freedom Ship»(англ.)^[14].

[править] Последствия терраформирования для развития цивилизации

Влияние микрогравитации на распределение жидкости в организме

Уже на заре осмысления процессов терраформирования стало ясно, что последствия для всего развития цивилизации будут носить кардинально новый характер и глобальный масштаб. Последствия эти затронут все аспекты жизни человечества, от физиологии живых организмов до религии. Характер этих последствий будет носить как положительные, так и отрицательные стороны. В самом деле, людям придется принять вследствии переселения на другие планеты, совершенно новые природные условия, и это найдет прямое отражение как в организмах людей, так и в их сознании. Например, открытие Америки и заселение её территорий оказало очень большое воздействие на ход развития всей цивилизации, но оно не может идти ни в какое сравнение с тем преобразованием, которое несет с собой заселение и терраформирование иных планет.

Уже во время начала освоения космического пространства люди столкнулись с явлениями невесомости и микрогравитации, обнаружив их поразительное физиологическое воздействие на организм человека ^[15]. Иной вкус у пищи, атрофия мышц и многое другое заставили землян посмотреть на космос другими глазами, и в результате родилась космическая медицина. В случае переселения и последующего проживания на других планетах, земляне неизбежно столкнутся со значительными изменениями в функционировании организмов и психологии будущих поколений первопоселенцев. Венера, Марс, спутники Юпитера и Титан обладают меньшей гравитацией, чем Земля, поэтому животные и растения будут должны приспособиться к новым условиям. Эволюционный процесс может привести к гигантизму, или к нанизму (карликовости) — в условиях пониженной и повышенной гравитации соответственно. ^{[источник?]}

[править] См. также

Колонизация космоса

Колонизация Солнечной системы

[править] Терраформирование в литературе

«Вступление в космос» (en:Entering Space: Creating a Spacefaring Civilization), Роберт Зубрин
«На Марс-2», Роберт Зубрин, Фрэнк Кроссман
«В защиту Марса», Роберт Зубрин
«Предприятие „Марс“», Роберт Зубрин
«Цивилизации космических кочевников», Роберт Зубрин
«Марсианские хроники», Рэй Брэдбери

[править] Терраформирование в кинематографии

Через тернии к звёздам. Корабль послан помочь восстановить экологию планеты, на которой местные бизнесмены в погоне за наживой уничтожили всю живую природу.
Красная планета (en:Red Planet (film)). В 2050 г. земные природные ресурсы истощены. Экспедиция на Марс должна основать колонию терраформистов. На Марсе посредством жуков-"нематод", поедающих водоросли, завезённые с Земли, и тем самым вырабатывающих кислород, достигнут уровень кислорода достаточный для дыхания.
Вспомнить всё. Главный герой спасает задыхающийся от нехватки кислорода Марс, включив спрятанные глубоко под поверхностью гигантские атмосферные машины, оставшиеся от бывшей марсианской цивилизации.
2010. В финале картины изображается преобразование спутника Юпитера Европы из безжизненной ледяной пустыни в цветущие джунгли.
Чужие. Коварный инопланетный хищник захватывает колонию терраформистов на LV-426.
Звёздный путь: Гнев Хана. Капитану Керку и его экипажу необходимо второй раз победить старого врага, а попутно узнать о тайных экспериментах по трансформации планет.
Звёздные врата SG-1 (телесериал). Во многих эпизодах показываются терраформированные планеты.
Прибытие. Инопланетные пришельцы строят планы на изменение климата Земли «под себя», подготавливая её к колонизации.
Дюна. Пустынная планета Арракис превращается в цветущую планету.
Светлячок (телесериал). Действие сериала происходит в звездной системе, в которой многие планеты и луны были терраформированы.
Титан после гибели Земли (аниме) (en:Titan A.E.). Пригодная для жизни планета оборудуется орбитальной базой.
Миссия «Серенити». Действия в фильме разворачиваются в далёком будущем в планетарной системе, в которой планеты подверглись терраформированию.

[править] Терраформирование в компьютерных играх

Haegemonia: Legions of Iron. Есть возможность терраформировать ландшафт планет до определенного размера, за исключением газовых гигантов.
Периметр. Есть возможность терраформировать локальный ландшафт планеты.
Master of Orion. Есть возможность терраформировать ландшафт планет.
Sid Meier's Alpha Centauri. Есть возможность терраформировать локальный ландшафт планеты с нюансами, касающимися топологии, гидро- и биосферы.
Код доступа: РАЙ Сюжет основан на событиях, происходящих непосредственно после колонизации.

[править] См. Также

[править] Ссылки

↑ Science Fiction Citations: terraforming
↑ Hickman, John (1999) The Political Economy of Very Large Space Projects(англ.). JOURNAL OF EVOLUTION AND TECHNOLOGY.
↑ Martyn J. Fogg Terraforming: Engineering Planetary Environments // SAE International. — Warrendale, PA: 1995.
↑ Sibling Rivalry: A Mars/Earth Comparison(англ.)
↑ ¹ ² Lunine, Raymond, Quinn High-resolution simulations of the final assembly of Earth-like planets 2: water delivery and planetary habitability (pdf)(англ.)
↑ Stars and Habitable Planets(англ.)
↑ Sheldon, Kasting, Whittet Ultraviolet radiation from F and K stars and implications for planetary habitability.. Orig Life Evol Biosph.. Проверено 10-10-2007 г.
↑ Could there be life in the outer solar system? Millennium Mathematics Project, Videoconferences for Schools. University of Cambridge. Проверено 10-10-2007 г.
↑ Bortman, Henry Coming Soon: "Good" Jupiters. Astrobiology Magazine. Проверено 10-10-2007 г.
↑ C. McKay, J. Kasting, O. Toon: Making Mars Habitable. In: Nature. 352, S. 489—496, 1991
↑ Mars: A Dry Planet Compared to Earth(англ.)
↑ Technological Requirements for Terraforming Mars(англ.)
↑ Terraforming: Human Destiny or Hubris?
↑ Freedom Ship International(англ.)
↑ Космическая медицина на сайте ЯКА

[править] Внешние ссылки

"Наш Марс". Специальный проект журнала "Популярная механика"
Red Colony(англ.)
Terraformers Society of Canada(англ.)
The Terraforming of Worlds(англ.)
Notes for 51 Pegasi(англ.)
51 Pegasi system description(англ.)
Star: 51 Peg(англ.)
The Mars Society(англ.)
EasySpace. Aus Wissenschaft und Forschung(нем.)
Terraforming des Mars(нем.)
How terraforming Mars will work(англ.)