Mars - planeta, na której można zamieszkać?

Odpowiedź na pytanie zawarte w tytule okazuje się całkiem prosta. Tak — już w tej chwili dysponujemy technologią i rozwiązaniami, które mogą utrzymać ludzi przy życiu na powierzchni Marsa i pozwolić na rozpoczęcie kolonizacji Czerwonej Planety.  

Wraz z rozwojem cywilizacji, dzięki ludzkiej pomysłowości, pogłębianiu wiedzy o właściwościach różnych materiałów i procesach chemicznych udało nam się stworzyć warunki do życia w nawet najbardziej nieprzystępnych miejscach na naszej planecie. 

Człowiek od lat eksploruje oba bieguny, gdzie temperatury regularnie spadają poniżej -50 stopni, a noc i dzień trwają po pół roku. Odwiedził najgłębszy punkt powierzchni Ziemi, Rów Mariański 11 kilometrów pod powierzchnią oceanu i najwyższy szczyt, Mount Everest — prawie 9 kilometrów ponad nią.  

Lot Gagarina w 1961 udowodnił, że człowiek może przetrwać nawet w najbardziej nieprzyjaznym środowisku — próżni kosmicznej. Od listopada 2000 roku obsadzona pozostaje Międzynarodowa Stacja Kosmiczna — to już 23 lata nieprzerwanej obecności człowieka poza rodzimą planetą.  

W porównaniu z bezkresem międzygwiezdnej pustki Mars wydaje się całkiem przyjemnym miejscem — choćby tylko dlatego, że zapewnia twardy grunt pod nogami. W warunkach kosmicznych nawet coś tak oczywistego okazuje się udogodnieniem, z którego trzeba się cieszyć. To niejedyne co ma nam do zaoferowania Mars — jednak, żeby korzystać z jego “dobrodziejstw" musimy najpierw dotrzeć na jego powierzchnię.

Skoro wysyłamy ludzi na Międzynarodową Stację Kosmiczną (ISS) i już ponad pół wieku temu wylądowaliśmy na Księżycu, to samo dotarcie na Marsa nie powinno być wielkim problemem.  

Takie manewry nie są nam całkiem obce — pierwszy lądownik, Viking 1, udało się posadzić na Marsie już w 1975 roku. Przez kolejne dekady bezkresne pustynie Czerwonej Planety badały dziesiątki satelitów, lądowników i pojazdów. W 2020 w jednym z kraterów wylądował łazik Perseverance, który na pokład zabrał nawet mały helikopter zdolny do poruszania się w skrajnie rozrzedzonej atmosferze. 

Nie wystarczy jednak postawić rakiety na wyrzutni i wystrzelić w kierunku Marsa. Planety poruszają się po orbitach wokół Słońca, co sprawia, że odległość między nimi nieustannie się zmienia.  

Raz na 26 miesięcy (a dokładnie 791 dni) Ziemia i Mars znajdują się najbliżej siebie, obie po tej samej stronie Słońca. Nawet wtedy odległości nie są takie same — niewielkie różnice w skali kosmicznej to w praktyce dziesiątki milionów kilometrów.  

Najkrótszy możliwy dystans to 54,6 miliona kilometrów, jednak do tego wyniku zbliżymy się dopiero w 2035 roku. W aktualnym cyklu obie planety miną się na orbitach w styczniu 2025 roku, a odległość wyniesie ponad 90 milionów kilometrów. To jednak “rzut kamieniem" w porównaniu z dystansem, który dzieli Ziemię i Marsa, kiedy są od siebie najbardziej oddalone — nawet o 401 milionów kilometrów! 

Podróż w jedną stronę potrwa około 9 miesięcy. Misja “tam i z powrotem" zajmie prawie 2 lata. Aktualne plany NASA zakładają, że powinno wziąć w niej udział 10-15 astronautów. To oznacza, że na cały czas trwania misji trzeba będzie zabrać wszystkie niezbędne zapasy dla kilkunastu osób, albo... zapakować sprzęt, który pozwoli pozyskać je na miejscu.

Do wylądowania potrzebny będzie kawałek równej, twardej powierzchni. Mars jako planeta skalista zapewnia nam tysiące możliwych lokalizacji, jednak na jej wybór będą miały wpływ dziesiątki innych czynników. Jeden z nich to... 

Wieloletnie obserwacje astronomiczne pokazały, że w kosmosie jest znacznie więcej wody, niż mogłoby się wydawać. Zwykle występuje pod postacią lodu — znajdziemy go w składzie asteroid i komet czy na powierzchni Plutona. Czwarty co do wielkości księżyc Jowisza - Europa, pod kilkukilometrową warstwą lodu skrywa ogromny ocean wody w stanie ciekłym.

Cząsteczki H₂O można znaleźć nawet w przestrzeni międzygwiezdnej, a w ostatnich latach odkryto już kilka planet poza Układem Słonecznym (egzoplanety), których atmosfera składa się częściowo z pary wodnej.

Mars nie jest wyjątkiem, na jego powierzchni wodę można pozyskiwać z co najmniej 4 różnych źródeł: 

1. Z atmosfery (niewielkie ilości pary wodnej). 
2. Z czap lodowych na biegunach planety. 
3. Z kriosfery — warstwy lodu pod powierzchnią Marsa. 
4. Ze związków mineralnych, w których związane są cząsteczki wody. 

Skąd na Marsie tyle wody? Kilka miliardów lat temu na jego powierzchni płynęły rzeki. Tworzyły się jeziora i morza. Czerwona Planeta miała nawet swój ocean.

Na skutek kilku różnych procesów Mars stracił jednak swoją atmosferę, a razem z nią zdolność do utrzymywania na powierzchni wody w stanie ciekłym. Ta, która nie wyparowała w przestrzeń kosmiczną zamarzła i pozostała na powierzchni.  

Aby uzyskać wodę, trzeba połączyć dwa atomy wodoru i jeden atom tlenu. Po odwróceniu tego procesu z wody możemy pozyskać oba pierwiastki, tak bardzo kluczowe dla życia człowieka i marsjańskich misji, jak to tylko możliwe.  

Według NASA, jeden astronauta na ISS zużywa 0,84 kg tlenu dziennie. Mnożąc tę wartość przez szacowaną długość misji (ok. 600 dni) i ilość astronautów (przyjmiemy, że będzie ich 10) okaże się, że załoga misji marsjańskiej będzie potrzebowała jakieś 5 ton tlenu.  

Tlen będzie niezbędny nie tylko do oddychania, ale również do powrotu na Ziemię. Do startu rakiety konieczne jest paliwo, a dokładniej jego spalanie w silnikach. Czegokolwiek nie użyjemy, bez tlenu się nie obędzie. W przypadku statku Starship od firmy SpaceX spalaniu ma ulegać metan (obecny i możliwy do pozyskania na Marsie). Najnowsza rakieta NASA jest napędzana... wodorem.

Starship, który niedawno odbył pierwszy lot testowy ze swoją rakietą nośną (zakończony wybuchem), do oderwania się od powierzchni Marsa będzie potrzebował ok. 1 tony tlenu.  

Skąd możemy pozyskać tlen na Marsie? Przede wszystkim z wody (H₂O) i dwutlenku węgla (CO₂), który stanowi ponad 96 procent składu marsjańskiej atmosfery.  

Mamy już co pić, czym oddychać i jak wrócić na Ziemię.  Pamiętamy jednak, że na lot powrotny astronautom przyjdzie czekać na Marsie kilka miesięcy. Przy dużym wysiłku (i kosztach) można dostarczać jedzenie z Ziemi, tak jak ma to miejsce w przypadku regularnych dostaw na Międzynarodową Stację Kosmiczną. 

Dla pierwszych misji załogowych jedzenie i większość zapasów zostanie dostarczona już wcześniej, w pobliże miejsca ich lądowania. Znacznie korzystniej byłoby jednak zabrać ze sobą nasiona i wyhodować pożywienie “na miejscu". Kto oglądał “Marsjanina" na pewno kojarzy uprawę ziemniaków, którą główny bohater założył wewnątrz bazy. Czy wizja z filmu może się spełnić podczas prawdziwej misji?  

Do uprawy roślin na Marsie potrzebna będzie woda i żyzna gleba. Dwutlenek węgla konieczny do fotosyntezy jest dostępny “od ręki", tak samo jak światło słoneczne. Oczywiście ze względu na promieniowanie i niskie ciśnienie atmosferyczne rośliny będą uprawiane w specjalnych szklarniach.  

W filmie tytułowy Marsjanin (Matt Damon) do użyźnienia regolitu, czyli luźnych skał i pyłu na powierzchni planety użył... odchodów astronautów zgromadzonych w trakcie misji. W prawdziwych ekspedycjach ekskrementy zostaną wykorzystane w podobny sposób, jednak dla utrzymania przy życiu większej grupy ilość takiego nawozu może się okazać niewystarczająca. 

Na szczęście naukowcy wymyślili już sposób, który pozwoli na wytworzenie znacznie większej ilości materii organicznej — wystarczy zasadzić... bakterie. 

Na Ziemi sinice nie cieszą się najlepszą opinią. Przez wiele lat uważano je za rośliny, jednak dokładniejsze badania wykazały, że w rzeczywistości należą do królestwa zwierząt.

Cyjanobakterie, czyli właśnie sinice to organizmy samożywne, które do rozwoju potrzebują właściwie tylko dwutlenku węgla, nie przeszkadza im nieorganiczny regolit. W procesie fotosyntezy sinice produkują związki organiczne — często są nazywane organizmami pionierskimi, które tworzą warunki umożliwiające rozwój innym gatunkom. 

Tak wzbogacone podłoże, razem z odpowiednim nawodnieniem i światłem słonecznym powinno wystarczyć do stworzenia fundamentów dla marsjańskiego rolnictwa. 

Dieta pierwszych Marsjan będzie głównie wegetariańska, oparta przede wszystkim na warzywach i ziołach. Przynajmniej w pierwszych dziesięcioleciach po założeniu stałej bazy na Marsie rzadkim dodatkiem do diety będzie chleb, czy inne produkty powstające ze zbóż. 

Powód jest bardzo prozaiczny — po prostu uprawy tych gatunków zajmują dużo miejsca. Z punktu widzenia ekonomii znacznie lepiej będzie przeznaczyć je na hodowlę innych, bardziej wydajnych roślin.  

Każdy z wymienionych czynników stanowi przeszkodę i bezpośrednie zagrożenie dla działalności astronautów, a przede wszystkim dla ich życia. Misja na Marsa i nawet bardzo krótki pobyt na jego powierzchni będzie wymagał stworzenia zabezpieczeń przed ich wpływem. 

Zaczynając od promieniowania - na Ziemi chroni nas przed nim atmosfera i pole magnetyczne. A jak jest na Marsie? Atmosfera istnieje - z tym, że ciśnienie, które wywiera na powierzchnię jest średnio 145 razy mniejsze niż na naszej planecie! Na Ziemi jest to 1013 hPa, na Marsie... 7 hPa. "Funkcjonowanie" planety to bardzo skomplikowany system naczyń połączonych. 

Według ogólnie przyjętej teorii profesora Edwarda Bullarda, Ziemia zawdzięcza swoje pole magnetyczne płynnemu jądru i powstającym w nim wirowym prądom elektrycznym. Ten fascynujący proces występuje czasami pod wdzięczną nazwą - geodynamo.  

Mars również miał wbudowane dynamo, ale miliardy lat temu uległo ono awarii - płynne jądro ostygło i stężało, a razem z nim zanikły prądy elektryczne zapewniające ochronę przed promieniowaniem kosmicznym. 

Ciśnienie omówiliśmy pokrótce przy okazji opisu roli marsjańskiej atmosfery. Zarówno habitaty (bazy na powierzchni Marsa), wszelkie pojazdy, a także skafandry kosmiczne będą wymagały zainstalowania odpowiednich systemów utrzymujących astronautów przy życiu. 

Co stałoby się z człowiekiem, który bez ochrony stanąłby na powierzchni Marsa? Ciśnienie nie pozwoliłoby na wzięcie do płuc nawet jednego oddechu, ale to nie byłby problem. Jak to?

Jak pamiętamy z fizyki, mniejsze ciśnienie to niższa temperatura wrzenia - przy marsjańskich 7 hPa w ciągu milisekund zagotowałaby się cała krew i wszystkie inne płyny w ludzkim organizmie. Przed utratą przytomności i momentalną śmiercią nie zdążylibyśmy nawet pomyśleć o tym, że przydałoby się trochę tlenu.  

Przy takim scenariuszu wizja mrozów sięgających -60 stopni Celsjusza jawi się jako błahostka. Bardziej ekstremalnie robi się w pobliżu biegunów Marsa, gdzie temperatura może spaść nawet do -130 stopni! Tylko w okolicy równika, podczas marsjańskiego lata moglibyśmy chwilowo cieszyć się przyjemną pogodą i odczytami termometrów w granicach 20-25 stopni powyżej zera. 

Rozwiązanie dla powyższych bolączek jest jedno - ciało człowieka na powierzchni Marsa w każdej sekundzie musi otaczać szczelna powłoka utrzymująca wewnątrz odpowiednie warunki.  

Systemy podtrzymujące życie są przedmiotem ciągłych udoskonaleń od samego początku eksploracji kosmosu. Obecnie ze wszystkimi trzema opisanymi powyżej problemami astronauci mierzą się nieustannie na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej - jak dotąd skutecznie. 

Aktualnie podróż na Marsa planują agencje kosmiczne USA, Chin i Rosji. Najpoważniejszym kandydatem do wysłania ludzi na Czerwoną Planetę jest jednak prywatna firma, SpaceX. 

Jej twórca, ekscentryczny miliarder Elon Musk, od kilku lat powtarza, że jego planem jest stała kolonia na Marsie, której populacja do 2050 ma wynieść milion osób. Nadrzędnym celem programu jest uczynienie z ludzkości gatunku międzyplanetarnego.  

Załóżmy, że plan się powiedzie - ludzie będą mieszkali w szczelnych habitatach na, lub co bardziej prawdopodobne pod powierzchnią Marsa (naturalna osłona radiacyjna, stała temperatura, mniejszy wpływ katastrofalnych burz piaskowych).  

Czy przyszli Marsjanie już zawsze będą musieli zakładać kombinezony przed opuszczeniem gąszczu tuneli i komór tworzących ich miasta? Teoretycznie nie. 

Nauka pozwoliła nam zrozumieć procesy, które rządzą całymi planetami. W trakcie ich odkrywania okazało się, że człowiek ma wystarczające możliwości, żeby na te procesy wpływać. Nie bez powodu proponowana nazwa dla obecnej epoki geologicznej to antropocen (od greckiego anthropos - człowiek).  

Wykorzystując sztuczny efekt cieplarniany moglibyśmy z czasem znacząco zmienić skład marsjańskiej atmosfery. Według różnych szacunków przystosowanie jej do uprawy roślin zajęłoby od stu do nawet kilku tysięcy lat. Niestety, przy tak monumentalnym przedsięwzięciu trudno o dokładniejsze szacunki. 

Jak pamiętamy atmosfera Marsa to prawie sam dwutlenek węgla, który dla roślin jest tym, czym dla nas tlen. Do życia roślin planetę będzie przystosować znacznie łatwiej. 

Terraformacja Marsa do stopnia, w którym ludzie bez obaw będą mogli wyjść na powierzchnię w koszulce i spodniach to przy obecnych możliwościach technologicznych perspektywa odległa o nawet 100 000 lat... 

Wszyscy, którzy poczuli w tej chwili ukłucie zawodu - spokojnie - rozwój technologii nie stoi w miejscu. Patrząc na jego wciąż wzrastające tempo można spokojnie założyć, że w ciągu najbliższych dekad powyższe szacunki będzie można zredukować o kilka rzędów wielkości. 

Motyw przeobrażenia całej planety zgodnie z naszymi upodobaniami jest omawiany znacznie szerzej niż mniej medialny, ale o wiele bardziej aktualny aspekt kolonizacji Marsa. 

Na koniec zastanówmy się przez chwilę, gdzie w tej kosmicznej układance jest miejsce na człowieka i jego naturę. 

Podróż na Marsa będzie trwała 9 miesięcy. W tym czasie kilkunastoosobowa grupa będzie przebywała w tubie o wymiarach 50 x 9 m. Każdy krok będzie nieustannie monitorowany. Polecenia będą wydawali ludzie odlegli o miliony kilometrów, za to od kosmicznej próżni astronautów będzie dzielić zaledwie klika milimetrów metalu.  

Kto z nas jest pewien, że zniósłby takie obciążenie psychiczne? Nawet jeśli załoga szczęśliwie wyląduje na Marsie, po krótkiej chwili szczęścia uświadomi sobie, że to dopiero pierwszy krok, a najtrudniejsza część przed nimi.  

W tym czasie może dojść do konfliktów i agresji. Istnieje ryzyko pojawienia się ataków paniki i szeregu innych zaburzeń na tle psychicznym. Badania  wpływu długotrwałego odosobnienia były i są prowadzone na stacjach badawczych w rejonach podbiegunowych, wśród załóg łodzi podwodnych, a także w specjalnie zaprojektowanych habitatach, które symulują marsjańską bazę lub wnętrze statku na Ziemi.

Obserwacje prowadzi się także wśród załóg Międzynarodowej Stacji Kosmicznej. W historii eksploracji kosmosu dochodziło już do rękoczynów i buntów załogi (np. w latach 70. na amerykańskiej stacji Skylab).

Odkąd wykształciła się w nas świadomość, poznawaliśmy za jej pomocą tylko Ziemię. Naturalnym środowiskiem homo sapiens są bezkresne równiny, przestrzeń i zieleń. Statek kosmiczny i ciasne habitaty to jego odwrotność.

W perspektywie dłuższej niż pojedyncza misja, np. w drugim pokoleniu marsjańskich pionierów mogą wykształcić się nowe mechanizmy psychologiczne i strategie korzystne z ich punktu widzenia. Zmiany bardzo szybko mogą też pojawić się w budowie ludzkiego ciała.

Chociaż zwykle wyobrażamy sobie kosmitów jako wysokie i chude postaci to wpływ Marsa na budowę jego mieszkańców może być dokładnie odwrotny. 

Przy mniejszej grawitacji (38 proc. siły przyciągania odczuwalnej na Ziemi) osłabieniu ulegnie struktura ludzkich kości. Obserwuje się to bardzo wyraźnie u astronautów wracających z kilkumiesięcznego pobytu w warunkach mikrograwitacji na ISS. 

Może być to bardzo istotne podczas...porodu. Kobiety niższe, o krótszych kościach, będą mniej narażone na złamania i pęknięcia miednicy, co z czasem doprowadzi do obniżenia średniej wzrostu całej marsjańskiej populacji.

Pod znakiem zapytania stoi też sam rozwój płodu w okresie prenatalnym - zaburzenie dystrybucji płynów, niewłaściwa pozycja w łonie, wpływ na procesy podziałów komórkowych - wszystkie te czynniki mogą doprowadzić do trudnych do przewidzenia zmian. Niestety istnieje duże ryzyko, że przeżywalność noworodków na Marsie będzie znacznie niższa niż na rodzimej planecie.

Takie rozważania są istotne, jednak przyszłe ryzyko nie zmienia faktu, że ludzie mogą wylądować, przeżyć i powrócić z powierzchni Marsa na Ziemię. Dysponujemy odpowiednią technologią i jeżeli nie wydarzy się żaden globalny kataklizm albo wojna światowa, człowiek powinien postawić tam swoją stopę przed 2040 rokiem.

Tyle zachodu... I właściwie to po co to wszystko? Jest tyle problemów na Ziemi, które można by rozwiązać, zamiast ładować niepojęte sumy pieniędzy w takie projekty. To temat na oddzielny artykuł, ale w kontekście ostatniego akapitu warto przytoczyć chociaż jeden kontrargument. 

Na Marsa (i dalej) polecimy właśnie po to, żeby żaden globalny kataklizm ani wojna nie mogły powstrzymać człowieka przed realizacją jego marzeń, albo unicestwić naszego gatunku. 

Znacznie łatwiej zniszczyć jedną planetę niż dwie.