В фильме «Марсианин» 2015 г. астронавт в исполнении Мэтта Деймона оказывается в критической ситуации: ему предстоит выжить в одиночку на промерзшей, безжизненной, лишенной воздуха планете. Товарищи по экипажу случайно оставили его на Марсе, имеющихся припасов хватит всего на несколько дней. Герой должен собрать всю свою храбрость и изобретательность, чтобы протянуть до прибытия спасательной экспедиции.

Фильм получился достаточно реалистичным, чтобы зритель мог прочувствовать трудности, с которыми столкнулись бы марсианские колонисты. Во-первых, это яростные пылевые бури, которые покрывают всю планету тончайшей, напоминающей тальк рыжей пылью. Одна такая буря чуть не опрокинула в фильме космический корабль. Атмосфера Марса почти полностью состоит из углекислого газа, а атмосферное давление составляет всего 1 % от земного, так что без защиты астронавт через несколько минут задохнулся бы в разреженном марсианском воздухе и кровь в его жилах начала бы кипеть. Чтобы выработать кислород для дыхания, Мэтту Деймону пришлось запустить в своей герметичной космической станции химическую реакцию.

А поскольку запасы пищи тоже стремительно таяли, ему пришлось устроить искусственный огород и выращивать растения, используя в качестве удобрений отходы собственной жизнедеятельности.

Астронавт в фильме предпринимает один за другим мучительные шаги, необходимые для создания на Марсе экосистемы, способной долгое время поддерживать его жизнь. Безусловно, «Марсианин» помог разбудить воображение нового поколения, хотя интерес людей к Марсу имеет долгую и интересную историю, которая восходит еще к XIX в.

В 1877 г. итальянский астроном Джованни Скиапарелли обратил внимание на странные тонкие отметины на Марсе, которые казались результатом действия каких-то природных процессов. Он назвал эти отметины canali, то есть протоками (по-английски channel). Однако с итальянского языка на английский их перевели более близким по написанию словом canal — близким по смыслу, но предполагающим искусственное, а не естественное происхождение. Простая ошибка перевода породила целую лавину рассуждений и фантазий и привела к возникновению стойкого мифа о марсианах. Богатый и эксцентричный американский астроном Персиваль Лоуэлл выдвинул теорию: Марс — это умирающая планета, и марсиане выкопали каналы в отчаянной попытке оросить пересохшие поля водой тающих полярных шапок. Лоуэлл посвятил жизнь поиску доказательств своей гипотезы. На свои средства — а у него было значительное состояние — он построил современную обсерваторию в городке Флагстафф в Аризонской пустыне. (Ему так и не удалось доказать существование марсианских каналов, а много лет спустя фотографии с космических зондов показали, что это была всего лишь оптическая иллюзия. Но обсерватория Лоуэлла добилась успехов в других областях: на ней был открыт Плутон и именно здесь были получены первые указания на расширение Вселенной.)

В 1897 г. Герберт Уэллс написал «Войну миров». Марсиане в этом романе планировали уничтожить человечество и «терраформировать» Землю так, чтобы по климату и условиям она стала похожа на Марс. Книга дала начало новому литературному жанру (его можно обозначить как «атаки марсиан»), и праздные эзотерические дискуссии профессиональных астрономов превратились внезапно в вопрос выживания рода человеческого.

В 1938 г. накануне празднования Хеллоуина американский режиссер Орсон Уэллс на основе отрывков из романа поставил серию коротких драматичных и реалистичных радиопередач. В них говорилось, будто на Землю вторглись враждебные марсиане, постановки прерывались выпусками псевдоновостей о ходе вторжения, о том, что земные вооруженные силы уничтожаются лучами смерти и марсиане на гигантских треножниках окружают Нью-Йорк. Часть радиослушателей пришла в ужас, слухи стремительно разлетелись по всей стране. Когда они были разоблачены и хаос пошел на убыль, представители крупных средств массовой информации поклялись никогда больше не устраивать подобных розыгрышей — не излагать вымысел так, как передавали бы реальное сообщение. Этот запрет действует и сегодня.

Марсианская истерия охватила многих людей. Юный Карл Саган был заворожен романами о Марсе — вспомним хотя бы романы о приключениях Джона Картера. В 1912 г. Эдгар Райс Берроуз, прославившийся романами о Тарзане, попробовал свои силы в научной фантастике. Он написал роман о том, как американский солдат времен Гражданской войны перенесся на Марс и какие приключения он там пережил. Берроуз рассуждал так: поскольку тяготение на Марсе намного слабее земного, Джон Картер стал бы там практически сверхчеловеком. Он получил бы возможность прыгать на невероятные расстояния и побеждать инопланетян-тарков, спасая прекрасную Дею Торис. Историки культуры считают, что такое объяснение суперспособностей Джона Картера позже сформировало основу истории про Супермена. В издании Action Comics 1938 г., где впервые появляется Супермен, его суперспособности приписываются именно слабости тяготения Земли в сравнении с его родным Криптоном.

Перспектива поселиться на Марсе может показаться романтичной в научной фантастике, но в реальности она выглядит весьма устрашающе. Одна из стратегий процветания на этой планете состоит в том, чтобы использовать все доступные ресурсы, например лед. Поскольку Марс проморожен насквозь, все, что вам придется сделать для того, чтобы добраться до вечной мерзлоты, — это вырыть яму в пару метров глубиной. Выкопанный лед можно расплавить и очистить для получения питьевой воды или превратить в кислород для дыхания и водород для обогрева и ракетного топлива. Для защиты от радиации и пылевых бурь колонистам, возможно, придется построить подземное убежище. (У Марса настолько разреженная атмосфера и настолько слабое магнитное поле, что частицы, приходящие из космоса, не поглощаются и не отражаются, как на Земле, поэтому космическая радиация будет представлять для колонистов настоящую проблему.) Или было бы удобно устроить первую марсианскую базу в гигантской лавовой трубке возле какого-нибудь вулкана (этот вариант мы уже обсуждали для Луны). Учитывая количество вулканов на Марсе, таких трубок там, вероятно, найдется немало.

Сутки на Марсе имеют примерно ту же продолжительность, что и на Земле. Наклон оси вращения этой планеты по отношению к Солнцу тоже соответствует земному. Но к тяготению на Марсе, которое составляет всего 40 % земного, поселенцам придется привыкать — как и на Луне, им придется упорно тренироваться, чтобы избежать потери мышечной и костной массы. Им также придется свыкнуться с жестоким холодом и вести постоянную борьбу за то, чтобы не замерзнуть насмерть. Температура на Марсе редко превышает температуру замерзания воды, а после захода Солнца может упасть до –127 °C, так что любой отказ оборудования или сбой электроснабжения может представлять опасность для жизни.

Из-за этих и ряда других препятствий, даже если мы сможем отправить первую пилотируемую экспедицию на Марс к 2030 г., нам вряд ли удастся раньше, чем к 2050 г., накопить на этой планете достаточно оборудования и припасов для создания постоянного форпоста.

Поскольку физические нагрузки на Марсе необходимы всем — без них не удастся избежать потерь мышечной массы, — астронавты будут вынуждены активно и в обязательном порядке заниматься спортом. Здесь-то и может обнаружиться, к общей радости, что все они обрели сверхчеловеческие способности.

Но это означает также, что спортивные сооружения придется конструировать заново. Поскольку тяготение на Марсе составляет чуть больше трети земного, человек там, в принципе, может прыгнуть втрое выше, чем на Земле. Он может также бросить мяч втрое дальше, так что баскетбольные и бейсбольные площадки и футбольные поля придется увеличивать.

Более того, атмосферное давление на Марсе составляет около 1 % от земного, а это значит, что аэродинамика бейсбольного и футбольного мяча там кардинально изменится. Главная трудность — точное управление мячом. На Земле атлетам платят миллионы за особенно развитую способность управлять движением мяча, на отработку которой уходят годы практики. Это умение непосредственно связано со способностью атлета управлять вращением мяча.

Летящий мяч порождает в воздухе турбулентность — маленькие круговые вихри, которые заставляют мяч слегка вилять и замедляют его. У бейсбольного мяча эти вихри создаются выпуклыми швами, что и определяет его вращение. У мячика для гольфа они создаются впадинками на его поверхности. У футбольных мячей главную роль играют стыки между панелями покрышки.

Регбисты бросают мяч так, чтобы он быстро вращался в полете. Вращение снижает степень турбулентности у поверхности мяча, и он летит намного дальше и ровнее. Кроме того, из-за быстрого вращения он, как маленький гироскоп, сохраняет направление оси вращения. Такой мяч точнее летит и легче ловится.

Физика воздушных потоков позволяет показать, что многие мифы, имеющие отношение к бросанию бейсбольного мяча, вполне правдивы. Бейсболисты давно уже утверждают, что умеют бросать крученые мячи, и это позволяет им построить траекторию полета, которая на первый взгляд противоречит здравому смыслу.

Однако замедленная съемка показывает, что это утверждение соответствует действительности. Если бейсбольный мяч бросают так, что он почти не вращается в полете, тогда турбулентность вокруг него достигает максимального уровня, а траектория становится беспорядочной. Если такой мяч быстро вращается, давление воздуха с одной его стороны становится чуть больше, чем с другой (благодаря так называемому принципу Бернулли), и мяч может повернуть в определенном направлении.

Все это означает, что низкое атмосферное давление на Марсе может вызвать сложности для атлетов мирового класса с Земли: они потеряют способность управлять мячом. На Марсе, возможно, придется выращивать своих, марсианских, спортсменов. Все это может привести к организации нового Марсианского олимпийского движения и игр, на которых будут разыгрываться награды, в том числе и по неожиданным, физически невозможным на Земле видам спорта, которых пока попросту нет.

Нельзя исключить, что условия на Марсе внесут новую артистичность и элегантность и в уже существующие виды спорта. Фигуристы, к примеру, на Земле могут прыгать не более чем на четыре оборота. Исполнить пятерной прыжок пока не удалось ни одному спортсмену. Объясняется это тем, что высота прыжка определяется скоростью при отрыве от поверхности и силой тяготения. На Марсе фигуристы, благодаря слабому тяготению и низкому атмосферному давлению, смогут взлетать в воздух в три раза выше и исполнять головокружительные прыжки и вращения. Гимнасты на Земле исполняют чудесные винты и перевороты в воздухе, потому что их мышечная сила превышает вес тела. Но на Марсе эта сила будет намного превышать сниженный вес тела, и это позволит им исполнять невиданные никогда прежде винты и перевороты в воздухе.

Когда наши астронавты решат фундаментальные проблемы выживания, они смогут насладиться другими, эстетически приятными сторонами Красной планеты.

Благодаря слабому тяготению, разреженной атмосфере и отсутствию жидкой воды, горы на Марсе могут вырастать до поистине величественных размеров в сравнении с земными горами. Марсианская гора Олимп — крупнейший известный вулкан Солнечной системы. Эта гора примерно в 2,5 раза выше Эвереста и так велика у основания, что если бы можно было поместить ее в Северную Америку, то она протянулась бы от Нью-Йорка до канадского Монреаля. Слабое гравитационное поле означает также, что туго набитые рюкзаки не будут в тягость альпинистам и скалолазам и горовосходители на Марсе смогут демонстрировать те же чудеса выносливости, что и на Луне.

К горе Олимп примыкают три меньших вулкана, выстроившиеся практически по прямой линии. Их наличие и расположение указывают на то, что в древние времена на Марсе шла активная тектоническая деятельность. Удачной аналогией им здесь, на Земле, могут служить Гавайские острова. Внизу, под ложем Тихого океана, плещется постоянное озеро магмы, и при движении тектонической плиты над ним давление магмы периодически прорывается через кору, образуя очередной остров Гавайской гряды. Но тектоническая активность на Марсе, судя по всему, давно завершилась, что свидетельствует об остывании ядра планеты.

Крупнейший каньон на Марсе и, вероятно, во всей Солнечной системе — Долины Маринера — настолько велик, что, если поместить его в Северную Америку, он протянулся бы от Нью-Йорка до Лос-Анджелеса. Туристы, видевшие Большой каньон на Земле, были бы поражены такой сетью инопланетных каньонов. Но, в отличие от Большого каньона, по дну Долин Маринера не протекает река. Согласно новейшей теории, каньон, растянувшийся примерно на 5000 км, представляет собой стык двух древних тектонических плит, примерно как известный разлом Сан-Андреас на Земле.

Первоклассными приманками для туристов станут две гигантские полярные ледовые шапки Красной планеты. Они отличаются от земных, будучи образованными из льда двух типов. Ледовая шапка первого типа состоит из замерзшей воды. Это постоянная деталь ландшафта, которая большую часть марсианского года остается практически неизменной. Вторая разновидность состоит из сухого льда или замерзшего углекислого газа. Такие шапки расширяются и сжимаются в зависимости от времени года. Летом сухой лед испаряется и исчезает, оставляя только шапки из настоящего водяного льда. В результате вид полярных ледовых шапок на протяжении года меняется довольно сильно.

Если поверхность Земли постоянно меняется, то основные топографические объекты Марса остаются почти неизменными уже миллиарды лет. Поэтому многие черты Красной планеты не имеют аналогов в земной топологии. Здесь, к примеру, можно назвать остатки тысяч гигантских метеоритных кратеров, образовавшихся в разные времена. На Земле тоже когда-то были гигантские метеоритные кратеры, но водная эрозия буквально стерла многие из них с лица нашей планеты. Более того, значительная часть поверхности Земли обновляется каждые несколько сотен миллионов лет благодаря тектонической активности, так что все древние кратеры со временем трансформировались в совершенно новый ландшафт. На Марсе мы видим ландшафт, как бы замерший во времени.

Во многих отношениях о поверхности Марса мы знаем больше, чем о поверхности Земли. Около трех четвертей земной поверхности покрыто океанами, тогда как на Марсе океанов нет. Наши космические аппараты на орбите Марса сфотографировали каждый квадратный метр его поверхности и снабдили нас подробной картой рельефа. Сочетание льда, снега, пыли и песчаных дюн рождает на Марсе диковинные геологические формации, которых на Земле не увидишь. Прогуляться по Марсу — мечта любого туриста.

Единственным очевидным препятствием для превращения Марса в туристическую планету могли бы стать чудовищные пылевые вихри, которые там очень часты. Их следы можно видеть в пустыне чуть ли не ежедневно. Иногда они поднимаются выше Эвереста; земные аналоги, которые поднимаются в воздух не более чем на несколько сотен метров, по сравнению с ними показались бы карликами. Кроме того, там бывают свирепые песчаные бури, иногда на несколько недель укутывающие весь Марс песчаным покрывалом. Однако, благодаря низкому атмосферному давлению на Красной планете, они не особенно разрушительны. Бешеные ветры со скоростями свыше 150 км/ч астронавты будут ощущать как легкий бриз. Конечно, они могут оказаться серьезной помехой — пылинки, попадая в скафандры, машины и приборы, способны вызывать отказы и поломки, но повалить дом или другую постройку они не сумеют.

Из-за большой разреженности воздуха самолетам для полета на Марсе будут нужны крылья значительно большего размера, чем на Земле. Летательному аппарату на солнечной энергии потребуется огромная несущая поверхность, и потому он окажется слишком дорогим, чтобы использовать его для отдыха или спорта. Вероятно, мы не увидим туристов, летающих над марсианскими каньонами, как они это делают над Большим каньоном на Земле. А вот воздушные шары и полумягкие дирижабли могут оказаться вполне рентабельным средством передвижения, несмотря на низкие температуры и разреженный воздух. Они позволят исследовать марсианский рельеф с гораздо более близкого расстояния, чем это делают орбитальные аппараты, и при этом охватить значительные площади поверхности. Возможно, флотилии воздушных шаров и дирижаблей когда-нибудь станут привычным зрелищем в небе Марса.

Чтобы обеспечить долговременное присутствие человека на Красной планете, необходимо найти способ вырастить в ее негостеприимных условиях настоящий райский сад.

Роберт Зубрин — аэрокосмический инженер, работавший в компаниях Martin Marietta и Lockheed Martin, — основал Марсианское общество и уже много лет является одним из самых активных пропагандистов колонизации Красной планеты. Цель Зубрина — убедить общество профинансировать пилотируемую экспедицию. Когда-то его голос был чуть ли не единственным и он готов был убеждать каждого, кто согласится слушать, а теперь за советом к нему обращаются крупные компании и правительства.

Я несколько раз брал у Зубрина интервью, и каждый раз его энтузиазм, энергия и преданность делу бросались в глаза. На вопрос о том, что послужило толчком к такой одержимости космосом, он рассказал, что началось все еще в детстве с чтения фантастики. Кроме того, он был буквально околдован, когда в 1952 г. фон Браун показал, что экспедиция из десяти космических кораблей, собранных на орбите, могла бы доставить экипаж из 70 астронавтов на Марс.

Я спросил доктора Зубрина, как увлеченность фантастикой трансформировалась в дело его жизни — борьбу за экспедицию к Марсу. «Все дело в советском „Спутнике-1“, — ответил он. — На взрослых он нагонял ужас, но я тогда испытал настоящий восторг». В 1957 г. Зубрина покорил запуск первого в мире искусственного спутника, потому что это означало: все, о чем он читал в фантастических романах, может сбыться на самом деле. Он твердо верил, что когда-нибудь научная фантастика превратится в научный факт.

Доктор Зубрин принадлежит к поколению, своими глазами видевшему, как Соединенные Штаты начинают с нуля и становятся величайшей космической державой планеты. Позже общее внимание американцев полностью захватили Вьетнамская война и внутренние неурядицы, и работа астронавтов на Луне стала казаться чем-то далеким и неважным. Бюджеты резали по живому. Программы закрывались. Хотя общественное мнение обернулось против космической программы, доктор Зубрин сохранил убежденность в том, что следующим пунктом в повестке дня должен стать Марс. В 1989 г. президент Джордж Буш-старший возбудил воображение публики, упомянув о планах добраться до Марса к 2020 г. Впрочем, возбуждение длилось недолго: уже на следующий год стало ясно, что стоимость проекта составила бы около $450 млрд. Американцы испытали шок от такой цены, и планы марсианской экспедиции были вновь положены на полку.

Зубрин годами мотался по миру, пытаясь заручиться поддержкой для своих амбициозных планов. Понимая, что общество не поддержит схемы, которые выходили бы за рамки бюджета, он предложил немало новаторских и одновременно реалистичных подходов к колонизации Красной планеты. До развернутой им активной деятельности большинство людей не воспринимали всерьез проблему финансирования будущих космических экспедиций.

В 1990 г. Зубрин предложил снизить стоимость экспедиции, разбив ее на две части. Согласно проекту Mars Direct, на Марс сначала предполагалось послать автоматический космический корабль Earth Return Vehicle. Она несет небольшое количество водорода, всего 8 т, но на месте, используя неограниченные запасы углекислого газа, содержащегося в марсианской атмосфере, получает до 112 т метана и кислорода — достаточное количество ракетного топлива для последующего обратного путешествия. Как только топливо изготовлено, астронавты стартуют с Земли в корабле Mars Habitat Unit, заправленном небольшим количеством топлива — только на полет до Марса. После посадки на Марс они проводят научные эксперименты, покидают Mars Habitat Unit и переходят в Earth Return Vehicle, заправленный под завязку вновь произведенным ракетным топливом. Этот корабль должен доставить экипаж обратно на Землю.

Критики порой приходят в ужас, когда слышат, что Зубрин предлагает выписать астронавтам билет на Марс в один конец, как будто заранее рассчитывая на их гибель на Красной планете. Он же терпеливо объясняет, что топливо на обратный полет можно произвести на Марсе, но при этом добавляет: «Жизнь вообще путь в один конец, и один из способов прожить ее — отправиться на Марс и положить там начало новой ветви человеческой цивилизации». Зубрин уверен, что через 500 лет историки, возможно, даже не вспомнят все мелкие войны и конфликты XXI столетия, а вот основание поселений на Марсе человечество будет отмечать обязательно.

НАСА взяло на вооружение некоторые элементы стратегии Mars Direct, но изменило философию марсианской программы: ее приоритетами стали стоимость, эффективность и максимальное использование местных ресурсов. Кроме того, Марсианское общество Зубрина построило на Земле прототип марсианской базы Mars Desert Research Station (MDRS). Для этого выбран штат Юта, природа которого лучше всего имитирует условия Красной планеты: холодная, пустынная, безжизненная земля, почти лишенная растительности и животного мира. Сердце MDRS — жилой модуль, двухэтажное цилиндрическое здание, способное вместить семерых членов экипажа. Кроме того, на базе имеется большая обсерватория для наблюдения за звездами. MDRS принимает добровольцев, которые подписываются на двух- или трехнедельное пребывание на станции. Их учат исполнять обязанности будущих астронавтов на марсианской базе: проводить научные эксперименты и наблюдения, осуществлять обслуживание станции. Организаторы MDRS пытаются сделать опыт пребывания на станции как можно более реалистичным и используют работу групп для оценки психологических аспектов длительной изоляции на Марсе в компании людей, по сути малознакомых. С основания станции в 2001 г. через нее прошло более тысячи человек.

Тяга людей к Марсу так сильна, что идея его покорения вызвала к жизни несколько предприятий сомнительной ценности. К примеру, MDRS не следует путать с программой Mars One, предлагающей билет на Марс в один конец всякому, кто пройдет некий набор тестов. Поданы сотни заявлений, притом что на самом деле у этой программы нет никаких конкретных способов добраться до Марса. Реклама утверждает, что ракета будет оплачена за счет добровольных пожертвований и проката фильма, снятого о будущей экспедиции. Скептики обвиняют организаторов программы Mars One в том, что они лучше умеют заговаривать зубы прессе, чем привлекать к работе над своей программой реальные научные кадры.

Еще одной диковинной попыткой сформировать изолированную колонию, подобную тем, что мы создали бы на Марсе, стал проект «Биосфера-2» (Biosphere 2). На его реализацию выделило $150 млн семейство Бассов. В Аризонской пустыне был воздвигнут комплекс в виде купола из стекла и стали площадью около 1,2 га. Это замкнутое пространство может вместить восемь человек и 3000 видов растений и животных. С его помощью предполагалось выяснить, могут ли люди выжить в контролируемой изолированной среде, напоминающей то, что мы, возможно, создадим на другой планете. С самого старта в 1991 г. эксперимент преследовали всевозможные неудачи, споры, скандалы и отказы техники. Он часто попадал в заголовки новостей, но давал мало реальных научных результатов. К счастью, к 2011 г. все оборудование и сооружения были переданы Университету Аризоны; и теперь в пустыне действует солидный исследовательский центр.

Основываясь на опыте MDRS и на других данных, доктор Зубрин предсказывает, что колонизация Марса будет проходить в предсказуемой последовательности. По его мнению, первым приоритетом будет устройство на поверхности Марса базы примерно для 20–50 астронавтов. Кто-то из них поработает на базе несколько месяцев и вернется на Землю, кто-то поселится там навсегда и сделает базу своим постоянным домом. Со временем люди на Марсе начнут считать себя не столько астронавтами, сколько поселенцами.

Первое время большую часть припасов необходимо будет доставлять с Земли. На втором этапе население Марса вырастет до нескольких тысяч человек и колония сможет более успешно использовать полезные ископаемые планеты. Красноватый оттенок песков Марса объясняется содержанием в них оксида железа (ржавчины), так что поселенцы смогут получать железо и сталь для строительства. Электричество должны вырабатывать большие солнечные станции, собирающие энергию Солнца. Углекислый газ из атмосферы можно будет использовать для выращивания растений. Постепенно марсианское поселение будет становиться самодостаточным и устойчивым.

Но самым трудным станет следующий шаг. В конце концов колонистам придется найти способ медленно нагреть атмосферу Марса, чтобы по поверхности Красной планеты вновь, впервые за 3 млрд лет, потекла вода. Это сделает возможным сельское хозяйство и, со временем, возникновение крупных городов. В этот момент начнется третий этап, и на Марсе расцветет новая цивилизация.

Приблизительные расчеты показывают, что в наше время терраформирование Марса было бы неприемлемо дорогостоящей задачей и на него уйдет не одно столетие. Однако энтузиастов вдохновляет уже то, что когда-то на Марсе, по географическим данным, жидкой воды было в избытке — на поверхности планеты имеются речные долины, русла и даже очертания древнего океана размером с Соединенные Штаты. Миллиарды лет назад Марс остыл быстрее Земли, и, когда расплавленная Земля еще не успела затвердеть, на нем уже установился тропический климат. Сочетание мягкого климата и обилия воды заставляет некоторых ученых предположить, что ДНК впервые образовалась на Марсе. Согласно этому сценарию, столкновение Марса с гигантским метеоритом выбросило в открытый космос громадное количество обломков, некоторые из них долетели до Земли и упали на поверхность, засеяв ее марсианской ДНК. Если эта теория верна, тогда все, что вам нужно сделать, чтобы увидеть марсианина, — это посмотреть в зеркало.

Зубрин указывает, что терраформирование вовсе не новый невиданный процесс. В конце концов, молекула ДНК постоянно терраформирует Землю. Жизнь перевернула экологию Земли целиком, во всех ее аспектах, начиная с состава атмосферы и топографии земной поверхности и заканчивая компонентным составом океанов. Так что, начав терраформировать Марс, мы будем следовать самой Природе.

Чтобы запустить процесс терраформирования, мы могли бы «впрыснуть» в атмосферу Марса метан и водяной пар, чтобы вызвать искусственный парниковый эффект. Парниковые газы поглощали бы солнечный свет и медленно, но верно поднимали температуру ледовых шапок Марса. По мере таяния лед насыщал бы атмосферу Красной планеты водяным паром и углекислым газом.

Мы могли бы также вывести на орбиту Марса спутники-отражатели, которые направляли бы концентрированный солнечный свет прямо на ледовые шапки. Спутники можно синхронизировать таким образом, чтобы они висели над планетой в фиксированной точке и направляли энергию в полярные области Марса. На Земле мы направляем тарелки спутникового телевидения на аналогичные геостационарные спутники, висящие на высоте около 40 000 км над поверхностью. Они кажутся нам неподвижными, так как делают полный оборот вокруг Земли за 24 часа. (Геостационарные спутники находятся на экваториальной орбите, то есть «висят» над экватором. Это означает, что энергия с таких спутников будет приходить к полюсу под острым углом или ее нужно будет передавать отвесно вниз на экватор и уже потом транспортировать к полюсам. К сожалению, и в том и в другом варианте не обойтись без потерь энергии.)

По такой схеме марсианские солнечные спутники должны будут развернуть гигантские многокилометровые в поперечнике полотнища, на которых поместится огромное количество зеркал или солнечных панелей. Солнечный свет можно будет либо фокусировать и затем направлять на ледовые шапки, либо превращать в другой вид энергии при помощи солнечных элементов и направлять вниз в виде микроволн. Это один из наиболее эффективных, хотя и дорогостоящих, вариантов терраформирования: он безопасен, не загрязняет окружающую среду и гарантирует минимальные разрушения на поверхности Марса.

Предлагаются и другие стратегии. Можно, например, изучить перспективы использования богатого метаном Титана — одной из лун Юпитера — и возможность переброски метана оттуда на Марс. Это могло бы усилить желаемый парниковый эффект: метан, да будет вам известно, в 20 раз эффективнее поглощает тепло, чем углекислый газ. Еще один возможный метод предусматривает использование оказавшихся неподалеку комет или астероидов. Как мы уже говорили, кометы состоят в основном изо льда, а астероиды, насколько нам известно, содержат аммиак, являющийся парниковым газом. Пролетающие мимо кометы и астероиды можно слегка отклонить, чтобы вывести на околомарсианскую орбиту, затем перенаправить еще раз, чтобы вывести на очень медленную спираль падения на Марс. При входе в марсианскую атмосферу трение нагреет их и в конце концов разрушит, высвободив водяной пар или аммиак. При наблюдении с поверхности Марса астероид на такой траектории представлял бы собой великолепное зрелище. В каком-то смысле проект НАСА под названием Asteroid Redirect Mission (ARM) можно рассматривать как пробный шар для подобного предприятия. Напомню, что ARM — планируемая экспедиция НАСА, целью которой будет либо доставить на Землю образцы грунта с астероида или кометы, либо слегка изменить их траекторию. Разумеется, технологию для этого придется отлаживать и точно настраивать, иначе мы рискуем направить гигантский астероид на поверхность Марса и разнести колонию вдребезги.

Еще более неортодоксальная идея, которую предлагает Илон Маск, состоит в том, чтобы растопить ледовые шапки, взорвав на большой высоте над ними водородные бомбы. В принципе, это возможно уже сейчас, все необходимые технологии отработаны. Водородные бомбы, хотя и охраняются очень серьезно, относительно недороги в производстве, и мы, конечно, найдем способ, чтобы взрывать их десятками над ледовыми шапками с помощью современных ракет. Однако никто не знает, насколько стабильны ледовые шапки и какие у этой процедуры могут быть долгосрочные последствия. Многих ученых беспокоит риск незапланированных и неприятных изменений.

Если бы ледовые шапки Марса удалось полностью растопить, то получившейся воды, по некоторым оценкам, хватило бы, чтобы всю планету покрыл океан глубиной от 5 до 10 м.

Все эти проекты и предложения имеют одну цель — довести марсианскую атмосферу до того критического момента, когда процесс потепления станет самоподдерживающимся. Чтобы запустить процесс таяния льдов, достаточно было бы поднять температуру на 6 °C. Парниковые газы, высвободившиеся из ледовых шапок, разогрели бы атмосферу. Углекислый газ, поглощенный пустыней целую вечность назад, также высвободился бы и внес свой вклад в разогрев планеты, вызвав дальнейшее таяние. Таким образом, разогрев Марса продолжался бы без дальнейшего вмешательства извне. Чем теплее становилось бы на планете, тем больше водяного пара и углекислого газа высвобождалось в атмосферу — а это, в свою очередь, еще сильнее разогревало бы планету. Этот процесс мог бы идти почти до бесконечности, при этом повышая атмосферное давление на Марсе.

Как только вода наполнит древние русла Марса, поселенцы смогут всерьез развивать масштабное сельское хозяйство. Растения обожают углекислый газ, так что даже в открытом грунте, возможно, удастся вырастить первые урожаи, а отходы растений можно будет использовать для формирования почвенного слоя. Кроме того, можно запустить еще одну положительную обратную связь: чем больше выращивается растений, тем больше перегноя для почвы, на которой, в свою очередь, будут расти новые урожаи. Кстати говоря, в верхних слоях марсианского грунта содержатся магний, натрий, калий и хлор — ценные питательные вещества, которые помогут развитию растений. А растения, размножаясь, начнут вырабатывать кислород — один из важнейших элементов терраформирования Марса.

Ученые уже создали теплицы, в которых смоделированы жесткие условия Марса, чтобы посмотреть, смогут ли там выжить растения и бактерии. В 2014 г. Институт передовых идей НАСА объединился с компанией Techshot для строительства биокуполов с контролируемой средой, в которых предполагалось выращивать производящие кислород цианобактерии и водоросли. Предварительные эксперименты показывают, что некоторые формы жизни вполне способны процветать в таких условиях. В 2012 г. ученые Лаборатории моделирования Марса при немецком Аэрокосмическом центре обнаружили, что лишайники — формы жизни, схожие со мхами, — способны прожить в таких условиях по крайней мере месяц. В 2015 г. исследователи из Университета Арканзаса доказали, что четыре вида метанопродуцентов — микроорганизмов, вырабатывающих метан, — могут выжить в условиях обитания, напоминающих марсианскую экосреду.

Еще более амбициозен проект НАСА под названием Mars Ecopoiesis Test Bed, в рамках которого предполагается отправить на Марс на борту марсохода особенно живучие бактерии и растения, такие как экстремофильные фотосинтезирующие водоросли и цианобактерии. Эти формы земной жизни предполагается поместить в емкости с водой, которые марсоход ввинтит прямо в марсианский грунт. Ученые намерены таким образом отследить появление кислорода в емкостях, что должно указывать на активный процесс фотосинтеза. Если этот эксперимент окажется успешным, Марс, возможно, когда-нибудь покроется сетью ферм подобного рода, которые станут вырабатывать кислород и пищу.

Весьма вероятно, что к началу XXII в. технологии четвертой волны — нано- и биотехнологии, а также искусственный интеллект — будут достаточно развиты, чтобы оказать глубокое влияние на процесс терраформирования Марса.

Некоторые биологи утверждают, что методы генной инженерии, возможно, позволят создать новые виды водорослей для жизни на Марсе — в грунте конкретного химического состава или в заново образовавшихся озерах. Эти водоросли будут прекрасно себя чувствовать в холодной разреженной, богатой углекислым газом атмосфере и начнут вырабатывать значительное количество кислорода в качестве побочного продукта или даже отходов жизнедеятельности. Кроме того, они будут съедобны, а при помощи биоинженерных технологий им придадут вкус каких-нибудь земных продуктов. Вдобавок биоинженеры позаботятся о том, чтобы из этих организмов получалось идеальное удобрение.

В фильме «Звездный путь II: Гнев Хана» было показано действие фантастической новой технологии, которая называлась «Устройство творения». Это устройство способно было почти мгновенно терраформировать мертвые планеты в пышные, пригодные для жизни миры. Оно взрывалось, как бомба, разбрасывая сильно переработанную генетиками ДНК. Всюду, куда попадала эта «супер-ДНК», тут же укоренялись клетки и возникали густые джунгли. В результате планета терраформировалась за несколько дней.

В 2016 г. Клаудиус Грос, профессор Университета им. Гёте во Франкфурте, опубликовал статью в журнале Astrophysics and Space Science, в которой подробно описал, как могло бы выглядеть «Устройство творения». Он предсказывает, что создание примитивной версии такого устройства возможно уже через 50–100 лет. Первым делом ученые на Земле должны тщательно проанализировать экологию безжизненной планеты. По температуре, химическому составу грунта и атмосферы можно будет определить, какого типа ДНК следует заносить на эту планету. После этого туда отправят целые флотилии роботизированных дронов, которые доставят миллионы наноразмерных десантируемых капсул с целой линейкой различных вариантов ДНК. Когда содержимое высвободится из капсул, ДНК, разработанная и изготовленная специально для характерной для этой планеты среды, окажется на грунте и начнет размножаться. Содержимое капсул будет разработано таким образом, чтобы воспроизводить себя, создавая семена и споры и используя при этом минералы, которые удастся обнаружить. В результате на безжизненной планете возникнет растительность.

Доктор Грос уверен, что жизнь на свежезасеянной планете должна будет развиваться добрым старым способом — путем эволюции. Он предупреждает, что, если мы попытаемся чрезмерно ускорить этот процесс, могут произойти «экологические катастрофы глобального масштаба», особенно если какие-то однотипные формы жизни вдруг начнут размножаться так стремительно, что вытеснят из экосистемы все остальные жизненные формы.

Если бы нам удалось в действительности терраформировать Марс, что могло бы помешать ему чуть позже вернуться в первоначальное безжизненное состояние? Попытка разобраться в этом вновь приводит нас к критическому вопросу, не одно десятилетие мучившему астрономов и геологов: почему Венера, Земля и Марс развиваются так по-разному?

Когда Солнечная система только сформировалась, эти три планеты были во многом схожи. На них шла вулканическая деятельность, высвобождавшая в атмосферу каждой планеты большое количество углекислого газа, водяного пара и других газов. (Именно поэтому атмосферы Венеры и Марса даже сегодня состоят почти исключительно из углекислого газа.) Водяной пар собирался в облака, и дожди создавали на поверхности планет русла рек и впадины озер. Если бы они располагались ближе к Солнцу, океаны на них выкипели бы; если дальше от Солнца — замерзли. Но эти три планеты находились в пределах либо очень близко к зоне жизни вокруг звезды — там, где условия позволяют воде оставаться в жидкой форме. Жидкая вода — это тот «универсальный растворитель», из которого вышли первые органические вещества.

Венера и Земля почти идентичны по размеру. По сути, это небесные близнецы и, по идее, должны были бы следовать одним и тем же эволюционным путем. Когда-то писатели-фантасты описывали Венеру как юный изумрудно-зеленый мир, из которого получилось бы идеальное место отдыха для усталых астронавтов. В 1930-е гг. Эдгар Райс Берроуз в романе «Пираты Венеры» (Pirates of Venus) познакомил читателей с авантюристом Карсоном Нэпьером. Венера в романе описывалась как покрытая джунглями страна чудес, полная приключений и опасностей. Однако сегодня мы знаем, что Венера и Марс совсем не похожи на Землю. Миллиарды лет назад произошло нечто такое, что направило эти три планеты по очень разным путям развития.

В 1961 г., когда в воображении читателей еще доминировали романтические представления о венерианской утопии, Карл Саган выдвинул спорную гипотезу о том, что Венера пострадала от парникового эффекта, который пошел вразнос, и потому на этой планете дьявольски жарко. Его новаторская и немного пугающая теория состояла в том, что углекислый газ для света подобен улице с односторонним движением. Видимый свет легко проходит сквозь углекислый газ внутрь венерианской атмосферы, поскольку углекислый газ для него прозрачен. Однако, поглотившись поверхностью планеты, обратно свет выходит уже в виде инфракрасного излучения, которое не может с легкостью покинуть атмосферу. Излучение оказывается в ловушке — процесс этот аналогичен тому, как теплица зимой захватывает солнечный свет или как салон автомобиля нагревается под лучами солнца. На Земле этот процесс тоже имеет место, но на Венере он многократно усилен, поскольку эта планета намного ближе к Солнцу; в результате парниковый эффект там вышел из-под контроля.

Правоту Сагана удалось доказать уже в следующем году, когда зонд Mariner 2 пролетел мимо Венеры. Картина оказалась шокирующей: температура на планете составляла ужасающие 480 °C. Этого достаточно, чтобы плавились олово, свинец и цинк. Венера предстала не тропическим раем, а раскаленным адом доменной печи. Следующие космические аппараты подтвердили дурные новости. Даже дождь на Венере не приносит облегчения, поскольку состоит из едкой серной кислоты. Ирония судьбы: великолепный блеск Венеры (а мы помним, что эта планета носит имя древнеримской богини любви и красоты) на нашем ночном небе объясняется присутствием на ней серной кислоты, которая прекрасно отражает свет.

В дополнение к этому выяснилось, что атмосферное давление на Венере почти в 100 раз превышает земное. Объясняется это опять же парниковым эффектом. На Земле большая часть углекислого газа выведена из оборота — у нас этот газ растворен в океане и горных породах. А вот на Венере температура повысилась настолько, что океаны просто выкипели, а горные породы, в которых мог бы раствориться углекислый газ, прокалились и высвободили его. Чем больше углекислого газа выделялось из грунта, тем более горячей становилась планета, и наоборот. Так возникла петля положительной обратной связи.

Из-за высокого атмосферного давления находиться на поверхности Венеры — это как погрузиться примерно на километр в глубины земного океана. Человека там раздавит как скорлупку. Но если бы мы нашли способ справиться и с давлением, и с обжигающими температурами, мы все равно столкнулись бы c различными трудностями: например, воздух на Венере настолько плотен, что ходьба по ее поверхности должна напоминать движение в патоке.

С учетом этих ограничений о терраформировании Венеры и речи быть не может.

Если Венера, планета-близнец Земли, пошла по другому пути развития потому, что находилась ближе к Солнцу, то чем можно объяснить эволюцию Марса?

Ключевой фактор здесь — то, что Марс не только располагается дальше от Солнца, он еще и намного меньше Земли и потому остывал быстрее. У Красной планеты уже нет расплавленного ядра. Магнитное поле Земли формируется благодаря движению металла в ее жидком ядре — это и порождает электрические токи. Поскольку сейчас ядро Марса твердое, оно не в состоянии генерировать сколько-нибудь существенное магнитное поле. Остаточная намагниченность марсианских горных пород свидетельствует, что некогда магнитное поле на Марсе было, но потом по каким-то причинам перестало существовать. Возможно, именно поэтому Марс потерял плотную атмосферу и воду. В отсутствие магнитного поля, которое прикрывает атмосферу от вредных солнечных лучей и вспышек, ее постепенно унесло в космос солнечным ветром. А с падением атмосферного давления выкипели и марсианские океаны.

И еще один процесс ускорил потерю атмосферы. Значительная часть имевшегося на Марсе углекислого газа растворилась в океанах и превратилась в различные соединения углерода, которые со временем отложились на океанском дне. На Земле тектоническая активность периодически изменяет континенты и позволяет углекислому газу вновь подняться на поверхность. Поскольку ядро Марса, вероятно, твердое, на этой планете уже нет сколько-нибудь значительной тектонической активности и углекислый газ оказался навсегда запертым в породах. Соответственно, когда уровень углекислого газа начал падать, возник эффект, обратный парниковому, и планета ушла в глубокую заморозку.

Драматический контраст между Марсом и Венерой помогает нам глубже понять и оценить геологическую историю Земли. Земное ядро, в принципе, могло бы остыть миллиарды лет назад, но оно до сих пор жидкое, поскольку, в отличие от марсианского ядра, содержит высокорадиоактивные минералы, такие как уран и торий, с периодом полураспада в миллиарды лет. Всякий раз, сталкиваясь с невероятной мощью вулканического взрыва или опустошениями, вызванными сильным землетрясением, мы на собственном опыте убеждаемся, что энергия радиоактивного ядра Земли ускоряет события на поверхности планеты и помогает поддерживать на ней жизнь.

Тепло, вырабатываемое радиоактивностью глубоко в недрах Земли, заставляет железное ядро планеты непрерывно перемешиваться и порождать магнитное поле. Это поле защищает атмосферу от солнечного ветра и отклоняет смертельную радиацию из космоса. (Наглядное подтверждение тому мы наблюдаем в виде полярного сияния, которое возникает, когда потоки солнечных частиц сталкиваются с магнитным полем Земли. Поле вокруг Земли похоже на гигантский дымоход, направляющий частицы из внешнего космоса к полюсам, так что большая их часть либо отводится в сторону, либо поглощается атмосферой.) Земля больше Марса, поэтому и остывает она медленнее.

Теперь мы можем вернуться к вопросу о том, как нам удержать Марс после терраформирования от возвращения в первоначальное состояние. Один из предлагаемых методов, весьма амбициозный, состоит в том, чтобы сформировать вокруг планеты магнитное поле. Для этого нам пришлось бы обмотать Марс по экватору гигантскими сверхпроводящими петлями, создав таким образом электромагнитную катушку. Применив законы электромагнетизма, можно будет рассчитать количество энергии и материалов, необходимых для изготовления такого сверхпроводящего пояса. Но надо признать, что в этом веке столь грандиозное предприятие выходит далеко за рамки наших возможностей.

Однако поселенцы на Марсе, скорее всего, не будут рассматривать угрозу возвращения планеты в первоначальное состояние как проблему, требующую немедленного решения. Терраформированная атмосфера, по всей видимости, могла бы оставаться относительно стабильной на протяжении столетия или даже дольше, так что усовершенствования можно будет вводить постепенно — десятилетиями и даже столетиями. Необходимость постоянного мониторинга и поддержания статус-кво, возможно, будет досадной помехой, но это небольшая плата за новый форпост человечества в космосе.

Терраформирование Марса станет первоочередной задачей XXII в. Но воображение ученых заглядывает дальше Марса. Самые интересные перспективы, возможно, будут связаны со спутниками газовых гигантов, включая Европу (спутник Юпитера) и Титан (спутник Сатурна). Когда-то считалось, что луны газовых гигантов — это всего лишь безжизненные обломки камня, ничем не отличающиеся друг от друга, но сейчас уже ясно, что каждая из них уникальна и поражает своими гейзерами, океанами, каньонами и атмосферными явлениями. Именно спутники газовых гигантов многие сегодня считают будущими обиталищами человечества.