что такое колонизация планет
Что, если не Марс: куда можно «переехать» в пределах Солнечной системы
Человек мечтает покорить космос на протяжении многих лет. Некоторые цели давно стали реальностью, а о других можно пока только фантазировать. Среди последних ярко выделяются планы по колонизации других планет. О переезде на Марс говорят многие футурологи, а Илон Маск даже собирается отправить туда первую пилотируемую миссию уже через четыре года. А какие еще точки могут стать доступными для проживания человека?
Возможна ли колонизация Луны
Среди самых привлекательных мест на Луне выделяют бассейн Южный полюс — Эйткен. Район сильно изрезан кратерами, которые будут защищать астронавтов от сильных ветров. Другое его достоинство — тени. Они помогут избежать сильных перепадов температур. В этой области также находится скопление водяного льда, пригодного для создания газообразного кислорода, питьевой и поливной воды.
Возможная база должна быть изготовлена преимущественно из местных материалов, поскольку перевозка сырья с Земли выйдет в неоправданно крупные суммы. NASA и Европейское космическое агентство (ESA) несколько лет занимаются разработкой возможных решений и уже нашли методы, позволяющие организовать строительство базы исключительно из лунных ресурсов. ESA и архитектурная компания Foster+ с 2013 года работают над проектом Международной лунной деревни и уже представили проект возможного поселения.
База на спутнике Юпитера
Каллисто, естественный спутник Юпитера, может стать еще одним претендентом на колонизацию. О перспективах его заселения говорят в «Роскосмосе» и NASA. Считается, что на нем содержится большое количество подземной воды: по предварительным подсчетам, ее может быть в два раза больше, чем во всех океанах Земли. Помимо практической пользы, вода может стать предметом для исследования: не исключается, что в ней можно найти признаки жизни. Также со спутника было бы удобно совершать миссии на Юпитер, где добывать водород и гелий-3, необходимый для ядерного топлива. База на Каллисто откроет доступ и к полезным ископаемым соседнего естественного спутника — Европы или Юпитера II.
Колонизация Каллисто даст человечеству массу возможностей для добычи ресурсов и проведения исследований, необходимых для понимания устройства Вселенной. Но на пути к этому стоят ряд пока не решенных задач. Так, на спутнике высок уровень радиации и низкая гравитация. Исключение этих проблем упирается в колоссальный бюджет, и будущее миссии зависит от того, сколько на нее готовы потратить. Кроме того, колонизировать Каллисто вероятно начнут не раньше, чем Луну и Марс. Освоение этих космических объектов займет меньше времени и денег. А Каллисто сможет стать логичным следующим шагом.
Жизнь на облаке Венеры
Венера кажется еще одной пригодной для жизни планетой. Но перед заселением она нуждается в терраформировании: без изменения климата переехать на Венеру невозможно, так как на ней слишком жарко, сильные ветры, и высокий уровень радиации и давления. Ученые нашли еще один возможный способ колонизации планеты: они предлагают заселить ее атмосферу и устроить воздушный город в облаках. Главное условие — не приземляться на поверхность.
«Атмосфера Венеры похожа на земную, и на высоте 50 км от планеты жить будет достаточно комфортно», — говорит Джеффри Лэндис, ученый из NASA и писатель-фантаст, одним из первых предложивший эту идею.
Поскольку сила гравитации на Венере почти такая же, как на Земле, корабли смогут удержаться в воздухе. А защитить дома от серной кислоты поможет тефлоновая эмаль.
Однако идея ученых сталкивается с несколькими проблемами. В такие дома будет сложно доставлять продовольствие и сырье, необходимые для выживания. Как вариант, астронавты могут отправлять на поверхность роботов и управлять ими с корабля. Венера по строению похожа на Землю, и на ней есть все необходимые для жизни элементы, включая воду. А роботы с дистанционным управлением могли бы как раз заниматься их добычей. И все же говорить о реализации такой идеи пока рано: ученым необходимо досконально изучить планету и отправить туда еще не одну космическую миссию.
Добыча астероидов на Церере
Церера — карликовая планета в главном поясе астероидов между Марсом и Юпитером. Ее диаметр — 950 км и 25% площади занимает водяной лед. Таких запасов воды будет достаточно для успешной колонизации планеты. На Церере в десять раз меньше солнечного света, чем на Земле, но его хватит для создания солнечной энергетики и работы техники от его заряда. Церера — самое крупное космическое тело в своем поясе астероидов. Оно может стать таким же выгодным пересадочным пунктом для путешествий между планетами, как и Луна. Церера также сможет превратиться в базу для добычи астероидов и стать связующим транспортным узлом между Марсом, Луной и Землей.
Колонизация этой небольшой планеты может открыть дорогу к заселению других космических объектов Солнечной системы, например, спутников Юпитера. Еще один вариант — планета может стать неким космическим складом: транспортировать туда ресурсы с Луны или Марса удобнее, чем с Земли на Луну. Также не исключено, что под ее поверхностью может находиться пресноводный океан, который мог бы снабжать соседние планеты. В результате Церера имеет все шансы превратиться в некое подобие промышленного города с заводами по добыче астероидов, полезных ископаемых и воды.
Колония на крупнейшем спутнике Сатурна
Титан — единственное космическое тело в пределах Солнечной системы, на котором, как и на Земле, есть жидкость на поверхности, состоящая, правда, не из воды, а из метана и этана. Титан содержит массу полезных ископаемых, аналогичных нефти и природному газу. Их можно использовать для получения энергии, что заменит иссякаемые земные источники. Атмосфере Титана не хватает кислорода, но его можно добывать из водяного льда, который находится под поверхностью спутника. А от холодных температур спасет скафандр.
Гравитация на Титане очень слабая, но некоторые ученые рассматривают это как плюс. Люди смогут летать над поверхностью спутника с прикрученными крыльями, а при их поломке плавно приземляться, ведь их не будет тянуть к земле. Такой вид перемещения может стать полезным в практике и в то же время веселым развлечением.
Главный недостаток Титана — он находится слишком далеко от Земли. С современными технологиями лететь до него придется около семи лет, что может оказаться не просто долго, но и опасно для здоровья астронавтов. К тому же человечество пока не обладает технологиями, способными оснастить такой долгий полет. Колонизация Титана может начаться после освоения более близких к Земле космических тел и создания более мощных космических кораблей.
Колонизация Галактики
Меня никогда нельзя было отнести к ярым оптимистам в вопросе полётов к другим звёздам. Да, мне очень хотелось бы верить, что когда-нибудь (хотелось бы по-раньше) мы найдём пригодный для практического использования способ перемещения быстрее света. Но, увы, пока ни что не предвещает его появления.
Тем не менее, в последнее время я вынужден склониться к тому, что колонизация других звёздных систем скорее лишь вопрос времени…
Космический корабль
Первая проблема, которая возникает перед нами при попытке колонизации других звёздных систем — это невообразимые расстояния.
Существует множество идей, как их преодолеть, используя только известные физические принципы. Увы, большинство таких идей качественные, а при попытке их количественной оценки всё рушится.
Хорошо, давайте разгонять иначе — светить гипермощным лазером в солнечный парус. Лазерный луч имеет бесконечную длину, так что может разгонять и на расстоянии в 300 астрономических единиц. Но и тут «небольшие» проблемы: даже если опустить необходимость лазерной оптики километровых размеров, как создать лазер с выходной мощностью в сотни тераватт, т.е. на пару порядков больше, чем мощность всех электростанций мира вместе взятых, абсолютно не ясно.
Кроме того, такие проекты никак не решают проблему торможения в конечной точке пути…
Но есть и один реалистичный вариант — термоядерный двигатель.
Да, пока управляемый термоядерный синтез не дошёл до стадии практического применения, но уже понятно, что тут вопрос чисто технический. И даже если в конце концов потребуются установки исполинских размеров, речь всё равно идёт максимум о километрах, а не об астрономических единицах. Оценки удельного импульса для двигателя на основе термоядерного реактора с инерциальным удержанием дают величину в 1 000 000 — 2 000 000 секунд или 10 000 — 20 000 км/с. Возьмём середину этого диапазона — 15 000 км/с. Это — 5% от скорости света. Учитывая, что химические ракеты при удельном импульсе около 3,5 км/с могут разгонять космические аппараты до 14 км/с, можно рассчитывать, что ракета с удельным импульсом в 5% скорости света разгонит космический корабль до 20%. Впрочем, нужно ещё затормозить… Так скорость перелёта будет на уровне 10% скорости света. Достаточно ли этого?
Дожить до посадки
Расстояние до ближайших звёзд — 4-5 световых года. Т.е. гипотетически до них можно долететь меньше чем за время жизни одного человека — за 40-50 лет. Но вот незадача: около этих звёзд не обнаружено пригодных для колонизации планет.
Ближайшая звезда, возле которой обнаружены планеты, потенциально пригодны для колонизации — Тау Кита. До неё на термоядерной ракете лететь уже 120 лет…
С одной стороны, есть простое решение: корабль поколений. Т.е. создаётся замкнутая экосистема, в которой космонавты «плодятся и размножаются» весь полёт. До пункта назначения добираются лишь правнуки тех, кто отправился в полёт. Но морально такой вариант абсолютно неприемлем: ведь если первый экипаж осознанно принимал решение о полёте длинною в жизнь, то за что их внуки обречены прожить всю жизнь в «консервной банке», окружённой бесконечным мраком пустоты совершенно не ясно. Более того, если первый экипаж можно тщательнейшим образом отобрать и подготовить, будучи уверенными, что они психологически это выдержат, то рассчитывать, что их внуки не сойдут с ума от такой участи, излишне оптимистично.
Однако последние лет десять периодически слышны новости об успешных опытах по анабиозу. До сих пор в анабиоз погружали в лучшем случае свиней, но в этом году в Питтсбурге, штат Пенсильвания, собираются (а может и уже успели) попробовать на несколько часов погружать в анабиоз тяжелораненых, которых без этого успеть спасти невозможно. Это уже совсем другое дело… Конечно, идея пусть даже временно заменить всю свою кровь специальной жидкостью и быть после этого замороженным выглядит не очень привлекательно, но для колонизации галактики чего только не сделаешь. Вполне реалистично выглядит корабль с 1200 поселенцами в «заморозке», и десятком «на вахте». Каждый год вахта сменяется, благодаря чему все 1200 за полёт один год успеют на ней побыть, а за одно дважды пройдут процедуру «консервации». По прибытии на место все колонисты «приводятся в чувства» и занимаются освоением новой планеты.
Но одна нерешённая загвоздка: из тех, кто отправит колонистов в путь, никто никогда даже не узнает об успехе — умрут раньше. Ни о какой пользы от этой колонизации для оставшихся на Земле речи вообще не идёт. Так зачем же это надо?
Финансирование
Собственно говоря, именно последний абзац прошлого пункта и был основой моего скептицизма многие годы: пусть даже технические проблемы преодолимы, добровольцев можно и для экспедиции в ад найти, но зачем кто-то будет вкладывать безумные деньги и прочие ресурсы в проект, который не сулит ничего практически полезного?
Всё решительно изменилось с появлением проекта Mars One: даже если сам он провалится, идея сделать грандиозное шоу из в принципе бессмысленной экспедиции по колонизации другой планеты явно не умрёт. Рано или поздно человечество освоит всю Солнечную систему, доведёт до совершенства технологию анабиоза, разовьёт технологию термоядерного двигателя до нужного уровня и изучит автоматическими зондами планеты ближайших звёзд. А там обязательно найдётся кто-то, кто сочтёт доходы от шоу межзвёздного масштаба достаточными для астрономических инвестиций в первый пилотируемый звездолёт. Пройдут тысячи, а может и только сотни лет, и история вновь повторится, только уже не в Солнечной системе, а в новой колонии, которая отправит корабль туда, куда ещё не ступала нога человека.
Так почему к нам ещё не прилетели?
Раз уж пишу о неизбежности колонизации Галактики человечеством, нельзя не затронуть вопрос о том, почему к нам ещё не прилетели с других планет.
Авторы зачастую исходят из того, что экспоненциальный рост числа колоний должен привести к колонизации всей Галактики за достаточно короткое время — десятки миллионов лет максимум. А т.к. десятки миллионов лет в масштабах времени жизни звёзд — ничто, наша планета должна была быть колонизирована высокоразвитой цивилизацией ещё до нашего появления. Из этого делают вывод, что иных цивилизаций просто нет.
Но, простите, откуда экспонента. Пока в ближайшем окружении Земли кроме Тау Кита можно рассчитывать на пригодность для колонизации только планет звезды Глизе 581, до которой уже более 200 лет полёта. Да и то есть все шансы, что атмосферы её планет вымерзли на их тёмной стороне, тогда и этого варианта нет. Вполне логично предположить, что и колонии смогут отправить не более пары новых экспедиций, а у некоторых и вовсе не найдётся направлений для полёта, кроме как назад к родительской колонии. В такой ситуации рост числа колоний может оказаться даже всего лишь линейным, а тогда время «захвата» Галактики превышает возраст Вселенной на порядки. Даже при более оптимистичном сценарии речь всё равно будет идти о миллиардах лет. А это уже весьма серьёзно даже по астрономическим масштабам.
10 невероятных идей колонизации нашей Солнечной системы
Кто ребенком не смотрел в ночное небо и не задумывался, хотя бы раз, какой могла бы быть жизнь на другой планете? На протяжении всей человеческой истории красота космоса всегда завораживала, восхищала наше воображение. Никогда еще нога человека не ступала на планету кроме нашей. Впрочем, в следующие 20 лет это может измениться. Шумиха вокруг Марса не прекращается, и первый человек, который ступит на четвертый камень от Солнца, скорее всего, войдет в историю вместе с Гагариным, Армстронгом и Олдриным, став очередным первопроходцем — одним из немногих. Но в то время как у всех перед глазами стоит Красная планета, мы начали забывать о других возможностях, которые скрываются в нашей Солнечной системе. О некоторых мы уже говорили, о других вы услышите, возможно, впервые.
Облачные города на Венере
Наша сестринская планета Венера — редкостная злючка. Температура ее поверхности в среднем составляет 500 градусов по Цельсию, а атмосферное давление у земли в 92 раза выше, чем на Земле. В ее облаках серная кислота, но это не самое страшное, поскольку температура убьет вас еще до того, как кислота попадет на кожу. По словам инженеров NASA Криса Джонса и Дейла Арни, этот сущий ад может стать нашим лучшим шансом колонизировать другую планету.
Они предлагают построить колонию из дирижаблей, которые плавают в 50 километрах над поверхностью. Так же, как и на Земле, атмосфера Венеры редеет по мере роста высоты. На высоте атмосферное давление будет сопоставимо с земным, и температура будет в пределах 75 градусов по Цельсию. Самая высокая температура, зафиксированная на Земле, составила 56,7 градуса по Цельсию, это для сравнения. Да, за стенами жилища будет некомфортно, но внутри дирижаблей температуру будет поддерживать куда проще. По словам Криса Джонса, верхние слои атмосферы Венеры «возможно, будут самой похожей на земную средой за пределами нашей планеты».
Замысел привлекает фанатов колонизации, но как его осуществить на самом деле? Первые корабли будут гелиевыми дирижаблями — подвешенные на надутые шары гондолы. Это, конечно, не революционный дизайн, хотя шары и будут оснащены солнечными панелями для сбора чрезвычайного солнечного света, который падает на Венеру. Эти шары будут запускаться в капсулах в верхние слои атмосферы, после этого раздуваться самостоятельно и, как полагают, плыть над плотной нижней атмосферой.
Паратеррформирование Цереры
Кому вообще вздумается туда лететь? Идея в том, что Марс оказался практически без полезных минералов, а вот Церера находится в центре одного из самых богатых минералами регионов Солнечной системы. Ее можно использовать как платформу для добычи платины и палладия, полезных в производстве металлов. Кроме того, есть хороший шанс, что этот маленький твердый шарик содержит больше пресной воды, чем Земля. Вода могла бы быть полезной для колонистов, для производства пригодного для дыхания кислорода и водородного топлива для ракет.
Единственный способ сделать это возможным, впрочем, так называемое паратерраформирование. Поскольку у Цереры совсем нет атмосферы, астронавтам придется возвести прозрачный купол над поверхностью карликовой планеты. По мере роста колонии, ее жители могли бы достраивать купола к уже существующему, расширяя жилую зону, пока она не накроет всю поверхность Цереры, как многогранное глазное яблоко космического насекомого. Возможно ли это? Вряд ли в скором времени, но ученые уже создали успешные купольные жилища на Земле, поэтому остался вопрос масштабирования технологии и надежда на то, что все пойдет хорошо в условиях космического вакуума космоса.
Бетонные дома на Луне
Причины для этого еще более убедительны. База на Луне будет иметь экономический и логистический смысл. Было бы дешевле запускать миссии на дальние расстояние (к примеру, на Марс) с Луны, и большинство необходимого для ракетного топлива водорода и кислорода добывать непосредственно из воды на лунных полюсах. Луна может быть нашим счастливым билетиком на шоколадную фабрику.
Идея становится безумной, когда мы доходим до процесса строительства подобной колонии. Идеи доходят до надувных стручков, спускающихся по лавовым трубкам от космических станций на лунной орбите, но самой невероятной будет, наверное, самая простая: бетонные дома. В 1992 году доктор Тунг Джу Лин, материаловед, начал изучать состав небольшого кусочка лунного камешка, позаимствованного у NASA. Он обнаружил, что лунная поверхность уже имеет все необходимое для создания бетона. В частности, Луна изобилует минералом ильменитом, который содержит железо и оксиды титана. Когда Лин растер лунный камешек в порошок и несколько часов пропускал через пар, он создал бетонную плиту, которая оказалась прочнее своего земного варианта. Так что, как бы круто ни было жить в высокотехнологичных лунных трубах, есть шанс, что мы заимеем обычные домики.
Города диска Койпера
Одной из самых известных идей Фримена Дайсона является сфера Дайсона, мегаструктура, которая должна закрывать звезду в капсулу для дальнейшего извлечения энергии. У Дайсона также есть проекты и для других частей Солнечной системы, а именно для пояса Койпера, богатого кометами региона за пределами орбиты Нептуна.
В этом регионе кометы часто образуют плотно упакованные стайки, которые можно связать вместе с образованием города-колонии. Как говорит сам Дайсон, «метрополис пояса Койпера будет, вероятно, плоской, дискообразной коллекцией кометных объектов, связанных длинными тросами и медленно вращающейся вокруг центра для поддержания тросов в натянутом состоянии».
Даже если бы они не были связаны, отдельно колонизированные кометы довольно часто проходят мимо, даже будучи разделенными миллионами километров, позволяя колонистам перепрыгивать с одного метеора на другой довольно просто. Что касается света и тепла в этом холодном мире, Дайсон предполагает, что массив зеркал в 100 километров шириной будет в состоянии обеспечить 1000 мегаватт солнечной энергии.
Жилища боло
Представьте себе струну с шариками на каждом конце — вот и вся идея. Каждый шарик будет сферой 22 метра в диаметре, которая может вместить 10 человек. Струна посередине будет 2 километра в длину, и все это будет вращаться каждую минуту, обеспечивая людей аналогом земной гравитации. Залепите лунной грязью внешнюю часть сферы для радиационного щита — и вы получите себе рабочий, слегка грязный космический домик.
Боло-жилища задумывались как колонии, способные обеспечивать одну семью всем необходимым. Будет пространство для выращивания пищи, солнечные панели для энергии, производственное место в середине троса, место с невесомостью для строительства других боло. Так же, как поселенцы Старого Запада расширяли свои дома, чтобы вместить свои растущие семьи, пионеры космической жизни могли бы создавать целые города из свободно плавающих домов.
Подводные океанические жилища на Европе
И хотя найти крошечные бактериологические скопления внеземных микробов вокруг геотермальных источников глубоко под поверхностью этого снежного шарика было бы чрезвычайно интересно, одна частная компания не хочет ждать, пока роботы сделают грязную работу; она хочет доставить туда людей и сделать это за следующие 50 лет. Как и Mars One, Objective Europe будет предлагать билет в один конец, но эта жертва будет бесполезной, если вы не узнаете что-нибудь новое по пути, и этот проект сможет реализовать массу научных экспериментов (а по дороге придумать, как обеспечить проживание астронавтов достаточно долгое время).
Плавучие цилиндры О’Нила
Эта идея витает в воздухе с 1974 года, с тех пор как физик Джерард О’Нил изложил свою идею в статье в Physics Today. Тогда, конечно, эта идея прочно закрепилась в научной фантастике. Мы едва посетили Луну, поэтому вряд ли развернули что-то вроде этой гигантской мегаструктуры для размещения миллионов людей. Тем не менее идея О’Нила посеяла искорку в коллективном сознании научного сообщества, и концепт отказался умирать.
Цилиндры О’Нила до сих пор нереализуемы нашими современными методами, но, как это часто бывает, наука быстро настигает фантастику. По данным британского межпланетного общества, группы, которая предсказала практическую лунную миссию за 30 лет до программы «Аполлон», мы можем построить цилиндр О’Нила уже сегодня. Единственной проблемой будет найти кого-то, кто заплатит. Большинство материалов, необходимых для строительства цилиндров, могут быть добыты на Луне, а появление менее дорогих космических аппаратов может существенно упростить строительство.
Воздушные станции Bigelow Aerospace
Будучи одновременно самым дорогим объектом, когда-либо построенным землянами и крупнейшим искусственным спутником на орбите Земли, Международная космическая станция является маяком человеческого прогресса, требующего сотрудничества двух десятков стран и свыше 160 миллиардов финансирования. С 2000 года экипажи МКС провели массу новаторских исследований и экспериментов на тему микрогравитации, космического излучения, биотехнологий и темной энергии, а также многого другого.
Когда Роберт Бигелоу, магнат недвижимости из Лас-Вегаса, увидел МКС в действии, ему пришла мысль: «Я могу сделать лучше». Поэтому он выложил 500 миллионов долларов из собственного кармана, чтобы начать Bigelow Aerospace для изучения и строительства коммерческих космических станций. В то время как МКС собиралась по частям в космосе в течение двух лет, B330 от Bigelow устроена проще: это массивный воздушный шар, который вылетает в космос в носовом конусе ракеты. Как только ракета покидает атмосферу, шар раздувается в абсолютно функциональную космическую станцию, способную вместить шестерых членов экипажа.
Идея невероятная, да? Не совсем. У Bigelow уже есть два надувных модуля космической станции на орбите, Genesis I и Genesis II, и впереди планы запустить космический комплекс Bravo побольше, в 2016 году. На этом Роберт Бигелоу не останавливается. Его видение будущего включает лунные колонии, станции глубокого космоса и марсианские форпосты.
Мир-пузырь
Задолго до того, как Джерард О’Нил опубликовал свое первое описание вращающихся цилиндров, ученый NASA Дэндридж Коул предложил похожую идею, которую назвал «bubbleworld» (буквально «мир-пузырь»). Но если цилиндры О’Нила были построены из материалов, добытых на Луне, идея Коула включала больше металла.
Для начала нужно найти астероид, состоящий в основном из металла, желательно из гибких сплавов вроде никель-железа. Это просто: таких астероидов вокруг нас тысячи. Следующим шагом будет просверлить туннель через центр астероида и наполнить его водой, а затем использовать концентрированное солнечное тепло, чтобы запаять оба конца туннеля. Немного отдалив солнечный фокус, мы медленно размягчаем металлическое тело астероида, одновременно с этим нагревая воду внутри, чтобы кипение воды раздуло размягченную оболочку и «выдолбило» интерьер астероида.
После его остывания зеркала можно направить для отражения света внутрь интерьера, вращением можно индуцировать гравитацию, а внутри — поселить людей.
Биоинженерные деревья
И снова поприветствуйте замысел Фримена Дайсона.
В эссе 1997 года для The Atlantic под названием «Теплокровные растения и сухо замороженная рыба» Дайсон изложил план по использованию биоинженерных парниковых деревьев для обеспечения условий обитания человека в космосе. Эссе написано от лица ребенка, который мечтал о ракетных кораблях и космических полетах, а потом вырос, но не прекратил мечтать. В работе Дайсон описывает шаги, необходимые для колонизации метеора таким образом. И как и в случае с большинством великих вещей, путешествие человечества в космос начинается с семени.
После приземления на поверхность кометы, по мнению Дайсона, это семя должно вырасти в огромное теплокровное биоинженерное растение, которое будет способно выжить в отрицательной температуре, используя свет далекого Солнца. Там дерево вырастет достаточно большим, чтобы сформировать теплое закрытое жилище, наполненное кислородом от естественного фотосинтеза. К моменту прибытия людей внутри парникового дерева уже будет готов дом для них.