можно ли создать атмосферу на марсе
НАСА предлагает восстановить атмосферу Марса при помощи магнитного щита
Марс, как и Венера — землеподобные планеты. У них очень много общего, но есть и отличия. Ученые не теряют надежды найти жизнь на Марсе, а также терраформировать этого «родственника» Земли, пускай и в далеком будущем. Для Красной планеты эта задача выглядит более простой, чем для Венеры. К сожалению, у Марса очень слабое магнитное поле, что усложняет ситуацию. Дело в том, что из-за почти полного отсутствия магнитного поля солнечный ветер оказывает очень сильное влияние на атмосферу планеты. Он вызывает диссипацию атмосферных газов, так что в сутки в космос уходит около 300 тонн атмосферных газов.
По мнению специалистов, именно солнечный ветер стал причиной рассеивания около 90% марсианской атмосферы в течение миллиардов лет. В итоге давление у поверхности Марса составляет 0,7-1,155 кПа (1/110 от земного, такое давление на Земле можно увидеть, поднявшись на высоту в тридцать километров от поверхности).
Атмосфера на Марсе состоит, преимущественно, из углекислого газа (95%) с небольшими примесями азота, аргона, кислорода и некоторых других газов. К сожалению, давление и состав атмосферы на Красной планете делает дыхание земных живых организмов невозможным на Красной планете. Вероятно, некоторые микроскопические организмы и смогут выжить, но и они не смогут чувствовать себя в таких условиях комфортно.
Состав атмосферы — не такая уж и проблема. Если бы атмосферное давление на Марсе составило бы половину или треть от земного, то колонисты или марсонавты смогли бы находиться в определенное время суток и года на поверхности планеты без скафандров, используя лишь аппарат для дыхания. Более комфортно на Марсе почувствовали бы себя и многие земные организмы.
В НАСА считают, что повысить давление атмосферы на соседе Земли можно, если защитить Марс от солнечного ветра. Такую защиту обеспечивает магнитное поле. На Земле оно существует благодаря так называемому механизму гидродинамического динамо. В жидком ядре планеты постоянно циркулируют потоки электропроводящего вещества (расплавленного железа), благодаря чему возбуждаются электрические токи, которые создают магнитные поля. Внутренние потоки в ядре земли ассиметричны, что обуславливает усиление магнитного поля. Магнитосфера Земли надежно защищает атмосферу от «выдувания» солнечным ветром.
Диполь по расчетам авторов проекта создания магнитного щита для Марса будет генерировать достаточно сильное магнитное поле, которое не допустит к планете солнечный ветер
К сожалению для человека, на Марсе (и Венере) нет постоянного мощного магнитного поля, фиксируются лишь слабые следы. Благодаря Mars Global Surveyor удалось обнаружить магнитное вещество под корой Марса. В НАСА считают, что эти аномалии образовались под влиянием некогда магнитного ядра и сохранили магнитные свойства даже после того, как сама планета утратила свое поле.
Где взять магнитный щит
Директор научного отдела НАСА Джим Грин считает, что естественное магнитное поле Марса восстановить нельзя, во всяком случае, сейчас или даже в очень отдаленном будущем человечеству это не по силам. А вот создать искусственное поле можно. Правда, не на самом Марсе, а рядом с ним. Выступая с докладом «Будущее окружающей среды Марса для исследований и науки» на мероприятии Planetary Science Vision 2050 Workshop, Грин предложил создать магнитный щит. Этот щит, Mars L1, по замыслу авторов проекта, закроет Марс от солнечного ветра, и планета начнет восстанавливать свою атмосферу. Расположить щит планируется между Марсом и Солнцем, где он находился бы на стабильной орбите. Создать поле планируется при помощи громадного диполя или же двух равных и противоположно заряженных магнитов.
На схеме НАСА показано, как магнитный щит будет защищать Марс от воздействия солнечного ветра
Авторы идеи создали несколько симуляционных моделей, каждая из которых показала, что в течение нескольких лет после запуска магнитного щита давление на Марсе достигнет половины земного. В частности, углекислый газ на полюсах Марса будет испаряться, переходя в газ из твердой фазы. С течением времени проявит себя парниковый эффект, на Марсе начнет теплеть, лед, который находится близко к поверхности планеты во многих ее местах, растает и планета покроется водой. Считается, что такие условия существовали на Марсе около 3,5 млрд лет назад.
Конечно, это проект не сегодняшнего дня, но, возможно, в будущем столетии люди смогут реализовать эту идею и терраформировать Марс, создав себе второй дом.
Колонизация отменяется: почему терраформирование невозможно на Марсе
Мечта человечества о запасной планете для жизни подверглась серьезному испытанию — запасов углекислого газа на Марсе, по данным исследований зонда MAVEN, не хватит на создание атмосферного давления, необходимого для колонизации планеты. «Хайтек» перевел и адаптировал статью WIRED о проблемах колонизаторов, спорах в научном сообществе и минимальных требованиях для жизни на Марсе.
Читайте «Хайтек» в
Собрать весь углекислый газ и закачать его в атмосферу
Человечество хочет полететь на Марс. И у нас есть реально хороший план. Ракета с людьми. База на Луне. Потом — больше ракет и больше людей. Начало производства топлива на поверхности планеты и, возможно, создание депо где-то по пути. Форпост станет базой, а затем превратится в куполообразный город. Следующий этап: терраформирование.
Оживить мертвый Марс, создать новую атмосферу из того, что осталось в его замерзшем диоксиде углерода, поднять давление воздуха, надеяться на потепление с помощью парниковых газов (вы знаете, как они влияют на изменение климата?). Сделать это место настолько теплым, чтобы замороженная вода, запертая под землей, растаяла и превратилась в реки. Мировой океан! Воздух! Которым мы сможем дышать. По крайней мере, его хватит, чтобы не ходить в скафандре. И — бум! Правда, ждать этот бум придется плюс-минус 10 тыс. лет! Мы справимся с притяжением, сможем двигаться по Марсианской колонии, как нам обещают в научно-фантастической литературе.
Бас Лансдорп, Mars One: «Моя жена отдала бы все, чтобы не лететь на Марс»
Это не сумасшествие. В 1971 году астроном Карл Саган, эдакий динозавр науки, предложил «планетарную инженерию», расплавив водяной пар от полярного льда Марса для создания «гораздо более благоприятных условий». 20 лет спустя астробиолог Кристофер МакКей довел до ума эту идею, предполагая, что терраформирование Марса возможно, если на планете все еще достаточно углекислого газа, воды и азота, чтобы закачивать их в атмосферу.
Углерод есть, но его катастрофически мало
Но несколько ученых, изучающих Марс, разрушают эту герметично упакованную иллюзию о «внеземном» счастье. Если последний анализ верен, условия на Марсе не позволяют существующим технологиям превратить его в сад земных наслаждений.
«Мы впервые смогли собрать достаточный запас CO2 на Марсе, — рассказывает Брюс Якоски, исследователь из Университета Колорадо и соавтор новой статьи вместе с Кристофером Эдвардсом из Северной Аризоны. — Большая часть углерода была потеряна в космосе, небольшое количество осталось в полярных льдах и мелких углеродсодержащих минералах. Неизвестно количество углерода, оставшееся в глубоких карбонатах».
Даже добавление CO2, застрявшего на камнях, «адсорбированного» на их поверхности, и из клеток молекул воды, называемых клатратами, не спасут ситуацию.
«Даже если поместить все это в атмосферу, будет недостаточно для того, чтобы согреть планету», — уверен Якоски.
Атмосферное давление на поверхности Земли составляет примерно 1 бар. Потребуется определенное количество CO2 на Марсе, чтобы довести температуру поверхности до размораживания. Даже 250 мбар значительно изменили бы климат. И когда-то в прошлом на Марсе была другая геология и морфология поверхности. Многие факторы намекают на былое существование жидкой воды на поверхности планеты. Это означает, что Марс был достаточно теплым и с достаточным давлением, чтобы сохранить эту жидкую воду. Если бы Красная планета содержала СО2 в тех же пропорциях, что Земля и Венера, отмечает Якоски, углерод, эквивалентный 20 бар, был бы минерализован как карбонат, замороженный в полярном льду. И этого бы уже хватило частично.
«В течение последних 40 лет исследований Марса научное сообщество искало карбонатные отложения, которые, по логике, должны существовать, потому что CO2 должен был куда-то уйти, — добавляет ученый. — Если бы отложения были внутри коры, их можно было бы использовать. Но поднимаясь на поверхность, углерод вообще исчезает с планеты».
Давления не хватит
Новые радиолокационные данные рассказали о залежах CO2 вблизи полярных шапок. Орбитальная станция разведки Марса собрала количественные данные распределения карбонатов. Зонд MAVEN, находящийся на орбите с 2014 года, количественно оценивает потери газа в космос. Якоски является главным исследователем этой миссии. И результаты ужасают, если рассматривать проблему с позиции потенциального терраформиста.
MAVEN — Mars Atmosphere and Volatile Evolution, «эволюция атмосферы и летучих веществ на Марсе» — американский искусственный спутник для исследования атмосферы Марса, являющийся частью проекта Mars Scout.
Полярные шапки дадут около 15 мбар. Горные породы — менее 15 мбар; возможно, до 150 мбар, если действительно избороздить их вдоль и поперек. Адсорбированный газ в реголите? Всего 40 мбар, даже если обработать всю грязь на Марсе вглубь на 100 м.
«Очень тяжело поднять показатели даже на 40 или 50 мбар, и этого недостаточно. На температуру такое крошечное изменение не повлияет, — добавляет Якоски. — Вероятно, можно было бы дотянуть значение, увеличив в два или три раза, но даже это не приблизит к температуре, необходимой для значительного потепления».
Или он ошибается. У пионера терраформирования Кристофера МакКея все еще есть надежда.
«Ключевым вопросом для терраформирования является количество CO2, N2 и H2O на Марсе. К сожалению, никаких иных, качественно новых путей для решения этой проблемы мы не найдем», — пишет МакКей.
Результаты MAVEN у Якоски показывают, что углерод частично уходит в атмосферу, но в пределах допустимого. В то же время многие «источники» будущей атмосферы остаются. Так что, возможно, он все еще там, говорит МакКей.
«Мы по-прежнему не уверены в том, что большие залежи CO2 находятся внутри Красной планеты. У нас недостаточно данных, и мы должны их получить».
Лучше спасти климат на Земле, чем иметь запасную планету
Это правда, Марс полон сюрпризов: например, недавнее сообщение о том, что у полюсов Марса можно искусственно сделать моря. Новые шаткие цифры поддерживают веру настоящих поклонников Марса. Роберт Зубрин, президент Общества Марса и автор «Дела на Марсе», говорит, что цифры Якоски «систематически пессимистичны». Зубрину не нужен целый бар. Просто дайте ему 300 мбар. Это, например, давление на Эвересте.
«200 мбар означает отсутствие скафандров. Вы сможете создавать купольные корпуса, где давление внутри будет равно давлению снаружи», — уверен Зубрин.
Зубрин и МакКей также отмечают, что выход за рамки гипотезы рисует гораздо более розовую картину для Красной планеты. Искусственные парниковые газы, возможно, хлорфторуглероды, сделанные из обильного хлора в марсианском реголите, или что-то еще более экзотическое и быстродействующее, как «суперпарниковый газ», могли бы выполнить свою работу. Если бы кто-нибудь знал, как их сделать. И выпустить из лабораторий. Главное — убедиться, что они не уничтожат маленький озоновый слой, и ультрафиолетовое излучение не присоединится к космической радиации, бомбардирующей магнитосферный Марс.
Концепция терраформирования Марса — давняя тема в научно-фантастической литературе, а в последние годы обсуждается и в научных кругах. Новый всплеск интереса к этой теме произошёл после обнародования планов NASA и отдельных коммерческих компаний по отправке колонистов на Марс. Например, всю текущую деятельность частной фирмы SpaceX можно рассматривать как подготовительные этапы к этой главной цели.
Создание долгосрочной колонии на Марсе само собой подразумевает план по терраформированию планеты, чтобы сделать её пригодной для жизни и уменьшить риски колонистов, связанные с нехваткой кислорода, угрозой солнечного ветра и космической радиации. В свою очередь, терраформирование предполагает восстановление утраченной марсианской атмосферы и установку магнитного щита или генератора электромагнитного поля.
Самый сложный этап — восстановление атмосферы. Возможно ли это?
Два дня назад в журнале Nature Astronomy опубликована научная статья, в которой подробно обсуждается тема терраформирования Марса и главная проблема — где взять достаточное количество углекислого газа (CO2). Авторы — Брюс Якоски (Bruce Jakosky) из лаборатории атмосферной и космической физики Университета Колорадо и Кристофер Эдвардс (Christopher Edwards) с кафедры физики и астрономии Университета Северной Аризоны.
На фото: комбинированное изображение от двух приборов, установленных на аппарате Mars Reconnaissance Orbiter. Зелёный цвет соответствует обнажённым карбонатам в области грабенов Nili Fossae на Марсе
Возможные подходы к терраформированию Марса описаны в научной литературе прошлых лет, в том числе в работах Сагана (1971) и Маккея и др. (1991), pdf. Согласно работе Маккея и др., есть два возможных подхода:
Единственные парниковые газы, которые можно добавить в марсианскую атмосферу — это CO2 и H2O, чтобы обеспечить парниковый эффект и повышение температуры. Хотя некоторые учёные предлагают введение других газов, таких хлорфторуглероды, но этот вариант авторы научной работы считают сомнительной альтернативой. Хорошие парниковые газы CH4 и H2 тоже отсутствуют в большом количестве, поэтому авторы рассматривают только CO2 и H2O.
Так вот, предыдущие расчёты атмосферного потепления показали, что одна только вода не способна обеспечить значительное потепление. Температура не позволит присутствовать в атмосфере достаточному количеству паров. Поэтому требуется предварительный разогрев атмосферы с помощью CO2. Остаётся только этот газ. Но есть ли на Марсе достаточные запасы углекислого газа, чтобы повысить плотность атмосферы и создать парниковый эффект? Инвентаризация существующих запасов стала главной задачей исследователей.
Глобальные запасы углекислого газа на Марсе
Учёные перечисляют существующие резервуары неатмосферного CO2 и оценивают, какой эффект даст высвобождение этого газа в атмосферу, то есть насколько оно увеличит её плотность. Они также оценили количество потерянного CO2, который раньше присутствовал на планете, но рассеялся в космосе под воздействием солнечного ветра после внезапного исчезновения защитного магнитного поля на планете.
Авторы пришли к выводу, что существующих на Марсе запасов CO2 недостаточно для терраформирования планеты. Даже если извлечь в атмосферу весь углекислый газ из полярного льда, то плотность атмосферы поднимется максимум до 2% от земной.
Теоретически, добыть CO2 можно путём подогрева минералов в марсианской коре. Снимки грабенов в Nili Fossae указывают на достаточно большое количество карбонатов на глубине. Учёные считают, что так можно повысить плотность атмосферы до земной. Но для этого понадобится:
Научная статья опубликована 30 июля 2018 года в журнале Nature Astronomy (doi: 10.1038/s41550-018-0529-6, pdf).
Марс и магнитосфера. Планета, которую можно отремонтировать
Тема терраформирования Марса не один десяток лет относится к числу наиболее амбициозных планов человечества. Кажется, что марсианскую природу достаточно лишь немного «подправить», чтобы холодная планета бурь превратилась в жизнепригодный мир, расположенный в непосредственной близости от Земли.
Наряду с первоочередными задачами по увеличению концентрации кислорода и повышению температуры на Марсе требует решения еще одна проблема: восстановление марсианской магнитосферы. Дело в том, что на Марсе нет стабильного планетарного магнитного поля, хотя, остаточные магнитные поля на планете сохранились, особенно в южной части. Вопрос фатального влияния солнечного ветра на размагниченную планету подробно рассмотрен в научно-популярных источниках, в том числе, на Хабре. Поэтому читатели, уже интересовавшиеся проблемой марсианской магнитосферы, вполне могут пропустить обзор, расположенный прямо под катом, и переходить к самому интересному, в особенности, к инженерной части.
Обзор. Другая сторона солнечного ветра
Подходы к терраформированию Марса (приближению условий окружающей среды на нем к земным) постепенно детализируются и представляются все менее разрушительными и более «зелеными». В частности, Илон Маск, еще в 2015 году продвигавший идею о термоядерной бомбардировке Марса с целью вызвать на нем парниковый эффект, в 2019 году предлагал растопить марсианские льды при помощи системы орбитальных зеркал. Развивая эту идею, Роберт Зубрин и Кристофер Маккей рассуждали о 100-километровом цельном орбитальном зеркале. Тем не менее, сегодня считается, что даже всего льда с марсианских полярных шапок может не хватить для вызова парникового эффекта. Пытаясь поднять температуру на Марсе такими грубыми способами, мы бы боролись со следствиями, а не с причиной экологической катастрофы на этой планете. Причина продолжающегося истончения марсианской атмосферы заключается в выдувании ее солнечным ветром, а такая уязвимость атмосферы объясняется отсутствием у Марса постоянного магнитного поля. В далеком прошлом, 4,2-4,3 миллиарда лет назад Марс должен был обладать сильным магнитным полем, а последний период активного действия магнитосферы на Марсе относится, вероятно, к 3,7 миллиарда лет назад.
Наличие сильного магнитного поля у Земли объясняется действием токов (динамо) в жидком металлическом железоникелевом ядре планеты. Магнитное поле образует вокруг планеты так называемую «головную ударную волну», подобную той волне, что расходится от носовой части движущегося корабля, из-за чего солнечный ветер обтекает нашу планету с боков, не повреждая атмосферу.
Из-за того, что в период образования крупных марсианских равнин магнитное поле выключилось, атмосфера Марса оказалась беззащитна, и постепенно превратилась в тонкий слой углекислого газа с незначительными примесями, наблюдаемый сейчас.
О причинах исчезновения токов-динамо и постоянного магнитного поля на Марсе нет единого мнения. Среди возможных вариантов — исчезновение условий для конвекции жидкого металла в ядре, вызванное чрезмерным охлаждением планеты. Также затухание динамо могло быть вызвано внешним воздействием, например, ударом астероида – эта гипотеза называется «импактной». Интереснейший анализ подобных гипотез содержится в статье Виталия Егорова (Зеленого Кота) «Нужно ли Марсу магнитное поле?», опубликованной на Хабре в 2015 году. Автор развивает идею о том, что потеря магнитного поля не является решающим фактором потери атмосферы, приводя в качестве контрдовода пример Венеры, чья атмосфера исключительно плотная, а магнитное поле — слабое. Потеря глобального магнитного поля на Марсе связана с малой массой планеты, либо с совокупностью воздействия солнечного ветра, импактных (ударных) и гидрофизических факторов. Рекомендуем подробно ознакомиться с этой статьей, а здесь приведем лишь важнейшую из ее иллюстраций, где в табличном виде представлены возможные причины исчезновения или истончения атмосфер у различных тел в Солнечной Системе.
Магнитосфера Марса. Нынешнее состояние
Чтобы изучить, почему Марс потерял свою атмосферу и продолжает ее терять, в 2014 году NASA запустило к Марсу зонд MAVEN (аббревиатура расшифровывается как «Эволюция атмосферы и летучих веществ на Марсе»). Отметим, что аппарат, запущенный 18 ноября 2013 года, чуть не попал под сокращение финансирования, из-за чего запуск мог быть отложен на 2016 год. Тем не менее, в сентябре 2014 года MAVEN успешно достиг Марса и стал его искусственным спутником. Четыре основные задачи проекта формулировались следующим образом:
Определить влияние потерь газов на климатические изменения Марса в настоящее время и в прошлом.
Определить текущее состояние верхних слоев атмосферы и ионосферы Марса и взаимодействия их с солнечным ветром.
Определить темпы потери атмосферы, а также факторы, влияющие на этот процесс.
Определить соотношения стабильных изотопов в атмосфере Марса.
Именно MAVEN показал, что остатки магнитного поля Марса вытянулись за планетой, образовав у нее своеобразный магнитный хвост. Само это открытие особенно интересно тем, что позволило подтвердить и детально описать механизм магнитного пересоединения Марса, непосредственно провоцирующий улетучивание остатков марсианской атмосферы в космос. В целом же MAVEN дал толчок новейшим исследованиям собственного магнитного поля на Марсе.
Реликтовое магнитное поле на Марсе
После того, как на Марсе исчезло глобальное магнитное поле, планета осталась покрыта «лоскутным одеялом» локальных областей, проявляющих магнитные свойства. Эти небольшие магнитные поля возникают под действием минералов и пород, рассеянных на поверхности планеты.
Некоторые регионы планеты обладают более сильными магнитными полями, нежели другие, но это, вероятнее всего, связано с повышенным или пониженным содержанием магнитных минералов в том или ином регионе, то есть, пород, которые могли испытывать влияние древнего магнитного поля. В целом магнитные поля в северном полушарии Марса слабее, а в южном – сильнее.
Три крупных ударных бассейна в северном полушарии Марса — Эллада, Исида и Аргир — не проявляют признаков магнетизма, что также может объясняться малым содержанием магнитных пород на этих территориях. Предполагается, что в процессе ударных катаклизмов и образования этих бассейнов значительные объемы магнитных пород и содержащихся в них минералов могли быть испарены в результате столкновений и сопутствующих взрывов. При этом необходимо оговориться, что измерения магнитных полей марсианской коры производятся с орбиты, поэтому могут быть неполны; экспедиции на поверхности планеты, возможно, позволят зафиксировать более слабые магнитные поля и составить более полную карту.
Итак, магнитосфера марсианских горных пород представляет собой остатки древнего магнитного поля. Магнитное динамо в мантии Марса исчезло не позднее 3,7 миллиарда лет назад. Подробнее о хронологии существования марсианского динамо рассказано в этой статье. Впрочем, здесь следует упомянуть и о роботе InSight, который начал работу на поверхности Марса в ноябре 2018 года. Аппарат предназначен, прежде всего, для изучения толщины, состава и структуры коры Марса, а также получения данных о его мантии, ядре и сейсмической активности. Именно InSight показал, что магнитные поля на поверхности Марса вдесятеро сильнее, чем считалось ранее. Он обнаружил и некоторые другие интересные детали, в частности, суточные флуктуации активности марсианского магнитного поля и магнитные импульсы, чья природа пока остается невыясненной. Считается, что зафиксированные InSight магнитные явления на поверхности планеты также связаны с воздействием солнечного ветра.
Поэтому гораздо более пристального внимания заслуживает индуцированная магнитосфера Марса, возникающая в результате взаимодействия марсианской ионосферы с солнечным ветром. О существовании магнитных полей в непосредственной близости от верхних слоев марсианской атмосферы сообщалось еще в статье Долгинова и др., опубликованной в 1972 году по результатам экспедиций «Марс-2» и «Марс-3». Дальнейшие исследования магнитослоя в марсианской ионосфере были проведены при помощи последней советской марсианской миссии «Фобос-2» Но значительно более точные данные об этом магнитослое (в англоязычной литературе употребляется термин «magnetosheath») были получены благодаря работе MAVEN и изложены в статье Робина Рамстада и др. из университета штата Колорадо.
Индуцированные магнитосферы образуются вокруг проводящих ненамагниченных планетарных объектов, в частности, в ионосферах Марса, Венеры, Титана, Плутона и комет в ходе электродинамических взаимодействий намагниченной плазмы с частицами солнечного ветра. Токи, возникающие при этом, приводят к взаимодействию ионосферы и плазмы, тем самым помогая понять роль солнечного ветра в нагревании, выдувании и эволюции планетарных атмосфер.
По итогам пятилетней работы зонда MAVEN удалось картировать индуцированную магнитосферу Марса, обнаружив в процессе этой работы взаимодействие ионосферы и головной ударной волны, асимметрию в конфигурации атмосферных электрических полей, а также искривление токов в верхних слоях атмосферы Марса. Также был обнаружен пограничный регион между ионосферой Марса и его магнитослоем.
Соответственно, восстановление защиты Марса от пагубного воздействия солнечного ветра целесообразно начинать именно с ионосферы. В 2017 году специалист NASA Джим Грин предположил, что для реставрации марсианской атмосферы и предохранения ее от воздействия солнечного ветра можно расположить магнитный щит на марсианской орбите в точке Лагранжа, где притяжение Марса и притяжение Солнца имеют равную величину и, следовательно, такой щит будет оставаться стабилен. На Хабре есть обзорная переводная статья с обоснованием этого проекта и видео с выступлением Грина на конференции Planetary Science Vision 2050, где была высказана эта идея. Из статьи стоит скопировать и пояснить ключевую иллюстрацию:
На иллюстрации показана форма магнитного хвоста (остатки магнитного поля Марса, взаимодействующие с солнечным ветром, о чем было рассказано выше), а также расположение самого Марса, магнитного щита в точке Лагранжа L1, магнитослоя и магнитопаузы. Как показано на этой схеме, магнитный щит Марса призван уменьшить выдувание атмосферы солнечным ветром, обеспечить новое равновесное состояние атмосферы и уменьшить количество жесткой солнечной радиации, достигающей поверхности Марса.
На сайте phys.org сообщается, что Джим Грин и его коллеги проводили компьютерные симуляции, позволяющие примерно оценить работоспособность такого устройства. Грин заостряет внимание на непосредственной пользе подобной конструкции. Магнитный щит способен привести к утолщению марсианской атмосферы и парниковому эффекту, который позволит перевести в жидкое состояние до 1/7 того объема воды, что имелся на Марсе 4,2 миллиарда лет назад, в период активности его магнитного динамо. Тем не менее, официальные данные о технических характеристиках подобного устройства весьма скудны. На Хабре есть публикация с описанием конструкции и реализуемости дипольного магнитного щита, который мог бы располагаться в точке Лагранжа и генерировать магнитное поле силой 1-2 тесла. Поэтому в заключительном разделе этой статьи было бы логично и интересно привести выдержки из статьи «Giving Mars a Magnetosphere», опубликованной 28 февраля 2018 года и содержащей обоснованные выкладки о том, как мог бы выглядеть подобный щит.
Искусственный магнитный щит Марса: технические характеристики
Марсианская точка Лагранжа расположена на расстоянии около 1 миллиона километров от Марса. С поправкой на компенсацию сильных солнечных вспышек можно предположить, что будет достаточно расширить искусственное магнитное поле на расстояние 1,5 млн километров от планеты.
Также следует учитывать, что интенсивность солнечного ветра на марсианской орбите значительно ниже, чем на расстоянии одной астрономической единицы от Солнца (т.е. на расстоянии от Солнца до Земли). Таким образом, для защиты Марса от солнечного ветра достаточно получить магнитное поле примерно вдвое слабее, чем понадобилось бы для защиты Земли. Учитывая оба этих фактора, понадобится сгенерировать вокруг Марса магнитное поле всего в 11% от силы естественного магнитного поля Земли, и минимальный радиус магнитослоя вокруг Марса составил бы всего 500 000 километров.
Согласно уравнению величины магнитного поля, можно высчитать силу тока «провода», необходимого для генерации такого магнитного поля. Получается ток силой около 200 мега-ампер.
Соответственно, это будет провод колоссального размера. Чтобы сделать его как можно компактнее, необходимо как можно сильнее уменьшить рабочее напряжение этого провода и, следовательно, его сопротивление. Чтобы добиться минимального сопротивления, нужно подобрать минимальную длину провода, при этом обеспечив для него максимальную площадь поперечного сечения. Отметим, что сопротивление проводника можно было бы снизить, изготовив его из сверхпроводящего материала, но технически наиболее доступной конфигурацией представляется плоская медная катушка, намотанная настолько плотно, что отверстие в ее центре будет как можно уже. При этом отверстие в центре катушки необходимо оставить, так как при его отсутствии в катушке возникнут контрпродуктивные обратные токи, и ее сопротивление будет чрезмерно сильным.
Дальнейшие выкладки из упомянутой статьи выходят за рамки данной публикации, но ее все-таки будет интересно прочесть целиком – в частности, чтобы познакомиться с ориентировочными характеристиками космического корабля, необходимого для реализации всего проекта.
Итак, генерация искусственного магнитного поля для Марса представляется несравнимо более осуществимой задачей, чем восстановление естественного. Кроме того, это был бы значительно более щадящий и эффективный (в долгосрочной перспективе) метод терраформирования, чем термоядерная бомбардировка или развертывание орбитальных зеркал, предложенные Илоном Маском. Остается с интересом следить, возможна ли при в обозримом будущем практическая реализация подобных планов.