إن فكرة كوكب المريخ - المعروفة أيضًا باسم "توأم الأرض" - فكرة رائعة. بين ذوبان القمم الجليدية القطبية ، وخلق جو ببطء ، ثم هندسة البيئة للحصول على أوراق الشجر والأنهار والأجسام المائية الدائمة ، هناك ما يكفي لإلهام أي شخص فقط! ولكن كم من الوقت سيستغرق هذا المسعى ، وماذا سيكلفنا ، وهل هو في الواقع استخدام فعال لوقتنا وطاقتنا؟
كانت هذه هي الأسئلة التي تم تناولها في ورقتين تم تقديمهما في "ورشة عمل رؤية الكواكب 2050" التابعة لوكالة ناسا الأسبوع الماضي (الاثنين 27 فبراير - الأربعاء 1 مارس). الأول ، بعنوان "The Terraforming Timeline" ، يقدم خطة مجردة لتحويل الكوكب الأحمر إلى شيء أخضر وقابل للسكن. والثاني ، بعنوان "Mars Terraforming - The Wrong Way" ، يرفض فكرة إجراء التضاريس بالكامل ويقدم بديلاً.
الورقة السابقة أنتجها آرون برلينر من جامعة كاليفورنيا ، بيركلي ، وكريس مكاي من قسم علوم الفضاء في مركز أبحاث أميس التابع لناسا. قدم الباحثان في ورقتهما جدولًا زمنيًا لتضليل كوكب المريخ يتضمن مرحلة الاحترار ومرحلة الأكسجين ، بالإضافة إلى جميع الخطوات اللازمة التي ستسبق وتتبع.
كما جاء في مقدمة ورقتهم:
"يمكن تقسيم كوكب المريخ إلى مرحلتين. المرحلة الأولى هي تسخين الكوكب من متوسط درجة حرارة السطح الحالية -60 درجة مئوية إلى قيمة قريبة من متوسط درجة حرارة الأرض إلى + 15 درجة مئوية ، وإعادة خلق جو CO2 سميك. تعد مرحلة الاحترار هذه سهلة وسريعة نسبيًا ويمكن أن تستغرق حوالي 100 عام. المرحلة الثانية هي إنتاج مستويات O² في الغلاف الجوي تسمح للبشر والثدييات الكبيرة الأخرى بالتنفس بشكل طبيعي. إن مرحلة الأكسجة هذه صعبة نسبياً وستستغرق 100،000 سنة أو أكثر ، ما لم يفترض أحد الاختراق التكنولوجي ".
قبل أن تبدأ هذه الخطوات ، يعترف كل من برلينر وماكاي بضرورة اتخاذ بعض خطوات "ما قبل الإصلاح". وتشمل هذه دراسة بيئة المريخ لتحديد مستويات المياه على السطح ، ومستوى ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي وفي شكل الجليد في المناطق القطبية ، وكمية النترات في تربة المريخ. كما شرحوا ، كل هذه هي المفتاح للعملية لصنع المحيط الحيوي على المريخ.
تشير الأدلة المتاحة حتى الآن إلى العناصر الثلاثة الموجودة بكثرة على سطح المريخ. في حين أن معظم مياه المريخ حاليًا على شكل جليد في المناطق القطبية والقبعات القطبية ، هناك ما يكفي لدعم دورة المياه - كاملة مع الغيوم والأمطار والأنهار والبحيرات. في غضون ذلك ، تدعي بعض التقديرات أن هناك ما يكفي من ثاني أكسيد الكربون في شكل جليدي في المناطق القطبية لخلق جو مساو لضغط مستوى سطح البحر على الأرض.
النيتروجين هو أيضا شرط أساسي للحياة ومكون ضروري من الجو للتنفس ، والبيانات الأخيرة من قبل تجوال الفضول تشير إلى أن النترات تمثل ~ 0.03 ٪ من كتلة التربة على كوكب المريخ ، وهو أمر مشجع للتشكيل. علاوة على ذلك ، سيحتاج العلماء إلى معالجة بعض الأسئلة الأخلاقية المتعلقة بكيفية تأثير التضاريس على المريخ.
على سبيل المثال ، إذا كانت هناك حاليًا أي حياة على كوكب المريخ (أو الحياة التي يمكن إحياءها) ، فسيشكل ذلك معضلة أخلاقية لا يمكن إنكارها للمستعمرين البشريين - خاصة إذا كانت هذه الحياة مرتبطة بالحياة على الأرض. كما يشرحون:
"إذا كانت حياة المريخ مرتبطة بحياة الأرض - ربما بسبب التبادل النيزكي - فإن الوضع يكون مألوفًا ، وقضايا الأنواع الأخرى من حياة الأرض التي يجب إدخالها ومتى يجب معالجتها. ومع ذلك ، إذا كانت حياة المريخ غير مرتبطة بحياة الأرض وتمثل بوضوح تكوينًا ثانيًا للحياة ، فسيتم طرح قضايا فنية وأخلاقية مهمة. "
لكسر المرحلة الأولى - "مرحلة الاحترار" - بإيجاز ، يعالج المؤلفون قضية مألوفة لنا اليوم. بشكل أساسي ، نحن نغير مناخنا هنا على الأرض من خلال إدخال CO² و "غازات الدفيئة الفائقة" في الغلاف الجوي ، مما يزيد من متوسط درجة حرارة الأرض بمعدل درجات مئوية عديدة في القرن. وفي حين أن هذا لم يكن مقصودًا على الأرض ، فإنه يمكن إعادة تصميمه على كوكب المريخ لتدفئة البيئة عن عمد.
يزعمون أن "الجدول الزمني لارتفاع درجة حرارة المريخ بعد جهد مركّز لإنتاج غازات الدفيئة الفائقة قصير ، فقط 100 عام أو نحو ذلك". "إذا تم التقاط جميع الحوادث الشمسية على كوكب المريخ بكفاءة 100٪ ، فإن حرارة المريخ ستصبح دافئة إلى درجات حرارة تشبه الأرض في حوالي 10 سنوات. ومع ذلك ، فإن كفاءة تأثير الاحتباس الحراري تبلغ حوالي 10 ٪ تقريبًا ، وبالتالي فإن الوقت المستغرق لتدفئة المريخ سيكون ~ 100 عامًا. "
بمجرد إنشاء هذا الغلاف الجوي السميك ، تتضمن الخطوة التالية تحويله إلى شيء تنفس للبشر - حيث تكون مستويات O² تعادل حوالي 13 ٪ من ضغط الهواء في مستوى سطح البحر هنا على الأرض وستكون مستويات CO² أقل من 1 ٪. ستستغرق هذه المرحلة ، المعروفة باسم "مرحلة الأكسجين" ، وقتًا أطول بكثير. مرة أخرى ، يتجهون نحو مثال أرضي لإظهار كيف يمكن لهذه العملية أن تعمل.
هنا على الأرض ، يزعمون ، أن المستويات العالية من غاز الأكسجين (O²) والمستويات المنخفضة من CO² ترجع إلى التمثيل الضوئي. تعتمد هذه التفاعلات على طاقة الشمس لتحويل الماء وثاني أكسيد الكربون إلى كتلة حيوية - والتي تمثلها المعادلة H²O + CO² = CH²O + O². كما يوضحون ، ستستغرق هذه العملية ما بين 100،000 و 170،000 سنة:
"إذا تم تسخير كل حادثة ضوء الشمس على كوكب المريخ بكفاءة 100٪ لإجراء هذا التحول الكيميائي ، فلن يستغرق الأمر سوى 17 عامًا لإنتاج مستويات عالية من O². ومع ذلك ، فإن الكفاءة المحتملة لأي عملية يمكنها تحويل H²O و CO² إلى الكتلة الحيوية و O² أقل بكثير من 100٪. المثال الوحيد الذي نملكه عن عملية يمكنها تغيير CO2 و O² على مستوى العالم هو علم الأحياء العالمي. تبلغ كفاءة المحيط الحيوي العالمي في استخدام ضوء الشمس لإنتاج الكتلة الحيوية و O2 0.01٪ على الأرض. وبالتالي ، فإن الجدول الزمني لإنتاج جو غني بـ O² على كوكب المريخ هو 10000 × 17 سنة ، أو ~ 170.000 سنة ".
ومع ذلك ، فإنهم يسمحون للبيولوجيا الاصطناعية والتقنيات الحيوية الأخرى ، والتي يزعمون أنها يمكن أن تزيد من الكفاءة وتقلل من الجدول الزمني إلى 100000 سنة صلبة. بالإضافة إلى ذلك ، إذا كان بإمكان البشر استخدام التمثيل الضوئي الطبيعي (الذي يتميز بكفاءة عالية نسبيًا بنسبة 5 ٪) على الكوكب بأكمله - أي زراعة أوراق الشجر في جميع أنحاء المريخ - عندئذٍ يمكن تقليل الجدول الزمني حتى بضعة قرون.
أخيرًا ، يحددون الخطوات التي يجب اتخاذها للحصول على الكرة. تتضمن هذه الخطوات تكييف المهام الروبوتية الحالية والمستقبلية لتقييم الموارد المريخية ، والنماذج الرياضية والحاسوبية التي يمكنها فحص العمليات المعنية ، ومبادرة لإنشاء كائنات اصطناعية للمريخ ، ووسيلة لاختبار تقنيات الإصلاح في بيئة محدودة ، واتفاقية كوكبية سيضع قيودًا وحمايات.
نقلا عن كيم ستانلي روبنسون ، مؤلف كتاب Red Mars Trilogy ، (العمل الخيالي للخيال العلمي حول التضخيم للمريخ) يصدرون دعوة للعمل. وتحدثا عن الوقت الذي ستستغرقه عملية تغيير كوكب المريخ ، ويؤكدون أننا "قد نبدأ كذلك الآن".
إلى ذلك ، يقدم فاليري ياكوفليف - عالم الفيزياء الفلكية وعلم الهيدرولوجيا من مختبر جودة المياه في خاركوف ، أوكرانيا - وجهة نظر مخالفة. في ورقته "المريخ Terraforming - الطريق الخاطئ" ، يبرر قضية إنشاء المحيطات الفضائية في مدار الأرض المنخفض التي ستعتمد على الجاذبية الاصطناعية (مثل أسطوانة أونيل) للسماح للبشر بأن يعتادوا على الحياة في الفراغ.
بالنظر إلى أحد أكبر تحديات استعمار الفضاء ، يشير ياكوفليف إلى كيف يمكن أن تكون الحياة على أجسام مثل القمر أو المريخ خطرة على المستوطنين البشر. بالإضافة إلى كونها عرضة للإشعاع الشمسي والكوني ، سيتعين على المستعمرين التعامل مع الجاذبية الأقل بكثير. في حالة القمر ، سيكون هذا تقريبًا 0.165 مرة ما يختبره البشر هنا على الأرض (ويعرف أيضًا بـ 1 جم) ، بينما في المريخ سيكون 0.376 مرة تقريبًا.
الآثار الطويلة الأجل لهذا غير معروفة ، ولكن من الواضح أنها ستشمل تنكس العضلات وفقدان العظام. بالنظر إلى أبعد من ذلك ، من غير الواضح تمامًا ما ستكون عليه الآثار بالنسبة للأطفال الذين ولدوا في أي من البيئة. عند تناول الطرق التي يمكن من خلالها التخفيف من هذه (التي تشمل الطب وأجهزة الطرد المركزي) ، يشير ياكوفليف إلى مدى احتمالية عدم فعاليتها:
"إن الأمل في تطوير الدواء لن يلغي التدهور المادي للعضلات والعظام والكائن الحي بأكمله. إن إعادة التأهيل في أجهزة الطرد المركزي هي حل أقل ملاءمة مقارنة مع المحيط الحيوي للسفينة حيث من الممكن توفير تقليد ثابت إلى حد كبير للجاذبية الطبيعية ومجمع الحماية من أي تأثيرات ضارة لبيئة الفضاء. إذا كان مسار استكشاف الفضاء هو إنشاء مستعمرة على كوكب المريخ علاوة على المحاولات اللاحقة لتضليل الكوكب ، فسيؤدي ذلك إلى ضياع غير مبرر للوقت والمال ويزيد من المخاطر المعروفة للحضارة البشرية ".
بالإضافة إلى ذلك ، يشير إلى تحديات خلق بيئة مثالية للأفراد الذين يعيشون في الفضاء. بالإضافة إلى إنشاء مركبات أفضل وتطوير الوسائل للحصول على الموارد اللازمة ، هناك أيضًا حاجة إلى إنشاء بيئة الفضاء المثالية للعائلات. بشكل أساسي ، يتطلب هذا تطوير المساكن المثلى من حيث الحجم والاستقرار والراحة.
في ضوء ذلك ، يقدم ياكوليف ما يعتبره الاحتمالات الأكثر احتمالية لخروج البشرية إلى الفضاء من الآن وحتى عام 2030. وسيشمل ذلك إنشاء أول فضاءات حيوية ذات جاذبية اصطناعية ، مما سيؤدي إلى تطورات رئيسية من حيث المواد التكنولوجيا ، وأنظمة دعم الحياة ، والأنظمة الروبوتية والبنية التحتية اللازمة لتثبيت وخدمة الموائل في المدار الأرضي المنخفض (LEO).
يمكن خدمة هذه الموائل بفضل إنشاء مركبة فضائية روبوتية يمكنها جمع الموارد من الأجسام القريبة - مثل القمر والأجسام القريبة من الأرض (NEOs). لن يزيل هذا المفهوم فقط الحاجة إلى حماية الكواكب - أي القلق بشأن تلوث المحيط الحيوي للمريخ (بافتراض وجود حياة بكتيرية) ، بل سيسمح أيضًا للبشر بأن يصبحوا معتادين على الفضاء بشكل تدريجي.
كما أخبر ياكوفليف مجلة الفضاء عبر البريد الإلكتروني ، يمكن تقسيم مزايا الموائل الفضائية إلى أربع نقاط:
"1. هذه طريقة عالمية لإتقان المساحات اللانهائية للكون ، في كل من النظام الشمسي وخارجه. لا نحتاج إلى أسطح لتركيب المنازل ، ولكن الموارد التي ستوفرها الروبوتات من الكواكب والأقمار الصناعية. 2. إن إمكانية إنشاء موطن قريب قدر الإمكان من مهد الأرض يسمح للمرء بالهروب من التدهور المادي المحتوم تحت جاذبية مختلفة. من الأسهل إنشاء مجال مغناطيسي وقائي.
"3. إن النقل بين العوالم ومصادر الموارد لن يكون رحلة خطرة ، بل حياة طبيعية. هل هو جيد للبحارة بدون عائلاتهم؟ 4. تقلص احتمالية وفاة أو تدهور الجنس البشري نتيجة للكارثة العالمية بشكل كبير ، حيث أن استعمار الكواكب يشمل الاستطلاع ، وتسليم البضائع ، والنقل المكوكي للناس - وهذا أطول بكثير من بناء المحيط الحيوي في مدار القمر. دكتور ستيفن ويليام هوكينج على حق ، الشخص ليس لديه الكثير من الوقت ".
ومع وجود الموائل الفضائية ، يمكن أن تبدأ بعض الأبحاث بالغة الأهمية ، بما في ذلك البحوث الطبية والبيولوجية التي قد تشمل أول أطفال يولدون في الفضاء. كما أنه سيسهل تطوير مكوك الفضاء الموثوق به وتقنيات استخراج الموارد ، والتي ستكون مفيدة لتسوية الأجسام الأخرى - مثل القمر والمريخ وحتى الكواكب الخارجية.
في نهاية المطاف ، يعتقد ياكوليف أنه يمكن أيضًا تحقيق المحيطات الفضائية في غضون إطار زمني معقول - أي بين عامي 2030 و 2050 - وهو أمر غير ممكن ببساطة مع عملية الإصلاح. نقلاً عن الوجود المتزايد وقوة قطاع الفضاء التجاري ، يعتقد ياكوليف أيضًا أن الكثير من البنية التحتية الضرورية موجودة بالفعل (أو قيد التطوير).
"بعد أن تغلبنا على الجمود في التفكير + 20 عامًا ، فإن الغلاف الحيوي التجريبي (مثل الاستقرار في القارة القطبية الجنوبية مع الساعات) ، في 50 عامًا ، سينمو الجيل الأول من الأطفال الذين يولدون في الكون وستنخفض الأرض ، لأنها ستدخل الأساطير ككل ... ونتيجة لذلك ، سيتم إلغاء التضاريس. وسيفتح المؤتمر اللاحق الطريق للاستكشاف الحقيقي للكون. أنا فخور لكوني على نفس الكوكب مثل إيلون ريف مسك. ستكون صواريخه مفيدة لرفع التصميمات للمحيط الحيوي الأول من مصانع القمر. إنها طريقة قريبة ومباشرة لغزو الكون. "
مع بحث العلماء ورجال الأعمال في وكالة ناسا مثل Elon Musk و Bas Landorp في استعمار المريخ في المستقبل القريب ، وشركات الطيران التجارية الأخرى التي تطور LEO ، يصعب التنبؤ بحجم وشكل مستقبل البشرية في الفضاء. ربما سنقرر بشكل مشترك المسار الذي يأخذنا إلى القمر والمريخ وما بعده. ربما سنرى أفضل جهودنا موجهة إلى الفضاء القريب من الأرض.
أو ربما سنرى أنفسنا ننطلق في اتجاهات متعددة في وقت واحد. في حين أن بعض المجموعات ستدعو إلى إنشاء موائل فضائية في المدار الأرضي المنخفض (وفي وقت لاحق ، في أماكن أخرى في النظام الشمسي) التي تعتمد على الجاذبية الاصطناعية وسفن الفضاء لتعدين الكويكبات للمواد ، ستركز مجموعات أخرى على إنشاء مواقع أمامية على أجسام الكواكب ، بهدف تحويلها إلى "تراب جديد".
فيما بينها ، يمكننا أن نتوقع أن يبدأ البشر في تطوير درجة من "الخبرة الفضائية" في هذا القرن ، والتي ستكون بالتأكيد مفيدة عندما نبدأ في دفع حدود الاستكشاف والاستعمار إلى أبعد من ذلك!
