Viime aikoina on tehty monia suunnitelmia Marsin kehittämisestä ja tukikohtien sijoittamisesta sinne astronauteille ja uudisasukkaille. Mutta jos ihmiset todella haluavat asua siellä jonain päivänä, Punainen planeetta on terraformoitava perusteellisesti. Mitä tähän tarvitaan? Ihmiskunta on aina haaveillut lentää kaukaisiin tähtiin, ihmiset halusivat matkustaa ulkoavaruudessa, elää muilla planeetoilla. Viime aikoina on puhuttu ja kirjoitettu paljon tällaisista lennoista ja ihmisten muuttomahdollisuuksista muille planeetoille, raketteja rakennetaan ja avaruusretkiä suunnitellaan. Tänään haluaisin pohtia, pystymmekö muuttamaan Marsin uudeksi maapalloksi, kuinka terraformoida Punainen planeetta ja onko se periaatteessa mahdollista.
Lue myös: Mikä voi estää meitä asettamasta Marsia?
Onko Marsissa elämää?
Mars on planeetta, joka on ollut viime aikoina tieteellisten uutisten ja artikkelien otsikoissa. Mars on ehdottomasti aurinkokunnan planeetta, johon kiinnitämme eniten huomiota. Tämä ei johdu vain siitä, että se on melko lähellä Maata (verrattuna muihin planeetoihin), vaan myös ominaisuuksista, jotka tekevät siitä jonkin verran samanlaisen planeettamme kanssa. Tietenkin mahdollisuuksien mukaan taivaankappaleella, jossa ei ole elämää, happea ilmakehässä ja jolla raivoavat hiekkamyrskyt, jotka peittävät koko planeetan pinnan.
Muutaman viime vuosikymmenen aikana tiedemiehet ovat oppineet paljon Marsin evoluutiosta ja sen pinnan olosuhteista, mikä on muuttanut heidän näkökulmaansa. Vaikka nämä ehdot eivät ole kovin suotuisat. Tiedämme nyt, että vaikka Mars on tällä hetkellä erittäin kylmä, kuiva ja epävieraanvarainen planeetta, se ei aina ollut niin. Lisäksi tutkijat huomasivat, että nykyisessäkin muodossaan Marsilla ja Maalla on paljon yhteistä. Ensinnäkin nämä kaksi planeettaa ovat samanlaisia kooltaan, akselin kaltevuudeltaan, rakenteeltaan, koostumukseltaan ja jopa veden läsnäololtaan niiden pinnalla. Tästä syystä ja sen suhteellisen läheisyyden vuoksi Marsia pidetään ensisijaisena ehdokkaana ihmisasutukselle tulevaisuudessa. Tämä näkökulma on mahdollinen, jos on mahdollista muuttaa planeetan olosuhteet ihmisen tarpeiden mukaisesti (terraforming). Mainituista yhtäläisyyksistä huolimatta Marsin muuttuminen ihmiselämälle sopivammaksi planeetalle aiheuttaa monia vaikeuksia. Ensinnäkin on erittäin ohut ja hengittämätön ilmakehä, joka koostuu 96 % hiilidioksidista, 1,93 % argonista ja 1,89 % typestä sekä jäämistä happea ja vesihöyryä.
Sen sijaan, että lausuisi tietosanakirjallisia faktoja planeetan koosta ja koostumuksesta, on mielenkiintoisempaa tarkastella Marsin menneisyyttä, koska se on saattanut joskus olla paljon enemmän Maan kaltainen. Jotkut tutkijat, jotka perustuvat Mars-luotainten ja -kulkijoiden keräämiin tietoihin, ehdottavat, että merien ja matalan veden muodossa oleva vesi peitti aikoinaan suurimman osan Punaisesta planeettasta. Mutta se oli luultavasti noin 4 miljardia vuotta sitten. Sittemmin paljon on muuttunut, ja tutkijat uskovat, että ilmakehän muutos johti veden katoamiseen planeetalta. Kerran Marsin ilmakehällä saattoi olla erilainen koostumus ja se oli luultavasti tarpeeksi tiheä tukemaan nestemäisen veden valtamerta.
Lue myös: Tilaa tietokoneellasi. 5 parasta tähtitieteen sovellusta
Miksi Marsin ilmapiiri on muuttunut niin paljon?
Marsin pinnalla havaituilla jättiläismäisillä hiekkarakenteilla ei ole mitään vastaavaa maan päällä, ja ne ovat ainutlaatuisia Punaiselle planeetalle. Mitä he voivat kertoa meille Marsin muinaisesta ilmakehästä? Tiedemiehet olettavat, että niiden muodostuminen johtui planeetan ohuessa ilmakehässä riehuvien tuulien ja hurrikaanien vaikutuksesta pintaan. Ne luovat tyypillisiä dyynejä ja kiviä, jotka alkoivat muodostua 3,7 miljardia vuotta sitten ja joita tutkimme tänään.
Siten pinnan rakenteen tutkiminen voi auttaa määrittämään, milloin Mars menetti suurimman osan ilmakehästä. Mutta mihin tunnelma katosi? Tämä kysymys kiinnostaa ensisijaisesti tutkijoita. Koska Mars on pienempi kuin Maa, sen vetovoima on heikompi, eikä se todennäköisesti olisi riittänyt pitämään planeetan ilmakehää. Auringon säteily (eli hiukkaset, jotka ryntäävät avaruuteen Auringosta) todennäköisesti riisuivat Marsilta suurimman osan ilmakehästä. Itse asiassa Marsin ilmakehä ohenee edelleen tämän säteilyn vaikutuksesta.
Lue myös: Universumi: Epätavallisimmat avaruusobjektit
Mutta siellä on silti vettä - joskus jopa nestettä!
Marsissa oli ja on vettä! Marsin ruosteiset kivet, joiden vuoksi sitä kutsutaan myös "punaiseksi planeettaksi", todistavat menneisyydestä, joka on täynnä vettä. Mars on peitetty syvillä laaksoilla, kuivilla jokiuomilla, järvillä, sileillä kivillä - kivillä, jotka ovat samanlaisia kuin maapallolla ympäristössä, jossa vesi virtaa. Tiedemiehet ovat pitkään uskoneet, että lämmin ja kostea ajanjakso Marsissa oli suhteellisen lyhyt, mutta tutkimukset osoittavat, että sen vesipeite on voinut olla siellä paljon pidempään kuin aiemmin on ajateltu. Marsin kiertoradalta peräisin oleva High Resolution Imaging Science Experiment (HiRISE) -luotain tuotti dataa ja erittäin tarkkoja kuvia planeetan pinnasta, minkä ansiosta tutkijat analysoivat yli 200 muinaisen joenuoman piirteitä. Kanavien koon, muodon ja ympäröivän maaston suhteellisen iän perusteella tutkimusryhmä päätteli, että vesi virtasi Marsin pinnalla 3,8–2 miljardia vuotta sitten.
Yksi Marsin pinnalla vuodesta 2012 lähtien olleista kulkijoista, Curiosity, on jo toimittanut todisteita siitä, että Marsissa oli ennen vettä. Käyttäen Curiosity Roverin tietoja, tiimi NASA päätti, että se oli vesi, joka aiheutti sedimenttikivien laskeuman Galen kraatteriin. Näiden sedimenttikivien kerrokset muodostivat perustan Sharpin vuoristoalueelle, joka sijaitsee kraatterin keskellä. Roverilta saadut tiedot viittaavat siihen, että noin 3,8–3,3 miljardia vuotta sitten tässä paikassa oli lukuisia puroja ja järviä, joiden sedimentit muodostivat vähitellen Mount Sharpin alemmat kerrokset. Eli ainakin vuoriston alempien kerrosten täyttyminen tapahtui noin 500 miljoonan vuoden aikana.
Nämä tutkimukset antavat tutkijoille syytä väittää, että vettä oli varmasti Marsin pinnalla, ja lisäävät paljon uutta tietoa Marsin evoluutioprosessien kehityksestä sekä menneisyydessä että nykyisyydessä. Nykyään Marsin vesi on jään muodossa ohuen Marsin maakerroksen alla. Joskus, kun lämpötila sallii (Marsissa sattuu olemaan +20 celsiusastetta), jää paikallisesti sulaa ja nestemäistä vettä valuu alas kivikkoisia rinteitä.
Tiedemiehet sanovat kuitenkin jatkavansa Marsin veden olemassaolon tosiasioiden tarkistamista. Tästä asiasta ei ole vieläkään yksimielisyyttä. Pääkysymys on, mitkä ovat syyt planeetan muuttumiseen kosteasta ja melko lämpimästä autiomaaksi ja kylmäksi.
Lue myös: Tärkeimmät ja mielenkiintoisimmat avaruustehtävät vuonna 2021
Miten Mars voidaan terraformoida?
Ideoista tähän ei ole pulaa. On olemassa useita ehdotuksia siitä, kuinka Marsista tehdään asumiskelpoinen ihmisasukkaille. Dandridge M. Cole kannatti vuonna 1964 kasvihuoneilmiön luomista Marsiin. Hänen mielestään tämä voidaan tehdä, jos toimitat ammoniakista koostuvaa jäätä aurinkokunnan ulkoosasta ja heität sen sitten pintaan. Koska ammoniakki (NH3) on voimakas kasvihuonekaasu, sen pääsy Marsin ilmakehään paksuntaa sitä ja nostaa maapallon lämpötilaa. Koska ammoniakki koostuu pääosin typestä, se voi myös täyttää ilmakehän ns. puskurikaasulla, joka yhdessä hapen kanssa muodostaa ihmisen hengitykseen sopivan ilmakehän.
Toinen ehdotettu menetelmä sisältää albedon (planeetan pinnan valon heijastuksen voimakkuuden) vähentämisen, jota varten Marsin pinta on peitettävä tummilla materiaaleilla, jotka lisäävät auringonvalon imeytymistä. Tämä voi olla mitä tahansa Phoboksen ja Deimosin pölystä (Marsin kaksi kivikuuta ja aurinkokunnan synkimmät kappaleet) äärimmäisiin jäkäläihin ja tummiin kasveihin. Yksi tämän päätöksen kiihkeimmistä kannattajista oli kuuluisa kirjailija ja tiedemies Carl Sagan.
Vuonna 1976 NASA otti virallisesti puheeksi planeettatekniikan. Tutkijat ovat havainneet, että fotosynteettisiä organismeja, napajäätiköiden sulamista ja kasvihuonekaasujen vapautumista ilmakehään voidaan käyttää lämpimämmän, happirikkaan ilmakehän luomiseen.
Vuonna 1993 marsilaisen yhteisön perustaja, tohtori Robert Zubrin ja Christopher P. McKay NASAsta kirjoittivat yhdessä paperin "Technological Requirements for Terraforming Mars". Siinä he ehdottivat planeetan kiertoradalle sijoitettujen peilien käyttöä sen pinnan lämmittämiseen suoraan. Napojen lähellä sijaitsevat peilit voivat sulattaa jäätikön ja edistää ilmaston lämpenemistä. Samassa artikkelissa he väittivät, että aurinkokunnassa kerätyt asteroidit voitaisiin ohjata osumaan pintaan, mikä nostaa pölyä ja lämmittää ilmakehää. Miksi sinun on käytettävä ydinsähköisiä tai ydinlämpöraketteja kaikkien tarvittavien materiaalien laukaisemiseksi kiertoradalle?
Uusimmat ehdotukset ehdottavat suljettujen kasvihuoneiden perustamista, joissa asuu happea tuottavien sinilevien ja levien pesäkkeitä. Vuonna 2014 NASA Techshot Inc. kertoi, että työ tällaisen konseptin parissa on jo aloitettu.
Tulevaisuudessa NASA aikoo lähettää pieniä kanistereita äärimmäisistä fotosynteettisistä levistä ja syanobakteereista mönkijän kyytiin testaamaan tätä prosessia Marsin ympäristössä. Jos tehtävä onnistuu, NASA ja Techshot aikovat rakentaa useita suuria kasvihuoneita tuottamaan ja keräämään happea tulevia ihmisten lentoja varten Marsiin, mikä vähentää kustannuksia ja pidentää tehtäviä vähentämällä kuljetettavan hapen määrää.
Vaikka nämä suunnitelmat eivät sisällä ympäristö- tai planeettasuunnittelua, Eugene Boland (Techshot Inc:n päätutkija) uskoo, että tämä on askel oikeaan suuntaan. Oli myös ideoita räjäyttää atomipommeja Marsin pinnalle (Elon Musk oli aikoinaan tämän konseptin kannattaja), mikä loisi valtavan määrän pölyä, joka estäisi auringonsäteet ja lämmittäisi siten planeettaa.
Lue myös: Mitä sinnikkyys ja kekseliäisyys tekevät Marsissa?
Ilmaston lämpeneminen: voiko Marsia lämmittää?
Onneksi tai valitettavasti, näkökulmastasi riippuen, meillä ihmisillä on paljon kokemusta planeetan lämmittämisestä. Yli vuosisadan hiilidioksidipäästöjä olemme vahingossa nostaneet maapallon pintalämpötilaa yksinkertaisen kasvihuonemekanismin avulla. Päästämme ulos hiilidioksidia, joka päästää todella hyvin auringonvalon läpi ja estää lämpösäteilyn karkaamisen, joten se toimii kuin valtava näkymätön peitto maan päällä. Lisääntynyt lämpö edistää valtameriveden haihtumista ilmakehään, joka siten saa toisen peittävän kerroksen, joka nostaa lämpötilaa, mikä puolestaan johtaa vieläkin suuremman veden haihtumiseen ja planeetan ilmakehän kuumenemiseen.
Jos se toimii maan päällä, ehkä se toimii Marsissa. Marsin ilmakehä on kadonnut lähes kokonaan avaruuteen, mutta Punaisella planeetalla on valtavat vesijää- ja jäätynyt hiilidioksidivarannot napakorkeissa ja juuri planeetan pinnan alla.
Jos ihmiset voisivat jollain tavalla lämmittää napakansia, se voisi vapauttaa ilmakehään tarpeeksi hiilidioksidia kasvihuoneen lämpenemisen aiheuttamiseksi. Silloin meidän täytyisi vain mennä katsomaan ja odottaa vuosisatoja, että fysiikka tekee tehtävänsä ja tekee Marsista paljon vähemmän aggressiivisen paikan.
Valitettavasti tämä yksinkertainen idea ei todennäköisesti toimi. Ensimmäinen ongelma on lämmitystekniikan kehitys. Tätä varten tarvittavat suunnitelmat jättimäisistä pilareista valtavan avaruuspeilin luomiseen, joka keskittäisi enemmän valoa ja siten lämpöä, vaativat radikaaleja harppauksia teknologiassa ja avaruudessa valmistuksessa, jotka ylittävät paljon ihmiskunnan nykyiset mahdollisuudet. Esimerkiksi avaruuspeilin tapauksessa joutuisimme louhimaan noin 200 000 tonnia alumiinia jostain avaruudesta, kun taas nykyään pystymme poistamaan... no, nolla tonnia alumiinia avaruudesta.
Vähitellen tulee tuskallinen oivallus, että Marsissa ei ole tarpeeksi hiilidioksidia aiheuttamaan lämpenemistä. Tällä hetkellä Marsin ilmanpaine ei ylitä yhtä prosenttia Maan ilmanpaineesta. Jos pystyisimme haihduttamaan kaikki Marsin CO2- ja H2O-molekyylit ilmakehään, Punaisen planeetan paine olisi… 2 % maapallon ilmanpaineesta.
Vaatii kaksi kertaa enemmän ilmanpainetta, jotta hiki ei kiehuisi iholla, ja kymmenen kertaa enemmän, jotta ihminen ei tarvitsisi avaruuspukua. Emmekä puhu hapen puutteesta.
Helposti saatavien kasvihuonekaasujen puutteen ongelman ratkaisemiseksi on olemassa useita radikaaleja ehdotuksia. Ehkä tähän voidaan käyttää kasveja, jotka lähettävät kloorifluorihiilivetyjä, jotka ovat todella aggressiivisia kasvihuonekaasuja. Tai voisimme houkutella ammoniakkipitoisia komeettoja ulkopuolisesta aurinkokunnasta. Ammoniakki on erinomainen kasvihuonekaasu ja hajoaa lopulta vaarattomaksi typeksi, joka muodostaa suurimman osan ilmakehästämme.
Olettaen, että voimme voittaa näihin ehdotuksiin liittyvät tekniset haasteet, yksi valtava este on edelleen: magneettikentän puuttuminen. Jos emme suojaa Marsia magneettikentällä, aurinkotuuli puhaltaa pois jokaisen ilmakehään pääsevän molekyylin.
Se ei tule olemaan helppoa. Luovia ratkaisuja on monia. Voimme ehkä rakentaa valtavan sähkömagneetin avaruuteen kääntämään aurinkotuulen. Tai olisi mahdollista vyöttää Mars suprajohteella ja luoda keinotekoinen magnetosfääri. Tietenkin olemme hyvin kaukana toteuttamasta ainakin yhtä näistä ratkaisuista. Pystymmekö siis koskaan muokkaamaan Marsia tulevaisuudessa ja tekemään siitä vieraanvaraisemman? Tieteellisesti se on tietysti mahdollista - meillä ei ole fysiikan peruslakeja, jotka estäisivät sen...
Lue myös: Kiina on myös innokas tutkimaan avaruutta. Joten miten he voivat?
Miksi kaikki nämä tiedemiehet?
Marsin terraformointiin on vielä enemmän skenaarioita, mutta suuri kysymys on, miksi todella ajattelemme sitä? Seikkailumahdollisuuksien ja ajatuksen, että ihmiskunta elävöittää rohkean avaruustutkimuksen aikakautta, lisäksi on useita syitä, miksi Marsia ehdotetaan terraformoitavaksi. Ensinnäkin pelätään, että ihmiskunnan vaikutuksilla Maaplaneetalle on tuhoisat seuraukset ja että meidän on luotava "varasivusto", jos haluamme selviytyä pitkällä aikavälillä. Puhumattakaan suorista hyödyistä, joita tieteen ja teknologian kehitys voi tuoda kaikille. Muita syitä ovat mahdollisuus laajentaa resurssipohjaamme ja tulla sivilisaatioksi, jonka ei tarvitse pelätä resurssien ehtymistä. Marsin siirtomaa mahdollistaa louhinnan Punaisella planeetalla, jossa mineraaleja ja vesijäätä on runsaasti ja niitä voidaan käyttää. Marsissa sijaitseva tukikohta voisi toimia myös lähtökohtana asteroidivyöhykkeen käytölle, mikä antaisi meille pääsyn oikeaan määrään mineraaleja, jotta niitä olisi runsaasti lähes ikuisesti.
Kun jätetään huomiotta ilmeinen kysymys ihmisen tahdosta ja todella tähtitieteelliset kustannukset, on välttämätöntä ymmärtää, että tällaiset yritykset jatkuvat niin kauan kuin ihmiskunta on olemassa. Kuten NASA raportoi edellä mainitussa vuoden 1976 paperissa: "Marsin kyvylle tukea Maan ekosysteemiä ei ole tunnistettu perustavanlaatuisia, ylitsepääsemättömiä rajoja. Happipitoisen ilmakehän puute estäisi ihmisiä elämästä Marsissa ilman ennakkotoimia. Pinnan olemassa oleva voimakas ultraviolettisäteily on lisäksi vakava este. Sopivan happea sisältävän ilmakehän luominen Marsiin voidaan saavuttaa fotosynteettisten organismien avulla. Kuitenkin aika, joka tarvitaan sellaisen ilmakehän luomiseen, voi olla jopa... useita miljoonia vuosia."
Samanaikaisesti tutkijat ovat yhtä mieltä siitä, että tätä ajanjaksoa voidaan lyhentää merkittävästi luomalla äärimmäisiä organismeja, jotka ovat erityisesti sopeutuneet Marsin ankaraan ympäristöön, luomalla kasvihuoneilmiön ja sulattamalla napajäätiköt. Marsin muuttumiseen tarvittava aika on kuitenkin todennäköisesti vielä vuosisatoja tai vuosituhansia. Mikään ei kuitenkaan estä meitä aloittamasta tätä prosessia nyt, jos tilaisuus tulee. Tieteelliset ja teknologiset hyödyt, jotka syntyvät valmistelun ja esityön tuloksena, voivat olla valtavat.
Lue myös:
Kutsun kaikki lentämään Marsiin!
Odotamme tonttien jakamista Marsiin.