Как мы будем жить на Марсе

На Земле мы дышим воздухом, который состоит примерно на 78 % из азота и на 21 % из кислорода. Человек в принципе способен дышать самыми разными комбинациями газов, в том числе смесью гелия и кислорода, но не смесью 20 % кислорода и 80 % CO₂. Чтобы смесь с кислородом была пригодна для дыхания, ее вторым компонентом должен быть не вступающий в реакции (инертный) газ, такой как аргон или гелий. Азот обычно к инертным газам не относят, однако связь между двумя атомами в молекуле азота так сильна, что он чаще всего не вступает в реакцию с другими веществами.

Проблема пищи

Одно из важнейших условий для выживания человека на Марсе – наличие пищи. Агрономическая наука высоко развита во многих странах, в том числе и в Соединенных Штатах, и множество ученых посвятили годы попыткам понять, как мы сможем выращивать пищу на Марсе (колонисты будут вегетарианцами, нравится им это или нет, потому что разводить животных намного менее продуктивно). Если первые поселенцы высадятся в районе экватора, днем там будет достаточно тепло для надувных теплиц. Их нужно будет хорошо изолировать и обогревать с помощью пассивного солнечного отопления, например накапливающих тепло камней, на весь день выставленных на солнце, а в ночное время придется также подключать электрическое отопление, чтобы компенсировать резкое падение температуры. Стандартные марсианские сутки вблизи экватора – это примерно двенадцать часов дневного света и двенадцать часов темноты.

Кроме того, растениям потребуется более плотная атмосфера, чем та, что в настоящее время есть на Марсе. Ботаники расходятся во мнениях по поводу точных значений давления внутри марсианских теплиц, но предполагается, что достаточно одной десятой атмосферного давления Земли. Эксперименты, проведенные на МКС, показали, что растения могут расти в невесомости, но никто не знает наверняка, как повлияет на них гравитация Марса, составляющая примерно 38 % земной.

Мы достаточно знаем о марсианском реголите, чтобы уверенно предполагать, что по большей части из него получится хорошая почва, хотя это будет в некоторой степени зависеть от конкретного местоположения реголита. Образцы, изученные марсоходами, и анализ астероидов, которые прилетели на Землю с Марса, указывают, что на поверхности Красной планеты есть минерал смектит, который часто встречается на Земле и используется, например, в составе наполнителей для кошачьих туалетов. Этот минерал легко поглощает воду и может быть полезным для выращивания растений. Однако марсианская почва, возможно, окажется слишком кислой или слишком щелочной и потребует реабилитации, а также насыщения питательными веществами вроде азота. Гидропоника (выращивание растений без почвы, в воде с питательными веществами) будет самым надежным способом успешно получить урожай сельскохозяйственных культур – при условии, что воду легко будет добывать и держать в жидком состоянии.

Вот что говорит Анжело Вермюлен, биолог, художник и капитан команды, которая несколько месяцев провела в симуляторе марсианской среды на Гавайских островах: “Лично я не уверен, что теплицы – удачное решение. На Марсе слишком мало солнечного света и слишком много радиации. Они будут симпатично смотреться на открытке с Марса, но практической пользы не принесут”. По его представлениям, функцию теплиц должны выполнять гидропонные, укрытые от солнечной радиации под толстым слоем почвы или вовсе под землей, в природных лавовых каналах. “Выращивание еды на Марсе – это вопрос контроля, – говорит Вермюлен. – Нужно будет очень пристально контролировать окружающую среду. Светодиодная подсветка позволит менять частоту, спектр и продолжительность воздействия света. В гидропонике вода тоже находится под жестким контролем, что дает большую уверенность в хорошем урожае”.

Хотя первым поселенцам придется регулировать высокое содержание углекислоты в марсианской атмосфере в вегетационных климатических камерах и теплицах, большие дозы газа, возможно, помогут растениям развиваться быстрее и эффективнее. “Можно поиграть с уровнем CO₂ и посмотреть, какой подходит лучше всего”, – считает Вермюлен. Общий объем солнечного света на Марсе составляет около шестидесяти процентов от того, что мы получаем на Земле.

В полдень на Марсе поток световой энергии от солнца, которую можно использовать для выращивания растений, – около 600 Вт на квадратный метр. На Земле эта цифра составляет около 1000 Вт на квадратный метр. Таким образом, полдень на Марсе по освещенности приблизительно похож на начало вечера на Земле, когда солнце начинает клониться к закату и находится на небе примерно в тридцати пяти градусах над горизонтом. Иными словами, на Марсе солнечного света вблизи экватора примерно столько же, сколько у нас зимой в таких городах, как Милан, Чикаго, Пекин или Саппоро.