Учнівська вікі-стаття "Майбутнє людства"

Назва проекту

Земля... А що далі?

Тема дослідження

Майбутнє людства

Проблема дослідження

Вивчення можливостей використання людиною ресурсів планет Сонячної системи в майбутньому

Гіпотеза дослідження

Ми вважаємо, що в кожній планетній системі до рівня інтелектуально-розвиненої істоти еволюціонує один окремий вид. Так вийшло, що в нашій Сонячній системі еволюціонувала саме людина. Таким чином виходить, що наш дім не лише Земля, а вся Сонячна система і людина повинна навчитись використовувати всі можливості планет.

Мета дослідження

Дослідити обізнаність учнів нашої школи про тіла Сонячної системи, спрогнозувати космічне майбутнє людини.

Результати дослідження

Наша Сонячна система знаходиться на околиці галактики Чумацький шлях. Вже досить довгий час письменникі-фантасти та вчені-астрономи ведуть розмови про те, що можливо в нашій Галактиці людство не єдина цивілізація. Можливо десь там, ближче до центру нашої галактики вже розвинена міжзіркова транспортна мережа і мандри між планетами є таким самим повсякденним ритуалом, як для нас поїздка в автобусі. Таким чином, якщо в недалекому майбутньому людина опанує космос, виникає необхідність вивчити нашу адресу.

Першим етапом дослідження було проведення міні-опитування серед учнів нашої школи про космічну адресу Землі. Результати виконаної роботи були представлені у вигляді діаграми 1. Виявилось, що більшість опитуваних не знає чітких і правильних відповідей на поставлені запитання.

Діаграма 1

Наступним етапом дослідження було вивчення можливості життя на інших планетах Сонячної системи і можливість використання їх ресурсів людством.

Нещодавно в новинах була заява про те, що наближається паливна криза. Один з відомих політиків сказав: "Нестрашно, людству потрібно опановувати космо, видобувати ресурси на інших планетах..."

Насправді, ця фраза прозвучала як насміхання, ми трактували її як "Понівичили нашу планету, стрімко нівичити інші". Людство саме довело Землю до екологічної кризи, а тепер поглядом хижака задивляється на зоряне небо. Ну що ж, спробуємо спрогнозувати опановування людиною Сонячної системи і пристосування їх до життя.

Переселення на іншу планету – це не переселення в іншу квартиру, інший будинок, місто чи країну. Все це відбувається у звичних земних умовах. Але на інших планетах таких умов немає. Жодна з планет Сонячної системи, в їх нинішньому стані, не дозволить зняти скафандр після космічного польоту, вдихнути свіже повітря, повалятися на травичці під сонечком або викупатися у водоймі. Щоб все вище перелічене стало реальністю потрібно "зовсім небагато", - створити на інших планетах придатні для проживання умови. Говорячи науковою мовою - терраформувати.

Адже людина не зможе вічно жити в "залізних бочках " планетарних баз, де все навколо тільки імітує природні умови. Або погодитеся на добровільне "ув'язнення" на іншій планеті?

Терраформування(лат. терра - земля і Forma - вид ) - зміна кліматичних умов планети, супутника або ж іншого космічного тіла для приведення атмосфери, температури та екологічних умов у стан, придатний для проживання земних тварин і рослин.

Сьогодні ця задача представляє в основному теоретичний інтерес, але в майбутньому може отримати розвиток і на практиці. Термін «Терраформування» був вперше введений Джеком Вільямсоном в науково-фантастичній повісті, опублікованій в 1942 році в журналі Astounding Science Fiction, хоча ідея перетворення планет під земні умови проживання присутня вже в більш ранніх творах інших письменників-фантастів.

Практичне значення терраформування обумовлено необхідністю забезпечити нормальне існування і розвиток людства. З плином часу зростання населення Землі, екологічні та кліматичні зміни можуть створити ситуацію, коли брак придатної для проживання території поставить під загрозу подальше існування і розвиток земної цивілізації. Таку ситуацію, наприклад, створять неминучі зміни розмірів і активності Сонця, які надзвичайно змінять умови життя на Землі. Тому людство буде природним чином прагнути до переміщення в більш комфортний пояс. Крім природних факторів, суттєву роль можуть зіграти і наслідки діяльності самого людства: економічна чи геополітична ситуація на планеті; глобальна катастрофа, викликана застосуванням зброї масового ураження; виснаження природних ресурсів планети та інші фактори. Критерії придатності планет до тераформуванні Потенційно придатні до негайного заселення планети можна розділити на три основні категорії:

• Жила планета( планета типу «Земля»), найбільш придатна до заселення.
• Біологічно порівнянна планета, тобто планета в стані, подібному земному, мільярди років тому.
• Планета, яку легко терраформувати. Терраформування планети такого типу можливо провести з мінімальними витратами. Наприклад, планету з температурою, що перевищує оптимум для біосфери Земної типу, можна охолодити шляхом розпилення пилу в атмосфері за принципом «ядерної зими». А планету з недостатньо високою температурою, навпаки, нагріти шляхом здійснення спрямованих ядерних ударів, що призвело б до викиду в атмосферу парникових газів.

Далеко не всяка планета може бути придатна не тільки до заселення, а й до терраформування . У Сонячній системі на даний момент однією з планет , не придатною до заселення людьми, є Юпітер – через високу гравітації(2,4g) і високого радіаційного фону(при зближенні з Юпітером «Галілео» отримав дозу радіації, яка в 25 разів перевищує смертельну дозу для людини). У Сонячній системі найбільш відповідними умовами для підтримки життя після терраформування володіє насамперед Марс.

Решта планети або мало придатні до тераформування, або несуть значні труднощі у перетворенні кліматичних умов. Наприклад, Меркурій може бути терраформований, проте зважаючи на безпосередню близькість до Сонця і поступове розширення Сонця строк існування умов , прийнятних для проживання живих організмів, занадто короткий. Придатність планет до тераформування залежить від фізичних умов, в яких ці планети знаходяться. Основними з цих умов є:

• • Прискорення вільного падіння на поверхні планети
  • Обсяг прийнятої сонячної енергії
  • Наявність води
  • Радіаційний фон
  • Характеристика поверхні
  • Наявність у планети магнітного поля
  • Астероїдна ситуація

Перспективи терраформування планет і супутників Сонячної системи.

Місяць

Місяць – це природний супутник Землі і найближчий природний об'єкт до Землі, і в близькому майбутньому ймовірність його терраформування досить велика. Площа поверхні Місяця складає 37900000 км² (більше, ніж площа Африки), а прискорення вільного падіння на поверхні 1,62 м/с². Місяць здатен утримати щільну атмосферу, але в силу невисокої гравітації така атмосфера, навіть та, що складається з щільних газів(водяна пара, кисень, азот, вуглекислий газ і аргон) буде швидко(протягом десятків тисяч років) розсіюватися в космічному просторі. Проте, Місяць буде краще утримувати штучно створену атмосферу, ніж наприклад, Титан, в силу того, що його гравітація більше, ніж у останнього, майже на 20 %. Приблизні розрахунки швидкості молекул газів при прогріванні, наприклад, до 25-30°С опиняються в межах декількох сотень метрів в секунду, в той же час друга космічна швидкість на Місяці близько 2 км/с , що забезпечує тривале утримання штучно створеної атмосфери( час падіння щільності атмосфери в 2 рази для повітря становить близько 10000 років). Цілком імовірно, що, будучи раз створеною, атмосфера з привізних матеріалів повинна буде постійно поповнюватися. Втім, на сучасному технологічному рівні розвитку техніки освоєння та заселення Місяця можливо піде швидше по шляху побудови ізольованих купольних поселень. Величезне значення при терраформуванні Місяця за допомогою бомбардування його поверхні астероїдами відіграють питання безпеки такого бомбардування. Так як цей процес буде проводитися в безпосередній близькості від Землі, то існує ймовірність виникнення нештатних ситуацій і загроз самій Землі. Падіння великого астероїда на Землю здатне завдати їй великої шкоди. Тому бомбардування Місяця повинне бути «м'яким» , тобто об'єкт-«снаряд» для бомбардування повинен бути не дуже великим(астероїд в поперечнику кілька сот метрів), удари по поверхні повинні проводитися з орбіти штучного супутника Місяця, проведення ударів повинно бути точно розраховане і вироблятися по дотичній траєкторії до поверхні Місяця, спрямованої в бік від Землі. Також цілком ймовірно, що буде потрібно надати Місяцю добове обертання і змінити нахил його осі для виникнення зміни пір року, але на сьогоднішній день поки неможливо повною мірою розрахувати наслідки такого обертання по відношенню до процесів тектоніки плит Землі і глобальному вулканізму обох тіл системи. Основні способи терраформування Місяця:

• Бомбардування астероїдами: водно-аміачні льоди.
• Біогенний вплив: введення земних бактерій і водоростей, стійких в первинній штучній атмосфері Місяця і умовах жорсткої сонячної радіації.

Марс

Марс також є одним з найбільш підходящих кандидатів на терраформування(площа поверхні дорівнює 144 800 000 км ², що є 28,4 % від поверхні Землі). Прискорення вільного падіння на поверхні Марса становить 3,72 м/с² , а кількість сонячної енергії , що приймається поверхнею Марса, становить 43 % від кількості, прийнятої поверхнею Землі. На даний момент Марс являє собою, можливо, мляву планету. Отриманий обсяг інформації про Марс дозволяє говорити про те, що природні умови на ньому були колись сприятливі для підтримки і зародження життя. Марс має значну кількість водного льоду і несе на своїй поверхні численні сліди свого сприятливого клімату в минулому: висохлі річкові долини, поклади глини і багато іншого. Багато сучасних вчених сходяться в єдиній думці про те, що планету можливо нагріти, і створити на ній відносно щільну атмосферу, і NASA навіть проводить навколо наукові дискусії з цього приводу. Значні запаси води і кисню у складі пероксидів і озонидів в ґрунті Марса дають міцну основу припускати, що терраформування цієї планети стане можливим при направленому впливі на марсіанський клімат. На поточний час земною цивілізацією добре освоєно використання ядерної енергії, проте досі невирішеними залишаються проблеми, пов'язані з транспортуванням технічного обладнання на Марс і його обслуговуванням на самій планеті. Сам по собі Марс має досить значні ресурси металів і ядерного палива(уран , торій). При налагодженні на Марсі промисловості та подальшому використанні ядерного палива передбачаються колосальні викиди тепла в атмосферу планети. Одним з найважливіших технологічних перешкод для освоєння не тільки Марсу, а й інших планет є обмежені можливості космічних транспортних засобів, тому великі надії покладаються на газофазні ядерні реактивні двигуни. Тільки за наявності ядерних ракетних двигунів, що володіють значною тягою, надійністю і швидкістю, стане цілком можливою доставка призначених для початкового етапу терраформування: важких вантажів до планет, а в перспективі навіть і астероїдів з водно-аміачного льоду, призначених для наповнення атмосфери та гідросфери Марса азотом, водою і киснем. Імовірно, астероїди можуть вивозитися з поясу астероїдів і навіть з поясу Койпера за допомогою ракетних двигунів або сонячних вітрил. Терраформування Марса можна проводити як при прямому введенні в його атмосферу штучно виготовлених парникових газів(фреонів), так і за допомогою нагрівання поверхні планети за допомогою сонячного випромінювання, спрямованого орбітальними дзеркалами, і затемнення поверхні полярних шапок сажею або полімерними плівками, і побічно при освоєнні Марса і його корисних копалин(металургія, гірські вибухові роботи та ін.). Обидва процеси можуть відбуватися одночасно і вносити великий внесок у зміну клімату Марса. Наприклад, розвиток масштабної ядерної, а в перспективі, і термоядерної енергетики дозволить вивільняти величезні обсяги вторинного тепла в атмосфері та гідросфері Марса. Так, наприклад, при налагодженні вироблення водню і кисню для наземного марсіанського транспорту, космічних кораблів і енергопостачання поселень виникнуть умови для вивільнення великих обсягів теплової енергії в атмосферу. У сукупності загальний обсяг енергетики буде нагрівати атмосферу Марса, і сприяти значному парниковому ефекту при таненні полярних шапок. Основні способи терраформування Марса:

• Наповнення атмосфери Марса парниковими газами: метан та інші вуглеводні, що доставляються в великих кількостях з Титана, здатні швидко підняти тиск і температуру на Марсі до прийнятного рівня, а також служити джерелом відсутніх ключових елементів(вуглець , водень), необхідних для повноцінного терраформування Марса.
• Викид в атмосферу Марса штучних парникових газів: фреони(тетрафторметана, октофторпропан і т п), а також елегаз володіють рекордними показниками парникового ефекту. Однак ці сполуки дуже дорогі у виробництві.
• Затемнення поверхні полярних шапок: сажа, смог з вуглеводнів, що доставляються з Титана, напилювані полімерні плівки, вибухове зменшення альбедо.
• Прогрівання полярних шапок: космічні надлегкі орбітальні дзеркала.
• Бомбардування астероїдами: водно-аміачні льоди здатні створити на Марсі океани і атмосферу з прийнятним тиском.
• Техногенна діяльність: викид тепла атомними електростанціями і транспортом, потоки тепла від купольних поселень.
• Біогенний вплив: введення земних бактерій і водоростей, стійких на Марсі (Chroococcidiopsis зр , Matteia зр , Deinococcus radiodurans , тощо)

Венера

Венера представляє собою мляву планету з середньою температурою поверхні близько 464°C і тиском, що перевищує земний у 93 рази. Тим не менш, вона розглядається як ймовірний кандидат на терраформування. Прискорення вільного падіння на поверхні Венери складає 8,9 м/с² . По одному з планів пропонується розпорошити в атмосфері Венери генетично модифіковані синьо-зелені водорості, які , переробляючи вуглекислий газ в кисень(атмосфера Венери на 96 % складається з вуглекислого газу), значно зменшили б парниковий ефект і температуру на планеті, що дозволило б існувати воді в рідкому вигляді. Необхідно відзначити , що на висоті 50-100 км в атмосфері Венери існують умови, при яких можуть жити деякі земні бактерії(Екстремофіли). Інший варіант - розпорошити на венерианській орбіті алюмінієву пудру, доставлену в контейнерах за допомогою електромагнітної гармати з Місяця. У порівнянні з обсягом завдань терраформування Марса, терраформування Венери представляє собою на порядок більш складне завдання, але за наявності достатнього обсягу інформації про планету і солідних енергетичних ресурсів це завдання здійсненне. Насамперед, Венера в значній мірі відмінна від Землі тим, що її добове обертання і нахил осі ускладнюють перетворення природних умов, але при точному бомбардуванні її поверхні водно-аміачними астероїдами ці параметри можуть бути змінені протягом декількох десятиліть. Водночас, бомбардування Венери астероїдами дозволить не тільки змінити параметри обертання і, встановивши зміну пір року, дозволити планеті сильно охолоджуватися, а й охолодити планету та її атмосферу за рахунок плавлення і випаровування матеріалів астероїдів. Запозичення величезної енергії у атмосфери може відбуватися за рахунок паралельного проходження хімічних реакцій між вуглекислим і сірчистим газами атмосфери і аміаком. Основні способи терраформування Венери :

• Бомбардування астероїдами : водно-аміачні льоди.
• Біогенний вплив: введення земних бактерій і водоростей , стійких у верхніх шарах атмосфери Венери: Pyrodictium Occultum , Halobacterium Салінарум та ін.

Меркурій

Терраформування Меркурія являє собою незрівнянно більш важку задачу, ніж терраформування Місяця, Марса або Венери. Площа поверхні Меркурія складає 75 млн км², а прискорення вільного падіння - 3,7 м/с² . Він здатний утримати щільну атмосферу, виготовлену з привізного матеріалу(водно-аміачні льоди ). Великим утрудненням для встановлення м'якого клімату на Меркурії є його близьке положення до Сонця, вкрай повільне обертання навколо осі і сильний нахил осі обертання. Рівень сонячної енергії, що падає на поверхню Меркурія, вельми великий і залежно від пори року і широти становить від 9,15 до 11 кВт/м². При точно розрахованому бомбардуванні Меркурія астероїдами ці недоліки можуть бути усунені, але зажадають дуже великих витрат енергії і часу. Цілком імовірно, у віддаленому майбутньому людство буде мати можливості зміщувати планети зі своїх орбіт . Найбільш переважно було б «підняти» орбіту Меркурія на 20-30 млн км від її нинішнього положення. Важливу роль в тераформуванні Меркурія може зіграти сонячна енергія, яку вже на сучасному етапі розвитку технологій можна ефективно використовувати. Меркурій - планета досить щільна і містить велику кількість металів(залізо , нікель), і, можливо, значну кількість ядерного палива(уран, торій ), які можуть бути використані для освоєння планети. До того ж, близькість Меркурія до Сонця дозволяє припускати наявність значних запасів гелію-3 в поверхневих породах.

Інші кандидати для колонізації:

Теоретично розглядаються багато планети і супутники планет. З найбільш часто згадуваних кандидатів варто назвати Титан(супутник Сатурна), Європа, Ганімед, Іо і Каллісто(Супутники Юпітера), менш великі супутники Сатурна - Тефія, Діона, Рея, Япет і Енцелад, де, можливо, є рідка вода, карликова планета Церера, п'ять найбільш великих супутників Урана(Аріель, Оберон, Титанія, Умбріель і Міранда ) і супутник Нептуна - Тритон і навіть більш віддалені карликові планети та інші об'єкти - Плутон і Харон , і т. д. Для заселення цих об'єктів потрібні були б величезні витрати енергії та коштів. На сучасному етапі розвитку технологій, можливості для проведення терраформування кліматичних умов на інших планетах дуже обмежені.

В даний час можливості сучасної астрономії, ракетної, обчислювальної техніки та інших областей високих технологій прямо або побічно дозволяють, наприклад, буксирувати невеликі астероїди, вносити невеликі обсяги бактерій в атмосфери або грунт інших планет, доставляти необхідне енергетичне , наукове та ін обладнання.

Тему терраформації планет Сонячної системи можна обговорювати ще довго. Ясно одне - в осяжному майбутньому нічого навіть і мріяти про те , щоб зробити умови, хоча б на одній з найближчих планет, придатної для проживання людини.

Враховуючи сучасний вплив людини на навколишнє середовище і швидкість з якою руйнується екосистема планети, можна припустити, що екологічна криза може трапитися набагато раніше, ніж вдасться вирішити проблеми пов'язані з терраформаціею інших планет. Останні десятиліття людство посилено пиляє "екологічний сук" на якому сидить. Вряд чи варто розраховувати і на те, що в критичний момент з космосу прилетить рятувальна експедиція "зелених чоловічків" від Галактичної Федерації і вивезе нас на своїх "літаючих тарілках".

Висновки

Найважливішими завданнями земної цивілізації щодо забезпечення можливості терраформування планет і їх супутників є:

• Зацікавленість космічних держав - необхідний компонент для початку практичної підготовки та вивчення планет для терраформування.
• Створення економічних фондів і компаній з освоєння планет - необхідна державна і приватна ініціатива для фінансової підтримки наукових проектів.
• Розвиток спостережної астрономії - в цілях економічного і швидкого вивчення об'єктів Сонячної системи.
• Вивчення планет за допомогою зондів - джерело детальної інформації про планети і їх складі.
• Розвиток енергетики Землі - забезпечення космічних запусків і розвиток супутніх галузей промисловості.
• Споруда досить потужних ракетних двигунів - роботи в області ядерних ракетних двигунів, електроядерних рухових установок, сонячних вітрил, іонних ракетних двигунів.
• Розвиток матеріалознавства - пошук нових матеріалів і композитів , придатних для використання в цілях терраформирования та будівництва космічних транспортних засобів.
• Розвиток біотехнологій - вивчення земних мікроорганізмів і передбачуваних мікроорганізмів, що мешкають в гіпотетичній біосфері Марса; виведення генно- модифікованих мікроорганізмів, стійких до природних умов террафорованих планет.

Знаючи сучасну обстановку у світі, особливо два перших пункти під великим питанням

Корисні ресурси

Терраформирование планет