Какой из миров больше подходит для колонизации - Венера или Марс?
Предлагаем вместе с автором мысленно погрузиться в плотные слои атмосферы Венеры, разобраться, что из себя представляет эта планета, и попытаться ответить на вопрос: почему будущее поколение землян для колонизации может выбрать не Марс, а город в облаках «утренней звезды».
Этот материал - субъективное мнение автора, основанное на истории изучения Венеры и последних научных данных. Приятного чтения!
Фото: NASA / Венера
О, Марс! Все мысли только о тебе
Если спросить человека, который хоть немного увлекается астрономией и космонавтикой, какую, по его мнению, планету в будущем люди выберут для своего нового дома, скорее всего, он ответит - Марс.
Такое мнение зачастую основано на публикациях в СМИ, которые часто преподносят Марс как «наилучшее место для колонизации». Интерес к Красной планете также подогревают заявления аэрокосмических агентств и первых лиц космических держав. В начале 90-х годов прошлого века президент США Джордж Буш-старший объявил, что в ближайшие 30 лет Америка должна вернуть людей не только на Луну, но и отправить их на Марс [1]. Как видим, в срок не уложились. Однако с тех пор строительство обитаемой базы на поверхности Красной планеты - одна из приоритетных целей NASA. Подливает масла в огонь и Илон Маск. Бизнесмен очень часто рассказывает в интервью о необходимости колонизации Марса и обещает как можно быстрее отправить на Красную планету первую пилотируемую миссию [2]. В результате приверженцев «марсианских приключений» среди фанатов Маска (и не только) становится все больше.
Кадр из фильма "Марсианин". Главный герой фильма обустраивает теплицу для выращивания картофеля
Не отстает и киноиндустрия. Вспомните навскидку, сколько за последние 10-20 лет было снято художественных фильмов о Марсе? Наверное, с десяток. В этих фильмах чего только не происходит, герои даже выращивают картошку в бесплодном марсианском грунте (фильм «Марсианин»). Ради справедливости, отметим, последние исследования показывают, что в условиях, имитирующих марсианские, действительно можно вырастить картофель [3]. Да и в NASA говорят, что в марсианской почве есть питательные вещества, необходимые для выращивания растений [4].
Все эти заявления о необходимости колонизации Марса делаются на фоне не самых радужных научных открытий, показывающих - Красная планета очень опасна для человека. Например, данные космического аппарата «Феникс» помогли узнать, что марсианская поверхность усыпана перхлоратами - химическими веществами, которые очень токсичны для человеческого организма [5]. Не стоит забывать и о радиации. Приборы зонда Mars Odyssey измерили радиационный фон вокруг Марса и показали, что уровень облучения, который потенциально могут получить астронавты на пути к Марсу, в два-три раза выше, чем получают люди внутри МКС [6]. То есть весь полет к Красной планете, по разным оценкам он займет до 260 дней, астронавты будут подвергаться воздействию радиации [7]. И еще одно связанное с радиацией неприятное открытие: как только астронавты покинут защитное поле Земли, риск развития рака во время полета к Марсу возрастет у них в два раза [8].
Фото: NASA/JPL / Один из Колумбийских холмов внутри кратера Гусева на Марсе. Снято панорамной камерой марсохода "Спирит"
У соседа Земли слабое магнитное поле и очень разреженная атмосфера - поверхность планеты плохо защищена от солнечных космических лучей - вот еще одна проблема с которой столкнутся люди.
В XXI веке люди одержимы межпланетным переселением. Многие из них уверены, что рано или поздно столкнутся с апокалипсисом: на Земле произойдет техногенная или природная катастрофа, которая приведет к массовому вымиранию [9]. Поэтому, пока не поздно, нужно найти новый дом, чтобы спасти человечество. Ну, а договориться друг с другом, чтобы предотвратить хотя бы техногенную катастрофу, люди не в силах, видимо, мешают амбиции.
Давайте подумаем, если Марс такой опасный, можно ли найти ему альтернативу? Скажем, планету, которая бы находилась гораздо ближе к Земле, которая не была бы такой негостеприимной для человека, ну и, конечно, обладала условиями, позволяющими построить колонию? Такой мир есть - Венера. Минимальное расстояние от Земли до Венеры - 38 млн. км [10], до Марса - 54,6 млн. км [11]. То есть путь до «утренней звезды» займет почти в два раза меньше времени, чем до Марса. И еще, не обязательно ведь строить колонию на поверхности, ее можно построить в атмосфере. На Венере на высоте 50-55 км существуют вполне пригодные для обитания условия. Атмосферное давление там примерно такое же, как на поверхности Земли, а температура колеблется от +77 до +29 °C [12]. Еще один бонус: на этой высоте атмосферный слой Венеры достаточно толстый, а значит, он сможет хорошо защищать колонистов от радиации.
Венера, твое время пришло
За последние десять лет интерес планетологов к Венере очень сильно возрос, отчасти он обусловлен научными открытиями, которые все больше раскрывают тайны этой планеты. Например, исследователи узнали, что загадочные темные пятна на поверхности этой планеты могут состоять из серы, хлорида железа и влиять на погоду [13], а в 2020 году ученые нашли доказательства того, что Венера геологически активный мир, там есть действующие вулканы [14]. Также специалисты выяснили, что приблизительно 3 млрд. лет назад по поверхности Венеры текли жидкие реки [15].
Фото: University of Maryland / Трехмерное изображение двух корон на поверхности Венеры, которые образуются, когда горячий материал из недр планеты поднимается сквозь мантию
Постепенно ученые всего мира начинают обращать более пристальный взгляд на эту планету, собираются отправить туда очередные миссии. Россия, Индия, США уже в этом десятилетии планируют запустить к Венере свои зонды.
Сейчас Роскосмос занимается проектированием первой со времен СССР венерианской станции «Венера-Д» (об этом позже) [16]. А NASA рассматривает двух из четырех финалистов программы Discovery - зонды DAVINCI+ и VERITAS, как потенциальные миссии к соседке Земли [17]. Выберет ли американское аэрокосмическое агентство эти миссии, мы узнаем в конце 2021 года. Также специалисты NASA с 2009 года разрабатывают проект аэростатного зонда, получившего название Venus Flagship Mission Study. Этот зонд сможет находиться в венерианской атмосфере на протяжении нескольких месяцев [18]. Проект, правда, еще не одобрили.
Фото: NASA / Обработанный снимок Венеры. Фото получил зонд "Маринер-10" в 1974 году
Вообще идея с аэростатными зондами довольно неплохая. Представьте себе огромный населенный людьми облачный город, состоящий из больших серебристых шаров, которые парят в венерианской атмосфере и медленно вращаются по часовой стрелке. Как мы писали выше, на высоте 50-55 км от поверхности Венеры температура вполне подходящая для человека, гравитация вполне земная, и, самое главное, есть защита от радиации. Если эти шары оборудовать смотровыми площадками, можно будет даже выходить “на балкон”, одевшись в какой-нибудь легкий костюм-скафандр и с чем-то вроде газозащитного дыхательного аппарата, который используют пожарные, на голове.
Краткая история исследования Венеры
Венера - единственная планета в нашей системе, которая вращается вокруг своей оси по часовой стрелке. Кроме того, соседка Земли движется вокруг Солнца практически по идеальной круговой орбите.
Венера с давних пор завораживала и манила людей. Когда появились первые телескопы и взгляд астрономов устремился к «утренней звезде», что они увидели в свои окуляры? Окутывающий со всех сторон планету облачный слой, скрывающий неизвестный мир. Текут ли там реки? Может, там простираются бескрайние океаны? Есть ли там жизнь? Идут ли там дожди? Растут ли деревья, растения?
Первое близкое знакомство людей с этой планетой состоялось в 1874 году, когда на нее детально смогли взглянуть даже те, у кого не было телескопов. В этот год французский астроном Пьер Жансеном с помощью созданного им же устройства впервые смог получить серию черно-белых снимков прохождения Венеры по диску Солнца и познакомить с ними общественность [19]. Девятью годами ранее писатель Ашиль Эйро опубликовал первый фантастический рассказ о Венере [20].
Потом были произведения Эдгара Берроуза, Говарда Лавкрафта, Клайва Льюиса, Айзека Азимова, Роберта Хайнлайна, советских фантастов Алексея Беляева, Владимира Владко, Аркадия и Бориса Стругацких, Исайи Лукодьянова, Евгения Войскунского и т.д. В своих произведениях писатели пытались показать венерианский мир таким, каким его видели в своих мыслях: с внеземной жизнью, океанами и с человеком-первопроходцем.
Фото: wikipedia / Обложка второго издания повести «Страна багровых туч», написанной Аркадием и Борисом Стругацкими, в которой рассказывается об экспедиции землян на Венеру.
В конце 1950-х СССР и США приступили к разработке венерианских станций. Причем, разработки аппаратов шли с учетом того, что станции должны будут сесть на воду - в то время ученые толком не знали, что скрывает облачный слой этой планеты-загадки, они предполагали, что поверхность Венеры покрыта водой.
Для двух противоборствующих держав Венера стала основной целью в межпланетных исследованиях. Сперва Советский Союз запустил свой зонд «Венера-1» в 1961 году, миссия закончилась неудачно, а год спустя к «соседке Земли» полетела американская станция «Маринер-2». Аппарат NASA вышел на орбиту вокруг Венеры в декабре и практически сразу приступил к исследованию. «Маринер-2» определил, что у Венеры очень слабое магнитное поле и передал данные об экстремально горячей атмосфере планеты [21]. Так выяснилось, что ближе к поверхности температура достигает 500 °C.
Фото: РИА Новости / Репродукция фотографии. Советская космическая станция "Венера-7" в монтажно-испытательном корпусе. Этот аппарат впервые в истории человечества осуществил мягкую посадку на поверхность другой планеты
Чуть позже другие советские и американские зонды, посланные к Венере, помогли ученым понять, что температурные показатели, полученные «Маринером-2», немного завышены. Оказалось, что вблизи венерианской поверхности температура достигает не 500 °C, а 462 °C. Это самая горячая планета во всей Солнечной системе. Кроме того, последующие миссии показали, что атмосферное давление вблизи поверхности Венеры в 92 раз выше, чем на Земле [22].
Представления людей о райской Венере разбились вдребезги
Долгое время люди представляли Венеру как райский уголок, похожий на Землю.
В 1961 году, еще до отправки СССР первой автоматической станции, достигшей орбиты Венеры, в советский прокат вышел научно-фантастический фильм «Планета бурь» [23], в котором при помощи фантазии создатели киноленты попытались заглянуть под облачный слой «утренней звезды». Авторы фильма показали путешествие людей на эту планету, а также местную флору и фауну: животных, очень похожих на земных динозавров, и огромный океан. В 1965 году американцы перемонтировали советский фильм и выпустили свою картину под названием «Путешествие на доисторическую планету» [24].
Фото: Издательство «Рекламфильм» / Постер фильма
И советская, и американская киноленты у современного подкованного зрителя вызывают только улыбку. В те времена ученые обладали довольно скудной информацией о Венере, поэтому не представляли, что творится на ее поверхности.
В 1968 году в свет вышла антология фантастических рассказов « Прощай, Венера фантастическая » [25]. В этой книге писатели сделали своего рода посыл миру, они призывали к тому, что пора прекратить называть Венеру второй Землей. Многие писатели считали, что на адской поверхности никогда не сможет существовать жизнь. Но так ли это на самом деле?
Жизнь на Венере - реальность или фантастика?
В 1978 году NASA отправило к Венере два зонда: «Пионер-Венера-1» и «Пионер-Венера-2» [26]. Аппараты обнаружили большую концентрацию метана на расстоянии 60 км от поверхности планеты.
Фото: NASA / Снимок облаков Венеры в ультрафиолетовом диапазоне. Получен орбитальным зондом Pioneer Venus Orbiter в 1979 году
Объясним, почему это важное открытие.
Метан - одна из важнейших биосигнатур в поисках микробной жизни, иногда он может выступать “косвенной уликой”, указывающей на следы химических или физических процессов жизнедеятельности организмов.
Ученым известны два способа производства этого газа на Земле: биологический и геологический. На нашей планете биологическим источником метана в основном выступают метаногенные археи, они производят этот газ в человеческом кишечнике, в желудках коров, на заболоченной местности. Также он появляется в условиях высоких температур и давлений, например, при извержении вулканов.
Специалисты не знают, что именно на Венере выступает источником метана, но там есть действующее вулканы, значит, этот газ может появляться в результате геологических процессов.
Да и к открытию «Пионеров» у астрофизиков есть вопросы. Например, многие из них считают, что большая концентрация метана, обнаруженная зондами в атмосфере Венеры, это ошибка [27].
Фото: Роскосмос / Обработанные снимки с поверхности Венеры. Сделаны советскими аппаратами "Венера-13" и "Венера-14" в 1982 году
С начала 1980-х годов наблюдалось угасание интереса к Венере. Ученые стали понимать, что исследовать ее поверхность не так уж просто и очень затратно. Эта планета превращает в груду металла любой аппарат, который попытается приоткрыть ее тайны. За все время советско-американской «венерианской эпопеи» дольше всех на адской поверхности проработал только спускаемый аппарат «Венеры-13» - 127 минут [28].
Последний снимок поверхности Венеры был сделан почти 27 лет назад космическим зондом NASA «Магеллан» [29], который проводил первое радиолокационное картографирование «соседки Земли» с ее орбиты в 1990-1994 годах. Ученые до сих пор работают с картами, созданными на основе данных этого аппарата, все они с низким разрешением.
«У нас топографические данные Плутона более качественные, чем Венеры, - в одном из своих интервью рассказала Даби Дайер, планетолог NASA, возглавляющая группу по исследованию Венеры [30]. - В NASA большинство ученых-планетологов уже смирились с тем, что Марс - наиболее перспективное место для поиска воды, жизни и создания там первых поселений. Но наша команда не собирается отказываться от исследования соседки Земли, мы до последнего будем бороться за эту планету».
Фото: NASA / Радиолокационный снимок ударного кратера Адывар на Венере. Сделан зондом NASA “Магеллан”, который проводил первое радиолокационное картографирование Венеры с орбиты планеты в 1990-1994 годах
Однако несмотря на то, что космические станции к Венере пока не посылаются, ученые все равно пытаются “пробить” венерианский облачный слой с помощью архивных данных и современных наземных обсерваторий.
Так в 2019 и 2020 годах две независимые группы астрономов представили любопытные научные работы по Венере.
Первая группа астрономов объявила, что располагает данными, которые указывают на то, что в далеком прошлом Венера могла быть обитаемым миром [32]. Согласно результатам исследования, в промежуток между 4 млрд. лет и 1 млрд. лет назад на планете могли быть вполне земные условия и мог плескаться океан жидкой воды. То есть вода на Венере существовала намного дольше, чем на Марсе, и теоретически этого времени достаточно, чтобы в ней зародилась жизнь. Там жизнь могла появиться даже раньше, чем в океане Земли.
[Статья по теме: Новое моделирование климата показало, что Венера когда-то была обитаема]
Но приблизительно 2-1 млрд. лет назад Венера стала терять воду из-за увеличения яркости Солнца [33], а 700-750 млн. лет назад на планете произошла серия катаклизмов, которая, как считают специалисты, привела к выбросу углекислого газа, хранящегося в горных породах планеты. В результате атмосфера Венеры “впитала” большое количество CO2, случился парниковый эффект, и, как следствие, разогрев атмосферы.
Фото: NASA / Так, согласно моделям NASA, могла выглядеть Венера миллиард лет назад
Океаны - одни из главных нейтрализаторов углекислого газа, они его поглощают [35] . На Венере нет океанов, и весь углекислый газ, который выбрасывают в атмосферу вулканы, там и остается, поэтому парниковый эффект со в ременем никуда не исчезает [34].
Ученые предположили, что если на поверхности Венеры и существовала жизнь, то адский климат, скорее всего, вынудил ее перебраться в атмосферу [36].
В 2020 году еще одна группа ученых рассказала, что, благодаря комплексу радиотелескопов ALMA и инфракрасному телескопу Джеймса Максвелла на Гавайях, на высоте 50-65 километров над поверхностью Венеры им удалось обнаружить следы фосфина - очень ядовитого газа, который на Земле производят микроорганизмы - анаэробные бактерии [31]. Известно, что эти бактерии могут жить и получать энергию даже без кислорода. Чтобы полностью быть уверенным в своем открытии, ученые должны подтвердить наличие этого газа на Венере, то есть взять оттуда пробы, но с Земли сделать это невозможно, необходимо отправить аппарат.
[Статья по теме: Кто и когда отправит к Венере космические аппараты, чтобы проверить планету на наличие жизни?]
Полет к Венере
О своих планах отправить исследовательские станции к соседке Земли объявили три страны: Россия, Индия, США.
Первой из этой троицы свой зонд планирует запустить Индия - «Шукраян-1». Запуск намечен на 2024 год [38]. Аппарат будет исследовать планету четыре года. За это время он изучит структуру поверхности Венеры, взаимодействие солнечного ветра с ее ионосферой, состав и динамику атмосферы.
Что, касается США, то здесь есть некоторые нюансы. NASA хоть и заявило, что рассматривает DAVINCI+ и VERITAS как потенциальные венерианские миссии, запуск их может не состояться. Во-первых, агентство очень сильно занято предстоящими полетами на Луну и Марс, поэтому человеческих ресурсов на Венеру может не хватить. Во-вторых, из бюджета NASA, который составляет почти 23 млрд. долларов, на программу Discovery 2021 было выделено всего 300 млн., а этой суммы может оказаться недостаточно для проектирования аппаратов. И DAVINCI+, и VERITAS - лишь двое из четырех финалистов программы. NASA должно еще выбрать эти зонды.
В любом случае, стоит пару слов сказать об этих американских станциях.
В случае удачного расклада, миссия VERITAS будет представлять собой орбитальный аппарат, который займется составлением трехмерной карты поверхности Венеры и изучением ее геологической истории [39]. DAVINCI + также будет представлять собой спускаемый аппарат, он изучит состав атмосферы планеты во время медленного спуска на поверхность [40].
Наиболее перспективной кажется миссия Роскосмоса - «Венера-Д». В марте 2021 года инженеры космической корпорации сообщили, что уже приступили к техническому проектированию аппарата [37]. Станция займется изучением парникового эффекта Венеры и попытается выяснить, почему атмосфера планеты вращается гораздо быстрее ее поверхности. Зонд будет состоять из орбитального и посадочного модулей. Российские ученые при помощи современных технологий попытаются сделать посадочный модуль более термоустойчивым, планируется, что он продержится на поверхности Венеры гораздо дольше, чем его предшественник - спускаемый аппарат «Венеры-13» (он продержался чуть больше 2 часов).
В случае успеха, «Венера-Д» станет первой со времен СССР отечественной венерианской миссией. Напомним, последние зонды к соседке Земли Советский Союз отправил в 1984 году - аппараты «Вега-1» и «Вега-2» [41].
Ориентировочная дата запуска российской миссии - 2029 год.
Post Scriptum
Автор статьи считает, что отправка на Венеру больших аэростатов, в которых могли бы жить люди, и создание на основе них колонии вроде облачного города обошлись бы гораздо дешевле колонизации Марса. Во-первых, Венера, в отличие от Красной планеты, находится к Земле ближе, а значит, добраться до нее можно почти в два раза быстрее, что позволяет сэкономить на топливе. Во-вторых, на Венере не придется строить подземные сооружения, как на Марсе, чтобы защититься от радиации. Не нужно искать место для возведения жилища, а после собирать дома из отдельных конструкций, достаточно просто доставить готовый дом и опустить его на необходимую высоту, местная атмосфера обеспечит надежную защиту от радиации. После “парящие жилища” можно будет связать между собой в единую систему и постепенно расширять за счет новых домов, пока не получится один большой город.
Фото: BOB AL-GREENE / MASHABLE / Дома в облаках Венеры, соединенные специальными тросами, в представлении художника
Правда, возникает проблема с водой на Венере. Если на Марсе, как считают ученые, она находится под поверхностью [42], и ее в дальнейшем могут использовать колонисты, на соседке Земли воды нет вообще. Будущим венерианцам нужно будет найти способ синтеза воды из химических элементов, которые есть в атмосфере, или придумать, как ее можно доставлять сюда с комет и астероидов.
Еще одна трудность связана с биологическими часами человека. На Венере день и ночь длятся по 58 земных суток, на Марсе же продолжительность суток равняется 24 земным часам. То есть колонистам нужно будет привыкать к новому образу жизни. Возможно, это будет не слишком сложно, ведь и на Земле существуют регионы, населенные людьми, где есть полярные дни и ночи, которые длятся больше месяца.
Что касается выращивания растений и пищевых культур, это можно будет делать в специальных теплицах, только “сырье” придется завозить с Земли.
--------
Смотрите нас на youtube. Еще больше интересных постов на научные темы в нашем Telegram.
Заходите на наш сайт, там мы публикуем новости и лонгриды на научные темы. Следите за новостями из мира науки и технологий на странице издания в Google Новости