Терраформирование (лат. terra — земля и forma — вид) — изменение климатических условий планеты, спутника или же иного космического тела для приведения атмосфкры, температуры и экологических условий в состояние, пригодное для обитания земных животных и растений. Сегодня эта задача представляет в основном теоретический интерес, но в будущем может получить развитие и на практике.

Термин «терраформирование» был впервые введён Джеком Уильямсоном в научно-фантастической повести, опубликованной в 1942 году в журнале Astounding Science Fiction, хотя идея преобразования планет под земные условия обитания присутствовала уже в более ранних произведениях других писателей-фантастов.

 

Помимо природных факторов, существенную роль могут сыграть и последствия деятельности самого человечества: экономическая или геополитическая ситуация на планете; глобальная катастрофа, вызванная применением оружия массового поражения; истощение природных ресурсов планеты и др.

Далеко не всякая планета может быть пригодна не только к заселению, но и к терраформированию. В Солнечной системе на данный момент одной из планет, не пригодной к заселению людьми, является Юпитер — из-за высокой гравитации (2,4 g) и высокого радиационного фона (при сближении с Юпитером "Галилео" получил дозу радиации, в 25 раз превышающую смертельную дозу для человека). В Солнечной системе наиболее подходящими условиями для поддержания жизни после терраформирования обладает прежде всего Марс. Остальные планеты либо мало пригодны к терраформированию, либо встречают значительные трудности в преобразовании климатическихусловий. Например, Меркурий может быть терраформирован, однако ввиду непосредственной близости к Солнцу и постепенного расширения Солнца срок существования условий, приемлемых для обитания живых организмов, слишком короткий.

Пригодность планет к терраформированию зависит от физических условий, в которых эти планеты находятся. Основными из этих условий являются:

• Ускорение свободного падения на поверхности планеты. Гравитация терраформируемой планеты должна быть достаточной для удержания атмосферы с соответствующим газовым составом и влажностью. Планеты, имеющие слишком малые размеры и, следовательно, массу, совершенно непригодны, так как будет происходить существенная утечка атмосферы в космическое пространство. Кроме того, определённая степень притяжения необходима для нормального существования на планете живых организмов, их размножения и устойчивого развития.
  
• Объём принимаемой солнечной энергии. Для проведения работ по терраформированию планет необходим достаточный объём солнечной энергии для прогрева поверхности и атмосферы планеты. Прежде всего, освещенность планеты Солнцем (равно как и любой другой родительской звездой) должна быть достаточной для прогрева атмосферы планеты как минимум до достижения искусственного парникового эффекта для поддержания температур на поверхности, достаточных для устойчивого нахождения воды в жидком состоянии. Освещенность также необходима для осуществления воспроизводства энергии с помощью фото- или термопреобразователей и выполнения задач по терраформированию. С точки зрения освещенности зона, в которой есть необходимый объём солнечной энергии и в которой находятся подходящие планеты, достигает орбиты Сатурна, а следовательно в более глубоких областях космоса терроформирование в настоящее время невозможно. В то же время в будущем при расширении Солнца уровень энергии, достаточный для кратковременного (несколько сот миллионов лет) поддержания окажется в пределах орбиты Плутона или же даже в ближних областях Пояс Койпера. 

 

• Наличие воды. Необходимое для поддержания заселения планеты растениями и животными количество воды — это одно из неизменных условий для возможностей заселения и успешного терраформирования. В Солнечной системе не так много планет, располагающих достаточными объёмами воды, и в этой связи кроме Земли может быть упомянут лишь Марс и спутники Юпитера: Европа, Ганимед и Каллисто. Вопрос наличия воды на Титане пока остается открытым. В иных случаях вода должна быть завезена на планеты с помощью технических средств.
  
• Радиационный фон на планете.
  
• Характеристика поверхности. Очевидно, что на планетах типа «газовый гигант» создать твердую поверхность практически невозможно. Технологический уровень для этого должен на порядок выше, чем для «размораживания» землеподобной планеты путем распыления сажи по поверхности. То же самое относится к планете с аммиачными ледниками глубиной несколько сот километров или к планете с высокой вулканической активностью. Проблемы, связанные с постоянными извержениями расплавленных пород, землетрясениями или приливными волнами (аналогичными цунами на Земле), также создадут существенные проблемы при терраформировании.
  
• 
  
  Астероидная ситуация. В планетной системе, где астероидная ситуация отличается от нашей в худшую сторону, то есть где астероидный пояс находится в опасной близости от предполагаемого места заселения, планета может находиться под угрозой частых столкновений с астероидами, которые могут нанести существенный ущерб поверхности планеты и тем самым вернуть её в прежнее состояние (до терраформирования). Это означает, что в такой системе терраформаторы должны будут создать средства «регулировки астероидного движения», что потребует достаточно высокого технологического уровня.

Претерраформирование

Основная статья: Колонизация Луны

Луна это естественный спутник Земли и самая близкая планета к Земле, и в обозримом будущем вероятность её терраформирования достаточно велика. Площадь поверхности Луны составляет 37,9 млн км² (больше, чем площадь Африки), а ускорение свободного падения на поверхности 1,62 м/с². Луна способна удержать относительно плотную атмосферу, но в силу невысокой гравитации такая атмосфера, даже состоящая из плотных газов (водяной пар, кислород, азот, углекислый газ и аргон) будет быстро (в течение десятков тысяч лет) рассеиваться в космическом пространстве. Тем не менее, Луна будет лучше удерживать искусственно созданную атмосферу, чем например, Титан, в силу того, что её гравитация больше, чем у последнего, почти на 20 %. Приблизительные расчёты скорости молекул газов при прогреве, например, до 25-30°С оказываются в пределах нескольких сотен метров в секунду, в то же время вторая космическая скорость на Луне около 2 км/сек, что обеспечивает длительное удержание искусственно созданной атмосферы (время падения плотности атмосферы в 2 раза для воздуха составляет около 10 000 лет). Вполне вероятно, что, будучи единожды созданной, атмосфера из привозных материалов должна будет постоянно пополнятся. Впрочем, на современном технологическом уровне развития техники освоение и заселение Луны возможно, скорее, по пути построения изолированных купольных поселений.

Огромное значение при терраформировании Луны при помощи бомбардировки её поверхности астероидами играют вопросы безопасности такой бомбардировки. Так как этот процесс будет производиться в непосредственной близости от Земли, то существует вероятность возникновения нештатных ситуаций и угроз самой Земле. Падение крупного астероида на Землю способно нанести ей большой ущерб. Поэтому бомбардировка Луны должна быть «мягкой», то есть объект — «снаряд» для бомбардировки должен быть не очень большим (астероид в поперечнике несколько сот метров), удары по поверхности должны производиться с орбиты искусственного спутника Луны, проведение ударов должно быть точно рассчитано и производиться по касательной траектории к поверхности Луны, направленной в сторону от Земли. Также вполне вероятно, что потребуется придать Луне суточное вращение и изменить наклон её оси для возникновения смены времен года, но на сегодняшний день пока невозможно в полной мере рассчитать последствия такого вращения по отношению к процессам тектоники плит Земли и глобальном вулканизме обоих тел системы.

Основные способы терраформирования Луны:

• Бомбардировка астероидами: водно-аммиачные льды.
  
• Биогенное воздействие: введение земных бактерий и водорослей, устойчивых в первичной искусственной атмосфере Луны и условиях жёсткой солнечной радиации.

Марс

 

 Терраформирование Марса в четыре этапа, рисунок художника

 

Основная статья: Колонизация Марса

 

Марс также является одним из наиболее подходящих кандидатов на терраформирование (площадь поверхности равна 144,8 млн км², что является 28.4 % от поверхности Земли). Ускорение свободного падения на поверхности Марса составляет 3,72 м/с², а количество солнечной энергии, принимаемой поверхностью Марса, составляет 43 % от количества, принимаемого поверхностью Земли. На данный момент Марс представляет собой возможно безжизненную планету. В то же время, полученный объём информации о Марсе позволяет говорить о том, что природные условия на нём были некогда благоприятны для поддержания и зарождения жизни. Марс располагает значительными количествами водного льда и несёт на своей поверхности многочисленные следы своего благоприятного климата в прошлом: высохшие речные долины, залежи глины и многое другое. Многие современные ученые сходятся в едином мнении о том, что планету возможно нагреть, и создать на ней относительно плотную атмосферу, и NASA даже проводит околонаучные дискуссии по этому поводу. Значительные запасы воды и связанного кислорода в составе пероксидов и озонидов в почве Марса дают прочное основание предполагать, что терраформирование этой планеты станет возможным при направленном воздействии на марсианский климат. На текущее время земной цивилизацией хорошо освоено использование ядерной энергии, однако до сих пор нерешёнными остаются проблемы, связанные с транспортировкой технического оборудования на Марс и его обслуживанием на самой планете. В то же время, сам по себе Марс обладает весьма значительными ресурсами металлов и ядерного топлива (уран, торий). При наладке на Марсе промышленности и последующем использовании ядерного топлива предполагаются колоссальные выбросы тепла в атмосферу планеты. Одним из важнейших технологических препятствий для освоения не только Марса, но и других планет являются ограниченные возможности космических транспортных средств, поэтому большие надежды возлагаются на газофазные ядерные ракетные двигатели. Только при наличии ядерных ракетных двигателей, обладающих значительной тягой, надежностью и скоростью, станет вполне возможным доставка предназначенных для начального этапа терраформирования тяжелых грузов к планетам, а в перспективе даже и астероидов из водно-аммиачного льда, предназначенных для наполнения атмосферы и гидросферы Марса азотом, водой и кислородом. Предположительно, астероиды могут вывозиться из пояса астероидов и даже из пояса Койпера с помощью ракетных двигателей или солнечных парусов. Терраформирование Марса можно проводить как при прямом введении в его атмосферу искуственно изготовляемых парниковых газов (фреонов), так и посредством нагрева поверхности планеты с помощью солнечного излучения, направленного орбитальными зеркалами, и затемнения поверхности полярных шапок сажей или полимерными плёнками, и косвенно при освоении Марса и его полезных ископаемых (металлургия, горные взрывные работы и проч.). Оба процесса могут происходить одновременно и вносить большой вклад в изменение климата Марса. Например, развитие масштабной ядерной, а в перспективе, и термоядерной энергетики позволит высвобождать огромные объёмы вторичного тепла в атмосфере и гидросфере Марса. Так, например, при наладке выработки водорода и кислорода для наземного марсианского транспорта, космических кораблей и энергоснабжения поселений возникнут условия для высвобождения больших объёмов тепловой энергии в атмосферу. В совокупности общий объём энергетики будет нагревать атмосферу Марса, и способствовать значительному парниковому эффекту при таянии полярных шапок.

Основные способы терраформирования Марса

• Наполнение атмосферы Марса парниковыми газами: метан и другие углеводороды, доставляемые в больших количествах с Титана, способны быстро поднять давление и температуру на Марсе до приемлемого уровня, а также служить источником недостающих ключевых элементов (углерод, водород), необходимых для полноценного терраформирования Марса.
  
• Выброс в атмосферу Марса искусственных парниковых газов: Фреоны (тетрафторметан, октофторпропан и т. п.) обладают рекордными показателями парникового эффекта. Однако эти соединения очень дороги в производстве и потенциально опасны при случайном попадании на Землю.
  
• Затемнение поверхности полярных шапок: сажа, смог из углеводородов, доставляемыех с Титана, напыляемые полимерные пленки, взрывное уменьшение альбедо.
  
• Прогрев полярных шапок: космические сверхлёгкие орбитальные зеркала.
  
• Бомбардировка астероидами: водно-аммиачные льды способны создать на Марсе океаны и атмосферу с приемлемым давлением.
  
• Техногенная деятельность: выброс тепла атомными электростанциями и транспортом, потоки тепла от купольных поселений.
  
• Биогенное воздействие: введение земных бактерий и водорослей, устойчивых на Марсе (Chroococcidiopsis sp., Matteia sp., Deinococcus radiodurans, и др).

Венера

 

 Топографическая карта Венеры

 

 Терраформированная Венера; рисунок художника

 

Основная статья: Колонизация Венеры

Венера представляет собой безжизненную планету со средней температурой поверхности около 464 °C и давлением, превышающим Земное в 93 раза. Тем не менее, она рассматривается как вероятный кандидат на терраформирование. Ускорение свободного падения на поверхности Венеры составляет 8,9 м/с². По одному из планов предлагается распылить в атмосфере Венеры генетически модифицированные сине-зелёные водоросли, которые, перерабатывая углекислый газ в кислород (атмосфера Венеры на 96 % состоит из углекислого газа), значительно уменьшили бы парниковый эффект и температуру на планете, что позволило бы существование воды в жидком виде. Необходимо отметить, что на высоте 50-100 км в атмосфере Венеры существуют условия, при которых могут существовать некоторые земные бактерии. Другой вариант — распылить на венерианской орбите алюминиевую пудру, доставленную в контейнерах с помощью электромагнитной пушки с Луны.

В сравнении с объёмом задач терраформирования Марса, терраформирование Венеры представляет собой на порядок более сложную задачу, но при наличии достаточного объёма информации о планете и солидных энергетических ресурсов эта задача выполнима. Прежде всего, Венера в значительной степени отлична от Земли тем, что её суточное вращение и наклон оси затрудняют преобразование природных условий, но при точном бомбардировании её поверхности водно-аммиачными астероидами эти параметры могут быть изменены в течение нескольких десятилетий. В то же время, бомбардировка Венеры астероидами позволит не только изменить параметры вращения и, установив смену времен года, позволить планете сильно охлаждаться, но и охладить планету и её атмосферу за счет плавления и испарения материалов астероидов. Заимствование огромной энергии у атмосферы может происходить за счёт параллельного прохождения химических реакций между углекислым и сернистым газами атмосферы и ааммиаком.

Основные способы терраформирования Венеры:

• Бомбардировка астероидами: водно-аммиачные льды.
  
• 
  
  Биогенное воздействие: введение земных бактерий и водорослей, устойчивых в верхних слоях атмосферы Венеры: (Pyrodictium occultum, Halobacterium salinarum и др).

Меркурий

 

 Меркурий, снимок сделан космической станцией Маринер-10.

 

Основная статья:Колонизация Меркурия

Терраформирование Меркурия представляет собой несравненно более тяжёлую задачу, чем терраформирование Луны, Марса или Венеры. Площадь поверхности Меркурия составляет 75 млн км², а ускорение свободного падения — 3,7 м/с². Он способен удержать относительно плотную атмосферу, изготовленную из привозного материала (водно-аммиачные льды). Большим затруднением для установления мягкого климата на Меркурии является его близкое положение к Солнцу, крайне медленное вращение вокруг оси и сильный наклон оси вращения. Уровень солнечной энергии, падающей на поверхность Меркурия, весьма велик и в зависимости от времени года и широты составляет от 9,15 до 11 кВт/м². При точно рассчитанной бомбардировке Меркурия астероидами эти недостатки могут быть устранены, но потребуют очень больших расходов энергии и времени. Вполне вероятно, в отдалённом будущем человечество будет обладать возможностями смещать планеты со своих орбит. Наиболее предпочтительно было бы «поднять» орбиту Меркурия на 20—30 млн км от её нынешнего положения. Важную роль в терраформировании Меркурия может сыграть солнечная энергия, которую уже на современном этапе развития технологий можно эффективно использовать. Меркурий — планета достаточно плотная и содержит большое количество металлов (железо, никель), и, возможно, значительное количество ядерного топлива (уран, торий), которые могут быть использованы для освоения планеты. К тому же, близость Меркурия к Солнцу позволяет предполагать наличие значительных запасов гелия-3 в поверхностных породах.