7. Как сделать Марс похожим на Землю

Мы, люди, проявили невероятную способность адаптироваться к необычным условиям жизни, с легкостью приспосабливаясь к любой враждебной среде – от тропических лесов Амазонки до вечного ледникового щита на севере Гренландии. Однако мы, без сомнения, устанем от переработанного воздуха, постоянной необходимости следить за уровнем кислорода и от жестоких холодов Марса. И потому, естественно, обратим все усилия на то, чтобы сделать атмосферу Марса пригодной для дыхания и повысить температуру ее нижних слоев.

В связи с этим стоит отметить, что большинство ученых, которые занимались эволюцией Марса и обрабатывали данные сорока шести космических аппаратов, которые мы отправили туда начиная с 1960-х годов, считают, что на планете когда-то были ручьи, озера, по крайней мере один океан, влажная атмосфера и, возможно, жизнь.

К счастью для людей, количество воды, плотность атмосферы и температура взаимосвязаны. Система проста: если поднять температуру на Марсе, это, скорее всего, освободит газы, которые сейчас пребывают в замерзшем состоянии. Те поднимутся в атмосферу, делая ее более плотной и создавая парниковый эффект. Температура будет расти, отчего лед на поверхности, особенно вблизи экватора, начнет таять. Появится жидкая вода. Наличие жидкой воды (и соответствующей атмосферы) позволит поселенцам выращивать растения для производства продуктов питания на открытом воздухе. В свою очередь, эти растения увеличат содержание кислорода в атмосфере. Как и на Земле, источники жизни в экосистеме неразрывно связаны друг с другом.

Процесс, посредством которого мы добьемся всего этого, называется расплывчатым словом “терраформирование”. Собственно, более правильным выражением было бы “планетарное конструирование”. NASA предпочитает термин “планетарный экосинтез”. Хотя изобретение слова “терраформирование” часто приписывают авторам научной фантастики, в 1961 году астроном Карл Саган опубликовал в престижном журнале Science статью, в которой предложил терраформировать Венеру, чтобы сделать ее пригодной для обитания человека.

Терраформирование – дело чрезвычайно затратное, и пройдет, возможно, тысяча лет, прежде чем люди будут гулять по Марсу в условиях, мало чем отличающихся от тех, что можно встретить на западном побережье Канады. Но если мы хоть на несколько градусов сможем повысить температуру на правильно выбранном участке Марса, то это уже сделает жизнь там намного более приятной, чем в тот день в 2027 году, когда на планету высадятся первые астронавты. Даже критических изменений в жизни на поверхности можно добиться всего за несколько столетий.

Есть несколько способов подогреть Марс, и это будет первым шагом на пути к его терраформированию. Во многих отношениях самый изящный и результативный метод – расположить на орбите Красной планеты огромные зеркала, которые отражали бы солнечный свет на ее поверхность. Такие зеркала были бы особенно эффективными над южной полярной областью, где под огромным пластом сухого льда (замерзшего углекислого газа) прячется замерзшая вода. Зеркала – это самый дорогой и самый технически трудоемкий способ согреть Марс, но если мы все же выберем его, то уже через несколько лет на планете появится жидкая вода (в светлое время суток, в районе экватора). Зеркала, используемые для этой цели, должны быть гибкие, больше похожие на солнечные паруса, изготовленные из полиамидных пленок с покрытием из очень тонкого алюминия. И их нужно сделать невероятно огромными – по сто пятьдесят миль в поперечнике. Такие зеркала, вероятно, будут слишком тяжелыми, чтобы доставлять их с Земли, так что строить их придется на Марсе. Можно приспособить для этого солнечный парус прилетевшего с Земли грузового корабля: парус отчасти обеспечит необходимое для полета ускорение, а когда корабль выйдет на орбиту Марса, парус можно будет снять и переправить в нужное место. Конструкция таких космических зеркал на удивление проста, и к тому же их можно разместить в таком месте, где лучи Солнца, отражаемые ими, будут постоянно отталкивать их от Марса, но при этом гравитация планеты с равной силой будет тянуть в противоположную сторону. Такие солнечные паруса, “парящие” над определенным участком планеты, называются статитами.

Роберт Зубрин предпочитает именно такой сценарий разогрева Марса. По его расчетам, одно зеркало шириной в сто пятьдесят миль может поднять температуру южного полюса Марса до минус восьми градусов Цельсия. Этого уже будет достаточно, чтобы в атмосферу выделилось огромное количество CO₂, который является мощным парниковым газом. Выделение CO₂ должно вызвать что-то вроде парниковой цепной реакции и растопить замерзшую воду в реголите. В свою очередь, в атмосферу поднимется водяной пар – еще один мощный парниковый газ. Зеркало шириной в двести пятьдесят миль может удвоить этот результат.

Еще один реалистичный способ добиться потепления – найти в поясе астероидов большой астероид, содержащий замороженный аммиак. В конце концов для того, чтобы дышать на Марсе без специального оборудования, нам понадобится буферный газ. На Земле эту роль выполняет азот, который составляет около 78 % атмосферы. Аммиак (NH₃) состоит из азота и водорода. Если мы сумеем заставить астероид, содержащий большое количество аммиака, врезаться в Марс, то этим можно будет добиться как минимум двух вещей: создать тепло, которое поможет подогреть планету, и усилить плотность парниковых газов. Один удар крупного астероида о поверхность может поднять температуру планеты на 15 градусов Цельсия.

К сожалению, у этого могут быть и другие, катастрофические последствия. Столкновение астероида с Марсом способно запустить сценарий ядерной зимы: в атмосферу поднимется столько пыли и обломков, что планета начнет охлаждаться, а не разогреваться, и терраформирование затянется на куда более долгий срок. Кроме того, аммиак – едкий газ, и большое его количество в атмосфере создаст еще менее благоприятные условия для людей, чем двуокись углерода. Но в конечном счете под влиянием солнечных лучей аммиак должен распасться на водород и азот. Часть водорода прореагирует с окисью железа в реголите и образует воду. Другая часть, вероятно, испарится в космос, потому что на Марсе слабое притяжение.

Есть еще один (совершенно непрактичный) способ поднять температуру атмосферы Марса. Он заключается в том, чтобы отправить автоматические зонды на какое-нибудь небесное тело, где много углеводородов, например на Титан, один из спутников Сатурна, и найти способ доставить оттуда жидкий метан, целые реки и небольшие океаны которого покрывают поверхность этого планетоида. На Марсе эти углеводороды распадутся на воду и CO₂ и в испаренном виде внесут свой вклад в формирование слоя парниковых газов в атмосфере.

Землянам пришлось на собственном опыте узнать, что некоторые фторсодержащие газы обладают в тысячи раз более сильным парниковым эффектом, чем CO₂ или водяной пар. Примером могут служить ХФУ – хлор фторуглероды. На Земле повсеместно запрещено использование этих мощных парниковых газов в аэрозолях, холодильниках и кондиционерах, потому что они разрушают озоновый слой. Но на Марсе они могут стать спасением. Ученые полагают, что вещества, которые нужны для создания перфторугле-родов (ПФУ) в промышленных условиях, встречаются на Марсе в естественных условиях. На протяжении десятилетий мы строили на Земле заводы для производства газов, необходимых для работы холодильников и кондиционеров. Технология уже освоена. Но чтобы создать количество ПФУ, достаточное для преображения марсианской атмосферы, потребуются огромные заводы и тысячи работников, так что этот сценарий можно будет осуществить не раньше, чем на Марсе появится первый город.

Самый дешевый способ согреть Марс – использовать бактерии, которые преобразуют азот и воду в аммиак или создают метан из воды и углекислого газа. Загвоздка тут в воде. Согреть планету мы хотим прежде всего для того, чтобы получить жидкую воду, но нам не удастся ее согреть без жидкой Н₂O. Выходит замкнутый круг. Проблема эта, пожалуй, по зубам лишь людям вроде генетика и предпринимателя Крейга Вентера, одного из первых ученых, расшифровавших геном человека. Вентер уже давно работает над тем, чтобы заставить бактерии делать то, что ему угодно. Некоторые нефтяные компании предполагают помещать модифицированные бактерии в старые нефтяные скважины, где еще остается около 20 % от исходного количества нефти, которые слишком сложно откачать. Правильно запрограммированные бактерии будут питаться нефтью и высвобождать побочный продукт – метан или природный газ.

Мы стоим на пороге создания новых видов бактерий, которые можно запрограммировать так, чтобы они служили нашим нуждам. Если бы нам удалось вырастить новые бактериальные формы, способные питаться залежами минералов в марсианской почве и вырабатывать ПФУ, Марс очень скоро стал бы гораздо более теплой планетой. Даже если использовать существующие бактерии, производящие аммиак и метан, Марс сильно потеплеет уже через несколько десятилетий. К тому же метан и аммиак помогли бы людям защититься от радиации.

Проблема с биологическими проектами, включающими использование новых видов бактерий, заключается в том, что, раз запустив, их, возможно, не так-то просто будет остановить. В 1930 году американским фермерам выдали на посадку семена кудзу в целях борьбы с эрозией почвы. Кудзу – растение для Соединенных Штатов нехарактерное и классифицируется как инвазивный вид. Теперь его лозы душат значительную часть юга Америки.

В общем и целом обстрел поверхности Марса астероидами и создание генетически модифицированных бактерий, выделяющих парниковые газы, – способы как минимум не слишком удобные. Наиболее простым и элегантным решением, по крайней мере поначалу, кажется использование солнечного паруса для разогрева полярной области. Солнечный парус, отражающий солнечный свет на планету, требует прежде всего значительных затрат, а не сложных технологий, которые мы еще не изобрели.

Как только нам удастся разогреть Марс настолько, чтобы на нем появилась жидкая вода, можно будет завезти туда самые выносливые земные растения, которые смогут активно расти в атмосфере, насыщенной двуокисью углерода. Размножаясь, они начнут производить значительные количества кислорода. Но кислород – не парниковый газ, и он скорее будет охлаждать Марс, чем согревать его. Из-за разреженной атмосферы, слабого гравитационного поля и того факта, что любые парниковые газы в конечном счете распадаются, марсианский воздух необходимо будет постоянно контролировать и обогащать. Так же, как мы строим заводы для фильтрации и очистки пресной воды на Земле, жителям Марса придется строить заводы, чтобы поддерживать атмосферу плотной и пригодной для дыхания.

Взаимовлияние процессов, которые мы запустим на Марсе, может оказаться полезным, но также и опасно непредсказуемым. Если смотреть на дело оптимистично, чем больше льда мы сумеем расплавить, чтобы получить проточную воду, тем больше бактерий разрушат нитраты и насытят атмосферу азотом, следовательно, тем более подходящей станет атмосфера для растений, которые добавят в нее больше кислорода. Все эти процессы происходят в изумительной синергии.

Но существуют в этом уравнении и неизвестные, в том числе возможность пробуждения древних форм жизни. Если помнить о том, что когда-то по планете текла вода, что на ней существовали крупные моря, озера и реки, а также плотная атмосфера, трудно себе представить полное отсутствие жизни. Нет совершенно никаких доказательств того, что на Марсе она когда-то была, однако данные с марсохода “Кьюриосити” показывают, что на планете имеются ее основные химические компоненты. Поскольку жидкая вода является ключевым элементом для поддержания любой известной нам жизни, разумно предположить, что Марс не всегда был таким пустынным, каким кажется сейчас.

На самом деле одна из теорий зарождения жизни на Земле непосредственно связана с Марсом.

На заре Солнечной системы, когда по ней повсюду проносились астероиды и кометы, от Марса откололись большие куски и улетели в космос. Если в той породе была какая-то форма жизни, она могла проделать путь до самой Земли и найти себе новый дом при столкновении. У нас есть доказательства того, что микробы могут выдерживать длительные космические путешествия. На Марсе жидкая вода была задолго до того, как она появилась на Земле. Если там и зародилась жизнь, то это произошло куда раньше, чем здесь. Это означает, что наша планета, возможно, засеяна марсианской жизнью.

Но существуют и обратные предположения. Давным-давно астероиды откалывали куски и от Земли тоже. Возможно, сама наша Луна сформировалась в результате катастрофического столкновения какого-то крупного объекта с Землей. Если мы найдем жизнь на Марсе и она окажется похожей на земную, то перед нами встанет поразительная загадка взаимодействия двух планет и вопрос: действительно ли одна “засеяла” жизнью другую? Еще более важным событием была бы находка на Марсе живых микробов. Это открытие могло бы стать невероятно полезным для колонистов, потому что найденные на планете формы жизни будут однозначно адаптированы к ней. Если их массово возродит появление проточной воды, можно только догадываться, какую пользу они принесут атмосфере и более продвинутым формам растительности. Даже если первоначальные данные не покажут никаких очевидных признаков жизни на Марсе, мы не будем знать наверняка, пока по планете снова не потекут реки. Только тогда станет известно, что скрывается в реголите, под камнями и, быть может, в глубоких термических шахтах или в подповерхностных водоносных пластах, отапливаемых геотермальными процессами.

Со временем планета нагреется; первые поселенцы могут проснуться однажды утром и заметить, что у них под ногами растет что-нибудь вроде мха. Если на Марсе есть жизнь, которую можно разбудить потеплением, ее возрождение, возможно, ускорит процесс приспособления планеты под человека. Конечно, она также может быть чрезвычайно токсичной, проникнуть даже сквозь самый лучший скафандр и убить всех землян на планете за считаные дни. Однако все известные нам факты о жизни на Земле указывают на то, что такое развитие событий маловероятно.

Еще одна неизвестная величина – жизнь, которую мы принесем на Марс, и то, как она будет там адаптироваться. Как бы мы ни старались отдраить космический корабль перед вылетом с Земли, на нем, скорее всего, будет полно безбилетных микробов. Пожалуй, глупо предполагать, что марсоходы, которые мы уже отправили на Красную планету, были стерильны, ведь нам известно, что стерильные лаборатории, в которых их собирали, были не настолько стерильными, как ожидалось. Так или иначе, мы принесем жизнь в марсианскую среду. И она наверняка найдет способ расцвести пышным цветом, особенно если нам удастся пустить по поверхности жидкую воду.

Терраформирование Марса включает в себя как краткосрочные задачи вроде подогрева планеты, так и куда более долгосрочные: например, преобразование токсичной атмосферы в пригодную для дыхания. Мы уже обсудили этот вопрос в предыдущей главе, но в контексте терраформирования стоит к нему вернуться, поскольку отсутствие пригодного для людей воздуха является на сегодняшний день самой сложной, самой трудоемкой и самой затратной проблемой марсианских поселений. Люди и организации, которые продвигают идею сделать Марс новым направлением развития, пожалуй, не без причины так оптимистично рассматривают технологии, необходимые для того, чтобы подогреть планету и растопить воду. Во всем, что не касается создания пригодной для дыхания атмосферы, скорость терраформирования Марса зависит лишь от того, какие финансовые средства мы готовы в это вложить. Самые быстрые и дорогостоящие методы радикально изменят планету уже через несколько десятилетий. Но вот насытить атмосферу кислородом? На это может уйти больше тысячи лет.

Существуют две огромные трудности. Первая: воздух, которым дышат люди на Земле, состоит примерно из 21 % кислорода и 78 % азота, и эти пропорции имеют критическое значение. На несколько процентов меньше кислорода – и мы начинаем задыхаться, на несколько процентов больше – и могут пострадать наши легкие. Азот, которым мы дышим, это просто наполнитель – он в организме ни с чем не реагирует и выдыхается обратно. Но по объему он представляет собой большую часть нашего вдоха. Лучше всего в качестве наполнителя, пожалуй, подойдут такие инертные газы, как аргон, или азотно-аргоновая смесь. Выходит, нам нужно не только найти достаточно кислорода, чтобы закачать его в атмосферу Марса, которая сейчас более чем на 95 % состоит из CO₂, но и заменить большую часть этого CO₂ на инертный газ. И еще (как будто нам и без того мало проблем!): если мы даже сумеем “исправить” атмосферу Марса, планета начнет остывать, как только содержание углекислого газа снизится. Кислород и азот (или другие инертные газы) парникового эффекта не дают. Землю, среди прочих факторов, в тепле сохраняет большое количество водяного пара. Например, если мы достаточно подогреем Марс и лед растает, в атмосферу попадет немало воды. Начнутся дожди и снегопады.

Предлагаемые учеными и инженерами стратегии насыщения Марса кислородом гораздо более отрывочны и расплывчаты, чем остальные их идеи по терраформированию. Изобретены пока еще не все технологии для создания пригодной для человека атмосферы. Можно делать научно обоснованные предположения, как именно все это проделать, но никто не знает точно, получится ли у нас с первого раза. И подходить к делу нужно очень осторожно, ведь если мы сделаем что-то не так, то нам, возможно, не удастся исправить последствия.

Даже если выбирать самые оптимистичные сценарии, преобразование атмосферы, согласно прогнозам, займет до девятисот лет. Однако в течение этого времени прогресс, скорее всего, шагнет далеко вперед, и у нас есть основания предполагать, что мы преуспеем. Прошло лишь немногим более полувека с тех пор, как “Аполлон-11” прилунился на нашем естественном спутнике. Учитывая, что объем наших знаний удваивается каждые несколько лет, через два-три столетия мы проникнем куда глубже в суть проблемы. К тому же у нас есть катализатор – мы со скоростью света учимся генной модификации, особенно модификации растений. Пусть на Земле слова “генно-модифицированные организмы” – это едва ли не ругательство, но на Марсе они могли бы стать ключом к необходимому для нас преобразованию атмосферы.

Рассмотрим, что нам теперь известно об изменении атмосферы Марса. Когда мы согреем планету, по ней потечет вода и, реагируя с залежами нитратов, насытит воздух азотом, который необходим для жизни растений. Чем больше растений нам удастся посадить на Марсе, тем больше мы получим кислорода. Вода будет течь по многочисленным окислителям в реголите, которые станут распадаться, освобождая еще больше 0₂. Огромные количества кислорода содержатся в покрывающей Марс красной пыли, которая состоит в основном из оксида железа.

Можно было бы выпустить на поверхность Марса небольшие устройства с ядерными энергетическими установками, которые собирали бы пыль и нагревали ее, высвобождая кислород (хотя нелегко представить себе миллион или около того механизмов размером с газонокосилку, которые будут потреблять огромное количество энергии). Пожалуй, лучше воспользоваться идеей Зубрина – населить Марс бактериями и примитивными растениями, чтобы начать процесс насыщения кислородом, что позволило бы обосноваться там более сложным растениям, которые производят гораздо больше кислорода.

Солнечный ветер и космические лучи будут угрожать и растениям, но когда мы согреем планету и атмосфера станет более плотной, пусть и за счет углекислого газа, ущерб от излучения значительно уменьшится. Как отмечалось в предыдущей главе, хотя избыток углекислого газа на Марсе и весьма неудобен для людей, для растений он может быть благом. Растения поглощают CO₂ и выделяют кислород. Ныне покойный физик Ричард Фейнман любил говорить, что деревья на самом деле не наземные растения – они растут в воздухе. Их рост в основном зависит от солнечного света и углекислого газа, хотя большинству нужна и вода из земных недр. В углекислой марсианской среде они будут процветать, а наши знания в области генной инженерии должны помочь нам создать растения, которые будут расти на Марсе гораздо лучше и быстрее, чем где-либо еще. В итоге генетика может стать ключом к решению проблемы воздуха. От известных нам растений не приходится ожидать особых успехов – их необходимо будет коренным образом модифицировать, чтобы они спокойно переносили слишком большие дозы радиации, слишком малое атмосферное давление и нехватку азота.

Растения, конечно, решают проблему лишь отчасти. Поскольку мы стремительно углубляем наши познания в генной инженерии бактерий и других микроорганизмов, нам, возможно, удастся создать новые формы жизни, которые будут питаться ненужными нам на Марсе веществами, например CO₂, и производить то, что нам нужно, а именно кислород и азот.

Предположения, что все это займет тысячу лет, не учитывают возможных достижений науки и техники будущего. В сентябре 2014 года на марсианскую орбиту вышел искусственный спутник “Мэйвен” (Maven), запущенный NASA. Он предназначен для изучения верхних слоев атмосферы и ионосферы Марса и должен помочь нам выяснить, в каких объемах еще оставшийся на Марсе газ развеивается солнечными ветрами. Цель миссии, рассчитанной на год, – выяснить, отчего Марс, на котором, как мы уже знаем, когда-то было влажно и довольно тепло, превратился в засушливую холодную пустыню. “Мэйвен” может о многом нам рассказать.

Наверняка мы знаем лишь одно: наши знания о Марсе растут в геометрической прогрессии. Стремительно нарабатываются и навыки генной инженерии. Мы все быстрее учимся. Подумайте, что мы знали о биологии и химии триста лет назад, в начале XVIII века. А потом представьте, что мы узнаем через триста лет, в начале двадцать четвертого столетия. Большинство наших сегодняшних представлений будут казаться наивными.

Мы совершенствуем технологию генного редактирования, которая представляет собой изменение генов внутри клеток, в том числе удаление одних и добавление других. Оттачиваем навыки использования вирусов для проникновения в ядро клеток человека и изменения генетического кода. До сих пор этот процесс был направлен на лечение заболеваний. Но вскоре – возможно, уже через пятьдесят лет – мы сможем генетически модифицировать людей. Для этого уже существует множество скрытых способов. И природа уже это делала. Не меньше восьми процентов генетического кода, который поддерживает в нас жизнь сегодня, – это результат влияния вирусов. Они атаковали наши тела на протяжении многих тысячелетий человеческой истории, пробирались к нам в клетки и меняли ДНК, чтобы помочь репликации. Используя вирусы для того, чтобы проникать в клетки человека и редактировать их, мы имитируем естественный процесс. Компания Celladon, базирующаяся в Сан-Диего, проводит сейчас под надзором Управления по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США вторую фазу клинических испытаний технологии, способной модифицировать клетки сердечной мышцы у людей, чьи сердца недостаточно активно качают кровь. Celladon занимается перепрограммированием клеток сердца. И стоящая за этим идея не менее масштабна, чем освоение Марса. Почему бы не модифицировать человеческие легкие или кровяные клетки таким образом, чтобы они смогли отделять атом углерода от молекулы CO₂? Наивно полагать, что через триста лет мы не научимся этого делать.

Таким образом, правильный ответ на вопрос о том, как нам выжить на Марсе, заключается не в том, как мы изменим Марс, а как изменим людей. Пусть это может показаться пугающим, но все уже в наших силах. Когда речь идет о лечении болезней или повышении нашей сопротивляемости бактериям и вирусам, мы всем сердцем поддерживаем инициативу. Мы быстро приближаемся к тому моменту, когда люди, а не природа, начнут управлять своей собственной эволюцией. Нет никаких причин не использовать эти знания для того, чтобы сделать нашу запасную планету комфортной для жизни.

“Думаю, астронавты будущего будут генетически модифицированы, – признает Вермюлен. – Человеческое тело не предназначено для космических путешествий. Мы знаем, что некоторые люди менее подвержены влиянию радиации, чем другие. Нужно будет выяснить, почему, и прибегнуть к генетической модификации, чтобы адаптироваться”.

Быть может, мы не сумеем за одно поколение подготовить людей к необходимости дышать углекислым газом, но у нас наверняка получится генетически изменить яйцеклетки и сперматозоиды человека, чтобы наделить этой способностью потомство. Генная инженерия – не фантастика. Ее час близится. А пока время идет и теории терраформирования Марса развиваются, инновации в области генетики человека должны идти в ногу с ними, чтобы однажды, когда атмосфера Марса будет лишь на 40 % состоять из углекислого газа, на свете уже появилась обновленная порода людей, которые сумеют дышать таким воздухом. Генетика и теории терраформирования должны работать в гармоничном равновесии.

Кое-кому может показаться, что идея преображения человеческого вида звучит еще более фантастично, чем идея преображения целой планеты, но в настоящий момент первое является для нас гораздо более простой задачей. Кого-то, возможно, встревожит, что люди овладели мощью, которую мы всегда приписывали богам, но дело уже сделано. И теперь нам придется применить эту мощь, чтобы выжить.