KOSMOLOGIJA
Pripremio: Dragan Lazarević
Teraformiranje
Nove Zemlje u Sunčevom sistemu
Može li čovečanstvo da stvori planetu sa istim životnim uslovima kao što su na Zemlji?
 Prvi pokušaji astronoma 19. veka da saznaju osnovne činjenice o susednim planetama bili su ograničani skromnim mogućnostima njihovih teleskopa i nesvesnom željom da projektuju stvarnost jedinog sveta koji su poznavali - matične planete Zemlje. Tako su sezonske promene boja pojedinih regiona na Marsu, za koje se danas zna da su rezultat stvaranja inja smrznutog CO2 i prelamanja svetlosti u Marsovoj i Zemljinoj atmosferi, tumačili prolećnim bujanjem vegetacije a optičke varke u vidu mreže pravih linija na njegovoj površini proglasili su za kanale izgrađene od strane njegovih stanovnika. Oblacima prekrivenu Veneru videli su kao svet tropskih šuma i močvara a sivkasto svetlucanje njene noćne strane tumačili su kao fosforescenciju mikroorganizama u okeanima, kao šumske požare itd.
Kako se nauka razvijala, tako je postajalo jasnije da su susedni svetovi daleko nepovoljniji za život nego što se mislilo. Milutin Milanković je proračunom odredio klimatske uslove na susednim planetama i zaključio da je Mars daleko hladniji nego što se do tada smatralo, da je klima na njegovom ekvatoru slična klimi Zemljinih polarnih oblasti, a da je temperatura na Veneri oko 50oC stepeni viša nego na Zemlji. Prva spektroskopska proučavanja Venerine atmosfere su ukazivala da je ona zasićena CO2 i da je temperatura na površini verovatno iznad tačke ključanja vode. To je uzdrmalo snove vizionara sredine 20. veka o lakom naseljavanju susednih planeta kada se očekivalo da tadašnji nagli razvoj raketne tehnike omogući naseljavanje Venere i Marsa.
Uskoro, pojavile su se ideje da se susedne planete izmene fizički i po sastavu atmosfere i učine pogodnijim za boravak čoveka. Taj proces planetarnog inženjeringa je nazvan teraformiranje. Odgovarajući izraz u našem jeziku bi bio „zemljooblikovanje“ .
Kako ohladiti Veneru?
Prve ideje teraformiranja su se odnosile na promenu uslova na Veneri. Pre više od pola veka to je izneo američki naučnik i vizionar Karl Segan. Smatralo se da su oblaci nad Venerom od vodenih kapi a da je površinski pritisak CO2 atmosfere oko 6 bara pa je dovoljno zasejati je zemaljskim algama koje bi fotosintezom vezale vodu i CO2 u ugljene hidrate, oslobodile O i stvorile atmosferu pogodnu za disanje. Efekat staklene bašte bi bio poništen, temperatura bi opala do pojave tečne vode na površini, polarne oblasti bi postale gotovo idealne za život sa temperaturom od 20° do 30°C. Čitav proces bi se obavio za jedan vek. Podaci koje su poslale sovjetske kosmičke sonde tipa venera sa površine susedne planete pokazali su da su uslovi na njoj daleko nepovoljniji nego što se mislilo: temperatura na površini iznosila je oko 470o C, pritisak oko 93 bara, atmosfera je 95% od CO2 a oblaci nad Venerom su od sumporne kiseline.
Ideja o brzom i lakom teraformiranju pomoću jednoćelijskih modrozelenih algi je nestala kao san ali je ostalo pitanje: da li Venera može da postane nova Zemlja? Vizionari se nisu lako pokolebali i nastale su nove ideje, daleko teže ostvarljive ali sa ciljem da se Venera učini pogodnom za život ljudi i Zemljine biosfere koja bi na nju bila preneta.
Od svih planeta Sunčevog sistema Venera je veličinom najsličnija Zemlji - njen prečnik iznosi 0,95 a masa 0,82 u odnosu na Zemljine veličine. Gravitacija na površini je 0,9 ge, što znači da bi se budući naseljenici osećali kao da su na Zemlji i lako bi se prilagodili. Ali, pošto je bliža Suncu, Venera prima gotovo dvostuko više elektromagnetskog zračenja u vidu svetlosti i toplote. To je dovelo do sasvim drugačije planetarne evolucije. Formirana je atmosfere od CO2 koja je svojevrsni toplotni akumulator jer apsorbuje toplotno zračenje u prolasku, što je i dovelo do pregrevanja planete.
„Suncobran“ za planetu
Prvi korak da se izmeni Venera je da se spreči da toplotno zračenje sa Sunca stigne do nje. Vizionari su smislili svojevrsni totplotni štit, neku vrstu „suncobrana“ koji bi bio postavljen u Lagranževu tačku L1 između Venere i Sunca,oko milion km od planete, sa prečnikom dvostruko većim od Venerinog. Tako zasenčena Venera bi počela da se hladi; prvo bi oblačni sloj sumporne kiseline formirao kišu, stigao do površine i hemijski se vezao sa bazaltnim stenama. Atmosfera bi postala prozračnija, što bi ubrzalo dalje hlađenje planete. Procena da bi se temperatura spustila do nivoa pogodnog za život za dve do tri decenije deluju preoptimistički.
 Kako napraviti „suncobran“ takvih dimenzija? On bi bio izložen svetlosnom pritisku, promenljivom delovanju sunčevog vetra i udarima mikrometeorita. Ne postoji tehničko iskustvo u gradnji tako razuđenih kosmičkih konstrukcija ni predstava kako bi se takva megamašina kontrolisano kretala. Ukoliko bi se pokazalo da je štit te veličine neostvariv, tu ulogu bi mogao da preuzme veći broj manjih ogledala-štitova. Ako bi pojedinačni prečnik bio oko 20 km, bilo bi ih potrebno nekoliko miliona i oni bi činili čitav oblak u okolini Lagranževe tački L1. Za izgradnju štita debljine 1 do 10cm ili čitavog roja manjih iskoristio bi se asteroid tipa ugljeni hondrit veličine oko 50 km, a materijal za izradu bi činila staklena ili grafitna vlakna proizvedena od regolita samog asteroida, upletena i presovana u foliju sa nanesenim refleksnim slojem aluminijuma.
Druga ideja o hlađenju Venere zasniva se na izgradnji reflektujućih balona i njihovom postavljanju iznad oblačnog sloja u tolikom broju da za pola smanje sunčevo toplotno zračenje koje prodire u dublje slojeve atmosfere. Pošto bi se ti baloni kretali nošeni vetrovima i bili negde više a negde manje koncentrisani, prigušenje zračenja ne bi bilo ravnomerno i ne bi moglo da se ostvari potpuno zasenčenje. A kada bi se Venera dovoljno ohladila, propustila bi se količina svetlosti i toplote približna onoj koju prima Zemlja.
Hlađenje Venere je samo početak rešavanja daleko težih problema od kojih je jedan: šta da se uradi sa ogromnom masom CO2? Ako bi se temperatura na Veneri spustila do -75o C, sav CO2 bi prešao u tečno stanje i kao ogroman okean prekrio površinu planete sa prosečnom dubinom od 1000 m! Na Zemlji je, pre 4 milijarde godina, CO2 bio rastvoren u vodi čineći ugljenu kiselinu koja je reagovala sa silikatima stvarajući karbonate kalcijuma, magnezijuma i kalijuma. Taj proces je trajao milionima godina.
Pošto je na Veneri količina vode gotovo zanemariva, potrebno je da se donese. Jedna mogućnost je da se neki od ledenih planetoida iz tzv. Kuiperovog pojasa skrenu (npr. veoma jakom nuklearnom eksplozijom i metodom “gravitacione praćke“) i, prolaskom pored velikih spoljnih planeta, usmere ka Veneri. Vreme potrebno jednom ili većem broju ledenih asteroida da stignu na cilj merilo bi se vekovima a ukupna masa bi odgovarala masi jednog ledenog planetoida prečnika 1500 km, što je približno masi Zemljine hidrosfere. Krajnji cilj bi bio da Venerini okeani budu ekvivalentni zemaljskim.
Pomoću asteroida iz Kuiperovog pojasa
Verovatno bi i desetak puta manja količina vode bila dovoljna da započne proces vezivanja CO2 u karbonate. Pošto bi taj proces bio veoma dug, razmatrane su brže opcije kao što je napr. zasipanje Venere H koji bi hemijski reagovao sa CO2 i stvorio vodu i ugljenik u vidu grafita, ili veštačkim meteoritima od Ca i Mg, proizvedenim na asteroidima ili Merkuru koji bi vezali CO2 bez prisustva vode. Segan i Polak su razmatrali ideju da se neki veći asteroid usmeri na Veneru i odbaci najveći deo CO2 atmosfere u kosmos ali bi to dovelo do ispuštanja drugih gasova npr. SO2 iz magme koja bi pri tom udaru probila koru planete.
Venerina atmosfera sadrži i četiri puta veću količinu N u odnosu na Zemljinu. Ako bi se CO2 uklonio, ona bi imala atmosferu od N sa pritiskom od 3,2 bara. O bi se oslobodio u procesu fotosinteze od strane zemaljskih biljaka vezivanjem manjeg udela CO2. Višak N iz atmosfere bi se vezao u nitrate što bi tlo učinilo veoma plodnim i maštovita vizija astronoma 19. veka o Veneri kao svetu ogromnih šuma postala bi stvarnost. Atmosfera bi imala sastav: 79% N2 i 21% O2 a pritisak od 1 bara i predstavljala bi optimalnu sredinu za boravak ljudi.
 Da bi se to ostvarilo, treba prethodno rešiti možda i najveći problem - a to je veoma spora rotacija Venere. Trajanje dana i noći na Veneri je oko 117 zemaljskih dana pa energija potrebna da se Venera zavrti i ima dan od 24 časa iznosi nezamislivih 1,57x10exp29 J! Jedno rešenje bi bilo da ledeni asteroidi koji bi trebalo da Veneri donesu vodu budu usmereni tako da tangencijalno uđu u njenu atmosferu iz smera suprotom njenom kretanju oko Sunca, relativnom brzinom od 70 km/sec i ekscentričnim sudarom deo svoje kinetičke energije prenesu na obrtno kretanje planete. Pošto bi taj proces dugo trajao, privremeno rešenje bi bilo da se u orbitu oko Venere postavi veliko ogledalo koje bi obilazilo oko nje za 24 časa i odbijenom svetlošću simuliralo zemaljsku smenu dana i noći dok bi štit „suncobran“ u L1 potuno zaklanjao Sunce.
Optimisti smatraju da bi se čitav proces teraformiranja Venere mogao obaviti za oko jedan milenijum dok oprezniji vizionari procenjuju da bi trajao i sto puta duže. Energija potrebna za prebacivanje ogromnih masa vode na Veneru i to da se ona zavrti prevazilaze naša poimanja i pitanje je koje bi izvori energije mogli da pokrenu te procese. Na osnovu sadašnjih znanja, to bi mogla da bude samo solarna energija proizvedena u velikim centralama sa panelima silicijumskih ćelija izgrađenim na asteroidima i dovedenim bliže Suncu. A ako bi se sve faze teraformiranja Venere rešavale simultano, tj. ako bi toplotni štit u L1 bio i solarna centrala, potrebne količine energije bi bile dostupne.
Nova naučna otkrića i bolje osmišljavanje čitavog procesa bi moglo da vremenski približe jedan takav poduhvat koji bi civilizaciju digao na kosmički nivo, gde bi počelo korišćenje energetskih izvora većih od onih na sopstvenoj planeti. Borba da se Venera izmeni može doneti čovečanstvu novu Zemlju i znanje da spase ova Zemlju iseljavanjem polovine čovečanstva na teraformiranu Veneru - Teru Novu! Iskustvo u izgradnji toplotnog štita za Veneru bi moglo da se primeni i na izgradnju kosmičkog štita koji bi mogao da sačuva Zemlju od gama-zračenja koje nastaje pri eksploziji neke bliže supernove ili od povećanog zračenja Sunca u budućnosti.
Ljudi će zaista postati marsovci
Istraživanje Marsa američkim kosmičkim sondama tipa mariner je pokazalo da su i na njemu uslovi znatno nepovoljniji nego što se
Pretpostavljalo: atmosferski pritisak na njegovoj površini iznosi oko 7 milibara, što je deset puta manje od ranijih procena.Takva atmosfera ne pruža zaštitu od kosmičkog zračenja i mikrometeorita pa bi život pod providnim kupolama na površini bio vrlo rizičan. Prvi naseljenici bi morali da žive u prostorima ispod površine, na dubini od bar desetak metara.To nije način života koji bi odgovarao većini ljudi pa su se javile ideje o planetarnom inženjeringu koji bi Mars učinio povoljnijim za život.
Proces emisije gasova staklene bašte koji na Zemlji dovodi do globalnog zagrevanja na Marsu bi predstavljao početak topljenja smrznutog CO2 na polarnim kapama i stvaranja atmosfere od tog gasa sa pritiskom 0,5 -1 bar i temperaturom na ekvatoru iznad 0° C.
Da bi se Mars zagrejao do nivoa temperature bliske zemaljskoj, najčistiji način je da se na njega usmeri sunčevo zračenje reflektovano sa kosmičkih ogledala. Veličina ogledala bi bila utoliko manja ukoliko bi bila bliža Suncu. Sistem takvih ogledala na orbiti oko Sunca bi mogao da usmereno reflektuje svetlosno i IC zračenje Sunca prema Marsu bez poremećaja smene dana i noći na njemu. Posmatraču sa Marsa bi izgledalo kao da se Sunce razlilo po nebu.
Zagrevanje površine i početak topljenja leda, a potom i isparavanje vode i formiranje oblaka i padavina stvorilo bi rečne tokove koji bi uništili postojeći reljef Marsa. Za sada nije poznato koje se količine vode nalaze ispod Marsove površine u vidu leda ili vezane u hidratisanim mineralima. Nije poznato ni koliko bi se CO2 oslobodilo u atmosferu pre početka zagrevanja planete. Ako se CO2 u ranoj istoriji Marsa nije vezao u karbonate zbog brzog hlađenja i smrzavanja vode već ostao u vidu suvog leda, onda bi ishod bio stvaranje atmosfere sa pritiskom većim od 1 bara. U prisustvu tečne vode, a obzirom da je najveći deo Marsove površine prekriven slojevima prašine debljine po nekoliko kilometara, CO2 bi se brzo vezao u karbonat gvožđa čiji oksidi čine 14% Marsovog regolita. Moglo bi da se dogodi da atmosferski pritisak naglo padne i da opet dođe do hladjenja planete.
Potrebna je, znači, azotno-kiseonička atmosfera slična Zemljinoj. Kiseonika na Marsu ima u oksidima gvožđa i on bi se mogao osloboditi zagrevanjem prašine koja ispunjava velike kratere. To bi se postiglo usmerenim toplotnim zračenjem sa velikih solarnih ogledala pri čemu bi sporedan proizvod bilo Fe. Takođe, mogao bi se osloboditi i procesom fotosinteze od strane genetski modifikovanih biljaka - ali stvarni problem je nedostatak N na Marsu. U ranoj fazi planetarne evolucije, pre 4 do 3 milijarde godina, Mars je zbog svoje male sile gravitacije izgubio gotovo sav primodijalni N iz atmosfere. Brzina azotnih jona je veća od Marsove druge kosmičke brzine, 6,3 km/s prema 5 km/s i danas N čini 2,7% njegove retke atmosfere. Potrebno je da se N dopremi sa drugih tela Sunčevog sistema, npr. iz Titanove ili Venerine atmosfere a možda i u vidu smrznutog amonijaka izdvojenog na nekom ledenom planetoidu Kuiperovog pojasa. Masa N potrebna da se formira nova atmosfera na Marsu iznosi oko 3x10exp15 tona, što bi odgovaralo masi lopte smrznutog N prečnika oko 200 km. Energija da se ona prebaci do Marsa je reda veličine 2x10exp26 J! Kao i u slučaju teraformiranja Venere, i ovde su jedini sagledivi izvor energije gigantske solarne elektrane koje bi usmerenim mikrotalasnim zračenjem prenele energiju do mesta korišćenja, npr. velikih akceleratora, tzv. „masdrajvera“ na aerostatima u atmosferi Titana ili Venere, a možda i do postrojenja za izdvajanje amonijaka na ledenim planetoidima.
Nova atsmosfera na Marsu?
Da bi se stvorila atmosfera na Marsu sa pritiskom od 1 bara, potrebna je veća ukupna masa gasova po jedinici površine nego na Zemlji jer je gravitacija Marsa 2,6 puta slabija. Novostvorena atmosfera bi bila veće debljine od zemaljske, oblaci znatno viši, njena toplotna akumulativnost veća, a temperaturne razlike na planeti bi bile manje. Ako se Mars konačno teraformira, zemaljska biosfera preseli na njega i nasele ljudi, ostaje jedan nepredvidivi uticajni faktor - Marsova mala gravitacija od 0,38 ge. To je činilac koji se ne može menjati.
Kako će ona uticati na duži vremenski period? Može se pretpostaviti da će biljke imati veću visinu, životinje će lakše skakati uvis i sa visine a ptice i insekti će leteti sa manjim krilima, teže će se trčati zbog manje težine a biće manja i sila trenja. Koje bi vrste preživele u borbi za opstanak u sasvim novim uslovima, nije sagledivo. Moguća su potpuna izumiranja nekih vrsta i populacione eksplozije drugih, prilagođenijih novim uslovima. Manja sila teže na Marsu predstavljaće novo „sito“ prirodnog odbiranja i usmeriti evoluciju u neslućenom pravcu. Tome će biti izloženi i ljudi koji se budu tamo naselili.
Da li će rođeni na Marsu moći da se naviknu na 2,6 puta veću silu teže ako se vrate na Zemlju i kakva će biti njihova fiziologija? Vremenom će se i genetski udaljavati od ljudi na Zemlji a nije isključeno ni postojanje nekih neočekivanih faktora mutacije... Ako ljudi promene Mars i nasele se na njemu, Mars će promeniti njih a oni će postati nova ljudska vrsta, postaće „marsovci“!
Granice teraformiranja
Ima fantasta koji iznose vizije teraformiranog Merkura, Meseca, Jupiterovih satelita, Titana, malih planeta, ledenih patuljaka tipa Plutona... Gde su granice teraformiranja?
Mars je izgubio N iz svoje prvobitne atmosfere pa bi se taj proces odvijao i sa novom atmosferom. Da bi se održala atmosfera, potrebno je ili stvoriti veštačko magnetno polje oko Marsa koje bi ga zaštitilo od alfa zračenja sunčevog vetra ili stalno dopremati nove količine N.
Masa Meseca je 82 puta manja od Zemljine, gravitacija je 6 puta manja i ne bi mogla da zadrži atmosferu, rotacija je spora, nedostatak vode je potpun.
Merkur je izložen oko 6 puta jačem sunčevom zračenju od Zemlje, ima sporu rotaciju. Ako bi se na Merkuru izgradile solarne elektrane koje bi prekrile njegovu površinu, raspolagalo bi se sa energijom potrebnom za teraformiranje Venere i Marsa, a to je potpuno suprotno teraformiranju samog Merkura.
Veći Jupiterovi sateliti, Kalisto i Ganimed, imaju koru vodenog leda i raznih smrznutih gasova debljine 400 km a možda i tečni omotač na velikoj dubini ispod kojeg je kamenito jezgro. Kada bi se oni zagrejali i ledena kora otopila, pitanje je kolika bi se količina raznih ugljovodoničnih gasova oslobodila. Gravitacije Ganimeda i Kalista su 7-8 puta manje od Zemljine pa nije moguće duže zadržati atmosferu a pitanje je i kako bi sve to uticalo na žive organizme koji bi tamo bili naseljeni. To bi mogao da bude izuzetan eksperiment ali ishod ne bi bio Nova Zemlja već neki sasvim poseban svet, okean bez obala dubok stotinama km i male gravitacije sa stalnim promenama atmosfere.
Drugi ograničavajući faktor je etički: da li je moralno uništiti originalnu i neponovljivu fizičku prirodu nekog sveta da bi se dobio svet nalik Zemlji? U toj dilemi će se naći ljudi u budućnosti i verovatno da neće žaliti za usijanom Venerom kakva je sada. Teraformiranje Marsa bi uništilo sve geološke zapise o njegovoj klimatskoj istoriji u slojevima leda njegovih polarnih kapa kao i stratigrafiju u sedimentnim stenama - a možda i tragove kratkog perioda postojanja živih organizama? Treba verovati u mudrost ljudi u budućnosti i to da će, pre bilo kakvog pokušaja menjanja, temeljno istražiti Mars, uzeti i sačuvati uzorke leda polarnih kapa i stena nastalih sedimentim procesom kako bi ljudima dalje budućnosti ostavili dokaze o nekadašnjoj prirodi izmenjenog sveta.
Saturnov satelit Titan ima atmosferu od N sa pritiskom 1,5 bara ali sa temperaturom od -185oC i čini se kao lakši objekat za teraformiranje, samo ga treba zagrejati npr. pomoću solarnih ogledala. To bi dovelo do topljenja njegove ledene kore debele stotinama km i prelaz tečnih ugljvodonika u gasovito stanje. Nastao bi svet koji ne bi nalikovao Zemlji a svi tragovi Titanove evolucije bi bili uništeni. Titan je posebno dragocen jer je bio brzo zamrznut posle formiranja. Na njemu su sačuvani tragovi rane istorije Sunčevog sistema i neka neobična jedinjenja kao što je Titanov tolin pa treba odbaciti ideju o teraformiranju.
Šta bi bila alternativa teraformiranju susednih planeta? Parateraformiranje podrazumeva stvaranje ograničenih regiona sa zemaljskim uslovima unutar kupola ili velikih podzemnih šupljina na drugim nebeskim telima u kojima bi se ljudi naselili. To jeste bliži cilj ali ne može da zameni veliku viziju stvaranja novih Zemalja u Sunčevom sistemu.
Dragan Lazarević
Kompletni tekstove sa slikama i prilozima potražite u magazinu
"PLANETA" - štampano izdanje ili u ON LINE prodaji Elektronskog izdanja
|
