Терраформирование: зачем, сколько и когда окупится.

Приветствую всех!

Этот блог - продолжение вчерашнего про ресурсы для экспансии. Рассмотрим терраформирование как финальный этап, когда инфраструктура уже построена: есть производственные мощности в поясе астероидов, есть заводы на Луне и орбитальные верфи, есть флот грузовых тягачей. Тогда тут вопрос стоит не "можем ли мы это сделать физически?", а "стоит ли это делать и когда окупится?". Если у вас нет производства в космосе и вы пытаетесь терраформировать используя ресурсы с Земли - забудьте, это невозможно ни при каких затратах, и именно поэтому я не рассматриваю такой сценарий.

Начнём с самого начала: зачем вообще менять планету, если можно жить в куполе или под поверхностью? Ответ простой: купол - сложная и ненадёжная инфраструктура. И если обеспечить жильём на 100 человек - инженерная задача, то город на миллион человек - многотриллиардные затраты и постоянный риск разрушения. Терраформирование идёт как переход от выживания к жизни, оно нужно не для первых колонистов, а для цивилизации, которая хочет расти. Как бы много не было места, посевных площадей и ресурсов на Земле, они всё равно закончится. Понятно, что, в случае конкретно мест для проживания или посадок предел наступит ещё не скоро (десятки а то и сотни тысяч лет). Но и изменение климата планет - крайне долгий процесс, проект на те же десятки тысяч лет.

Логика запуска проста: если цивилизация уже освоила систему, построила заводы, верфи и флот, обеспечила себя ресурсами, и ей нужна новая точка для роста населения, чтобы отправляться к другим звёздам на ПМЖ, то терраформирование - это инвестиция в будущее, которая окупится через сотни поколений. Для переселения в другие системы людям нужно будет очень много человек, причём одномоментно. Именно поэтому я не рассматриваю терраформирование как первый шаг экспансии - это финальный этап, когда всё остальное уже построено и работает. Следом только дальний космос.

Марс.

Марс - самый реалистичный кандидат для терраформирования, потому что он ближе всех, у него есть вода в виде льда на полюсах и под поверхностью, есть CO₂ в атмосфере, и гравитация 0.38g, что, возможно, достаточно для долгосрочной жизни. Но атмосфера Марса - 6-7 миллибар, то есть 0.6% земного давления, температура в среднем -60°C, и нет глобального магнитного поля, которое защищало бы от солнечного ветра и космической радиации. И это большие проблемы.

Что нужно сделать: во-первых, увеличить давление атмосферы хотя бы до 100 миллибар, чтобы вода могла существовать в жидком виде, и до 1000 миллибар, чтобы человек мог дышать без скафандра. Во-вторых, повысить температуру хотя бы до 0°C, чтобы лёд таял и образовывал реки и озёра. В-третьих, добавить кислород в атмосферу, чтобы можно было дышать без маски. В-четвёртых, создать защиту от радиации, потому что без магнитного поля солнечный ветер будет сдувать атмосферу, а космическая радиация убивать всё живое.

Энергозатраты: основная масса энергии уходит не на нагрев, а на добавление атмосферы и кислорода. Нужно будет подводит множество метеоритов с нужным составом и сбрасывать их на планету. Суммарная потребность составляет порядка 10²⁵ джоулей. Для сравнения: вся земная цивилизация потребляет ~10¹³ ватт, так что производство 10²⁵ джоулей займёт ~30 000 лет непрерывной работы при текущем уровне энергетики. Но, с учётом орбитального производства и солнечных батарей на орбите, реалистичный срок - ~10 000 лет, и для этого нужны солнечные панели общей площадью ~64 000 км², что физически возможно, но требует тысяч лет строительства.

Венера.

Венера - антипод Марса. Атмосферное давление в 90 раз больше земного, 460°C на поверхности, из-за парникового эффекта CO₂, которого в атмосфере 96.5%. Гравитация 0.9g, почти как на Земле, и это делает Венеру потенциально лучшим кандидатом для жизни, чем Марс, но терраформирование Венеры - на два порядка сложнее, потому что нужно не добавить атмосферу, а убрать её, и не нагреть планету, а охладить (а как мы помним, охлаждение в космических масштабах - сильная проблема).

Что нужно сделать: во-первых, убрать CO₂ из атмосферы, и это ~10²⁰ килограммов газа, что в 1000 раз больше, чем нужно добавить на Марсе. Делается это либо прямым выбросом в космос (очень долго и дорого), либо карбонизацией. Во-вторых, понизить температуру хотя бы до 50°C, чтобы вода могла существовать в жидком виде. В-третьих, добавить воду, потому что на Венере её мало - она есть в облаках в виде пара, но недостаточно для океанов, и для этого вновь нужны кометы или астероиды. В-четвёртых, создать магнитное поле или защиту от солнечного ветра, потому что без него атмосфера будет сдуваться. Тут эта проблема стоит острее, потому что Венера ближе к Солнцу, чем Марс.

Энергозатраты: основная масса энергии уходит на удаление CO₂ и охлаждение атмосферы, и суммарная потребность составляет порядка 3 × 10²⁶ джоулей, что в ~50 раз больше, чем для Марса.

Время: с учётом орбитального производства, реалистичный срок - 100 000 - 1 000 000 лет. Плюс нужны солнечные панели площадью от 19 000 до 190 000 км², в зависимости от выбранного срока.

Логичный вопрос: если Марс и Венера - это дорого и долго, может быть, есть варианты проще? Ответ: нет.

Европа (спутник Юпитера). Под ледяной корой Европы есть солёный океан глубиной ~100 км, что делает её потенциальным кандидатом для жизни. Но гравитация 0.13g в три раза слабее марсианской, и любая добавленная атмосфера улетучится в космос за тысячи лет. Плюс Европа находится в радиационных поясах Юпитера с дозой ~540 зивертов в год (на полюсах), что в 135 раз выше смертельной дозы для человека, и расстояние 5.2 а.е. делает логистику крайне дорогой. Терраформирование Европы физически возможно, но бессмысленно, потому что без гравитации атмосфера не удержится, а без атмосферы нет смысла менять температуру и давление.

Ганимед (спутник Юпитера). Ганимед - единственный спутник в Солнечной системе с собственным магнитным полем, и под его поверхностью есть многослойный океан глубиной до 800 км. Но гравитация 0.15g всё равно слишком мала для удержания плотной атмосферы. Расстояние то же, что у Европы (5.2 а.е.), температура поверхности -163°C, и даже если создать атмосферу, она улетучится быстрее, чем мы сможем её восполнять. Ганимед лучше Европы тем, что у него есть магнитное поле, но фундаментальная проблема низкой гравитации остаётся.

Каллисто (спутник Юпитера). Каллисто находится вне основных радиационных поясов Юпитера, что делает его более безопасным, чем Европа, но гравитация та же (0.13g), атмосферы нет, и расстояние 5.2 а.е. делает логистику крайне дорогой. Под поверхностью вероятен океан, но без атмосферы и с низкой гравитацией терраформирование бессмысленно - проще жить в герметичных куполах.

Титан (спутник Сатурна). Титан - единственный спутник с плотной атмосферой (в 1.5 раза больше земного), и на его поверхности есть озёра и реки из жидкого метана и этана. Но температура -179°C делает жидкую воду невозможной. Атмосфера метановая (95% азот, 5% метан), что ядовито для человека, и нужно заменить её на кислородную, что требует ~10²⁷ джоулей - в 100 раз больше, чем для Венеры. Плюс расстояние 9.5 а.е. и солнечная энергия в 100 раз слабее, чем на орбите Земли, делают терраформирование Титана проектом на миллионы лет.

Церера (карликовая планета). Церера содержит до 30% водяного льда по объёму и имеет подповерхностные резервуары солёной воды, что делает её ценным ресурсом для экспансии. Гравитация 0.03g в 13 раз слабее марсианской, и атмосфера не удержится физически. Терраформирование Цереры невозможно в принципе, потому что любая добавленная атмосфера улетучится за сотни лет, и единственный вариант - жить в герметичных куполах, что проще и дешевле.

Вывод: все альтернативы имеют фундаментальную проблему - гравитация 0.03-0.15g не удержит плотную атмосферу, и без атмосферы нет смысла менять температуру и давление. Плюс расстояния 5-10 а.е. делают логистику в десятки раз дороже, чем для Марса или Венеры. Именно поэтому Марс и Венера остаются единственными реалистичными кандидатами для терраформирования в обозримом будущем.

Теперь про главный экономический вопрос. Терраформирование - это инвестиция, и как любая инвестиция, она должна окупиться. Но окупаемость здесь не финансовая, а ресурсная: когда планета становится пригодной для жизни, она начинает давать ресурсы (вода, воздух, еда, пространство) без необходимости ввозить их с орбиты или с Земли.

Для Марса: если терраформирование займёт 10 000 лет и потребует ~10²⁵ джоулей энергии, то окупаемость наступит тогда, когда планета начнёт давать больше ресурсов, чем было вложено (исключая энергию). При населении в миллион человек и сельском хозяйстве на месте, Марс начнёт давать ~10¹⁵ джоулей энергии в год (в виде еды и биомассы), и полная окупаемость наступит через ~10 миллионов лет. Кажется абсурдом, но логика проста: терраформирование - это не инвестиция в следующем году, а инвестиция в следующую тысячу поколений.

Для Венеры: если терраформирование займёт 100 000 лет и потребует ~10²⁶ джоулей энергии, то окупаемость наступит через ~100 миллионов лет. Это уже не инвестиция, это геологический процесс, и именно поэтому Венера - не проект для нашей цивилизации, а проект для цивилизации, которая будет существовать через миллион лет.

Снова кратко об НФ в этом контексте. Если у вас есть терраформированная планета, вы обязаны ответить на три вопроса: сколько времени это заняло, сколько ресурсов потребовало, и кто это финансировал? Если у вас Марс терраформирован за 50 лет, то это либо сделано через фантдоп, либо авторский произвол :) Если у вас Венера терраформирована за 1000 лет, то покажите, откуда взялась энергия (опять же, к примеру, через фантдоп), потому что 10²⁶ джоулей - это больше, чем вся земная цивилизация производит за 100 000 лет.