10. Зачем отправляться в космос??
«Пионер-10», первый космический аппарат, отправленный во внешнюю часть Солнечной системы, несет на борту металлическую пластину, на котором изображено положение Земли относительно Солнца, несколько научных фактов и обнаженная пара, мужчина и женщина; рука мужчины поднята в приветствии. Идею этого диска Карлу Сагану подал его коллега, а сам он предложил ее сотруднику JPL перед запуском аппарата в 1972 г. Они быстро сделали рисунок, выгравировали его на алюминии в местной мастерской и прикрепили к аппарату, не сообщив начальству. Позже Карл объяснил смысл этого: так как «Пионеру» предстояло покинуть Солнечную систему, кто-нибудь мог обнаружить его и по этому диску узнать, где мы.
Или где мы были. Саган сказал, что вряд ли это произойдет прежде, чем с лица Земли исчезнут любые следы человечества.
«Вероятно, пластина сохранится миллиарды лет, но во тьме межзвездного пространства, — рассказывал он в интервью Би-би-си. — Она будет древнейшим памятником человечеству.»
Эта пластина несет для нас определенный смысл. Знание о том, что наш образ вечно путешествует сквозь космос, обладает духовной силой для многих людей, в том числе и для убежденного атеиста Сагана. Почему же это так важно? Если кто-то обнаружит диск где-то невообразимо далеко в пространстве и времени (что крайне маловероятно), это не будет иметь никакого практического смысла. Но этот диск имеет смысл сегодня для нас. Он заявляет: «Мы здесь. Мы существуем». Это космическое граффити, нестираемая метка, оставленная человечеством. Это сообщение утоляет голод бессмертия — не личного, но хотя бы нашего вида.
Этот голод порождает и желание колонизировать космос. Любую колонию будет населять ничтожный процент от всего человечества. Но эти немногие будут носителями генетической информации, общей для всех нас, — объемистой библиотеки по сравнению с закорючками на одном-единственном диске анодированного алюминия. Космическая колония означает, что мы не вымрем. Человечество не слишком озабочено вымиранием других видов, даже тех, чья ДНК на 99% совпадает с нашей. Но мысль о полном исчезновении нашего собственного вида, о том, что больше не родится ни один человек, у многих из нас пробуждает духовный ужас.
Предотвращение вымирания человечества — это духовная цель. Физическая смерть каждого из нас неизбежна. Продление существования человечества не принесет пользы никому из нас. Конечно, куда разумнее сохранить здоровье Земли с ее бесчисленными экосистемами и видами и все посвятить этому, а не отправке маленькой группы людей на другую планету. В конце концов нас породила Земля; если сохранится ее биосфера, то в ней возникнут новые разумные виды, может быть, даже лучше нашего.
Но это пустые рассуждения. Нас не заботят альтруистические мотивы; если бы они нас заботили, мы бы не меньше пеклись о бонобо и китах. Мы же желаем продолжения нашей собственной истории. В отсутствие загробной жизни это наша лучшая надежда хоть на какое-то бессмертие.
Карл Саган как никто другой умел рассказывать о вдохновляющих сторонах космоса, о духовном его аспекте, при этом строго придерживаясь научных рамок. Он увлекся наукой во времена повального увлечения летающими тарелками в конце 1940-х — начале 1950-х гг., будучи подростком, и всю свою карьеру не терял надежды на контакт с внеземным разумом. Но он же сам развенчивал рассказы о встречах с инопланетянами и нанес сокрушительный удар по шумихе вокруг НЛО в период холодной войны, учредив серьезную научную комиссию по этому вопросу на встрече Американской ассоциации развития науки в 1969 г. Толпа любителей шапочек из фольги сочла Сагана предателем, ведь они держали его за «своего».
Пик влияния Сагана пришелся на 1980 г. — год выхода телесериала «Космос», ставшего международным явлением с сотнями миллионов зрителей и книгой-бестселлером. Его мальчишеская улыбка и воротник водолазки стали культурными иконами, как и его своеобразный голос, восторженно рассказывающий о «миллиардах» звезд, и, самое главное, излучаемая любовь к науке. Целое поколение ученых обязано своими карьерами эмоциональному впечатлению, которое создавал Карл, больше, чем его идеям.
Но порой Карл демонстрировал изрядное высокомерие, рассуждая об убеждениях других людей. После публикации в 1966 г. книги о высокой вероятности существования разумных инопланетян он дал интервью Уолтеру Кронкайту для фильма телеканала Си-би-эс, посвященного НЛО и встречам с инопланетянами.
«Это не наука. Это религия», — сказал Карл, задирая нос и чуть ухмыляясь.
«Когда-то было принято верить в обладающего личностью, благожелательного, всемогущего и всезнающего Бога, который излечивает людей и которому можно молиться. Я думаю, сегодня в это мало кто по-настоящему верит. Наука, к счастью или к сожалению, разрушила традиционную теологию. И тем не менее, как и всегда прежде, людям нужна вера. Может быть, даже больше прежнего, таково уж наше время. Мифы о летающих тарелках — это очень неплохой компромисс».
В то время Карлу был всего 31 год, но он уже умел говорить превосходно выверенными фразами с удачно подобранными прилагательными и благодаря этому навыку мог надиктовывать свои книги и статьи. Его карьерные перспективы были блестящими. В своей диссертации он предсказал, что на Венере очень жарко из-за вышедшего из-под контроля парникового эффекта в атмосфере, состоящей из углекислого газа. Это позволило убедить NASA отправить туда один из первых зондов, и «Маринер-2» подтвердил его предположения, измерив палящую температуру на Венере в 1962 г.
Первая преподавательская работа в Гарварде не принесла Сагану профессорскую кафедру, на что он надеялся. Один из первых его студентов, Дэвид Моррисон, говорил: «Я считал Карла прекрасным преподавателем и был очень рад тому, что он был моим научным руководителем, но я думаю, что, скажем так, традиционный гарвардский люд просто посчитал, что он не годится. Это случается со многими молодыми преподавателями». Дэвид рассказывает, что Карл был шустрее и амбициознее своих коллег, ему нравилось играть с рискованными идеями, к числу которых можно отнести и его увлечение биологией. «Это было совершенно недопустимо. Когда астроном интересуется планетами — это уже достаточно паршиво. Его увлечение жизнью было полным сумасшествием».
При всей любви Карла к большим идеям у него не было терпения прорабатывать их. Это он оставлял своим коллегам. Моррисон, ныне старший научный сотрудник в Исследовательском центре Эймса, рассказал историю о том, как Саган и астроном Фрэнк Дрейк навели гигантский радиотелескоп в Аресибо, Пуэрто-Рико, на далекую галактику в поисках осмысленных сообщений. Это была ранняя версия SETI — программы поиска внеземного разума.
«Они приехали в Аресибо, настроили телескоп и начали наблюдение, все были очень увлечены. В первые два или три часа ничего не произошло. На следующий день тоже ничего не произошло, и Карл уехал. Ему было неинтересно вот так рассиживать и заниматься долгой, медленной работой, пытаться что-то засечь. Он надеялся на то, что сразу будет получен результат, а когда этого не случилось, он был готов заняться чем-то другим».
Некоторые его идеи оказались успешными (не без помощи коллег): например, гипотеза о том, что в атмосфере Титана могут формироваться твердые органические соединения, в том числе углеводороды. Еще Саган предсказывал существование на Титане океана жидкого метана. Океан на Титане не обнаружили, зато нашли моря и озера — Саган почти угадал.
Иные его идеи не сработали, но принесли косвенную пользу. Он добился установки на марсианском спускаемом модуле «Викинг» камеры, которая позволила бы запечатлеть крупных марсиан, появись они поблизости. Марсиане не показывались, но снимки, сделанные «Викингом» и опубликованные в утренних газетах, вдохновили на карьеру ученого одного из авторов этой книги, Аманду, и, вероятно, многих других.
Покинув Гарвард, Карл возглавил крупную лабораторию в Корнеллском университете и стал зарабатывать себе популярность. Не раз Карла на свое вечернее шоу приглашал Джонни Карсон. Карл всегда принимал приглашения Карсона выступить на телевидении, даже если ему приходилось для этого отменять занятия и встречи. К середине 1970-х гг. он стал одним из самых знаменитых американских ученых, его фотография появилась на обложке журнала Newsweek, его статьи печатали в TV Guide, он общался с другими знаменитостями.
С писательницей Энн Друян Саган познакомился на небольшом обеде, устроенном сценаристкой Норой Эфрон. Ни он, ни она не были свободны (у Карла была вторая жена Линда, автор рисунка на пластине «Пионера»), и две пары общались несколько лет. Энн и Карл работали над идеей детской телепередачи о науке. Затем, когда NASA решило поместить сообщение для Вселенной на зондах «Вояджер», Карл нанял Энн в качестве художественного директора этого проекта. По ее словам, их отношения были чисто профессиональными, но она прониклась его научным мировоззрением, и им было свойственно общее чувство духовности научного понимания природы.
Энн, как и Карл, умеет говорить аккуратными фразами.
«Трагедия нашей цивилизации заключается в заблуждении, что если нечто является настоящим в смысле проверяемости и воспроизводимости, то это нечто вдохновляет меньше, чем наши фантазии о Вселенной, — говорит она. — Знаете, в любовных отношениях главный вопрос заключается в том, любите вы человека таким, каков он есть на самом деле, или же любите собственные фантазии, которые на него проецируете? Я думаю, это верно и в более масштабном, философском смысле».
«Вояджеры» были самой вдохновляющей межпланетной миссией всех времен. Запущенная в 1977 г. пара космических аппаратов воспользовалась удачным положением внешних планет и пролетела около Юпитера и Сатурна с их лунами, а затем Урана и Нептуна. Двигаясь быстрее «Пионеров», они превзошли их и по дальности полета. «Вояджер-1» покинул Солнечную систему в 2012 г. и все еще отправляет на Землю данные из космоса за пределами влияния Солнца — из по-настоящему пустого межзвездного пространства.
Золотая грампластинка на «Вояджерах», отправленная вместе с оборудованием и инструкциями по ее проигрыванию, содержит показательные сведения о человеческой культуре, музыку и речь. Есть запись слов президента Картера: «Это подарок с маленького далекого мира, наши звуки, наша наука, наши образы, наша музыка, наши мысли и наши чувства. Мы пытаемся пережить наше время и остаться живыми и в ваши дни. Мы надеемся когда-нибудь, решив стоящие перед нами сегодня проблемы, войти в сообщество галактических цивилизаций. Эта запись — отражение нашей надежды и нашей решимости и нашей доброй воли по отношению к обширной и восхитительной Вселенной».
Энн работала над записью, преисполненная осознанием ответственности, лежащей на ней в связи с выбором самой лучшей в мире музыки, достойной бессмертия. Она позвонила Карлу, чтобы поделиться с ним восторгом по поводу найденной ею подборки древнекитайской музыки, и оставила ему сообщение.
Она вспоминает, как он перезвонил ей и сказал: «Почему ты не оставила это сообщение десять лет назад?»
В ходе этого телефонного разговора они решили пожениться.
Энн рассказывает: «Мы никогда до этого не целовались. Никогда не говорили о личном. Но во время этого телефонного разговора я закричала от радости».
Шла весна 1977 г., космические аппараты готовились к отлету летом. Они решили никому не рассказывать о своей любви, пока не пройдет два дня после запуска. Энн все еще работала над записью. У нее возникла идея записать волны мозговой активности — своей собственной, — и она спросила мнения Карла насчет того, сможет ли другая цивилизация их интерпретировать. Он решил, что это нужно сделать: чего только не произойдет за миллиард лет. И вот Энн лежит на больничной койке, подключенная к электроэнцефалографу, записывающему ее мысли, и сосредотачивается на том, чем хотела поделиться с инопланетянами, если им как-то удастся прочесть эту запись.
«Я рассказывала историю Земли, как мы ее тогда понимали, переходя от геологии и биологии к технологии, рассказывала кое-что из истории нашего вида. Позже были более личные размышления, во многом о произошедшем несколькими днями ранее: мы с Карлом объяснились, зная друг друга уже несколько лет. Меня переполнял окситоцин, я просто купалась в нем, и я надеюсь, что моя радость и восторг настоящей любви навеки запечатлелись в тех записях».
С момента запуска «Вояджеров» Карл и Энн ни разу не расставались. Казалось, для нее он стал лучшим мужем, чем был для первых двух своих жен. Вместе они написали книгу «Космос», и Карл стал ученым с мировой известностью. Но неудачи NASA и экономический спад 1980-х гг. обескураживали его. Он выступал за ядерное разоружение и полагал, что международная марсианская миссия могла бы помочь делу сплочения наций. Энн говорила, что это было бы альтернативным выходом избытка мирового тестостерона. «Он мечтал и о полете на Титан, хотя знал, что это место не очень гостеприимно, а его понимание того, что нас там ждет, оказалось поистине пророческим», — говорит Энн.
Но со временем Карл понял, что экспедиция на Марс обойдется слишком дорого и слишком нескоро оправдает себя в каком-либо практическом плане. Обычные обоснования миссии — научное исследование, развитие технологий, вдохновение молодежи — не оправдают ее высочайшей стоимости. После крушения марсианского плана президента Буша-старшего Саган отказался от этой идеи.
«Любые попытки оправдать ее с точки зрения затрат и результатов обречены на неудачу, — согласился Томас Адамс, молодой ученый из Национальной метеорологической службы США, на форуме Сагана в Вашингтоне в 1993 г. — Во многом все сводится к тяге вовне, во Вселенную, а это нечто неосязаемое. Мне интересно, что вы об этом думаете».
Карл отвечал: «Этот довод в основе своей религиозен, и не все разделяют эту веру. Если вы с детства тянулись к Марсу, если вы всегда хотели там побывать и если вы всегда воображали себе космический полет как очевидную кульминацию человеческого инстинкта первооткрывателя, полагая, что мы, конечно, туда отправимся, то весь этот разговор не имеет смысла и с этим надо смириться. Но этот взгляд не только не всеобщий, он не свойствен большинству людей, и если бы вашим детям недоставало еды, то идея потратить $100 млрд или даже от $300 до $500 млрд на отправку горстки людей на Марс показалась бы вам даже несмешной.
Он отметил, что мы никуда не спешим. Марс и через 100 лет никуда не денется. «Для меня как романтика, в семилетнем возрасте мечтавшего побывать на Марсе, 30, 50 или 100 лет не отвечают моим нуждам. Я, скорее всего, не доживу. Так что у меня есть собственный, личный интерес. Но он не должен затмевать мой ум. Ведь мы говорим о национальной политике, а для национальной политики, как мне кажется, просто недостаточно религиозной жажды отправиться исследовать другие планеты».
На самом деле в запасе у Карла оставалось всего три года. Он умер в 1996 г.
Жизнь Энн по-прежнему тесно связана с его жизнью. Она выиграла награду «Эмми» в 2014 г. за продолжение «Космоса» и работает над художественным фильмом об истории их любви. Она до сих пор иногда выступает на тему записей «Вояджера», несущего отпечаток ее мозговых волн за пределами Солнечной системы. Люди хотят слышать ее, потому что она — в каком-то смысле единственный внеземной колонист. Из всех людей она, возможно, ближе всех к бессмертию.
«Эти два космических аппарата такие же настоящие, как мы с вами, и несутся со скоростью 50 000 км/ч сквозь глубочайшую ночь, — говорит она. — Это так много для меня значит. Это источник утешения для меня со дня смерти Карла — знать, что, как бы я ни страдала, красота той весны 1977 г. будет жить вечно, настолько вечно, насколько это возможно. Это для меня источник удивительной радости. Я все время об этом думаю».
Желание создать внеземную колонию отвечает такой же потребности в вечности. Духовной потребности.
Будущее
В ходе строительства космического корабля, способного перевезти сотню колонистов на Титан, проектировщикам пришлось задуматься о традициях той планеты, которую колонисты оставят позади. Питание пассажиров лайнера, место для сна и бодрствования, машины, обеспечивающие дыхание, питье и удовлетворение физиологических потребностей, — для 18 месяцев путешествия все это предстояло ужать до минимальной массы и объема.
Как пример самодостаточного корабля Titan Corp. изучала подлодки, способные везти сотню людей долгие месяцы. Однако космолайнеру не нужны были обтекаемые формы и цельная замкнутая поверхность, в отличие от субмарины. Он никогда не испытает действие тяготения, так что его форма в космосе не особо важна. Ради упрощения сборки детали производились в разных уголках Земли и соединялись в космосе. В конце путешествия на Титане детали космолайнера можно было повторно использовать для иных целей.
Технически сложные составляющие вроде реактора и ядра Q-двигателя лучше было собирать на Земле. Производство серии одинаковых копий на одном и том же заводе повысило их качество и надежность. Воздействие космической радиации на каждого рабочего приходилось ограничивать несколькими годами, поэтому производства, требующие высококвалифицированного и опытного персонала, располагались на Земле.
Реактор и водородный ускоритель первой ступени располагались в одном модуле; их тяжелые механические узлы были доставлены в космос по частям. Отдельным модулем доставили Q-двигатель. Огромные хрупкие кольца, улавливающие виртуальные частицы, пришлось собирать и монтировать в космосе. Грузовой модуль был доставлен в космос по частям вместе с оборудованием и припасами, которые предстояло в нем везти. Жилой модуль тоже можно было собрать на орбите. Посадочный модуль имел небольшой объем, едва достаточный для доставки 100 пассажиров на поверхность. Каждый модуль стыковался к кораблю на свое место на T-образной структуре, так что их можно было устанавливать или отделять по одному.
Через центр каждого модуля проходила шахта, подобная лифтовой, но в условиях низкого уровня тяжести экипажу и пассажирам не был нужен лифт. Искусственного тяготения, создаваемого Q-двигателем, хватало лишь на то, чтобы тяжелые объекты, в том числе люди, плавно дрейфовали против направления полета. Команда и пассажиры с легкостью могли преодолеть это ускорение прыжком, посылая свои тела в любом направлении.
В корабле негде было насладиться полетами в невесомости. Если вычесть пространство, необходимое для всего остального, то для жизни у колонистов пространства оставалось не больше, чем у членов экипажа подлодки. В каютах размещались по две трехэтажные кровати вроде «гробов» на подлодках с тремя выдвижными ящиками для каждого пассажира.
Среди общих зон были места для приема пищи, для собраний, тренировок и отдыха, но ни в одном из помещений корабля нельзя было комфортно собраться всем вместе. Это могло произойти только во время солнечной тревоги, когда все укрывались в тесноте центральной шахты грузового модуля, и во время спуска в посадочном модуле на поверхность Титана.
На Титане колонистов ждало теплое жилище, построенное первыми 29 астронавтами и роботами. Пластиковое жилое строение и электростанция были уже достаточно крупными для проживания следующей сотни колонистов. От спускаемого модуля новоприбывшим предстоял короткий рейс к жилищу верхом на роботах в сопровождении здешних хозяев.
Грузовой модуль был запрограммирован на совершение автоматической посадки, после которой он становился складом. Космолайнер должен был остаться на орбите вокруг Титана, готовый к новому полету без грузового и спускаемого модуля. Реактор обеспечивал питание на протяжении десятилетий без дозаправки, а Q-двигатель не нуждался в рабочем теле. После начала работ над новым убежищем для следующей группы колонистов лайнер мог отправляться к Земле, управляемый компьютером.
После 18 месяцев полета обратно к Земле лайнеру предстояла подготовка к новому полету — установка новых грузового и посадочного модулей. Путешествие туда и обратно с учетом времени, проведенного на орбите вокруг Титана и затраченного на дооборудование у Земли, занимало четыре года. Если отправлять первые три корабля консорциума раз в год, то эта система позволит доставлять на Титан по сотне колонистов ежегодно. Эта транспортная система могла функционировать до тех пор, пока колония будет способна приютить и прокормить новоприбывших либо пока несчастье не выведет один из лайнеров из строя.
Проект официальной колонии изначально предполагал наличие десяти кораблей. С тремя частично многоразовыми кораблями строительство колонии на Титане должно было занять больше времени. Но частные инвесторы, купившие остальные семь запланированных лайнеров, столкнулись с еще большей проблемой. В официальной колонии их не ждали. Она не была рассчитана на обеспечение свободных колонистов, не обладающих запланированными навыками и не подчиняющихся структуре управления консорциума. История учила, что кораблям нужны капитаны, а колониям — работники, а не нахлебники.
Не имеющим укрытия и электростанции группам частных колонистов было необходимо посадить на Титан жилые отсеки и реакторы своих кораблей и использовать их в качестве жилищ и электростанций. Это означало, что частные космолайнеры погибнут — их возвращение и повторное использование окажутся невозможными. После прибытия частным колонистам должно хватить пищи до тех пор, пока они не построят структуру для ее производства на месте. Снижение числа пассажиров позволит растянуть припасы и увеличить объем груза, но уменьшит и число людей, работающих над строительством колонии.
Те, кто планировал отправиться на Титан самостоятельно — триллионеры, — были вынуждены еще сильнее сократить число пассажирских коек, чтобы обеспечить себе более комфортабельные условия и взять с собой ценности. Для них целевое количество пищи, оборудования и людей давало еще меньший простор для маневра. Им предстояло строить автономную жизнь на Титане наперегонки со временем, пока не закончились невосполнимые запасы.
Более тяжелая загрузка лайнера означала также увеличение времени полета до Титана и рост дозы радиации в пути. Чем тяжелее корабль, тем медленнее он набирает скорость, ведь тягу Q-двигателя нельзя увеличить без полной переработки его конструкции.
На счету был каждый грамм. Экономия достигалась использованием сублимированной пищи (вроде той, что берут в походы). Чтобы пообедать, такую пищу нужно было восстановить водой. Вода перерабатывалась вновь и вновь путем очистки мочи от шлаков и конденсации выдыхаемой и выделяемой кожей влаги. Единственный прием настоящей пищи был запланирован на середину путешествия. Но в конце путешествия праздничного обеда не предвиделось. На Титане лобстеры не водятся.
Если производить собственную пищу на Титане не удастся, то, когда закончатся пакеты с сублимированной пищей, долго не протянешь.
Настоящее
Одно из открытий, сделанных в ходе пилотируемых полетов в космос, заключается в том, что мы не способны отказаться от привычек, даже если от этого зависит наше здоровье. Нам нужна пища, к которой мы привыкли, нам нужно принимать ее вместе с остальными, и мы не можем вечно жить на концентратах. Военным это тоже известно, и войска живут на полевых рационах не дольше 20 дней подряд. После этого обязательно следует покормить людей традиционной пищей.
«Вероятно, вы слышали выражение “проголодаются — съедят и это”, — говорит Грейс Дуглас, ведущий ученый NASA по перспективным пищевым технологиям. — Это верно, но лишь до определенной степени. Если человек достаточно голоден, он будет есть, но в объеме, недостаточном для поддержания формы. Это может повлиять на производительность и сообразительность, а со временем и на здоровье».
Ученым, занимающимся питанием астронавтов, приходится выполнять противоречивые требования. Грейс и ее команда, подбирая желанную для астронавтов пищу, также стараются уменьшить ее массу, продлить срок хранения, упростить приготовление и, конечно же, удовлетворить требованиям питательности. Со времен «Аполлонов» эти требования выполнялись, но астронавты теряли в весе, так как пропускали приемы пищи из-за того, что им не нравилась еда, ее однообразие или же то, как она была упакована.
Астронавты на МКС питаются лучше. Нынешнее меню содержит узнаваемую и весьма разнообразную пищу. Члены команды из США берут еду из кладовой, содержащей двести рационов восьми категорий — завтраки, овощи и супы, мясо и т.д., и из девяти контейнеров, основанных на их личных предпочтениях (у русских на станции своя еда). Такая система позволяет увериться в том, что каждый член команды может выбрать любимую еду из широкого ассортимента и питается сбалансированно.
Астронавты пьют порошковый апельсиновый сок с витамином C, но в основном едят то же, что и взрослые, ведущие обычную жизнь на Земле. Креветка для астронавта на МКС выглядит и пахнет, как обычная креветка. NASA делает консервы из креветок и многого другого, только не в банках, а в мягких пакетах. Готовясь поесть, астронавты подогревают порционный пакет в специальном кондуктивном нагревателе размером с чемоданчик (по сути, в печи), вскрывают его и едят содержимое вилкой. В ходе обработки контролируется вязкость пищи, чтобы предотвратить выбросы жидкости в невесомости. Сублимированная еда восстанавливается в другой установке, впрыскивающей нужное количество воды, разогретой до необходимой температуры.
На МКС есть стол, за которым астронавты едят вместе; Грейс говорит, что это чрезвычайно важно в психологическом и социальном смысле, что это косвенная поддержка здоровья и диеты. Стулья в невесомости не нужны. Стол оборудован липучками, к которым можно прилепить продукты. Пока что эта система работает. При суточной диете в 3000 калорий и режиме упражнений два часа в день многие астронавты не теряют в весе и мышечной массе.
Но Грейс говорит, что полет далеко и надолго (например, на пресловутый Марс) по-прежнему остается нерешенной исследовательской задачей. Используемая на МКС пища хранится недостаточно долго, не более трех лет с даты ее производства. Пища для марсианской миссии должна храниться пять лет, и ее необходимо доставить туда заранее. Мало что из нынешнего успешного меню NASA останется аппетитным в течение такого срока и сохранит изначальную питательную ценность. Исследования показывают, что пять лет могут храниться некоторые виды мяса, но многие консервированные продукты за это время становятся никуда не годными.
«Некоторые питательные вещества после консервации продолжают разрушаться с прежней скоростью, а то и быстрее, — говорит Грейс. — С витамином C всегда были сложности. Мореплаватели болели цингой и даже умирали от нее. Проблема с питанием в том, что нехватка одного питательного компонента может привести к катастрофе».
Идея научно-фантастической литературы о питании таблетками или искусственной едой имеет серьезные недостатки, даже если люди и станут такое есть. Грейс Дуглас говорит, что в свежей, цельной пище содержатся тысячи биологически активных составляющих, взаимодействующих с кишечной флорой — уникальной экосистемой бактерий, живущей в каждом человеке — и приносящих пользу, до сих пор не до конца изученную. Мы не знаем, как сделать питательную таблетку, содержащую все важные соединения, которые есть в свежей пище, и как добиться устойчивости соединений в пище, чтобы хранить ее годами. Наш кишечник — предмет изучения передовой науки, до которой NASA далеко. Мы даже не все важные соединения знаем.
Для того чтобы добраться до Марса или Титана, нам понадобятся более компактные и легкие припасы; возможно, астронавтам придется чаще питаться переработанной пищей и реже — чем-то вроде креветок с МКС. При использовании системы питания МКС в 1095-суточной миссии на Марс экипаж из шестерых астронавтов потребит более 12 000 кг пищи объемом более 41 м3. В рамках разработки капсулы «Орион» NASA выдвинуло команде Грейс, отвечающей за пищевые исследования, требование сократить массу пищи так, чтобы марсианскую миссию можно было провести без дополнительного снабжения.
Эти проблемы можно было бы решить выращиванием еды на Марсе, но эта идея неосуществима на практике для большинства продуктов. NASA не отказалось от идеи небольшого огорода для выращивания латука и прочего в том же духе; еженедельный сбор урожая для салатов дает ощущение благополучия и имеет скорее психологический, чем диетологический смысл. Но биорегенеративное производство пищи (как NASA называет садоводство) — дело слишком сложное, рискованное и кропотливое, чтобы обеспечить астронавтов достаточным количеством пищи.
Пример «Биосферы-2» показал, как трудно вырастить достаточное количество пищи в замкнутой системе. Ее обитатели едва выживали, выращивая еду в идеальных условиях земной освещенности, более чем вдвое превышающей марсианскую, подключенные к электросети Аризоны и имевшие возможность легко прекратить эксперимент, если что-то пойдет не так. В космосе один-единственный неурожай зерна влечет за собой голодную смерть. Еще Грейс говорит, что садоводство в космосе будет куда сложнее, ведь каждая составляющая системы должна быть идеально уравновешенной и самодостаточной, без малейших погрешностей. Вдобавок в большом замкнутом пространстве для выращивания растений и субстрата для их корней понадобится обширная механическая инфраструктура обработки газов, воды, отходов, хранения и перевозки материалов, и наконец повторного использования всего.
Все это мы делаем на нашем нынешнем «корабле», планете Земля, но здесь есть гигантские буферы в виде атмосферы, почвы и круговорота воды, которые временно компенсируют дисбалансы нашей неустойчивой системы. Сельское хозяйство и производство пищи требуют чудовищных объемов невосполняемого ископаемого топлива, и это только один из факторов. Атмосфера и океан поглощают углерод, выделяющийся при сжигании этого топлива. Их обширные возможности в качестве буфера дали нам в долг целое столетие.
Другая трудность с выращиванием пищи — потребность в человеческом труде. Благодаря технологиям и значительному удешевлению производства за счет его массовости меньше 2% американцев производят пищу для всех жителей США и даже на экспорт. Это производство столь эффективно, что североамериканцы могут позволить портиться от 40 до 50% собираемой пищи (именно столько пищи пропадает, согласно исследованию Аризонского университета, проведенному в 2004 г.). Большей частью это происходит на кухнях. Еда так дешева, что домохозяйки совершенно не беспокоятся, если портятся продукты. В мире же около трети работников — более 1 млрд человек — фермеры, а в Южной Африке и на юге Азии на сельское хозяйство приходится более половины рабочих мест.
Марсианская миссия из шести человек не будет располагать преимуществами экономики, основанной на масштабах производства. Астронавты будут жить земледелием, подобно земным фермерам. Помимо работы по выращиванию пищи ее приготовление займет, по подсчетам команды Грейс, от 6,5 до 7,5 часа в день. Выращенная пища потребует обработки (перемалывания зерна в муку, соевых бобов — в тофу), готовки, сервировки и уборки после еды. Астронавты на МКС, прилагая ради пропитания минимальные усилия, тратят большую часть своего времени на здоровье, поддержание систем в рабочем состоянии и дела по хозяйству, а на науку и прочие задачи, не связанные с выживанием, остается всего около 13 часов в неделю. Если у марсианской миссии будут цели помимо чисто символических («Мы это сделали!»), то астронавты не смогут позволить себе тратить все свое время на выращивание и переработку продуктов.
Осуществление научной марсианской миссии упирается не в питание (мы уже видели, что главным препятствием будут вопросы здоровья команды, если только мы не найдем способа добраться туда быстрее). Технологические вопросы питания решаемы; со временем Грейс Дуглас и ее коллеги-ученые отыщут способ производить вкусную, питательную и легкую пищу со сроком годности пять лет. Подобная система поможет доставить колонистов на Титан.
Но, как только колонисты обоснуются на Титане, им понадобится собственное самостоятельное и надежное пищевое производство. Они столкнутся с более острым вариантом основной проблемы на Земле: сложностью производства калорий в количестве, достаточном для всеобщего пропитания. Сегодня люди используют около 25% потенциальной растительности планеты, так называемой чистой первичной продукции (ЧПП), а в густонаселенных районах вроде Южной Азии — значительно больше. Мы подошли к пределу и нуждаемся в технологическом прорыве.
В тех частях мира, где в основе лежит натуральное хозяйство, впроголодь живут сотни миллионов людей. По оценкам Всемирной продовольственной программы, каждому девятому человеку Земли недостает пищи для ведения здоровой жизни, но причина этого не в нехватке пищи в мире. Беднейшие остаются слишком бедными и не могут получить необходимую им пищу из-за экономики, политики и невезения. Чтобы накормить всех без исключения, нужно до смешного мало. По оценкам той же Программы, чтобы накормить всех голодающих детей школьного возраста, понадобится около $3,2 млрд в год — совсем немного по меркам США. Столько Конгресс ежегодно выделяет на эксплуатацию МКС.
Пятьдесят лет назад ожидалось, что сегодня положение окажется куда хуже, чем оно есть. В конце 1960-х гг. ученые и писатели вроде Пола Эрлиха, автора «Популяционной бомбы» (The Population Bomb), предсказывали наступление апокалиптического массового голода в развивающихся странах уже в 1970-е гг. Предсказание о росте населения сбылось, его численность выросла с 3,5 млрд в 1968 г. до 7 млрд в 2011 г., однако голода не наступило. Люди производили больше пищи благодаря синтетическим удобрениям, пестицидам, ирригации и высокопродуктивным культурам.
Зеленая революция тех лет принесла в развивающиеся страны интенсивное земледелие, породив неимоверный прирост в выращивании зерновых и дав перенаселенным землям вроде Индии самодостаточность. За 100 лет использование ЧПП нашим видом удвоилось, население же выросло вчетверо, а объем производства — в 17 раз; нам по-прежнему хватает пищи. Технологии — это потрясающе. Но мы заплатили за это снижением биоразнообразия и устойчивости биосферы. Без ископаемого топлива, забора воды и разрушения первозданных экосистем нынешняя система не выживет. Она основана на потреблении конечных ресурсов и похожа на космический корабль, на котором заканчиваются сублимированные продукты.
На Земле мы живем в замкнутой системе и зависим от роста эффективности производства пищи, поскольку планета и ее ресурсы не растут. На Титане ситуация будет похожей, но еще более ненадежной. Урожайные площади будут ограничены теми, что могут быть заключены внутри отопляемых пластиковых жилищ. ЧПП будет ограничиваться объемами электрического освещения. Можно вообразить себе строительство на Титане теплиц, в сотни раз более крупных, чем «Биосфера-2», в которых сотня фермеров ведет натуральное хозяйство, подобное земному, но это была бы странная космическая колонизация в стиле ретро с высокой вероятностью провала и малыми возможностями роста.
И на Земле, и на Титане нам будет нужна новая революция в пищевой промышленности, такая, которая избавит нас от растущего использования ограниченных ресурсов.
Согласно данным ООН, каждые 12 лет население Земли вырастает на 1 млрд. Предполагается, что рост продолжится до 2100 г. вплоть до отметки 11,2 млрд человек (и будет происходить почти исключительно в Африке, а на остальных континентах численность населения останется стабильной или будет сокращаться). В ходе Зеленой революции объем сельскохозяйственного производства вырос более чем вдвое менее чем за 50 лет, удовлетворив потребности растущего населения. Но меры по повышению эффективности времен Зеленой революции достигли потолка, и не оттого, что фермеры используют недостаточно удобрений. С экологической точки зрения мировое сельское хозяйство в целом оптимизировало удовлетворение потребностей в растительных культурах, и добавление питательных веществ и воды, обработка семян и уничтожение конкурирующих с ними организмов (сорняков и насекомых) уже не дадут серьезных улучшений.
Для того чтобы установить новые пределы производства пищи на Земле или на Титане, придется культивировать некий совершенно новый организм.
Будущее
После принятия решения о смене названия первого космолайнера консорциум правительств, поддерживающих проект колонии, так и не утвердил нового названия. Но новостным СМИ нужно было как-то его именовать. Они стали прибегать к формулировке «Космолайнер, ранее известный как “Мэйфлауэр”». Она прижилась, но английская фраза Spaceliner Formerly Known as Mayflower была слишком длинной, поэтому распространилось его сокращенное название — SLFKAM, произносимое как Self-Cam. Публике было, в общем-то, все равно. Проект колонии перестал быть горячей темой.
Волнениям и надеждам, окружающим колонию, нанесли серьезный удар миллиардеры, скупившие большинство кораблей. На протяжении своей истории народ Америки терпимо относился к крайнему неравенству доходов, потому что многие представители среднего класса надеялись разбогатеть. Но они почувствовали себя иначе, увидев, что богачи собрались избежать вызванной ими природной катастрофы — удрать в частные анклавы и улететь на космических кораблях. Стала популярной история об Эре прогресса начала XX в., когда средний класс восстал против баронов Позолоченного века, регламентировал эксплуатацию ими природных ресурсов и рабочей силы и обложил их непомерные состояния налогами. С приближением отбытия SLFKAM и ухудшением положения на Земле обида на богачей возрастала.
Землю предстояло покинуть лишь горстке избранных, все остальные должны были остаться. Каков истинный смысл отправки нескольких сотен человек во внешнюю Солнечную систему, когда миллионы умирают от жары, голода, войн, бурь и наводнений, что наводило на мысли о последних временах? Предыдущее поколение, видимо, считало это решением проблемы. Теперь в это было трудно поверить.
У пятого космолайнера название все-таки было — ExxonMobil Titan. Деловая пресса превозносила приобретение лайнера как очередной блестящий ход этой компании, успешно лавирующей в условиях меняющегося климата. Ее историю, пересказываемую на страницах деловых учебников, знал каждый: в течение десятилетий Exxon спонсировала тех, кто отрицал климатические изменения, пользуясь при этом «для внутреннего употребления» прогнозами глобального потепления при планировании своих начинаний в тающей Арктике. Сея смятение, она извлекала прибыль и из продажи продукции, меняющей климат, и из вызванных ею изменений климата.
Придерживаясь этой стратегии успеха, руководители компании построили для себя хорошо защищенное жилище в Скалистых горах. Дружественные конгрессмены протолкнули закон, позволяющий Exxon иметь частную армию с тяжелым вооружением для охраны своей горной крепости. В зале заседаний совета директоров команда управляющих планировала собственную колонию на Титане — нефтегазовый комплекс, основу следующего этапа корпоративного роста. Получение собственности на Титане означало контроль управления над обширными запасами углеводородов и умножение эксплуатационных запасов на балансе ExxonMobil. Конечно, это топливо нельзя было поставить на Землю. Это был бухгалтерский трюк: новый ресурс будет состоять на учете, где бы он ни был на самом деле.
За обсуждением последовала презентация на тему бизнес-рисков. Аналитик показывал слайды, изображающие последствия распада мировой экономики для стоимости акций ExxonMobil. Директора начали мозговой штурм в поисках решения. Купить золото и свезти его в крепость? Нет, в ходе полного распада общества золото может потерять свою ценность. Запастись водой и товарами? Нет, слишком много понадобится места, чтобы конвертировать в них обширное богатство компании.
Построить еще корабли и отправить активы в космос?
Наступила тишина, директора смотрели друг на друга. Никто не хотел лететь на темный и холодный Титан. Там нельзя играть в гольф. Они все просчитали — мяч просто не будет лететь как нужно.
По мере приближения старта SLFKAM комментаторы стали разбирать с горькой иронией непреднамеренный смысл этого названия. Если сам проект колонии все более связывался с провалом человечества, то Self-Cam можно было воспринимать как камеру для селфи рушащейся цивилизации. Он стал символом крайнего богатства и особых привилегий, той самости, которая и привела в первую очередь к кризису.
Директора Titan Corp. видели, как общественная поддержка ускользает из их рук, и были рады тому, что уже получили оплату за десять космолайнеров, строительство которых на годы загрузило работой космические доки. Но и чувства остальных им были не чужды. Они ведь тоже застряли на Земле. Если жизнь станет хуже, если будет все больше миграций и конфликтов, если система по-настоящему сломается, то где им тратить заработанные деньги?
Президент не сразу понял чувства публики. Он не видел жизни иной, чем при климатическом кризисе. Он вырос с ощущением его неизбежности и видел в проекте колонии маяк надежды, как и миллионы других людей. Но с приближением отбытия SLFKAM коллеги посоветовали ему отказаться от возможности произнести прощальную речь перед колонистами. Опросы показывали, что большинство людей возмущались колонистами и тем, что они могут оставить проблемы мира позади. Демонстрировать связь с ними было политически невыгодно. Президенту не понравилось то ощущение пустоты, которое у него возникло, когда он выслушал эту рекомендацию.
Ночью он в одиночестве смотрел из окна на темные океанские волны, бьющиеся вокруг Белого дома, перемещенного в район Тенлейтаун округа Колумбия, находящегося на возвышенности. Он думал о состоянии, в которое пришел мир. В горах вблизи Пекина президента Китая одолевали похожие думы. Халиф Ближнего Востока и Северной Африки в своем дамасском дворце также размышлял о конфликте и природных катаклизмах, выжимающих остатки жизни из планеты и населяющих ее народов.
Началось обсуждение. Сначала лидеры решили придать символичность моменту отбытия SLFKAM. Они встретятся, чтобы попрощаться с ним. Но не в космическом доке, откуда он должен был отбывать, а в другом символическом месте.
Это событие породило тот отклик, которого они желали. Мир был потрясен видом сильнейших, прежде враждебных друг к другу лидеров, стоящих вместе на палубе корабля в Нью-Йоркской бухте напротив статуи Свободы, стоящей по пояс в воде. Зрители никогда прежде не видели настолько важных персон под открытым небом.
Но следует упомянуть один культурный процесс, начавшийся гораздо раньше. Сообщество артистов, писателей, ученых и общественных активистов образовали сеть, пересекающую границы. По «подземным железным дорогам» северян мигранты перебирались в более холодные области. Африканские предприниматели, владельцы ферм солнечных батарей, перекачивающих океанские воды в пустыню, собирали онлайн-пожертвования. В построенных ими резервуарах быстро рос урожай водорослей, идущих на биотопливо и корм для животных. Там, где были лагеря для голодающих, люди в кондиционируемых солнечной энергией амбарах обрабатывали растения, производя пищу и энергию на продажу.
Новая сельскохозяйственная революция произошла с появлением вида стремительно растущих водорослей, которые оказалось возможным использовать в разных целях. Зеленая жижа перерабатывала интенсивное солнечное освещение в энергию и пищу, поглощая из воздуха углекислый газ. Фермеры ухаживали за ней по ночам, избегая убийственной жары. Они усердно трудились, и с африканских водорослевых ферм начались экономические изменения.
Политические лидеры ухватились за возможность исторических свершений. Проведя несколько конференций, они согласились урезать финансирование военных операций и начать вкладываться в проекты, защищающие беднейшие страны мира от худших сторон изменения климата. Они не были уверены в популярности этого решения у себя дома, но подписали соглашения по прекращению использования невозобновляемых видов топлива. Никто не верил в то, что война закончится, ведь никто не помнил мира без войны, но новые настроения снизили напряженность конфликта. Молодежь оживленно играла на мировых рынках, радуясь переменам. Рекрутеры повстанцев, через социальные сети привлекающие «пушечное мясо» на поле боя, обнаружили, что поток наивных молодых бойцов иссякает. Война попросту вышла из моды.
Колонисты на борту SLFKAM, покидающего окрестности Земли со все возрастающей скоростью, следили за этими событиями со смешанными чувствами. Их проводили без героической помпезности, в отличие от предыдущих команд, отбывающих на Титан. Теперь они смотрели на обнадеживающие перемены на Земле отстраненно, как ветераны холодной войны на падение Берлинской стены. Конечно, они были рады, но вдруг почувствовали себя как бы менее значимыми. Они считали себя главными героями истории, а оказались всего одной из ее составляющих.
Расстояние до Земли возрастало, и смотреть интернет-видео становилось все труднее. Из-за задержки сигнала загрузка видеороликов шла медленно и часто прерывалась (интернету необходима быстрая двусторонняя связь для проверки ошибок загрузки). Пассажиры скачивали видео и обменивались ими между собой, чтобы сократить время ожидания.
Как-то за обедом трое колонистов смотрели видео на планшете: огромная процессия шла по улицам Боулдера, Колорадо, ставшего одним из крупнейших городов США после того, как многие жители побережий мигрировали в населенные пункты на возвышенностях. Протестующие требовали ускорить изменения: мир и разоружение, усиление помощи мигрантам и повышение налогов для богачей и корпораций, чтобы заставить их выйти из своих цитаделей и поделиться ресурсами с остальными.
«Слишком поздно, — сказал один из зрителей, робототехник. — Случись это лет 30 назад — у Земли был бы шанс».
«Может и нет, — ответил инженер-ядерщик. — Пока общество держится вместе, люди найдут дорогу, будут пользоваться технологиями, решать проблемы. Жизнь может оставаться паршивой десятилетиями, веками, но пока люди не уничтожили себя, они имеют шанс выжить».
«Да мы все равно не из-за этого летим, — высказался руководитель строительства. — Мы — первопроходцы. Что бы ни происходило на Земле, мы летим узнать, что ждет нас дальше. Что ждет человечество. Теперь наш мир — там. То, что происходит на Земле, больше не имеет значения».
Путешествие продолжалось, новостей становилось все меньше. Связь замедлилась настолько, что мало кто вообще скачивал ролики. Пассажиры чаще развлекались просмотром кинофильмов из огромного каталога на борту корабля, чем устаревшими новостями, пока еще кочующими по кораблю. Они стали меньше думать о том, что происходило вне лайнера. На борту была сотня человек — полноценное сообщество, здесь было достаточно парочек и конфликтов, о которых можно посплетничать, и умы будущих колонистов были поглощены техническими задачами и необходимостью занимать себя и поддерживать бодрое настроение, несмотря на тесноту. Поступающие с Титана сообщения привлекали куда большее внимание, нежели передачи с Земли.
Земля исчезла в «зеркале заднего вида», да и земляне уже не думали о колонистах.
Настоящее
Серьезные исследования наихудшего сценария климатических изменений начались не сразу, на это ушло более века. Сванте Аррениус первым предсказал глобальное потепление из-за парникового эффекта в связи с выбросами углекислого газа еще в 1890-х гг. Предсказания потепления, показанные климатической моделью, запущенной на одном из первых компьютеров в 1960-х гг., и более сложной трехмерной моделью 1970-х гг., оказались весьма точными. Ученые компании Exxon сообщили своему менеджменту об этой проблеме в 1977 г. Широкая публика была поставлена в известность к середине 1980-х гг., а первое международное соглашение по сокращению выбросов углекислого газа — «Киотский протокол» — было подписано в 1997 г. Результатов оно не принесло.
Лишь в 2010 г. двое ученых просчитали сценарий наихудшего развития событий. Они приложили результаты моделирования к хорошо известным данным о том, какую жару могут выдержать млекопитающие, в том числе люди, и сделать это было проще, чем может показаться на первый взгляд. Стивен Шервуд и Мэтью Хьюбер выяснили, что после сжигания всего объема доступного ископаемого топлива те области Земли, где ныне живет большинство людей, станут слишком жаркими для выживания млекопитающих. Вероятно, хватит сжигания даже половины этого объема.
Но апокалиптические картины рисовались и задолго до этого. Примерно одновременно с исследованиями о млекопитающих и человеке были опубликованы работы Дэвида Баттисти и его коллег о посевных культурах. Авторы, исходя из наиболее вероятных сценариев, а не экстремальных, показали, что к 2100 г. в тропиках почти наверняка будет все время теплее, чем бывает сейчас в самые жаркие годы. А ведь уже сейчас в такие годы происходят огромные потери урожая и массовая гибель людей от жары.
Хьюбер из Университета Пердью недавно рассуждал об этом на конференции в Стогкольме, где представлял работу, в которой показывал, что половина Земли станет необитаемой.
«Я произнес свою обычную речь о том, как вымрут люди и млекопитающие, — сказал Мэтт. — Сразу за мной выступил Дейв Баттисти из Университета Вашингтона. Он сказал: “Не переживайте о вымирании млекопитающих в 2300 г. от жары: мы вымрем гораздо раньше из-за гибели растениеводства, животным будет нечего есть”. Мне это заявление показалось вполне обоснованным.
Я называю это четырьмя всадниками апокалипсиса. Все не просто упадут замертво, нет. Будут голод, мор, война, разнообразные конфликты и распад цивилизованного общества… Плохие люди будут плохо поступать с хорошими людьми, пока хороших не останется вовсе. Что-то вроде “Безумного Макса”».
Он оценивает вероятность сценария «Безумный Макс» в 10%. Достижение такого уровня углекислоты в атмосфере возможно только при условии продолжения выбросов в прежних масштабах в течение еще полувека. Если учесть, что мы знаем о проблеме и не сокращаем выбросы уже 30 или 40 лет, то вообразить такой исход нетрудно.
«Потребуются десятилетия, чтобы обречь нас на этот сценарий, — говорит Мэтт. — Если мы пойдем по другому пути, то, я убежден, мы сможем этого избежать».
Но выберем ли мы другой путь? Тут догадки ученых ничем не лучше наших с вами. Главным источником неопределенности в области изменений климата остаются человеческие решения, а не физическая реакция самого климата. Уровень точности физических предсказаний многие годы превышает уровень, необходимый для принятия принципиальных решений, таких как выбор экономической политики или решение судебных дел. Но прогноз человеческого фактора в снижении выбросов углекислого газа зависит от политики и общественной психологии, которые постоянно преподносят сюрпризы лучшим экспертам.
Мы уже допустили многие необратимые изменения, не предприняв никаких мер. Производимые нами выбросы углекислого газа остаются в атмосфере навсегда, во всяком случае, по человеческим временным масштабам. Концентрация атмосферного CO2 повысилась от 280 частей на миллион в доиндустриальную эпоху примерно до 400 частей на миллион сегодня и растет на 2 части на миллион в год. Мы видим многие вредные последствия этого — тающие ледники, исчезающий морской лед, участившиеся засухи, периоды сильной жары и пожары, усилившиеся шторма, ускоренный рост уровня моря, сдвиг сельскохозяйственных сезонов и сред обитания и т.д. Последствия приходят с отставанием от выбросов, так что более суровые изменения уже неизбежны.
Но есть и надежда: все нации, участвующие в выбросах углеводородов, пообещали сократить выбросы на встрече в Париже в декабре 2015 г.; подобного еще не происходило. Этого недостаточно, но впервые весь мир стал двигаться в одном направлении.
Сокращение выбросов углекислого газа зависит от мира между народами. Изменения климата могут стать сильнейшим толчком к войне. Наука обнаружила множество положительных обратных связей, из-за которых потепление приводит к еще большему потеплению, но социальная связь углеводородных выбросов и конфликтов может оказаться самой сильной.
Колонизация космоса тоже связана с вопросами климата на разных уровнях. На очевидном уровне снижающаяся пригодность Земли к обитаемости влияет на желание ее покинуть. Но углерод и колонизация связаны также посредством технологий. Технологические прорывы, делающие колонизацию возможной, могут оказаться полезными и в деле спасения климата.
Колонистам на Титане понадобится более эффективный фотосинтез. В отсутствие достаточного солнечного света они будут получать калории из организмов, выращенных при электрическом освещении. Мы уже видели, что производство пищи в условиях самообеспечения — задача крайне сложная даже при естественном освещении, что уж говорить об искусственном. При скорости преобразования энергии света в пищу, характерной для фотосинтеза, требуемые площади и энергозатраты в закрытой колонии будут огромными.
Человечеству на Земле тоже нужен более эффективный фотосинтез. Мы почти достигли пределов Зеленой революции. Без новых скачков производительности Земля может оказаться слишком маленькой для того, чтобы прокормить всех той пищей, к которой мы привыкли. Нам также нужен новый вид топлива. Нефть для транспорта, особенно авиации, необходимо заменить углеродно-нейтральными жидкими топливами высокой энергетической плотности (самолеты на солнечной энергии возможны, но только в узких сферах использования). В солнечном свете, освещающем Землю, достаточно энергии, чтобы питать все наши автомобили и самолеты и кормить нас, но только если мы найдем способ более эффективно его собирать и преобразовывать в жидкую или твердую форму.
Солнечные батареи уже собирают энергию солнечного света гораздо эффективнее растений. Фотоны, падающие на кремний, выбивают электроны и создают электрический ток. Панели, которые можно купить для установки на крыше, дают впечатляющую эффективность от 13 до 20% — именно такая доля солнечной энергии, падающей на фотоэлемент, преобразуется в электрический ток. Благодаря своей эффективности солнечные батареи уже могут соревноваться с электрической сетью, но они не производят топлива. (К этому результату приближается разработка Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли, использующая солнечную энергию для производства электролизом водорода, который затем скармливается бактериям, соединяющим его с углекислым газом и производящим метан.)
Процесс создания топлива в листьях и водорослях гораздо сложнее и отличается от вида к виду и от местообитания к местообитанию. Фотосинтез возник в ходе эволюции и оказался ключевым фактором. Ни один человек не нашел лучшего способа производить твердое топливо из солнечного света и атмосферного углекислого газа. Роберт Бланкеншип, профессор биологии и химии из Университета Вашингтона в Сент-Луисе, пытался разобраться в химии фотосинтеза с 1970-х гг., когда учился в аспирантуре, и до сих пор не выведал всех секретов растений.
Благодаря фотонам атомы углерода и водорода соединяются в молекулы сахаров — основного стройматериала биосферы, способного хранить энергию миллионы лет в виде ископаемого топлива. При разрыве этих химических связей, например сжигании органических материалов, их переваривании или гниении, энергия высвобождается. Эта система питает почти всю жизнь на Земле, улавливая в целом менее 1% солнечного света, падающего на растения. Этот 1% до сих пор оказывался достаточен благодаря тому, что Земля велика, а Солнце светит ярко. Растения придают планете зеленую окраску и при этом теряют более 99% получаемого ими солнечного света.
Бланкеншип и прочие исследователи этой области определили ряд энергопотерь в химии фотосинтеза растений. Яркий свет может вызывать сбои в химии растений, поэтому листья сбрасывают излишки энергии в жаркий полдень. Фотосинтез основан на связывании атомов углерода энзимом под названием рибулозобисфосфаткарбоксилаза (рубиско), который реагирует и с кислородом, что приводит к потере большей части энергии, получаемой растением. Также к потерям энергии приводят способ транспортировки CO2 из клетки в клетку, использование ими света разной длины волны и другие процессы, понятные только химикам.
Эволюция не создает совершенных организмов. Она создает виды, которые достаточно хороши для размножения. Фотосинтез далеко не совершенен, поскольку успех воспроизводства растения определяется не только эффективностью захвата и хранения энергии, но и другими факторами. Например, растение, которое способно к фотосинтезу при слабом освещении и сбрасывает излишки энергии в полдень, получает преимущество в густом лесу или на лугу. Энзим рубиско мог развиться во времена, когда кислорода на Земле было мало, и он ничего не стоил системе фотосинтеза. Большую часть времени растения сталкиваются не с пределами энергоэффективности, а с другими препятствиями вроде недостатка воды и питательных веществ, физическими факторами вроде ветра, наводнений, жары, причиняющих ущерб, или соревнуются с конкурирующими организмами.
Но искусственный отбор, биотехнологии и Зеленая революция устранили эти ограничения. Посевные растения обычно получают достаточно питательных веществ и воды. Скрещивание и генная инженерия позволили создать виды, устойчивые к засухам и наводнениям. Фермеры уничтожают конкурирующие сорняки и паразитов. Растения не могут стать значительно лучше без более совершенного фотосинтеза. Но, преодолев этот последний барьер, мы получим огромный прирост в производстве пищи. Роберт Бланкеншип говорит, что ждать осталось не так уж долго.
«Можно легко удвоить или утроить эффективность фотосинтеза против нынешней. Наверное, эта оценка даже слишком консервативна, — говорит он. — Удвоив или утроив эффективность фотосинтеза, вы удваиваете или утраиваете урожай, что чрезвычайно важно. Это будет вторая Зеленая революция, если не больше».
Работая с химией живых организмов, мы, возможно, повысим эффективность фотосинтеза до 12% — это теоретический предел, вычисленный Робертом и его коллегами с учетом проблем, решить которые невозможно (например, свет неизбежно отражается от листа растения). Для космической колонии такая технология позволит использовать растения, требующие на 90% меньше места и света. Эта разница может оказаться решающей в смысле практичности постоянного проживания за пределами Земли.
Но такое эффективное растение нельзя создать традиционной селекцией. Чтобы возник желаемый эффект, ученым придется корректировать геном в лаборатории. Эта работа уже ведется. Например, некоторые тропические растения умеют более эффективно обходить проблему с энзимом рубиско, и это решение можно перенести в культурные растения. Роберт говорит, что это сложное исследование, с ним связано много сомнений, оно требует лучшего понимания химии и биологии, но он видит путь к успеху.
Одна группа работает над более радикальным подходом. Крейг Вентер, предприниматель-биотехнолог, несколько лет пытается создать с нуля новый организм, который можно запрограммировать на продвинутую форму фотосинтеза для создания биотоплива. В 2010 г. он объявил об успешном создании самовоспроизводящегося организма с искусственным геномом. Его команда написала геном этого организма алфавитом аминокислот нашей ДНК и внедрила его в клетку, которая выжила. Чтобы доказать, что это действительно было сделано, исследователи включили в гены организма собственные имена; этот список копируется при каждом его воспроизводстве.
Синтезирование нового организма было лишь одним из шагов в программе Вентера. Более крупной целью было создание живых существ, способных выполнять полезную работу, — химических заводов в живых, воспроизводящихся клетках. В марте 2016 г. Вентер объявил о создании клетки с минимальным синтетическим геномом — еще одно достижение, которое, впрочем, не дотягивает до цели компании по созданию искусственных клеток, способных выращивать произвольные желаемые материалы. Тем не менее процесс под названием CRISPR, который в последние годы произвел в данной области много шума, позволяет редактировать гены проще и быстрее. Есть основания надеяться на то, что не за горами решение головоломки высокоэффективного фотосинтеза и в традиционных культурах, и в водорослях.
Если эти прорывы будут совершены, они, возможно, позволят накормить весь мир. У генетически модифицированных организмов (ГМО) достаточно противников, которые загнали в угол даже те новые виды растений, которые могли решить многие проблемы бедных; рис, дополненный витамином A и способный снизить риск детской слепоты, «пылится» в лаборатории. Но если некоторые аргументы против ГМО и сомнительны, то тревоги по поводу перестройки планеты под максимизацию производства пищи вполне обоснованны. Например, генетически модифицированные семена позволили фермерам США вывести со своих полей молочай и повысить таким образом урожайность, но это привело к вымиранию бабочки под названием данаида монарх, которая откладывает яйца в молочай и на личиночной стадии питается его листьями. Мир, превратившись в совершенный механизм по производству пищи для человека, может сильно обеднеть в остальном.
Возможно, проблему голода на Земле можно решить несколькими путями. Мы могли бы накормить больше людей, снизив потери пищи и потребляя меньше мяса. Мы могли бы питаться водорослями, преобразующими солнечный свет в съедобные калории эффективнее, чем растения суши. Мы могли бы питаться насекомыми, производящими животные белки эффективнее, чем скот.
Но, как обнаружили исследователи пищи из NASA, культура определяет, что мы готовы есть. Наши пищевые предпочтения формируются в детстве, и мы скорее станем ходить голодными, чем есть то, что нам не нравится. Кроме того, население Земли, богатея, ест все больше мяса и позволяет портиться все большему количеству пищи. Развитие технологии следует за культурой, отыскивая новые способы дать нам то, что, как нам кажется, мы хотим. В лучшем мире культура могла бы измениться так, чтобы больше людей захотели делиться богатством, а не копить его, но, пока этого не произойдет, технология, вероятно, будет следовать путем наживы и чистогана.
Что бы ни происходило на Земле, колонии на Титане понадобятся биотехнологии и нетрадиционная пища. Взглянем на цифры. Пищевая промышленность США использует около одного акра земли на человека (это грубое приближение с допуском на разные диеты и разное местоположение этого акра). Акр (0,405 га) — это чуть меньше футбольного поля. Нелегко будет возвести здание такой площади на другой планете. А колонии придется кормить сотни или тысячи человек. Здание самолетостроительного завода компании Boeing в Эверетте, штат Вашингтон, долгое время числившееся самым крупным на Земле, занимает 98 акров.
Мы уже говорили о почти неограниченных запасах энергоносителей на Титане, но для того, чтобы выращивать традиционными способами достаточное количество пищи, понадобятся чудовищные объемы электрического освещения. Тело человека при диете 2700 калорий в день сжигает примерно 130 Вт в час. При нынешней эффективности фотосинтеза и систем освещения нам понадобится 1000 Вт на каждый ватт мощности, доставленный человеческому телу. Даже если электричество будет бесплатным, оборудование, необходимое для производства такого количества света, будет очень громоздким.
Когда мы доберемся до Титана, мы, возможно, уже повысим эффективность растительного фотосинтеза и освещения. Мы можем отыскать способ переработки водорослей и насекомых в аппетитную пищу. Водоросли и насекомых можно было бы выращивать в компактных замкнутых системах, используя пространство максимально эффективно. Временами мы могли бы питаться синтетическим мясом, возможно, в прикуску с настоящим салатом. Мы могли бы кормить сотни людей с одного акра закрытого пространства.
Но, для того чтобы это произошло, культура Титана должна развиваться по иному пути, нежели культура Земли. У его населения должны сформироваться иные вкусы.
