Курс на Марс. Самый реалистичный проект полета к Красной планете

Крис Маккей и я использовали в расчетах модели марсианского климата, чтобы установить, что небольшое, но устойчивое изменение температуры на южном полюсе Марса – всего 4 °C – может инициировать парниковый эффект в полярной области, который приведет к испарению ледяной шапки. (Для желающих вникнуть в тонкости расчетов я добавил в конце главы техническую заметку, которая детально описывает модель, используемую нами в качестве основы для этого разговора о терраформировании.) По мере испарения шапки температура и давление атмосферы будут расти, что, в свою очередь, приведет к высвобождению огромных количеств углекислого газа, запертых в реголите. Короче говоря, скромное повышение температуры на 4 °C на южном полюсе может глобально поднять температуру на десятки градусов и преобразовать атмосферу с давлением в 6 миллибар в такую, где давление измеряется в сотнях миллибар.

Повышения температуры южного полюса всего на 4 °C едва ли будет достаточно, чтобы запустить такие изменения планетарного масштаба. Но это все равно что вытащить всего одного яблоко из нижней части аккуратно сложенной пирамиды в продуктовом магазине. Кто-то долго и упорно работал, чтобы разложить эти яблоки в состоянии хрупкого равновесия. Для того чтобы его нарушить, много не нужно. Так же и с южной полярной шапкой Марса. Она в основном состоит из замороженного диоксида углерода – сухого льда. У диоксида углерода есть характеристика, известная как «давление насыщенного пара», которая означает способность вещества переходить в газообразное или парообразное состояние. На давление насыщенного пара какого-то вещества влияет только температура, и, если поднять ее, поднимется и давление насыщенного пара – вещество будет превращаться в пар или газ более энергично. Давление насыщенного пара двуокиси углерода при 147 °К составляет 6 миллибар – это современные условия на южном полюсе Марса. (Чтобы перевести температуру из градусов Кельвина в градусы Цельсия, необходимо вычесть из нее 273 °C. То есть 273 °К равны О °С или 32 °Е Температура южной полярной шапки Марса, 147 °К, равняется -126 °C или -195 °Е) Это состояние равновесия для полярной шапки. До тех пор пока температура полюса остается такой, давление диоксида углерода не поднимается выше 6 миллибар, потому что избыточный углекислый газ просто конденсируется из атмосферы и возвращается в замороженное состояние, форму сухого льда.

Что если мы теперь увеличим температуру на полюсе искусственно? Позже я подробно опишу, как сконцентрировать на нем солнечный свет с помощью больших орбитальных зеркал, но пока давайте просто договоримся, что мы начали искусственно нагревать полюс. Вследствие повышения температуры давление насыщенного пара двуокиси углерода начнет увеличиваться, поэтому больше углекислого газа будет испаряться из шапки в атмосферу. Давление насыщенного пара – способность вещества превратить в газ – и атмосферное давление – фактический вес атмосферы над поверхностью – два очень разных понятия, но можно сказать, что по мере роста давление насыщенного пара углекислого газа на полюсах глобальное атмосферное давление на Марсе будет расти как следствие закачивания диоксида углерода в атмосферу при испарении полярной шапки. Давление насыщенного пара двуокиси углерода при любой температуре – хорошо известная величина, ее можно посмотреть в химическом справочнике, и то, что справедливо для углекислого газа на Земле, будет работать и для него на Марсе. Как влияет объем газообразного диоксида углерода на создание парникового эффекта в атмосфере планеты, также известно, хотя и с меньшей точностью, так что мы можем оценить, насколько увеличится температура на Марсе в результате уплотнения ее атмосферы. Теперь, когда мы разобрались с основными понятиями, пора рискнуть и вникнуть в численные расчеты, которые показывают, как мы можем ускорить терраформирование Марса.