Kredit gambar: NASA
Secara tempatan, Bumi mempunyai kawasan ekstrem yang dapat dihuni: Antartika, gurun Sahara, Laut Mati, Gunung Etna. Di peringkat global, planet biru kita berada di zon yang dapat dihuni tata surya, atau wilayah 'Goldilocks' di mana suhu dan tekanan tepat untuk menyokong air dan kehidupan cair. Di seberang sempadan dari zon goldilocks ini mengorbit dua jiran kita: planet rumah hijau yang melarikan diri, Venus - yang dalam istilah goldilocks "terlalu panas" - dan planet merah yang sejuk, Mars, yang "terlalu sejuk".
Dengan suhu global purata -55 C, Mars adalah planet yang sangat sejuk. Model standard untuk pemanasan Mars menaikkan suhu purata ini dengan gas rumah hijau terlebih dahulu, kemudian menanam tanaman yang disesuaikan dengan sejuk dan mikrob fotosintetik. Model terraforming ini merangkumi pelbagai penyempurnaan seperti cermin orbital dan kilang kimia yang mengalirkan fluorokarbon. Akhirnya dengan bantuan biologi, perindustrian, dan masa, atmosfer akan menjadi semakin tebal (atmosfer bela saat ini 99% lebih tipis daripada bumi). Untuk terraform Mars, bergantung pada pilihan dan kepekatan gas rumah hijau yang digunakan, boleh memakan masa beberapa dekad hingga berabad-abad sebelum angkasawan mungkin mulai mengangkat visor dan untuk pertama kalinya, menghirup udara martian. Usul seperti itu akan memulai upaya sadar pertama dalam pembuatan mesin planet, dan bertujuan untuk mengubah lingkungan global menjadi satu yang kurang memusuhi kehidupan seperti yang kita ketahui secara terestrially.
Versi lain untuk perubahan global ini adalah versi tempatan yang tidak asing lagi bagi mereka yang telah menyusuri Sahara. Kadang-kadang kehidupan berkembang menjadi oasis padang pasir. Strategi tempatan untuk mengubah Mars, menurut ahli biologi Omar Pensado Diaz, pengarah projek Mex-Areohab, dapat dibandingkan dengan mengubah Mars satu oasis pada satu masa. Saiz minimum oasis merangkumi diameter penutup plastik berbentuk kubah, seperti rumah hijau dengan pemanas ruang. Dengan cara ini, microterraforming adalah alternatif yang lebih kecil untuk planet yang sebaliknya adalah sistem terbuka yang bocor ke angkasa. Diaz membeza-bezakan cara ahli fizik mengubah Mars dengan alat perindustrian dengan kaedah rumah sakit seorang ahli biologi.
Diaz bercakap dengan Astrobiology Magazine tentang apa artinya mengubah semula Mars dengan stadium kecil, sehingga mereka tumbuh menjadi padang pasir yang subur.
Majalah Astrobiologi (AM) : Adakah tepat untuk menyimpulkan bahawa anda mengkaji perbezaan antara strategi terraforming global dan tempatan?
Omar Pensado Diaz (OPD): Saya tidak sabar-sabar untuk mengintegrasikan model, dan bukannya memusatkan perhatian pada perbezaannya. Terraforming global, atau memanaskan planet dengan gas rumah kaca super, adalah strategi atau model yang disusun dari perspektif fizik; sementara model yang saya cadangkan dilihat dari sudut pandang biologi.
Saya bercakap mengenai model yang disebut microterraforming, yang mungkin dilakukan dengan alat yang dinamakan Minimal Unit Terraforming (MUT). Konsep Unit Minimum Terraforming dijelaskan sebagai ekosistem yang berjalan sebagai unit asas alam. MUT terdiri daripada sekumpulan organisma hidup dan persekitaran fizikal dan kimianya di mana mereka tinggal, tetapi berlaku untuk pengembangan proses penjajahan dan pembentukan semula biologi di Marikh.
Konsepsi seorang artis tentang bagaimana Marikh terraform, dengan lautan yang merangkumi sebahagian besar hemisfera utara, mungkin kelihatan dari orbit. Mars, seperti yang dibuat oleh Michael Carroll. Pada tahun 1991 gambar ini digunakan di muka depan terbitan 'Making Mars Habitable' Nature.
Secara teknis, ini adalah rumah hijau berbentuk kubah bertekanan yang akan mengandung dan melindungi ekosistem dalaman. Kompleks ini tidak akan terpencil dari persekitaran; sebaliknya akan selalu bersentuhan dengannya, tetapi dengan cara yang terkawal.
Yang penting ialah pertukaran gas antara Unit MUT dan persekitaran Mars, jadi ekosistem itu sendiri mempunyai peranan yang dramatik. Objektif proses ini adalah untuk menghasilkan fotosintesis. Di sinilah kita mesti menganggap tanaman meliputi permukaan dan kilang kimia yang memproses atmosfera.
PAGI: Apa kelebihan bekerja tempatan, menggunakan model oasis di padang pasir? Dengan analogi biologi dengan unit terraforming asas, maksud anda seperti bagaimana sel biologi mempunyai keseimbangan dalaman, tetapi juga bertukar dengan sel luaran yang berbeza untuk seluruh inang?
OPD: Kelebihan yang saya dapati dalam model ini adalah kita dapat memulakan proses terraforming dengan lebih cepat, tetapi secara berperingkat, itulah sebabnya ia adalah microterraforming.
Tetapi kelebihan utama dan terpenting adalah kita dapat menjadikan kehidupan tanaman mula berpartisipasi dalam proses ini dengan bantuan teknologi. Kehidupan adalah maklumat dan ia memproses maklumat di sekitarnya, memulakan proses penyesuaian dengan keadaan dalaman unit. Di sini kita menyatakan bahawa kehidupan mempunyai keplastikan dan ia tidak hanya menyesuaikan diri dengan keadaan sekitarnya, tetapi juga menyesuaikan lingkungan dengan keadaannya sendiri. Dalam bahasa genetik, ini bermaksud bahawa terdapat interaksi antara genotip dan persekitaran, menghasilkan penyesuaian ungkapan fenotipikal terhadap keadaan yang dominan.
Sekarang, dalam lingkungan kecil seperti Unit dengan diameter kira-kira 15 atau 20 ela, kita mungkin mempunyai persekitaran yang lebih panas daripada di luar Unit.
PAGI: Terangkan bagaimana rupa Unit.
OPD: Kubah berlapis dua yang berserabut plastik dan berserabut. Kubah itu akan menghasilkan kesan rumah hijau di dalam yang akan meningkatkan suhu pada waktu siang dan melindungi bahagian dalam dari suhu rendah pada waktu malam. Tambahan pula, tekanan atmosfera akan lebih tinggi di dalam 60 hingga 70 milibar. Itu cukup untuk membolehkan proses fotosintetik tanaman dan juga air cair.
Dari segi termodinamik, kita sekarang bercakap mengenai kekurangan keseimbangan. Untuk mengaktifkan semula Marikh, kita perlu membuat keseimbangan termodinamik. Unit ini akan menghasilkan apa yang diperlukan terlebih dahulu, seperti pembuangan tanah dari perbezaan suhu. Proses sedemikian adalah objektif bersama dengan jalan menuju strategi global.
Tegasnya, Unit-unit itu seperti perangkap karbon dioksida; mereka akan mengeluarkan oksigen dan menghasilkan biomas. Oksigen kemudian akan dilepaskan ke atmosfera secara berkala. Sistem injap akan melepaskan gas ke luar dan setelah tekanan atmosfera dalam menurun hingga 40 atau 35 milibars, injap akan ditutup secara automatik. Dan yang lain akan terbuka dan, dengan sedutan, gas akan masuk ke dalam Unit dan tekanan atmosfera asal akan turun. Sistem ini bukan sahaja membenarkan pembebasan oksigen tetapi juga pembebasan gas lain.
PAGI: Dalam model oasis seperti itu, ini adalah sistem terbuka, tetapi tidak akan mempengaruhi keadaan wilayah. Dengan kata lain, adakah kebocoran tempatan dapat dicairkan, dan dalam kes-kes tersebut, bagaimana perbezaan mikroterformasi daripada operasi rumah hijau sahaja?
OPD: Rumah hijau - dalam hal ini Unit Minimum Terraforming - dianggap memulakan perubahan secara beransur-ansur di Marikh. Perbezaannya bergantung pada jangkauan tindakannya, kerana dari situlah proses mikroterraforming bermula. Selain itu, ia bergantung pada bagaimana anda melihatnya, kerana dengan kaedah ini kita berusaha mengulangi corak evolusi yang pernah berjaya di Bumi, untuk mengubah atmosfer planet menjadi yang lain dan membuat Mars masuk dalam tahap ketidakseimbangan termodinamik .
Kelebihan utama ialah kita dapat mengawal proses terraforming pada skala mikro; kita dapat menjadikan Marikh menjadi tempat yang serupa dengan Bumi dengan lebih cepat dan menjadikannya berinteraksi dengan persekitaran di sekitarnya pada masa yang sama. Itulah aspek yang paling penting: untuk meneruskan proses yang lebih pantas. Seperti yang saya katakan sebelumnya, ideanya adalah mengikuti pola evolusi yang sama yang berkembang di Bumi sejurus selepas fotosintesis muncul. Terdapat tumbuhan terestrial yang merombak dan membentuk Bumi, menghasilkan karbon dixoide dari permukaan dan menyebarkannya ke atmosfer yang ada pada masa itu.
Drs. Chris McKay dan Robert Zubrin memaparkan model menarik yang mencadangkan untuk mengumpulkan tiga cermin orbit besar. Cermin akan memantulkan cahaya Matahari ke kutub selatan Marikh dan menyempurnakan lapisan ais kering (salji karbon dioksida) untuk meningkatkan kesan rumah hijau dan kemudian mempercepat pemanasan global planet ini.
Cermin seperti itu seukuran Texas.
Saya berpendapat bahawa jika infrastruktur yang sama yang digunakan pada cermin tersebut digunakan untuk membangun kubah untuk Unit Terraforming Minimal di permukaan Martian, kita akan menghasilkan kadar degassing yang lebih tinggi dan mengoksigenkan atmosfera dengan lebih cepat. Selain itu, sebahagian permukaan akan dipanaskan pula, kerana Unit akan menahan panas matahari, tidak memantulkannya dari permukaan.
Kekurangan air cair untuk ekosistem di dalam Unit diperdebatkan; namun, varian cadangan Dr. Adam Bruckner dari University of Washington, dapat digunakan. Ia terdiri daripada menggunakan kondensor zeolit (mineral catalyst); kemudian, mengeluarkan air dari kelembapan udara masuk. Air akan mengalir ke dalam setiap hari. Sekali lagi, kita akan mengaktifkan beberapa peringkat kitaran hidrologi, menangkap karbon dioksida, melepaskan gas ke atmosfer dan menjadikan permukaan menjadi tanah yang lebih subur. Kita akan melakukan terraforming yang dipercepat di bahagian Mars yang sangat kecil, tetapi jika kita menempatkan ratusan Unit tersebut, kesan degassing di permukaan dan atmosfera akan membawa kesan planet.
PAGI: Apabila biosfera tertutup telah beroperasi di Bumi seperti Biosfer 2, masalah timbul dengan - misalnya - kehilangan oksigen disebabkan oleh kombinasi dengan batuan untuk membentuk karbonat. Adakah terdapat contoh-contoh sistem berskala mandiri skala besar di Bumi hari ini?
OPD: Sistem bersendirian berskala besar yang dibina oleh manusia? Saya tidak tahu apa-apa, tetapi kehidupan itu sendiri adalah sistem mandiri yang mengambil dari persekitaran sekitar apa yang diperlukan untuk berfungsi.
Itulah masalah biosfera tertutup, mereka tidak dapat membuat litar maklum balas seperti yang berlaku di Bumi. Tambahan pula, sistem yang saya cadangkan tidak akan ditutup; ia akan berinteraksi dengan persekitaran Mars secara berkala, dengan melepaskan sebahagian dari apa yang akan diproses oleh tindakan fotosintesis sambil memasukkan gas baru. Unit Minimum Terraforming tidak akan menjadi sistem tertutup.
Sekiranya kita mengambil kira "Teori Gaia" James Lovelock, kita dapat menganggap Bumi sebagai sistem bersendirian berskala besar, kerana kitaran biogeokimia aktif - situasi yang tidak berlaku hari ini di Marikh. Sebilangan besar oksigennya digabungkan dengan permukaannya, memberikan planet ini sifat teroksidasi. Dalam pengertian ini, di dalam Unit Minimum Terraforming, kitaran biogeokimia akan diaktifkan kembali. Kubah ini akan membebaskan oksigen dan karbonat, antara lain, sehingga pelepasan akan mula mengalir secara beransur-ansur ke atmosfer planet.
PAGI: Kaedah terpantas yang sering disebut untuk terraforming global adalah dengan memasukkan fluorokarbon ke atmosfer Martian. Dengan perubahan peratusan yang kecil, perubahan suhu dan tekanan yang besar berlaku. Ini bergantung pada interaksi solar. Adakah gelembung tertutup mempunyai mekanisme ini, misalnya jika sinar ultraviolet tidak menembusi kubah?
OPD: Kami bercakap tentang cara alternatif dari itu - tidak menggunakan fluorokarbon dan gas rumah hijau yang lain. Kaedah yang kami cadangkan menangkap karbon dioksida untuk peningkatan biojisim, membebaskan oksigen dan penyimpanan haba dalaman, semuanya untuk menghasilkan pelepasan karbon dioksida di dalam Unit. Gas-gas lain yang terperangkap di dalam tanah hari ini akan dibebaskan ke atmosfer Mars untuk menumpukannya secara beransur-ansur. Sebenarnya, pendedahan langsung ekosistem terhadap sinar ultraviolet akan menjadi kontraproduktif untuk penangkapan karbon dioksida, pembentukan biomas dan penghasilan gas tanah. Tepatnya, kubah berfungsi melindungi ekosistem dari radiasi dingin dan ultraviolet, serta menjaga tekanan batinnya.
Sekarang, kubah itu akan menjadi perangkap haba yang penting dan penebat haba. Membuat analogi sel sebelumnya, kubah itu seperti membran biologi yang mendorong ekosistem tempatan ke ketidakseimbangan termodinamik. Ketidakseimbangan itu memungkinkan kehidupan berkembang.
PAGI: Adakah kepekatan gas rumah hijau yang tinggi (seperti metana, karbon dioksida atau CFC) akan menjadi toksik tempatan sebelum memberi kesan global?
OPD: Hidup boleh menyesuaikan diri dengan keadaan yang beracun bagi kita; kepekatan karbon dioksida yang tinggi dapat bermanfaat bagi tanaman, dan bahkan meningkatkan pengeluarannya, atau, seperti metana, ada beberapa organisma metanogenik yang memerlukan gas ini untuk hidup mereka.
Gas sedemikian sesuai untuk menaikkan suhu global; sebaliknya, karbon dioksida adalah gas yang paling sesuai untuk kehidupan tumbuhan. Tujuannya adalah untuk menghasilkan semula corak evolusi yang mengarah pada penyesuaian secara beransur-ansur organisma ini ke lingkungan baru, dan penyesuaian persekitaran dengan organisma ini.
PAGI: Terraforming global di Marikh mempunyai rentang waktu yang bervariasi antara satu abad hingga waktu yang lama. Apakah ada cara untuk menganggarkan apakah usaha lokal dapat mempercepat kebiasaan, menggunakan model oasis yang anda sarankan?
OPD: Itu bergantung pada kecekapan fotosintesis tumbuhan dan kemampuan mereka untuk menyesuaikan diri dengan persekitaran sambil menyesuaikan persekitaran. Walau bagaimanapun, kita boleh mempertimbangkan dua penilaian: satu tempatan dan satu global.
Dengan cara yang lebih eksplisit, penilaian tersebut dapat diukur terlebih dahulu pada setiap Unit Terraforming Minimal melalui kecekapan fotosintesisnya, kelajuan pengoksigenan, penangkapan karbon dioksida dan pelepasan permukaan kubah. Kadar ini bergantung pada kejadian solar dan kesan rumah hijau. Pada peringkat global, kecepatan pembentukan semula planet bergantung pada berapa banyak Unit Minimal yang dapat dipasang di seluruh permukaan Mars. Maksudnya, jika terdapat lebih banyak Unit Minimum Terraforming, transformasi planet ini akan diselesaikan lebih cepat.
Saya ingin menjelaskan sesuatu yang saya rasa penting pada masa ini. Pencapaian utama adalah menjadikan Marikh menjadi planet hijau sebelum manusia dapat menghuninya seperti yang kita lakukan di Bumi hari ini. Adalah luar biasa untuk melihat bagaimana kehidupan tumbuhan bertindak balas, pertama di dalam Unit Minimum Terraforming dan kemudian, ketika mesin-mesin itu telah selesai kitarannya dan kehidupan muncul sebagai letupan ke luar, untuk melihat spekulasi yang tidak dapat dihentikan yang akan terjadi, sejak hidup akan bertindak balas terhadap persekitaran dan persekitaran akan bertindak balas terhadap kehidupan.
Oleh itu, kita mungkin melihat pokok-pokok, seperti pinus yang di Bumi mempunyai kayu yang besar dan lurus. Di Marikh kita mungkin mempunyai spesies yang lebih mudah dikenali, satu yang cukup kuat untuk menahan suhu rendah dan angin bertiup. Sebagai mesin fotosintetik, pinus akan memenuhi peranan mereka sebagai transformer planet, menjaga air, mineral dan karbon dioksida untuk pengumpulan biomas.
PAGI: Apa rancangan masa depan yang anda ada untuk penyelidikan?
OPD: Saya ingin memulakan simulasi separa keadaan Mars. Ini diperlukan untuk meneliti dan meningkatkan operasi Unit Minimum Terraforming, serta tindak balas fisiologi tumbuhan dalam keadaan seperti itu. Dengan kata lain, latihan.
Ini adalah penyiasatan pelbagai disiplin dan antara institusi, jadi penyertaan jurutera, ahli biologi dan pakar genetik akan diperlukan serta organisasi ilmiah lain yang berminat dengan subjek ini. Saya mesti mengatakan ini hanya percubaan pertama; ini adalah teori tentang apa yang dapat dilakukan dan teori yang dapat kita coba di planet kita sendiri, misalnya, dengan memerangi penyebaran gurun yang agresif, dengan merehabilitasi tanah dan membuat rintangan untuk menghentikan kemajuannya secara beransur-ansur.
Sumber Asal: Majalah Astrobiologi
Inilah artikel mengenai projek serupa. Ingat Biosfera 2?
