Terraformace Marsu - nová studie NASA

Jednoho dne bude lidstvo potřebovat novou planetu. Už teď je nám vlastně ta naše tak trochu malá. K nedostatku zdrojů se přidá vrozená podnikavost - a pak už nestojí kolonizaci dalších planet nic v cestě. Nebo přece jen stojí? 

Pozornost se logicky obrací na naše sousední planety, Mars a Venuši. Zatímco Venuše je žhavým peklem, kde všeho tak trochu přebývá (teplota, tlak, atmosféra), zdá se být Mars optimálním kandidátem. Nemá sice téměř žádnou atmosféru, ale pod svým povrchem má zásobárny zmrzlé nebo dokonce i tekuté vody.

Jednoho dne tam přistanou lidé a musí už jen zahustit atmosféru, zvýšit teplotu a voda se může uvolnit na povrch - doufají optimisté. Pak bude terraformace pokračovat vysazením rostlin, které udělají z nehostinné atmosféry dýchatelnou variantu. Na konci bude čekat oáza k výletům nebo útočiště pro případ, že na Zemi proběhne nějaká větší katastrofa - například dopad velkého asteroidu.

Na papíře to vypadá jednoduše - jaká je ale realita? Nedávná studie NASA bohužel dospěla k nepříliš optimistickým vývodům. Mars se na Zemi 2.0 proměnit nedá, terraformace nebude fungovat.

Příliš málo atmosférického CO2

Celý plán zhatí už první krok - výroba atmosféry. Marsovská atmosféra se dnes skládá převážně jen z CO2. Není to náhoda. Na planetě se udrží jen sloučeniny s vyšší molekulární hmotností.

 

Porovnejme hmotnost molekul CO2 a ostatních plynů, které před miliardami let na planetu zanesly komety. Čpavek má 17 jednotek (skládá se z dusíku - 14 jednotek a třech vodíků - po 1 jednotce), voda - 18 (kyslík - 16 a dva vodíky - 1). CO2 si může připsat celých 44 jednotek (uhlík se 12 a dva kyslíky po 16 jednotkách). 

Čím lehčí molekula, tím pravděpodobnější je, že ji planeta ztratí do svého okolí. Lehčí molekuly totiž při zahřívání získávají vyšší kinetickou energii a tím i rychlost. Přitom neobdrží všechny molekuly stejnou rychlost. Některé jsou pomalejší a některé velice rychlé.

Malá kosmická tělesa (a Mars k nim bohužel patří) nemají dostatečnou přitažlivost na to, aby udržely ty nejrychlejší z molekul ve svém gravitačním poli.

Lehčí molekuly mají také tendenci se koncentrovat ve vyšších vrstvách atmosféry, kde na ně působí sluneční záření, rozkládá je na jednotlivé atomy a ionizuje je.

Působením UV záření Slunce může planeta bez znatelného magnetického pole o určité součásti své atmosféry přijít ještě rychleji, než jen pouhou ztrátou díky vysoké rychlosti některých atomů a molekul.

Gravitace naší Země je naštěstí dost silná na to, aby si svou atmosféru udržela. Navíc naši atmosféru chrání dobře vyvinuté magnetické pole.

Na Marsu to bohužel vypadá úplně jinak. Mars se může pochlubit jen zlomkem hmotnosti (kolem 0,1) Země. Odpovídající je i gravitační zrychlení na jeho povrchu (3,7 m/s2). Pro srovnání - rychlost malé části lehkých molekul, zahřátých na běžnou (nijak vysokou) teplotu může klidně dosáhnout 5 km/s2 (rychlost není jednotná, část molekul bývá pomalejší a malá část daleko rychlejší než průměr). Ztráty jsou pak neodvratné. Proto se do dnešního dne uchovala na Marsu jen velice řídká atmosféra, která odpovídá té pozemské ve výšce 80 km - a navíc ji tvoří převážně jen relativně těžké molekuly - CO2.

Vyplývá z toho hned několik nepříjemných následků

Znamená to, že pokud na Mars dopravíme atmosféru podobnou Zemi - Mars ji zase časem ztratí. A nebude to jen díky nízké gravitaci. Na ztrátách se podílí také sluneční záření. Pro srovnání - dnešní řídká atmosféra z Marsu uniká rychlostí 100 g až 1,3 kg za vteřinu (podle intenzity momentální sluneční aktivity, údaje pocházejí z měření orbitální sondy MAVEN).

Dalo by se dokonce říci, že na tom, že má dnes Marsvůbec nějakouatmosféru, se podílejí také chladné teploty, které panují na této blízké planetě. Velká část  (běžné odhady udávají 30-40 procent) CO2 zamrzla na povrchu nebo těsně pod ním.

CO2 led nacházíme většinou na pólech planety. V létě se atmosférický tlak nad danou oblastí trochu zvyšuje, zatímco v zimě klesá. Zmrzlé zásoby CO2 jsou proti ztrátě do okolního vesmíru chráněny lépe, než kdyby se tento plyn nacházel v teplejší atmosféře. Pokud Mars nějakým způsobem “zahřejeme” a zásoby roztavíme, budou ztráty daleko vyšší než dnes. Vyšší ztráty znamenají řidší atmosféru - a řidší atmosféra má za následek nižší teploty. Mars se tak bude i v budoucnu automaticky snažit dostat do rovnováhy, která na něm dnes panuje.

Máme na to, bojovat s ekosystémem celé planety?

Jedna nebo dvě zásilky ledového “zboží” problémy s CO2 totiž zdaleka nevyřeší. I kdyby měly místní zásoby CO2 na Marsu vystačit k vybudování husté a relativně teplé atmosféry, bude nutnost dodávat na Mars další a další CO2 (abychom vyrovnali jeho ztráty) přesahovat naše schopnosti.

Příliš málo volně přístupného zmrzlého CO2 a vody

Dalším hřebíčkem do rakve terraformace Marsu - je nedostatečné množství CO2 a vody, které by se daly mobilizovat a využít ke tvorbě atmosféry.

Ve zmrzlých ledových vrstvách severního pólu tvoří polovinu materiálu vodní led a druhou led z CO2. Americké sondy, které už řadu let obíhají kolem planety, mají dnes celkem dobrý přehled o jejich množství.

Některé odhady mluví o polovičním množství ledu, který leží v Grónsku, jiné jsou poněkud optimističtější - jedno je ale jisté. Je ho příliš málo na to, aby se z něj dala vytvořit hustší atmosféra. Plyny se v podobě ledu nacházejí nejen na pólech, ale také pod povrchem Marsu. Tam jsou ale ještě méně dostupné než na pólu. Na jejich získání by bylo potřeba nejdřív Mars ohřát. Tady se začínáme pohybovat v kruhu - na ohřátí Marsu je potřeba hustší atmosféra, kterou získáme - ohřátím Marsu.

Tudy cesta nevede

Bez předběžného ohřátí povrchu planety by dnešní technologie umožnily uvolnění jen takového množství plynu, které by zvýšilo atmosférický tlak na pouhé dvě až pět procent pozemského tlaku, vyplývá ze studie. A to je příliš málo na jakékoliv změny. Navíc by únik atmosféry do vesmírného prostoru tento malý nárůst zase brzo vyrovnal.

I kdyby se mělo v budoucnu zjistit, že materiál, který tvoří planetu, v sobě skrývá větší množství vázaného CO2 (tak jako je to běžné v pozemských horninách), není vyhráno. Takovou horninu by bylo nutno nejprve  vytěžit (energetický výdaj na těžbu se dnes nedá ani odhadnout). Na oddělení CO2 by se musela hornina zahřát na minimálně 300 °C. Tento krok je enormně energeticky náročný - a potřebná energie na Marsu není.

Nedal by se dovézt CO2 ze Země?

Na Zemi je přece CO2 dost. Dokonce si namlouváme, že nám překáží. Nebylo by chytré, odčerpávat CO2 z pozemské atmosféry - a vystřelit ho raketami na Mars?

Tato myšlenka se může zdát zajímavá, i ona ale naráží na neřešitelné technické problémy. Museli bychom totiž na sousední planetu přepravit skutečně gigantické množství CO2.

Nejde totiž jen o tunu, tisíc tun nebo milión tun plynu. Jedná se řádově o trilióny tun. Jen pro názornost - kdybychom každou vteřinu vystřelili ze Země raketu s deseti tunami CO2, bude transport potřebného množství trvat pětkrát déle, než existuje celý náš vesmír. Bez nadsázky se dá říci - tolik času opravdu nemáme - nehledě na to, že takové obrovské množství CO2 nemůže bez následků oželet ani naše Země.

Už jen výroba čistého materiálu - oddělení CO2 z atmosféry - by kompletně zničila naši ekosféru. Jako u všech podobných procesů, je i na separaci CO2 potřeba energie, kterou je nutno někde získat. A co se stane s planetou, která má málo skleníkových plynů - ukazuje názorně na svém příkladu samotný Mars.

Nezdá se tedy smysluplné zničit podmínky pro život na Zemi jen proto, abychom vytvořili nedokonalé podmínky pro život na Marsu.

Dovoz CO2 pomocí komet

Daleko “jednodušší” by se mohl zdát import CO2 pomocí komet ze vzdálenějších a chladnějších oblastí Sluneční soustavy. Koneckonců - podobnou cestou se sem kdysi v dobách Velkého bombardování dostala dnešní voda a velká část plynů, tvořících naši atmosféru.

I tento plán ale naráží na mantinely, které mu dává technika a technologie. Naše civilizace je zatím s vypětím všech sil schopna vytvořit sondu, která může dosáhnout okraje Sluneční soustavy. Uvažujeme tu o několika málo sondách. K průzkumu vnější části soustavy by jich bylo nutno vytvořit obrovské množství.

Na terraformaci Marsu by totiž bylo potřeba několik desítek tisíc komet. Objektů, které by bylo potřeba nejprve najít - tolik jsme jich totiž dodnes neobjevili. Poté by bylo potřeba k těmto kometám doletět.

Na podobných plánech se samozřejmě pracuje - připomeňme si sondu ROSETTA, která před pár roky zkoumala kometu Čurjumov-Gerasimenko a japonskou sondu Hayabusa-2, která nedávno dorazila k asteroidu Ryugu.

Už v případě ROSETTY se ukázalo, že objevit kometu a dokonce k ní doletět - naše civilizace zvládne. Zklamal ovšem pokus o přistání.

Změna dráhy takového obřího tělesa - je pak počin, který patří do úplně jiné kategorie. O podobných manévrech si můžeme zatím nechat jen zdát.

Ale i kdyby se podařilo vystopovat potřebné množství komet a podařilo se na nich přistát a připevnit k nim motory, ztroskotá plán na poslední překážce - energii.

Jak výroba paliva pro přesun komety křížem krážem Sluneční soustavou, tak jeho transport až do jejích vnějších částí je (a ještě dlouho bude) nad veškeré naše síly.

A to je nejspíše dobře. Hrátky s větším množstvím hmoty a s ní spojeného gravitačního vlivu by mohly přinést daleko horší problémy než je obávaná kolize Země s větší kometou nebo asteroidem.

Za gravitační rovnováhu vnitřní části Sluneční soustavy a poměrně malou četnost návštěv komet - bychom měli být spíše vděční - a neměli bychom se snažit tento stav změnit. Aby se jednoho krásného dne nestalo, že budeme mít k dispozici hned dvě neobyvatelné planety.

Zdroje: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/7732377, https://svs.gsfc.nasa.gov/2962,https://www.heise.de/newsticker/meldung/NASA-Mit-absehbaren-Mitteln-kein-Terraforming-des-Mars-moeglich-4123634.html, raumfahrer.net, spektrum.net

Příště: “Tak tam prostě odpálíme pár atomových bomb, no...!”

terraformace Marsu podle Elona Muska