Колонизировать Марс помогут купола из аэрогеля

Идея колонизации Марса уже не одно десятилетие захватывает воображение человечества. Но, если раньше об этом говорили писатели-фантасты, то теперь возможность переселения на Красную планету серьезно обсуждает научный мир.

Изменить климат на всей холодной планете, чтобы она стала пригодной для жизни, сейчас невозможно. Но ученые каждый раз предлагают новые варианты. На этот раз — построить крыши или целые купола из аэрогеля (сверхлегкого геля, где жидкая фаза замещается газообразной) на отдельных территориях Марса, которые дали бы создать под ними локальные парниковые эффекты.

На Марсе в определенной степени прослеживается парниковый эффект, что создает темные пятна на поверхности. Его можно наблюдать под ледяными шапками из воды и диоксида углерода, СО₂. В таких условиях почва под льдом нагревается, а между теплой поверхностью и льдом накапливается углекислый газ, который прорывает лед и выбрасывает грунт, что и проявляется в виде темных пятен.

Этот процесс, когда солнечный свет поглощается в глубине полупрозрачного снега или ледовых слоев, называют твердотельным парниковым эффектом. Он явно проявляется с полупрозрачными материалами, которые частично пропускают видимое солнечное излучение, но имеют низкую теплопроводность и проницаемость для инфракрасного излучения.

«Мы начали рассуждать о парниковом эффекте и о том, как его можно использовать для создания обитаемого среды на Марсе в будущем», — объяснил Робин Вордсворт, ведущий автор статьи из Гарвардского университета.

Диоксид углерода и водяной лед широко распространены на Марсе и уже показали себя в действии, однако они не помогут колонизировать Марс — из-за их высокой изменчивости.

Тогда ученые вспомнили об аэрогеле кремнезема (силикатный аэрогель). Он имеет пористую структуру, образованную наноразмерными кластерами кремнезема, более 97% объема которого занимает воздух.

Его давно уже используют в различных областях техники для теплоизоляции, поскольку его теплопроводность одна из самых низких среди материалов. Силикатный аэрогель даже использовали в конструкции марсоходов, чтобы обеспечить термоизоляцию в ночное время.

«Аэрогель диоксида кремния является перспективным материалом, потому что его эффект пассивный. Он не требует большого количества энергии или ухода за деталями, чтобы поддерживать тепло в определенном регионе в течение длительного периода времени», — объяснила Лора Кербел, соавтор исследования.

Решение проблем с ультрафиолетом и температурой ученые считают критическими точками для включения жизни на красной планете, однако, нужно будет рассмотреть вопрос с дополнительными ограничениями, что неизбежно накладываются на успех будущей колонизации. Например, низкое атмосферное давление, доступность питательных веществ и откладывание на аэрогеле пыли.

Выше парциальное давление углекислого газа на Марсе, возможно, способствовал бы лучшему росту растений, но низкое общее давление атмосферы (в 170 раз меньше, чем на Земле) при температуре выше 273 К будет приводить к чрезмерного испарения воды. Как вариант, ученые предлагают напыления на внутреннюю сторону аэрогелевого щита, дополнительного плотного прозрачного материала или сочетание его с гибкими и прочными материалами, что в определенной мере позволит увеличить давление под укрытием. Жидкая вода сможет легче собираться на поверхности вместо того, чтобы испаряться в марсианскую атмосферу.

Одним из вызовов будет также поиск выгодного места для постройки укрытия. Там должен быть высокий и постоянный поток солнечной энергии и достаточное количество поверхностных вод и, в то же время, нужно учесть скорость оседания пыли.

В будущих исследованиях авторы научной статьи планируют провести исследования на Земле в местностях, которые являются аналогами марсианским. Например, в пустыне Атакама в Чили или сухих долинах Антарктиды.