O tom, jak jsou plány na kolonizaci Marsu naivní - a o tom, co přesně je znemožňuje. (délka blogu 10 min.)
Mars vypadá na první a zběžný pohled jako ideální místo ke kolonizaci. Je naší nejbližší planetou. Je sice o dost menší než Země, také gravitace je o něco menší - to by ale samo o sobě nemuselo být nutně na škodu.
Den a noc jsou přibližně stejně dlouhé jako na Zemi, což dává tušit, že by se na něm mohlo dařit dokonce i pozemským rostlinám. Snílky přitahovala Rudá planeta odedávna. Nejinak je to u světoznámého vizionáře - Elona Muska.
Muskův zájem o Mars
Jaké má vlastně Musk plány? Nedávno jsme měli možnost obdivovat poslední verzi jeho vize. Firma, která mu patří, by měla zkonstruovat obří a mnohokrát použitelné kosmické lodi. Ty pojmou naráz přes 100 osadníků a dovezou je na Mars. Tam by měli tito lidé vytvořit nejméně milionovou kolonii. “Bude to skvělé dobrodružství”, tvrdí Musk.
To, co vypadá jako bláznivá sci-fi, myslí americký miliardář naprosto vážně. Počítá, že jeho kosmické lodi budou tak stabilní a dlouhověké, že se každá z nich bude moci použít až tisíckrát. Pro srovnání - dnešní stav techniky a technologií skutečně dovoluje několikanásobné použití jedné pohonné jednotky. Od podobných čísel jsme ale přesto vzdáleni řádově … stokrát.
Kosmická loď, která musí po dobu řady měsíců zajistit životní prostředí pro sto nebo několik set lidí - bude (a to je zjevné i pro naprostého laika) velmi komplikovanou jednotkou. Čím komplikovanější technologie, tím je náchylnější k technickým poruchám.
Je nepředstavitelné, že se komplikovaná technologie nepokazí, a bude se moci použít ještě jednou (nemluvě o tisícinásobném použití). Musí totiž vydržet dlouhý let ve vakuu (a mimo jiné také námahu při zrychlení a brzdění během odletu a přechodu na oběžnou dráhu u cílové planety).
Vizím o kolonizaci Marsu, tak jak si ji ve svých naivních představách maluje Musk, dělá čáru přes rozpočet také samotná fyzika a biologie. Podívejme na některé z důvodů, proč je kolonizace Marsu (s dnešní úrovní technologie) nemyslitelná.
Chloristany v marsovské hornině
Kolonie na planetě, která je vzdálená šest až devět měsíců letu raketou, by měla být alespoň trochu samostatná - a to znamená, že si bude muset vyrábět část potravy sama. Ani kolonisté na Marsu nebudou výjimkou. K tomu, aby se uživila kolonie čítající několik tisíc nebo dokonce milión osob, bude potřeba začít na Marsu vyrábět potraviny ve velkém.
Zprvu půjde nejspíše o čisté marso-dělství, které nebude moc podobné země-dělství. V marsovské hornině totiž nic neporoste - rozhodně ne ve stavu, ve kterém existuje dnes. Je to jen logické - to, co známe pod názvem rostlina, je evolucí perfektně přizpůsobeno podmínkám na Zemi. A ty se od podmínek na Marsu hodně liší.
Už od přistání sond Viking aPhoenixvíme, že se v marsovské hornině vyskytují tzv. chloristany. Ty se využívají například jako oxidační činidla k pohonu raket nebo ohňostrojových rachejtlí.
Na Zemi vznikají také - oxidačními procesy v atmosféře. Usazují se pak na prachových částečkách a s ním se dostávají na pevný povrch naší planety. V oblastech s častými srážkami se ze zemského povrchu vymývají vodou. Tam, kde ale srážky moc časté nejsou, se ukládají v povrchové vrstvě. Pouště, jakou je například velice suchá Atacama, poušť v Chile, vykazují koncentrace až několik mg/kg povrchové vrstvy. Při těžbě dusičnanů v podobných oblastech se musí dbát na to, aby se chloristany z materiálu odstranily, jinak by se nedal použít jako hnojivo. I tak minimální koncentrace, které by se dostaly do půdy při hnojení, by ji znehodnotily.
Mars je velice suchá planeta. Chloristany se tu v povrchových vrstvách vyskytují v koncentracích, které jsou daleko vyšší než na Zemi. Bývá to kolem 0,5 hmotnostního procenta. To je (pro zemědělství) opravdu nepříjemně vysoké množství. Organická hmota (rostliny, humus) při styku s chloristany oxiduje. Vznikají tak chloridy. Na to, aby bylo jasné, že se v takové půdě nedají pěstovat rostliny, si stačí představit nejčastější chloridy - jedlou sůl (chlorid sodný) nebo typické vysoušecí činidlo (chlorid vápenatý). Ani chloridované komplikované uhlovodíky nejsou moc zdravé (všeobecné pravidlo říká, že halogenidované uhlovodíky jsou zpravidla rakovinotvorné).
Rostliny tedy na Marsu skutečně nenaleznou žádné příjemné podmínky. V půdě, která obsahuje chloristany, se nevyvine žádné bakteriální osídlení, stejně tak zahynou houby a užitkové rostliny.
Půda by se musela nejprve komplikovaně dekontaminovat. Chloristany by se například daly pomocí vysoké teploty rozložit na jednodušší sloučeniny. To, že je takový proces možný v laboratoři, ale ještě neznamená, že je možný na Marsu. Obrovská energetická náročnost výhřevu půdy na teploty přes 500 °C odkazuje podobný plán spíše do říše pohádek. Navíc se zatím nedá odhadnout, do jaké hloubky je povrch promořen.
Mrtvá půda
Pro kolonizaci Marsu je to hodně špatná zpráva. I kdyby se někdy z půdy odstranily všechny žíravé chloristany, pořád ještě na ní nebude nic růst. Situace by se dala přirovnat k lávovým polím blízko pozemských sopek. Dokonce i na Zemi, kde život přímo bují a vegetace se může kdykoliv obnovit z více či méně vzdálených zdrojů - trvá několik milionů roků, než na lávových polích kolem sopek začne růst alespoň sporá vegetace.
Výborně je to vidět na jednom z kanárských ostrovů - Lanzarote. Nejčerstvější lávová pole jsou stará jen dvě stě let. Vypadají, jako by vznikla loni. Drobné keříky nenáročných rostlin se dají zahlédnout na svazích, jejichž stáří se odhaduje na dva miliony roků.
Marsovská hornina (regolit) je hrubá nebo jemná láva, rozmělněná kolísáním teplot nebo mechanickými vlivy. Dal by se vzdáleně srovnat se suchým pískem saharské pouště. I když - v něm přeci jen ještě přežívají některé odolné mikroorganismy. Mars je sterilní.
Logicky tu chybí veškerý humus, který je k růstu rostlin nezbytný. Nejvíce se bude pociťovat nedostatek nitrátů, které se nedají nahradit ani pomocí specializovaných rostlin (jak se to běžně dělá na Zemi, kde jsou některé rostliny schopné vázat dusík ze vzduchu a ukládat ho v půdě). Marsovská atmosféra totiž obsahuje jen asi 2 % dusíku (pro srovnání, naše vlastní ho má kolem 78 %) a navíc je nepříjemně řídká.
Dalo by se dopravit potřebné množství živin (hnojiva) a humusu na Mars nákladními raketami? Pro názornost: na Zemi se pro výživu jedné osoby počítá s několika tisíci čtverečními metry úrodné půdy.
Jak by tedy mohlo vypadat marso-dělství (marsovská obdoba země-dělství)? Kolonisté by si mohli pěstovat řasy v sudech s živným roztokem. Na to by nepotřebovali ani dekontaminaci regolitu, ani regolit samotný. I když představa, že do konce života jíte kaši z rozdrcených řas, je samozřejmě nevábná.
To ale není příliš důležité. I kdyby se podařilo dopravit na Rudou planetu bezpočet kosmických lodí naplněných řasami a výživným roztokem, přesto se kolonizace Marsu zkomplikuje jinými problémy.
Atmosféra Marsu
Dnešní atmosféra na Marsu odpovídá svými fyzikálními vlastnostmi pozemské atmosféře ve výšce 30 kilometrů. Je vyloučeno, že by si lidé na tak nízký tlak mohli zvyknout. Už pobyt na nejvyšších pohořích ve výškách kolem osmi tisíc metrů vyžaduje použití kyslíkových masek a rychlý návrat do níže položených táborů, jak potvrdí horolezci.
Kolem 95 % atmosféry připadá na oxid uhličitý. Dusík, který jsem zmínila výše, tvoří jen asi 2 procenta, zatímco ostatní plyny se v ní nacházejí v ještě daleko menším množství. Kyslík budete v marsovské atmosféře hledat marně. Mars navíc svou atmosféru neustále ztrácí. Důvodem je jeho rozměr - poměrně malá planeta má jen nízkou gravitaci, neudrží tedy ve svém gravitačním poli ty molekuly plynů, které jsou dostatečně rychlé a lehké. U Marsu se to týká nejen vodíku, ale například i kyslíku nebo dusíku.
Pokud mají lidé v nejbližších desetiletích nebo staletích kolonizovat Mars, se ocitnou v roli zranitelného spotřebitele surovin, které se pro něj budou muset dovážet ze Země - včetně atmosféry, kterou budou dýchat v hermeticky uzavřených (a na technické selhání náchylných) obydlích.
Podobné problémy, jaké způsobuje nevhodná a příliš řídká atmosféra lidem, bude dělat také jejich potravě - řasám (o vyšších rostlinách se z výše zmíněných důvodů nedá uvažovat). I ony budou odkázány na extrémní technickou podporu. Přežití na Marsu nebude zadarmo. Bude stát spoustu odříkání a prostředků na dovoz oněch naprosto nezbytných komponent pro výrobu energie, atmosféry a prášku z řas (říkejme mu potrava).
Kromě toho bude kolonizaci Marsu muset doprovázet vývoj a doprava nezbytných součástek, ze kterých se na povrchu Rudé planety postaví obydlí a infrastruktura, zásobující kolonisty energií.
I kdyby měly být všechny tyto kroky uskutečněny - kolonizaci Marsu zhatí další, tentokrát opravdu závažný problém - absence magnetického pole.
Ochrana před škodlivým zářením
Největším rizikem kolonizace Marsu je kosmické záření a sluneční vítr. Technologie, kterou dnes máme k dispozici, proti nim nenabízí žádnou nebo jen nedokonalou ochranu.
Kosmické záření
Tzv. kosmické záření se skládá z velice energetických částic a jader lehkých i těžkých atomů, stejně jako rentgenového a gama záření. Vytváří se ve vesmíru při kolapsu velice hmotných hvězd. Kosmické záření má relativně stabilní složení, protože pochází z obrovského množství jednotlivých vzdálených zdrojů. Nepříjemný je fakt, že je kromě toho schopno také silně kolísat – a to při výbuchu některé z bližších hvězd.
Sluneční vítr
Sluneční vítr vytváří, jak už jeho jméno napovídá, naše vlastní centrální hvězda, Slunce. Skládá se z proudu protonů, elektronů a atomů helia. Výrony hmoty z aktivních oblastí slunečního povrchu vyvolávají tzv. sluneční bouře. Je pak už jen otázkou štěstí, jestli kosmickou loď s osadníky nebo povrch Marsu s kolonií taková bouře naplno zasáhne nebo je mine.
Záření se dá odstínit dvěma způsoby. Jedním z nich je pomalé brzdění částic, při kterém se naopak urychlují elektrony atomů, ležících v jeho dráze. Tento druh stínění je typický pro atmosféry planet. Ochranný materiál je řídký a musí mít velice silnou tloušťku. V případě Marsu se ovšem nedá o ochraně atmosférou vůbec uvažovat. Její efektivita odpovídá zhruba deseti centimetrům pozemské atmosféry.
Druhým způsobem ochrany je tzv. neelastická kolize s jádry atomů hmoty. Tento způsob odstínění sice nevyžaduje extrémně silné vrstvy ochranného materiálu, pro změnu ale v sobě skrývá jisté nebezpečné vedlejší účinky. Vzniká při něm tzv. brzdné záření, které může mít na živou hmotu paradoxně ještě horší účinky, než původní záření.
Ale vždyť už do vesmíru létáme! Proč najednou vadí nějaké záření? může vás napadnout.
Slovo „vesmír“ je někdy používáno v nesprávném kontextu. Lidé sice „do vesmíru“ létají, zdržují se přitom ale jen na oběžné dráze kolem Země - v orbitální stanici.
Ve skutečnosti toto místo ale není opravdovým vesmírem. Orbitální stanice se zdržují v
pásmu, které je proti naprosté většině záření chráněno magnetickým polem Země. Lidé na oběžné dráze jsou sice vystaveni vysoce energetickému kosmickému záření, před velice nebezpečným slunečním větrem jsou ale ochráněni. Pokud kdy lidé toho ochranné pásmo opustili, pohybovali se v nechráněné oblasti jen několik málo dní (cesta na Měsíc).
Jak se tedy chránit před zářením?
Na jeho odstínění na rozumnou a jen dlouhodobě nebezpečnou dávku by byla potřeba hliníková stěna, silná odhadem 30 cm. Stavba kosmického plavidla s tloušťkou stěn 30 cm je zatím technicky nemyslitelná. S něčím takovým nepočítá samozřejmě ani Musk. Stejně tak nejsou taková obydlí ani součástí jeho kolonizačních plánů.
Velký vizionář prostě problémy s ionizujícím zářením ignoruje. Zavírá oči a dělá, že problém neexistuje.
To ovšem potenciálním kolonistům nepomůže. Stavba marsovského obydlí s potřebnou tloušťkou stěn znamená, že se na Mars musí nejprve dopravit obrovské množství materiálu, ze kterého bude obydlí zhotoveno. Situace je ještě názornější, když vezmeme v potaz stavbu marsovských skleníků, ve kterých by si mohli kolonisté pěstovat řasy k obživě. Zmiňuji je proto, že doprava rostlin na Mars (a jejich uskladnění ve velkých sklenících, odkud by pohostinně kynuly svými zelenými listy možným kolonistům Marsu) - byla jednou z prvních “vizí”, kterými nás Musk obšťastnil.
Sklo takového skleníku by muselo být silné několik centimetrů, ještě lépe až několik desítek centimetrů. Kolik světla propustí taková skleněná zeď? Dá se vůbec mluvit o skleníku? Připomeňme si, že Marsovský povrch dostává v optimálním případě (tedy v létě a na úrovni rovníku) zhruba tolik energie, která dopadá na zemský povrch v oblasti Aljašky nebo Islandu. V létě máme v Evropě k dispozici dvojnásobek energie, která dopadá v optimálním případě na marsovský rovník.
Vyplatí se vůbec stavba jakýchsi skleníků, které propouštějí stejně jen minimum světla a energie? Představu samotných zelených rostlin, které lákají k pobytu na Marsu další a další osadníky - myslím odsoudil k zániku už předchozí odstavec o chloristanech.
Kolonizace Marsu by se dala srovnat s kolonizací Antarktidy. Ta by navíc měla dvě výhody: je chráněná magnetickým polem planety - a je tam k dispozici neomezené množství vzduchu a vody. Podnebí je ale mrazivé, rostliny by tam nerostly. Ani kdyby se podařilo k přesídlení do Antarktidy přemluvit milión osadníků, nebude Antarktida nikdy soběstačná. Budou chybět továrny, vyrábějící průmyslové zboží, na kterém je naše civilizace závislá, stejně jako pole na kterých roste potrava. Kolonizace Marsu má nesrovnatelně horší vyhlídky, než by měla kolonizace Antarktidy. A nic na tom nemění ani naivní představy miliardáře Elona Muska.
Ten se takovými prozaickými problémy samozřejmě nezabývá. Místo toho chce dovézt na oběžnou dráhu kolem Marsu větší množství komunikačních satelitů. Podle jeho představ totiž “Lidé chtějí i na Marsu používat svůj iPhone”... A k tomu - k tomu už myslím opravdu není co dodat.
Zdroje:https://www.welt.de/wirtschaft/article165620069/Elon-Musk-will-mit-1000-Riesenraketen-zum-Mars.html, http://science.sciencemag.org/content/325/5936/64 www.spektrum.de , Raumfahrer.net, www.weltderphysik.de, www.astronews.com/news/artikel/2011/03/1103-008.shtml,
