Okrągły walec z błyszczącego metalu przypominał wielki termos, baterię-paluszek lub – jak twierdzili najzłośliwsi – mierzący ok. 30 metrów silos zbożowy. To dziwne urządzenie, przypominające konstrukcje amatorów hobbystów lub scenografię filmów science fiiction sprzed 60 lat, 5 sierpnia tego roku wystartowało z bazy Boca Chica w Teksasie i wzniosło się na wysokość 150 metrów. Po czym – po 40 sekundach wyglądającego dość zabawnie lotu – wylądowało w zaplanowanym miejscu na lądowisku. – Mars wygląda realnie – oznajmił na Twitterze właściciel urządzenia oraz firmy, która je wyprodukowała, multimiliarder Elon Musk. Mało atrakcyjny wizualnie obiekt zbudowany przez firmę SpaceX to bowiem prototyp Starship – statku kosmicznego, który już za dwa lata
ma polecieć w kierunku Czerwonej Planety. Plan podboju Marsa kreślony przez Muska jest na tyle śmiały, by budzić zainteresowanie mediów na całym świecie. Ekscentryczny biznesmen twierdzi, że
już za dwa lata na Marsa polecą dwa pierwsze Starshipy, za cztery lata wylądują tam ludzie, a do 2050 r. na Czerwonej Planecie powstanie samowystarczalne wielotysięczne miasto.
Tym globem interesuje się nie tylko Elon Musk. Latem w stronę Marsa poleciały aż trzy misje – NASA wysłała łazika Perseverance, Zjednoczone Emiraty Arabskie – sondę Al-Amal, Chińczycy zaś misję Tainwen-1 (lądownik z łazikiem). Zbieżność w czasie tych wydarzeń to nie przypadek. Na Marsa najlepiej latać co dwa lata i dwa miesiące, ponieważ w takim cyklu Ziemia i Mars zbliżają się do siebie i lot trwa najkrócej. Jednak ważniejszy jest fakt, że podbicie Czerwonej Planety stało się świętym Graalem kosmonautyki. Temu, komu się to uda – krajowej agencji kosmicznej lub też prywatnej firmie – przypadnie historyczna sława na miarę Ferdynanda Magellana czy Krzysztofa Kolumba.
NIEDALEKI ZIMNY ŚWIAT
Życie rozwinęło się na Ziemi, ponieważ znajduje się ona w tzw. ekosferze. To obszar wokół gwiazdy, gdzie może znajdować się woda w stanie ciekłym. Mars znajduje się na samej granicy ekosfery. Średnie temperatury na nim wynoszą minus 60 stopni Celsjusza, ale gdyby na równiku pojawił się ktoś z termometrem, słupek rtęci mógłby wskazać nawet plus dwadzieścia stopni. Ten ktoś nie czułby się na powierzchni Czerwonej Planety zupełnie obco. – Pod nogami miałby coś podobnego, co możemy znaleźć w niektórych miejscach na Ziemi: lity albo rozdrobniony bazalt – mówi
dr Anna Łosiak, geolożka planetarna z Uniwersytetu w Exeter. – Co więcej, długość dnia na obu planetach jest bardzo podobna – doba marsjańska jest tylko 40 minut dłuższa od ziemskiej. Zbliżona jest również wartość nachylenia osi planety, od czego zależy obecność pór roku: na Ziemi są to obecnie 23 stopnie, na Marsie 25 stopni – dodaje uczona.
Kolejne liczby pokazują jednak znaczne różnice między planetami. Do Marsa dociera mniej niż połowa energii słonecznej, którą absorbuje Ziemia. Rok trwa 686 ziemskich dni, grawitacja to jedynie 38 proc. ziemskiej. – To już stanowi pewien problem – mówi dr Łosiak – Nie wiemy, jak organizm ludzki albo jakiekolwiek inne ziemskie stworzenie zareagowałoby na taką zmianę w dłuższym czasie.
Najbardziej katastrofalna jest jednak wartość marsjańskiego ciśnienia atmosferycznego. Stanowi mniej niż 1 proc. ciśnienia ziemskiego. Dlaczego brak słupa powietrza, który codziennie przygniata nas na Ziemi, to taki problem? – Przy tak niskim ciśnieniu woda zaczyna wrzeć w temperaturze ciała ludzkiego – wyjaśnia dr Łosiak. To zaś oznacza, że kolonista, który miałby ochotę wybrać się w ciepły marsjański dzień na spacer jedynie z aparatem tlenowym, ryzykowałby śmierć w ciągu minuty. Tyle wystarczyłoby, by zagotowały się płyny w jego ciele – łzy, ślina, przede wszystkim zaś krew przepływająca przez płuca.
Ta wada planety ma jednak również dobre strony. Wbrew temu, co widzieliśmy w filmie „Marsjanin”, burze piaskowe na Marsie nie przypominają huraganu. Z powodu rzadkiej atmosfery „ciśnienie wytwarzane przez marsjański wiatr, gdy wieje z prędkością 100 km/godz., odpowiada ziemskiemu lekkiemu wiatrowi o prędkości 10 km/godz.” – pisze Robert Zubrin, inżynier NASA, i założyciel Mars Society, w kultowej książce „Czas Marsa”. Choć gigantyczne chmury pyłowe sprawiają, że powierzchnia globu jest niewidoczna z orbity, to z marsjańskiej ziemi widać jedynie zachmurzone niebo. I o ile nie wpadniemy na pomysł przelatywania przez burzę pyłową na spadochronie (jak zrobiły radzieckie sondy Mars 2 i Mars 3 w 1971 r.), nic nam z ich strony nie grozi.
MARSJAŃSKI PRZEMYSŁ CIĘŻKI
Niskie ciśnienie na Marsie powoduje konkretne problemy inżynieryjne, którym musi podołać każdy, kto przymierza się do kolonizacji tego globu. Przykładowo jeśli myślimy o wzniesieniu na Marsie jakiegokolwiek budynku i przystosowaniu go do mieszkania dla ludzi, według Zubrina musimy wewnątrz niego wytworzyć ciśnienie wynoszące minimum jedną trzecią ziemskiego ciśnienia na powierzchni morza – czyli ok. 34 kilopaskali. To oznacza, że na ściany będą działać ogromne siły – nacisk rzędu 3,4 tony na metr kwadratowy. Aby baza marsjańska nie została rozsadzona od wewnątrz, musi albo zostać zbudowana z bardzo mocnych materiałów, albo przykryta 2,5-metrową warstwą marsjańskiego gruntu, czyli regolitu.
Na szczęście Czerwona Planeta ma też pewną fundamentalną zaletę. „Wśród wszystkich ciał niebieskich Układu Słonecznego Mars jako jedyny (z wyjątkiem Ziemi) ma wszystkie surowce potrzebne nie tylko do podtrzymania życia, lecz wystarczające, by być podstawą rozwoju nowej cywilizacji – pisze Zubrin. – Lokalne bogactwa naturalne pozwolą osadnikom uprawiać rośliny, produkować metale i tworzywa sztuczne oraz wytwarzać duże ilości energii” – dodaje. Jak to możliwe? Do uzyskania metanu (składnika mieszanki paliwowej, na której ma latać Spaceship, statek Muska), potrzebny jest wodór i dwutlenek węgla.
Pierwszy można uzyskać w wyniku elektrolizy wody, drugi stanowi ponad 95 proc. rzadkiej marsjańskiej atmosfery. Elektroliza wody dostarczy również drugiego składnika paliwa – a przy okazji także niezbędnego nam powietrza – czyli tlenu. Na tym możliwości laboratorium chemicznego, które moglibyśmy uruchomić na Czerwonej Planecie, się nie kończą. Cząsteczka metanu składa się z atomu węgla i czterech atomów wodoru (CH4). Jeśli dołożymy do niej drugi atom węgla, powstanie etylen (C2H4) – marsjańskie paliwo oraz podstawa tworzyw sztucznych takich nawet drukowanie z marsjańskiego lodu zmieszanego z żelami. Miało to zagwarantować, że powstała struktura nie będzie zbyt szybko sublimowała, czyli przechodziła bezpośrednio ze stanu stałego w gazowy w rzadkiej marsjańskiej atmosferze.
Możliwe jest również sięgnięcie po bardziej tradycyjne rozwiązania. – Czemu by nie użyć doskonale nam znanego materiału: betonu? – pyta retorycznie Orzechowski. – Uwodniony i posiadający odpowiednie lepiszcze specyfik połączony z regolitem marsjańskim mógłby stać się marsjańskim betonem. Potrzebowalibyśmy tylko modułu, który produkowałby z niego prefabrykaty – dodaje.
Studenci i doktoranci Politechniki Wrocławskiej skupieni wokół inicjatywy badawczej Space is More oraz Projektu Scorpio wzięli niedawno udział w konkursie Mars Colony Prize na projekt marsjańskiej bazy. Zdobyli drugą nagrodę za pomysł na kolonię o nazwie „Twardowsky”. Jej głównymi materiałami budowlanymi mają być właśnie beton oraz aluminium. Polacy zaprojektowali osiedle na tysiąc osób, które miało być samowystarczalne ekonomicznie – samo wytwarzać żywność, materiały budowlane i przedmioty codziennego użytku. Trzeba było uwzględnić uwarunkowania lokalne: skład gleby, temperaturę, promieniowanie kosmiczne, a przy tym jak najmniej importować z Ziemi.
Ważne były także aspekty psychologiczne. Polacy uznali, że jednym z problemów dla przyszłego społeczeństwa marsjańskiego może być brak otwartych przestrzeni. Jak sobie z tym poradzić? – Ważne byłoby wprowadzenie zieleni: np. roślin w przestrzeni publicznej albo zrobienie widoku bezpośrednio na uprawę – wyjaśnia Orzechowski. – Druga rzecz to dodanie wody w przestrzeni publicznej. Na Ziemi to są rozwiązania oczywiste, na Marsie zaś byłyby na wagę psychicznego złota. Wzięto pod uwagę także bardziej intymne potrzeby. – Socjolog, z którym współpracowaliśmy, zwrócił nam uwagę, że aby ludzie dobrze się czuli, trzeba spełnić różne warunki. Muszą czuć się bezpiecznie, mieć dobre samopoczucie oraz – last but not least – partnera seksualnego – opowiada Orzechowski. – Powiedział nam wprost: tam musi być dom publiczny! Stwierdziliśmy, że nie będziemy tracić na niego miejsca i wymyśliliśmy, że na Marsie najlepiej byłoby mieć aplikację randkową pozwalającą znajdować partnera. Nazwaliśmy ją Eros.
URODZENI MARSJANIE
Choć założenia konkursu Mars Colony Prize były odważne – przetransportowanie na Marsa tysiąca osób byłoby w obecnej sytuacji ogromnie kosztowne – to w takiej kolonii mogłyby już na świat przychodzić dzieci. Spełnione byłyby bowiem niezbędne do tego warunki: przede wszystkim duża grupa ludzi gwarantująca odpowiednie zróżnicowanie genetyczne. Ci ludzie jednak – o czym rzadko się myśli – musieliby mieć również czas na życie towarzyskie. Uwzględnił to prof. Jean-Marc Salotti z Instytutu Politechniczego w Bordeaux. Przyjmując szereg założeń oszacował, że minimalna liczba ludzi, jaką trzeba by wysłać na Marsa, by powstała tam samowystarczalna baza, wynosi 110. Przy takiej grupie zadania można by podzielić tak, by każdy kolonista mógł przeznaczyć siedem
godzin dziennie na życie społeczne – w tym opiekę nad dziećmi. – 110 to absolutne minimum. Nie rekomendowałbym kolonizowania Marsa w ten sposób – zastrzega prof. Salotti. – Warunki byłyby wówczas bardzo ciężkie.
To opcja do wykorzystania tylko wówczas, gdyby jakaś katastrofa zagroziła ludzkiej cywilizacji na Ziemi. Czy właśnie dlatego warto rozważać wysyłanie w kosmos ludzi zamiast maszyn? – Nie tylko – odpowiada prof. Salotti. – Roboty nie są żywymi organizmami i nie mogą się rozmnażać bez udziału człowieka. Tylko my, ludzie, możemy zmienić Marsa w planetę, gdzie może rozwijać się nowa ludzka cywilizacja.
WPŁYW CIĄŻENIA NA CIĄŻĘ
Ale czy na pewno możemy? By pierwsze dziecko urodziło się na Marsie, musimy mieć pewność, że rozmnażanie się w kosmosie jest dla naszego gatunku możliwe. Tej pewności zaś jeszcze nie mamy. Z jednej strony wiemy, że bardzo słaba grawitacja – np. taka, jaka panuje na pokładzie Międzynarodowej Stacji Kosmicznej (ISS) – nie zaburza płodności zwierząt. Japońscy naukowcy wykazali to podczas eksperymentów na myszach. Sperma tych zwierząt została zamrożona i na dziewięć miesięcy umieszczona na pokładzie ISS. Po powrocie na Ziemię rozmrożone plemniki z powodzeniem wykorzystano do zapłodnienia in vitro, które dało w efekcie zdrowe i płodne mysie potomstwo. – Ostatnio na orbitę na 35 dni zostały wysłane samce myszy – opowiada Adam Watkins, profesor biologii reprodukcyjnej z Uniwersytetu Nottingham. – Po powrocie wykorzystano ich nasienie do przeprowadzenia zapłodnienia metodą in vitro. Okazało się, że pobyt w kosmosie nie wpłynął na skuteczność zabiegu. Trzeba jednak zaznaczyć, że myszy były wystawione na działanie mikrograwitacji tylko przez 35 dni.
WYWIAD PERSPEKTYWY EKSPLORACJI – CO MOŻE DAĆ NAM MARS?
Technologie wykorzystane w bazie na Marsie mogłyby również pomóc rozwiązać problemy, jakie ludzka cywilizacja wywołuje na Ziemi
Magdalena Salik, Focus: Czy istnieją dziś technologie, które umożliwiłyby stworzenie w pełni samowystarczalnej bazy na Marsie?
Leszek Orzechowski: W dużej mierze tak. Przeżycie ludzi na obcym globie wymaga przede wszystkim dużej ilości energii. I mamy już takie rozwiązania jak przenośne reaktory atomowe, które są w tej
chwili testowane przez NASA z myślą o przyszłych misjach księżycowych czy marsjańskich. Inna możliwość to wykorzystanie energii słonecznej, co też już umiemy robić. Drugim niezbędnym zasobem jest woda, która znajduje się i na Marsie, i na Księżycu. Jeśli umielibyśmy taką wodę wydobyć, to dzięki elektrolizie możemy ją podzielić na wodór i tlen. Woda jest nam potrzebna do życia
i dla naszych roślin, zaś wodór i tlen daje paliwo rakietowe. Możemy używać ogniw paliwowych, by zasilać nasze urządzenia i pojazdy. I to są technologie istniejące.A czego brakuje?
– Przez wiele lat nie mieliśmy wystarczająco dobrej infrastruktury związanej z transportem kosmicznym. Od końca ery Apollo nie było tak potężnych rakiet, które mogłyby wysyłać większe ładunki poza niską orbitę Ziemi. Zawsze się mówiło: polecimy na Marsa za 20–30 lat, wrócimy na Księżyc za 20–30 lat… Teraz jednak ta infrastruktura w końcu powstaje – dzięki nakładom amerykańskiego sektora prywatnego, mocno współfinansowanego przez tamtejszy rząd. Powstały i powstają na tyle silne rakiety, że misje na Księżyc są planowane już za 4–6 lat. W 2028 r. ma zostać tam ukończona
budowa stacji orbitalnej i nie są to tylko fantazje. Jako praktycy jesteśmy zapraszani na wewnętrzne rozmowy przemysłu związane z budową tej stacji, jej modułów.Są już rozdane pieniądze agencji kosmicznych, żeby te moduły tworzyć. Wiadomo, kto i kiedy ma to zrobić. Ale to jednak wciąż Księżyc, nie Mars. Owszem, te projekty dotyczą Księżyca. Tyle że te same technologie będą mogły zostać wykorzystane także na Marsie. Stała samowystarczalna placówka marsjańska musi zaspokoić te same potrzeby, co takie obiekty na Księżycu. Musimy się
wyżywić, musimy mieć energię, musimy tam polecieć z Ziemi.Czym możemy się wyżywić?
– Dobrym rozwiązaniem są hydroponika i aeroponika, które zużywają 80 proc. mniej wody niż tradycyjne uprawy glebowe. To ważne, gdy chcemy optymalizować zużycie zasobów. Na stacji musimy mieć zamknięty obieg tlenu, oczyszczanie powietrza z dwutlenku węgla i właśnie odzyskiwanie wody. Dlatego mamy już zaplanowaną bazę na Księżycu, która ma powstać w latach 30. Te technologie są idealnym testem przed Marsem, a z drugiej strony – mogą wrócić na Ziemię i zostać użyte w naszym codziennym życiu, w naszych domach. Według danych Komisji Europejskiej gospodarstwa
domowe odpowiadają za ok. 10–15 proc. całego rocznego zużycia wody w Europie. Kolejne 40 proc. przypada na uprawy i agrokulturę. Dzięki optymalizacji wystarczyłoby nam 10 proc. tego, co Europa zużywa obecnie.Co jeszcze może nam się przydać i na Marsie, i na Ziemi?
– Uprawy wertykalne. One zazwyczaj powstają w halach, gdzie tworzymy kontrolowane środowisko odcięte od warunków zewnętrznych – dzięki temu nie przeszkadzają im susze, huragany czy grad. Oprócz tego duże hodowle insektów stanowiących świetne źródło białka. Możemy myśleć np. o hodowaniu świerszczy, żeby z nich robić mączkę na chleb. Przyda się też akwaponika, czyli również uprawy wertykalne zanurzone w zbiornikach z wodą, gdzie jeszcze przy okazji żyją ryby pożywiające się resztkami roślin. Nasze menu na Marsie wcale nie byłoby więc takie
nudne: zawierałoby rośliny, ryby, owoce morza.Co jeszcze mógłby dać nam Mars?
– Dla mnie jako architekta ważne jest, że technologie, których potrzebowalibyśmy na Marsie, odpowiadają także na nasze wyzwania na Ziemi. Ten kolejny krok – chęć mieszkania gdzieś, gdzie jest bardzo nieprzyjemnie – daje nam odpowiednie narzędzia dostosowania się do pogarszających się warunków.
Jakie?
– Np. zamknięty obieg materiałów. Na Marsie jeśli coś się zepsuje – czy to będą ramy, czy części robota – a było wcześniej wydrukowane na drukarce, to pierwotnie wykorzystane do zrobienia tego surowce da się odzyskać. Ten zamknięty obieg życia produktów to coś, co coraz częściej uwzględnia się również na Ziemi. Ważne jest też obliczenie tzw. energii wcielonej produktu, czyli ile musimy jej zużyć na wyprodukowanie kilograma jakiegoś dobra od momentu pozyskania surowców przez transport, przetworzenie, wyprodukowanie po dostarczenie do sklepów i koszt utylizacji. Ten proces da się optymalizować na każdym etapie. Jeśli produkujemy lokalnie – pozyskujemy surowce, przetwarzamy i produkujemy – to wpływ na środowisko jest nieporównywalnie mniejszy. Jeśli takie systemy od początku będą zaimplementowane na Marsie, to po raz pierwszy mamy dokładny zapis, jak możemy wpływać na środowisko.
Czy jest sens budowania stałej bazy na Marsie? Mam wrażenie, że Panu jest bliższy Księżyc…
– W tym momencie tak. Z drugiej strony do wybrania zawodu popchnęła mnie trylogia Kima Stanleya Robinsona o stworzeniu całego społeczeństwa marsjańskiego. Uważam, że ostatecznie kolonizacja Marsa i tak jest nieunikniona – gdzie człowiek może wylądować, tam wyląduje.
Tu dobre wiadomości się kończą. – W kosmos wysyłano wiele gatunków zwierząt, by badać, jak mikrograwitacja wpływa na ich zdolności reprodukcyjne – opowiada prof. Watkins. – Przeprowadzano tam również zapłodnienia metodą in vitro. Okazało się, że powstałe na orbicie mysie embriony nie rozwijały się najlepiej, gdy zostały następnie wszczepione samicy. To samo dotyczyło zarodków myszy, które wyhodowano na Ziemi i wysłano w kosmos. Ich rozwój również został zakłócony. Badania przeprowadzone na rosyjskiej stacji wykazały z kolei, że mikrograwitacja negatywnie wpływa
na komórki jajowe i embriony wielu innych gatunków: od salamander przez jeżowce po przepiórki.
A kiedy wysłano na orbitę ciężarne samice szczurów, okazało się, że poród w warunkach mikrograwitacji jest trudniejszy. Zwierzęta miały dwa razy więcej skurczów w porównaniu z tymi, które wydawały potomstwo na Ziemi. – Nie wiemy jeszcze dokładnie, jak pobyt w kosmosie wpływa na płodność ludzi. Zbyt mało astronautów miało dzieci po powrocie, by dało się powiedzieć coś pewnego
o długoterminowym wpływie podróży kosmicznych na zdolności reprodukcyjne Homo sapiens – mówi prof. Watkins. Nie jest też jasne, jak na rozwój i zdrowie dzieci wpłynąłby brak pola magnetycznego na Marsie.
Mimo wątpliwości uczeni są nastawieni optymistyczne. – Moim zdaniem zajście w ciążę i poród na Marsie będą jak najbardziej możliwe – uważa prof. Watkins. – Najbardziej prawdopodobny scenariusz to przetransportowanie gamet – zamrożonych plemników i komórek jajowych – na Czerwoną Planetę w pojemnikach, które ochronią je przed negatywnym wpływem promieniowania kosmicznego. Na Marsie zaś ładunek zostałby rozmrożony i wykonano by zapłodnienie metodą in vitro.
PAKUJEMY SIĘ?
Kiedy mogłoby się to stać? Elon Musk twierdzi, że już za dwa lata wyśle na Marsa pierwsze dwa Starshipy ze sprzętem, natomiast za cztery lata – ludzi. Eksperci oceniają ten scenariusz jako mało realistyczny. – Dwa lata? To chyba lata Muska – żartuje Leszek Orzechowski. – On jest świetnym marketingowcem. Co prawda co jakiś czas jest w stanie pochwalić się kolejnym sukcesem, więc można przypuszczać, że ostatecznie wy- śle kogoś na Marsa. Jednak szacuję, że misja z lądowaniem ma szansę zostać zrealizowana w połowie lat 30. Dr Łosiak jest równie ostrożna. – Musk ma wielkie ego, ale nawet on nie ma tyle pieniędzy, by wysłać ludzi na Czerwoną Planetę za cztery lata – twierdzi. – Dużo bardziej wykonalny jest plan Chińczyków, którzy zamierzają wysłać ludzi na Marsa po 2050 r.
Zasadnicze pytanie brzmi, dlaczego w obliczu problemów, przed jakimi stoimy na Ziemi, mielibyśmy w ogóle myśleć o podboju innej planety? – Jest kilka powodów – odpowiada prof. Salotti. – Trzeba osiedlić się na Marsie, by mieć pewność, że życie i ludzkość nie znikną całkowicie w wyniku potencjalnej katastrofy, która może zniszczyć Ziemię lub uczynić ją nienadającą się do zamieszkania. Po drugie dalsza eksploracja kosmosu pozwoli lepiej rozumieć prawa fizyki, przyrody i – być może – napotkać inne cywilizacje. Mars to mały, ale konkretny krok w tym kierunku.
– Musimy zbudować stałą bazę na Marsie, ponieważ nawet nie wiemy, czego moglibyśmy się dzięki temu nauczyć – dopowiada dr Łosiak. – Pracując w kosmosie, możemy dowiedzieć się rzeczy, z których istnienia w ogóle nie zdawaliśmy sobie sprawy. Jeśli będziemy w stanie osiedlić się na Marsie, przy okazji zbudujemy też technologie i systemy, dzięki którym np. nie będzie nam straszna nawet wielka asteroida nadlatująca w kierunku Ziemi. Będziemy w stanie śledzić wszelkie potencjalnie niebezpieczne obiekty i lekko je przesuwać bez problemu. Budowanie stałej stacji pozwoli nam wykonać wielki skok technologiczny – podsumowuje ekspertka – tak jak to było w przypadku programu Apollo.
Magdalena Salik – dziennikarka i redaktorka zajmująca się popularyzacją nauki, wicenaczelna „Focusa“