Закрыть ☒

"Большой Дождь" на Марсе: можно терраформировать Марс, доставив туда воду извне?

Итак, обратимся к вопросу о крупномасштабной переброске вещества в Солнечной системе в целях терраформирования. Подобный подход встречается довольно часто. Иногда даже рассматривается как нечто простое и само собой разумеющееся. В частности, когда речь идёт о Марсе.

Ну рассчитаем последствия переброски воды на Марс, пока абстрагируясь даже от методов, которыми это производится. Учтём только те проблемы, которые никоим образом невозможно обойти.

Сколько надо воды?

На Марсе относительно немного воды: глобальный океан был бы глубиной что-то около 400 метров (на Земле - 3+ км). Атмосферное давление - что-то около 1/150 от земного. Если перевести в газообразную форму все запасы углекислоты, имеющихся в районе полярных шапок, то будет где-то примерно 2% от земного, по современным расчётам. Самое главное, там относительно немного азота. В принципе, конечно, для биосферы этого хватит, но эффективность азотфиксации может оказаться ниже, чем на Земле, тем более учитывая некоторый недостаток солнечного света.

Пока не затрагиваем вопрос переброски азота/аммиака: она создаёт некоторые специфические сложности, не будем растекаться мысью по древу. Поговорим только о воде.

Итак, прежде всего. Допустим, мы хотим доставить на Марс количество воды, достаточное для того, чтобы создать глобальный океан, скажем, плюс 1 км к тому, который может быть сформирован собственно марсианской водой. Это всё равно будет примерно в два с лишним раза меньше, нежели на Земле. Но пока ограничимся этим.

Кажется, Дождь собирается?..

Для ясности: это будет весьма крупный объект. предположим даже, что мы нашли чисто ледяное тело нужных параметров. Какого оно будет размера?

Площадь поверхности Марса - около 150 млн км2. Так как мы собираемся создать глобальный океан в 1 км, то у нас имеется 150 млн км3 воды. По формуле объёма сферы V = (4/3) * пи * R^3 рассчитаем примерный радиус нашей "капли": R ~ (150000000 / 4)^(1/3) ~ 335 км. Диаметр же выходит вдвое больше - 670 км.

Никакая "комета" тут не поможет. Крупное кометное ядро, вроде ядра кометы Галлея, имеет раз в сто меньшие линейные размеры. Значит, таких ядер потребовалось бы что-то около миллиона. Это не то, чтобы в принципе невозможно, но явно "кометная бомбардировка" стала бы очень длительным процессом.

То есть, скорее всего, речь идёт о переброске к Марсу именно одного крупного тела, а не многих маленьких. Впрочем, это уже "тактика", от которой мы сейчас абстрагируемся.

"Космический Биллиард" или "Большой Дождь"?

Предположим, что мы нашли где-то в космосе воду/лёд - и доставили его на околомарсианскую орбиту. Задача - спустить её/его на планету. При этом, разумеется, выделится гравитационная энергия - кинетическая энергия падающего тела. Прикинем, сколько её выделится на каждый квадратный метр поверхности Марса.

Коль скоро спустить на поверхность нам нужно столько воды, чтобы она могла составить на планете глобальный океан глубиной 1 км, то над каждым квадратным метром поверхности у нас оказывается 1000 кубометров воды - столб высотой в 1 км.

1 кубометр воды - 1000 кг. 1000 м3 - 1 млн кг. Этот 1000000 кг бьёт по поверхности со скоростью схода с орбиты, то есть с первой космической скоростью для Марса, составляющей примерно 3.6 км/сек. По формуле кинетической энергии мы можем рассчитать, какова окажется сила удара.

Кинетическая энергия - mv^2/2, причём масса считается в килограммах, а скорость - в метрах в секунду. Тогда получается:

1000000 * 3600^2 / 2 = 10^6 * 12960000 / 2 ~ 1.3 * 10^13 / 2 = 6.5 * 10^12 джоулей.

1 кг тротилового эквивалента - около 4.6 МДж. Тогда на 1 м2 приходится:

6.5 * 10^12 / 4.6 * 10^6 ~ 1.4 * 10^6 кг,

то есть примерно 1.4 килотонны тротилового эквивалента. Примерно "Хиросима" на каждые 10 квадратных метров марсианской поверхности.

Если исходить из того, что до начала активной фазы обводнения на Марсе уже будет что-то построено, то предельно очевидно, что это всё будет полностью уничтожено. Перед началом сброса воды с орбиты на поверхность планеты должна быть полностью эвакуирована, а потом всё придётся начинать с нуля.

При этом в литосфере планеты могут возникнуть глубокие впадины, в которых скопится значительная часть доставленной воды.

Обратите внимание: Что будет если жить в марсе?.

В мегакратере будет море глубиной в десятки километров, а на всю остальную поверхность добавится совсем немного.

То есть вариант дотащить до Марса что-то большое, состоящее из воды, и сбросить на него, неприемлем, коль скоро мы уже в него существенно вложились. Но тогда, может быть, можно сбрасывать воду с орбиты частями? Насколько интенсивным должен быть "орбитальный дождь", чтобы не создавать неразрешимых проблем?

"Паровое отопление"

Посмотрим энергетический баланс. Солнечная постоянная для Земли составляет около 1.5 тыс ватт: столько солнечной энергии получает поверхность, перпендикулярно подставленная под лучи Солнца. Если усреднить по времени суток и по широтам, выходит 1/4 этой величины - примерно 375 Вт получает в среднем квадратный метр земной поверхности. Но если считать только экватор, то получится половина - примерно 750 Вт.

Давайте посчитаем, сколько времени займёт "Большой Дождь", если мы будем отрегулируем его интенсивность таким образом, просто поднять его температуру до уровня земного экватора (а не перегреть).

На Марсе солнечная постоянная примерно 600 Вт, усредненная по времени суток и широте - 150. Значит, если мы хотим получить обогрев на Марсе на уровне земного экватора, то для того, чтобы получить соответствующие ему 750 Вт/м2, надо добавить ещё 600 Вт к тем 150-ти, которые даёт Солнце.

600 Вт, то есть 600 Дж/сек, умножаем на число секунд в земном году - это около 30 млн. Получается примерно:

6*10^2 * 3*10^7 = 1.8 * 10^10 джоулей

на квадратный метр поверхности Марса в год нам нужно. А "орбитальный дождь" даёт 6.5 * 10^12 джоулей. Таким образом, его хватит примерно на:

6.5 * 10^12 / 1.8 * 10^10 ~ 360 лет.

То есть если мы будем потихонечку сливать воду с орбиты на Марс, то планета будет обогреваться на уровне земного экватора больше трёх с половиной веков. Это если исходить из добавки 1 км уровня глобального океана. Если же стоит задача дотянуть Марс до земных параметров, то Большой Дождь растянется на тысячелетие.

Другие варианты: сверхкороткий Большой Дождь...

Теоретически можно всё слить на Марс быстро. Не одномоментно, рискуя устроить планетарную катастрофу, но, скажем, в течение одного года. Но тогда, разумеется, планета очень сильно нагреется. Насколько сильно?

Пренебрежём парниковым эффектом и прочими тонкостями. По закону Больцмана, излучение пропорционально четвёртой степени абсолютной температуры. Посчитаем, во сколько раз больше энергии получил Марс за этот год, нежели обычно. Точно так же возьмём цифры по 1 м2, чтобы не путаться в больших числах.

Квадратный метр поверхности планеты получает 150 Джоулей в секунду, в год - 150 * 30 млн = 4.5 * 10^9 Дж. А за год форсированного Большого Дождя он получит, как мы выяснили, 6.5 * 10^12 Дж, то есть в 6.5 * 10^12 / 4.5 * 10^9 ~ 1.4 * 10^3 раз меньше. Извлекаем из этого числа корень четвёртой степени - и получаем то, во сколько раз повысилась абсолютная температура Марса.

(1.4 * 10^3)^0.25 ~ 6.2 раза. Средняя температура на Марсе сейчас примерно -53 Цельсия, то есть 220 К. Значит, годовой Большой Дождь поднимет её до 220 * 6.2 = 1364 К, или 1091 Цельсия.

Это не просто уничтожает всё, что люди успели создать на планете. Это приводит к серьёзной трансформации поверхности, вплоть до химических изменений слагающих её веществ. Марс же на некоторое время станет самосветящимся объектом.

Метки: #Марс , #планеты Солнечной системы , #планетология , #терраформирование , #освоение космоса , #большой дождь , #S-теории , #космос , #космическая экспансия , #терраформирование марса

А если растянуть процесс на 10 лет?

Тогда температура вырастет всего в 3.5 раза: до 770 К, что-то около 500 Цельсия. Примерно как Венера. Тоже "не сахар".

...и сверхдлинный

Короче говоря, оптимальным выглядит вариант медленного "Большого Дождя". При этом решается проблема не только с постепенным обводнением планеты, но и, собственно, с отоплением - на века. А если, скажем, ограничиться среднеземным (а не земным экваториальным) уровнем "отопления", и при том вылить на Марс количество воды, которое создало бы земной уровень океана, то о дальнейших проблемах с обогревом можно было бы не думать в ближайшие 2.5 тысячи лет. Наверное, для тех, кто на Марсе бы жил в это время, подобный сценарий и показался бы оптимальным: в таком режим "Дождь" не мешает спокойной жизни.

Кстати, "экваториальный" уровень обогрева - 360-летний Большой Дождь - подразумевает примерно 2800 мм осадков в год. Ну да: это уровень земного экваториального дождевого леса, что вполне логично.

Если же использовать минимальный уровень обогрева - среднеземной - то получается всего чуть больше 1000 мм осадков в год (примерно уровень современного Нью-Йорка).

Жить в период Дождя на планете будет можно, но... Побережья морей, разумеется, будет довольно быстро затапливать, так что селиться в этих регионах смысла не имеет.

PS: В общем, Марс, покрытый экваториальными дождевыми лесами, в расчётах по терраформированию всплывает с завидной регулярностью.

См. также

Навигатор по каналу "Море Ясности"

Еще по теме здесь: Космос.

Источник: "Большой Дождь" на Марсе: можно терраформировать Марс, доставив туда воду извне?.