Πώς να δώσετε στον Άρη μια ατμόσφαιρα, ίσως
Η Γη είναι πολύ τυχερή που έχει τεράστιους ιστούς μαγνητικών πεδίων που την περιβάλλουν. Χωρίς αυτούς, μεγάλο μέρος της ατμόσφαιράς μας θα είχε λυθεί σταδιακά από ισχυρούς ηλιακούς ανέμους εδώ και πολύ καιρό, καθιστώντας απίθανο να βρισκόταν κάτι σαν εμάς εδώ.
Οι επιστήμονες γνωρίζουν ότι ο Άρης κάποτε υποστήριζε επίσης εξέχοντα μαγνητικά πεδία, πιθανότατα στην πρώιμη περίοδο της ιστορίας του, όταν ο πλανήτης ήταν κατά συνέπεια θερμότερος και πολύ πιο υγρός. Πολύ λίγα από αυτά έχουν απομείνει και ο πλανήτης είναι παγωμένος και αποξηραμένος. Αυτές οι κατανοήσεις οδηγούν σε ένα ενδιαφέρον ερώτημα:Εάν ο Άρης διέθετε μια λειτουργική μαγνητόσφαιρα για να τον προστατεύει από αυτούς τους ηλιακούς ανέμους, θα μπορούσε και πάλι να αναπτύξει μια πιο παχιά ατμόσφαιρα, πιο ζεστό κλίμα και υγρό επιφανειακό νερό;
Ο James Green, διευθυντής του Τμήματος Πλανητικής Επιστήμης της NASA, πιστεύει ότι θα μπορούσε. Και ίσως με τη βοήθειά μας, τέτοιες αλλαγές θα μπορούσαν να συμβούν μέσα σε ένα ανθρώπινο, παρά σε ένα αστρονομικό, χρονικό πλαίσιο.
Σε μια ομιλία στο Εργαστήριο Planetary Science Vision 2050 της NASA στα κεντρικά γραφεία του οργανισμού, ο Green παρουσίασε προσομοιώσεις, μοντέλα και πρώιμες σκέψεις σχετικά με το πώς θα μπορούσε να ανασυσταθεί ένα μαγνητικό πεδίο του Άρη και πώς το κλίμα στον Άρη θα μπορούσε στη συνέχεια να γίνει πιο φιλικό για την ανθρώπινη εξερεύνηση και, ίσως, κοινότητες.
Αποτελούνταν από τη δημιουργία μιας «μαγνητικής ασπίδας» για την προστασία του πλανήτη από αυτά τα ηλιακά σωματίδια υψηλής ενέργειας. Η δομή της ασπίδας θα αποτελείται από ένα μεγάλο δίπολο - ένα κλειστό ηλεκτρικό κύκλωμα αρκετά ισχυρό για να δημιουργήσει ένα τεχνητό μαγνητικό πεδίο. Οι προσομοιώσεις έδειξαν ότι μια ασπίδα αυτού του είδους θα άφηνε τον Άρη στη σχετικά προστατευμένη μαγνητική ουρά του μαγνητικού πεδίου που δημιουργείται από το αντικείμενο. Ένα πιθανό αποτέλεσμα:τερματισμός της μεγάλης κλίμακας απογύμνωσης της ατμόσφαιρας του Άρη από τον ηλιακό άνεμο και μια σημαντική αλλαγή στο κλίμα.
«Το ηλιακό σύστημα είναι δικό μας, ας το πάρουμε», είπε ο Γκριν στο εργαστήριο. «Και αυτό, φυσικά, περιλαμβάνει τον Άρη. Αλλά για να μπορέσουν οι άνθρωποι να εξερευνήσουν τον Άρη, μαζί με εμάς που κάνουμε επιστήμη, χρειαζόμαστε ένα καλύτερο περιβάλλον."
Είναι αυτή η «διαμόρφωση», η διαδικασία με την οποία οι άνθρωποι κάνουν τον Άρη πιο κατάλληλο για ανθρώπινη κατοίκηση; Αυτή είναι μια ενδιαφέρουσα αλλά αμφιλεγόμενη ιδέα που υπάρχει εδώ και δεκαετίες και ο Green ήταν επιφυλακτικός να την ενστερνιστεί πλήρως.
«Η κατανόησή μου για τη διαμόρφωση εδάφους είναι η σκόπιμη προσθήκη, από τους ανθρώπους, της απευθείας προσθήκης αερίων στην ατμόσφαιρα σε πλανητική κλίμακα», έγραψε σε ένα email. «Μπορεί να χωρίζω τρίχες εδώ, αλλά τίποτα δεν εισάγεται στην ατμόσφαιρα στις προσομοιώσεις μου που ο Άρης δεν δημιουργεί ο ίδιος. Στην πραγματικότητα, αυτή η ιδέα απλώς επιταχύνει μια φυσική διαδικασία που πιθανότατα θα συνέβαινε για πολύ μεγαλύτερο χρονικό διάστημα.”
Αυτό στο οποίο αναφέρεται εδώ είναι ότι πολλοί ειδικοί πιστεύουν ότι ο Άρης θα είναι πολύ πιο ζεστός στο μέλλον και θα έχει μια πολύ πιο πυκνή ατμόσφαιρα, ό,τι κι αν κάνουν οι άνθρωποι. Από μόνη της, ωστόσο, η διαδικασία θα διαρκέσει πολύ.
Για να εξηγήσουμε περαιτέρω, πρώτα μια μικρή ιστορία του Άρη.
Πριν από περισσότερα από 3,5 δισεκατομμύρια χρόνια, ο Άρης είχε μια πολύ πιο παχιά ατμόσφαιρα που διατηρούσε τις επιφανειακές θερμοκρασίες αρκετά μέτριες ώστε να επιτρέπουν σημαντικές ποσότητες επιφανειακών υδάτων να ρέουν, να λιμνάζουν και ίσως ακόμη και να σχηματίζουν έναν ωκεανό. (Και ποιος ξέρει, ίσως ακόμη και για να ξεκινήσει η ζωή.) Αλλά επειδή το μαγνητικό πεδίο του Άρη διαλύθηκε αφού ο σιδερένιος εσωτερικός του πυρήνας αναιρέθηκε με κάποιο τρόπο, περίπου το 90 τοις εκατό της ατμόσφαιρας του Άρη απογυμνώθηκε από φορτισμένα σωματίδια σε αυτόν τον ηλιακό άνεμο, ο οποίος μπορεί να φτάσει ταχύτητες από 250 έως 750 χιλιόμετρα ανά δευτερόλεπτο.
Ο Άρης, φυσικά, είναι παγωμένος και ξηρός τώρα, αλλά ο Γκριν είπε ότι η δυναμική του ηλιακού συστήματος δείχνει μια στιγμή που ο πλανήτης θα ζεσταθεί ξανά. Είπε ότι οι επιστήμονες αναμένουν ότι η σταδιακά αυξανόμενη θερμότητα του ήλιου θα ζεστάνει τον πλανήτη αρκετά ώστε να απελευθερώσει το κάλυμμα του παγωμένου διοξειδίου του άνθρακα στον βόρειο πόλο, θα αρχίσει να ρέει πάγος νερού και με τον καιρό θα δημιουργήσει κάτι σαν ατμόσφαιρα θερμοκηπίου. Αλλά η διαδικασία αναμένεται να διαρκέσει περίπου 700 εκατομμύρια χρόνια.
«Το κλειδί της ιδέας μου είναι ότι τώρα γνωρίζουμε ότι ο Άρης έχασε το μαγνητικό του πεδίο εδώ και πολύ καιρό, ο ηλιακός άνεμος αφαιρεί από τότε την ατμόσφαιρα (ιδίως το οξυγόνο) και ο ηλιακός άνεμος βρίσκεται σε κάποιο είδος ισορροπίας με το εκτόξευση αερίων στον Άρη», είπε ο Γκριν. (Η εξαγωγή αερίων είναι η απελευθέρωση αερίων ενώσεων κάτω από την επιφάνεια του πλανήτη.) «Αν μειώσουμε σημαντικά την απογύμνωση, μια νέα ατμόσφαιρα υψηλότερης πίεσης θα εξελιχθεί με την πάροδο του χρόνου. Η αύξηση της πίεσης προκαλεί αύξηση της θερμοκρασίας. Δεν έχουμε υπολογίσει ακριβώς ποια θα είναι η νέα ισορροπία και πόσο καιρό θα πάρει."
Ο λόγος είναι ότι ο Green και οι συνεργάτες του ανακάλυψαν ότι έπρεπε να προσθέσουν κάποια επιπλέον φυσική στο ατμοσφαιρικό μοντέλο, δυναμική που θα γίνει πιο σημαντική και ξεκάθαρη με την πάροδο του χρόνου. Αλλά είναι βέβαιος ότι αυτή η φυσική θα αναπτυχθεί. Είπε επίσης ότι το Trace Gas Orbiter της Ευρωπαϊκής Διαστημικής Υπηρεσίας που κάνει τώρα τον κύκλο του Άρη θα πρέπει να είναι σε θέση να εντοπίσει μόρια και ενώσεις που θα μπορούσαν να διαδραματίσουν σημαντικό ρόλο σε μια μεταβαλλόμενη ατμόσφαιρα του Άρη.
Με βάση λοιπόν αυτά τα νέα μοντέλα μαγνητικού πεδίου και τις προβολές για το μελλοντικό κλίμα του Άρη, πότε θα μπορούσε να αλλάξει αρκετά ώστε να γίνει πολύ πιο φιλικό προς τον άνθρωπο;
Λοιπόν, μια σχετικά μικρή αλλαγή στην ατμοσφαιρική πίεση μπορεί να σταματήσει το βρασμό του αίματος ενός αστροναύτη, και έτσι οι προστατευτικές στολές και ρούχα θα ήταν απλούστερα στο σχεδιασμό. Αλλά το μέσο ημερήσιο εύρος θερμοκρασίας στον Άρη είναι τώρα 170 βαθμοί Φαρενάιτ και θα χρειαστεί κάποια ουσιαστική ατμοσφαιρική τροποποίηση για να γίνει αυτό πιο βολικό.
Το εργαστήριο του Green επικεντρώθηκε σε ό,τι θα μπορούσε να είναι δυνατό στα μέσα του 21ου αιώνα, επομένως ελπίζει για κάποια πρόοδο σε αυτόν τον τομέα μέχρι τότε.
Μία από τις πολλές ενδιαφέρουσες πτυχές της εργασίας είναι ο ρόλος της σε μια προσπάθεια της NASA να συνδέσει θεμελιώδη μοντέλα μεταξύ τους για τα πάντα, από την πρόβλεψη του παγκόσμιου κλίματος έως τον διαστημικό καιρό στον Άρη. Η μοντελοποίηση μιας πιθανής τεχνητής μαγνητόσφαιρας για τον Άρη βασίστηκε, για παράδειγμα, στο έργο που έκανε η ηλιοφυσική της NASA—την αρκετά προηγμένη μελέτη του δικού μας ήλιου.
Ο Chuanfei Dong, ειδικός στον διαστημικό καιρό στον Άρη, είναι συν-συγγραφέας στην εφημερίδα και έκανε μεγάλο μέρος της δουλειάς του μοντέλου. Τώρα είναι συνεργάτης ερευνητής στο Πανεπιστήμιο του Πρίνστον. Χρησιμοποίησε το μοντέλο Block-Adaptive-Tree Solar-Wind Roe-Type Upwind Scheme (BATS-R-US) για να δοκιμάσει το δυνητικό φαινόμενο θωράκισης μιας τεχνητής μαγνητόσφαιρας και διαπίστωσε ότι ήταν σημαντικό όταν το μαγνητικό πεδίο που δημιουργήθηκε ήταν αρκετά ισχυρό. Αρκετά ουσιαστικό, μάλιστα, για να περιορίσει σε μεγάλο βαθμό την απώλεια της ατμόσφαιρας του Άρη λόγω του ηλιακού ανέμου. Όπως εξήγησε, το τεχνητό δίπολο μαγνητικό πεδίο πρέπει να περιστρέφεται για να αποτρέψει την επανασύνδεση κατά τη διάρκεια της ημέρας, η οποία με τη σειρά της αποτρέπει και την επανασύνδεση τη νύχτα.
Εάν το τεχνητό μαγνητικό πεδίο δεν μπλοκάρει σωστά τους ηλιακούς ανέμους, ο Άρης θα μπορούσε να χάσει περισσότερο από την ατμόσφαιρά του. Γι' αυτό ο πλανήτης πρέπει να βρίσκεται με ασφάλεια στη μαγνητοουρά της τεχνητής μαγνητόσφαιρας.
Στην εργασία τους, οι συγγραφείς αναγνωρίζουν ότι το σχέδιο για μια τεχνητή μαγνητόσφαιρα του Άρη μπορεί να ακούγεται «φανταχτερό», αλλά λένε ότι η αναδυόμενη έρευνα αρχίζει να δείχνει ότι μια μικροσκοπική μαγνητόσφαιρα μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την προστασία ανθρώπων και διαστημικών σκαφών. Στο μέλλον, λένε, είναι πολύ πιθανό μια φουσκωτή κατασκευή να μπορεί να δημιουργήσει ένα μαγνητικό διπολικό πεδίο σε επίπεδο ίσως 1 ή 2 Tesla (μια μονάδα που μετρά την ισχύ ενός μαγνητικού πεδίου) ως ενεργή ασπίδα ενάντια στον ηλιακό άνεμο . Στην προσομοίωση, το μαγνητικό πεδίο είναι περίπου 1,6 φορές ισχυρό από αυτό της Γης.
Ως σύνοψη του τι σκέφτονται ο Green και άλλοι, εδώ είναι η ενότητα "αποτελέσματα" της σύντομης εργασίας:
«Διαπιστώθηκε ότι μια μέση αλλαγή στη θερμοκρασία του Άρη κατά περίπου 4 βαθμούς Κελσίου θα παράσχει αρκετή θερμοκρασία για να λιώσει το CO2 καπλαμά πάνω από το βόρειο πολικό καπάκι.
«Η προκύπτουσα βελτίωση στην ατμόσφαιρα αυτού του CO2 , ένα αέριο του θερμοκηπίου, θα ξεκινήσει η διαδικασία τήξης του νερού που έχει παγιδευτεί στο βόρειο πολικό καπάκι του Άρη. Έχει υπολογιστεί ότι σχεδόν το 1/7 του αρχαίου ωκεανού του Άρη είναι παγιδευμένο στο παγωμένο πολικό καπάκι. Ο Άρης μπορεί και πάλι να γίνει ένα πιο κατοικήσιμο περιβάλλον σαν τη Γη.
Τα αποτελέσματα αυτών των προσομοιώσεων θα επανεξεταστούν (με) μια προβολή του πόσο χρόνο μπορεί να χρειαστεί για να γίνει ο Άρης ένας συναρπαστικός νέος πλανήτης για μελέτη και ζωή."
Ο Marc Kaufman είναι ο συγγραφέας δύο βιβλίων για το διάστημα: Mars Up Close:Inside the Curiosity Mission και Πρώτη επαφή:Επιστημονικές ανακαλύψεις στην αναζήτηση της ζωής πέρα από τη Γη. Είναι επίσης έμπειρος δημοσιογράφος, έχοντας περάσει τρεις δεκαετίες στο The Washington Post και The Philadelphia Inquirer. Ενώ η στήλη «Πολλοί Κόσμοι», από την οποία αυτή η ανάρτηση έχει ανατυπωθεί με άδεια, υποστηρίζεται και ενημερώνεται από το Πρόγραμμα Αστροβιολογίας της NASA, οποιεσδήποτε απόψεις εκφράζονται είναι αποκλειστικά του συγγραφέα.
ΠΡΟΣΟΧΗ:Να τι οδηγεί τον ηλιακό άνεμο.
Αυτό το κομμάτι αναδημοσιεύτηκε αρχικά στο Facts So Romantic τον Νοέμβριο του 2017.
