COMO TRANSFORMAMOS TERRA EM MARTE?

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Como parte de nossa série contínua de “Guia Definitivo para Terraforming”, a Space Magazine tem o prazer de apresentar nosso guia para terraformar Marte. Atualmente, existem vários planos para colocar astronautas e colonos no planeta vermelho. Mas se realmente quisermos morar lá um dia, precisaremos fazer uma renovação planetária completa. O que será preciso?

Apesar de ter um clima muito frio e muito seco - para não falar de pouca atmosfera - a Terra e Marte têm muito em comum. Isso inclui semelhanças em tamanho, inclinação, estrutura, composição e até a presença de água em suas superfícies. Por causa disso, Marte é considerado um dos principais candidatos a assentamentos humanos; uma perspectiva que inclui transformar o ambiente para ser adequado às necessidades humanas (também conhecido como terraformação).

Dito isto, também existem muitas diferenças importantes que tornariam a vida em Marte, uma preocupação crescente entre muitos humanos (olhando para você, Elon Musk e Bas Lansdorp!), Um desafio significativo. Se vivêssemos no planeta, teríamos que depender bastante de nossa tecnologia. E se alterarmos o planeta através da engenharia ecológica, levaria muito tempo, esforço e megatons de recursos!

Os desafios de viver em Marte são bastante numerosos. Para iniciantes, existe uma atmosfera extremamente fina e irrespirável. Enquanto a atmosfera da Terra é composta por 78% de nitrogênio, 21% de oxigênio e pequenas quantidades de outros gases, a atmosfera de Marte é composta de 96% de dióxido de carbono, 1,93% de argônio e 1,89% de nitrogênio, juntamente com pequenas quantidades de oxigênio e água.

A pressão atmosférica de Marte também varia de 0,4 - 0,87 kPa, o que equivale a cerca de 1% da Terra no nível do mar. A atmosfera fina e a maior distância do Sol também contribuem para o ambiente frio de Marte, onde as temperaturas da superfície são em média 210 K (-63 ° C / -81,4 ° F). Adicione a isso o fato de Marte não ter uma magnetosfera e você pode ver por que a superfície está exposta a significativamente mais radiação do que a da Terra.

Na superfície marciana, a dose média de radiação é de cerca de 0,67 millisieverts (mSv) por dia, o que representa cerca de um quinto do que as pessoas estão expostas aqui na Terra no decorrer de um ano. Portanto, se os humanos quisessem viver em Marte sem a necessidade de proteção contra radiação, cúpulas pressurizadas, oxigênio engarrafado e roupas de proteção, algumas mudanças sérias precisariam ser feitas. Basicamente, teríamos que aquecer o planeta, engrossar a atmosfera e alterar a composição da referida atmosfera.

Exemplos de ficção:

Em 1951, Arthur C. Clarke escreveu o primeiro romance em que a terraformação de Marte foi apresentada na ficção. Intitulado As Areias de Marte, a história envolve colonos marcianos aquecendo o planeta convertendo a lua de Marte Phobos em um segundo sol e cultivando plantas que quebram as areias marcianas para liberar oxigênio.

Em 1984, James Lovelock e Michael Allaby escreveram o que é considerado por muitos como um dos livros mais influentes sobre terraformação. Intitulado O esverdeamento de Marte, o romance explora a formação e evolução de planetas, a origem da vida e a biosfera da Terra. Os modelos de terraformação apresentados no livro prenunciaram debates futuros sobre os objetivos da terraformação.

Em 1992, o autor Frederik Pohl lançou Mineração de Oort, uma história de ficção científica em que Marte está sendo transformado em terra usando cometas desviados da Nuvem de Oort. Ao longo dos anos 90, Kim Stanley Robinson lançou seu famoso Trilogia de Marte – Marte Vermelho, Marte Verde, Marte Azul - que se concentra na transformação de Marte ao longo de muitas gerações em uma civilização humana próspera.

Em 2011, Yu Sasuga e Kenichi Tachibana produziram a série de mangás Terra Formars, uma série que ocorre no século 21, onde os cientistas estão tentando aquecer lentamente Marte. E em 2012, Kim Stanley Robinson lançou 2312, uma história que ocorre em um sistema solar em que vários planetas foram formados em terra - incluindo Marte (que possui oceanos).

Métodos Propostos:

Nas últimas décadas, várias propostas foram feitas sobre como Marte poderia ser alterado para se adequar aos colonos humanos. Em 1964, Dandridge M. Cole lançou "Ilhas no espaço: o desafio dos planetoides, o trabalho pioneiro", no qual defendia o desencadeamento de um efeito estufa em Marte. Isso consistia em importar os sorvetes de amônia do Sistema Solar externo e depois impactá-los na superfície.

Como a amônia (NH³) é um poderoso gás de efeito estufa, sua introdução na atmosfera marciana teria o efeito de espessar a atmosfera e elevar as temperaturas globais. Como a amônia é principalmente nitrogênio em peso, também poderia fornecer o gás tampão necessário que, combinado ao gás oxigênio, criaria uma atmosfera respirável para os seres humanos.

Outro método tem a ver com a redução do albedo, onde a superfície de Marte seria revestida com materiais escuros para aumentar a quantidade de luz solar que absorve. Isso pode ser qualquer coisa, desde poeira de Phobos e Deimos (dois dos corpos mais escuros do Sistema Solar) a líquenes e plantas extremófilas de cor escura. Um dos maiores defensores disso foi o famoso autor e cientista Carl Sagan.

Em 1973, Sagan publicou um artigo na revista Icarus intitulado "Engenharia Planetária em Marte", onde propôs dois cenários para escurecer a superfície de Marte. Isso incluiu o transporte de material com baixo teor de albedo e / ou o plantio de plantas escuras nas calotas polares para garantir que eles absorvessem mais calor, derretessem e convertessem o planeta em mais "condições semelhantes à Terra".

Em 1976, a NASA abordou oficialmente a questão da engenharia planetária em um estudo intitulado "Sobre a habitabilidade de Marte: uma abordagem para a ecossíntese planetária". O estudo concluiu que organismos fotossintéticos, o derretimento das calotas polares e a introdução de gases de efeito estufa poderiam ser usados para criar uma atmosfera mais quente, rica em oxigênio e ozônio.

Em 1982, o planetólogo Christopher McKay escreveu "Terraforming Mars", um artigo para o Jornal da Sociedade Interplanetária Britânica. Nele, McKay discutia as perspectivas de uma biosfera marciana auto-reguladora, que incluía os métodos necessários para fazê-lo e a ética. Foi a primeira vez que a palavra terraforming foi usada no título de um artigo publicado e passaria a ser o termo preferido.

Isso foi seguido em 1984 pelo livro de James Lovelock e Michael Allaby, O esverdeamento de Marte. Nele, Lovelock e Allaby descreveram como Marte poderia ser aquecido importando clorofluorcarbonetos (CFCs) para provocar o aquecimento global.

Em 1993, o Dr. Robert M. Zubrin, fundador da Mars Society e Christopher P. McKay, do Centro de Pesquisas Ames da NASA, co-escreveram "Requisitos tecnológicos para terraformação de Marte". Nele, eles propuseram o uso de espelhos orbitais para aquecer diretamente a superfície marciana. Posicionados próximos aos polos, esses espelhos seriam capazes de sublimar o CO₂ camada de gelo e contribuir para o aquecimento global.

No mesmo artigo, eles discutiram a possibilidade de usar asteróides colhidos no Sistema Solar, que seriam redirecionados para impactar a superfície, levantando poeira e aquecendo a atmosfera. Em ambos os cenários, eles defendem o uso de foguetes nucleares-elétricos ou térmicos-nucleares para transportar todos os materiais / asteróides necessários para a órbita.

O uso de compostos de flúor - “gases superestufa” que produzem um efeito estufa milhares de vezes mais forte que o CO² - também foi recomendado como um estabilizador climático de longo prazo. Em 2001, uma equipe de cientistas da Divisão de Ciências Geológicas e Planetárias de Caltech fez essas recomendações no “Mantendo Marte quente com novos super gases de efeito estufa”.

Onde este estudo indicou que as cargas iniciais de flúor teriam que vir da Terra (e ser reabastecidas regularmente), alegou que minerais contendo flúor também poderiam ser extraídos em Marte. Isso se baseia na suposição de que esses minerais são tão comuns em Marte (sendo um planeta terrestre) que permitiriam um processo autossustentável quando as colônias fossem estabelecidas.

A importação de metano e outros hidrocarbonetos do Sistema Solar externo - que são abundantes na lua de Saturno, Titã - também foi sugerida. Há também a possibilidade de utilização de recursos no local, graças à descoberta do rover Curiosity de um "pico de dez vezes" de metano que apontava para uma fonte subterrânea. Se essas fontes pudessem ser extraídas, o metano talvez nem precise ser importado.

Propostas mais recentes incluem a criação de biomas selados que empregariam colônias de cianobactérias e algas produtoras de oxigênio em solo marciano. Em 2014, o programa do Instituto de Conceitos Avançados da NASA (NAIC) e a Techshot Inc. começaram a trabalhar nesse conceito, que foi nomeado "Cama de Teste de Ecopoiese em Marte". No futuro, o projeto pretende enviar pequenos recipientes de algas fotossintéticas e cianobactérias extremófilas a bordo de uma missão rover para testar o processo em um ambiente marciano.

Se isso der certo, a NASA e o Techshot pretendem construir vários grandes biomas para produzir e colher oxigênio para futuras missões humanas em Marte - o que reduziria custos e ampliaria as missões, reduzindo a quantidade de oxigênio a ser transportada. Embora esses planos não constituam engenharia ecológica ou planetária, Eugene Boland (cientista chefe da Techshot Inc.) afirmou que é um passo nessa direção:

“Ecopoiese é o conceito de iniciar a vida em um novo lugar; mais precisamente, a criação de um ecossistema capaz de sustentar a vida. É o conceito de iniciar a “terraformação” usando meios físicos, químicos e biológicos, incluindo a introdução de organismos pioneiros na construção de ecossistemas ... Este será o primeiro grande salto dos estudos de laboratório para a implementação de experimentos planetários experimentais (ao contrário de analíticos) in situ pesquisa de maior interesse para biologia planetária, ecopoiese e terraformação ”.

Benefícios potenciais:

Além da perspectiva de aventura e da idéia de humanidade, mais uma vez, embarcando em uma era de exploração espacial ousada, há várias razões pelas quais Marte de terraformação está sendo proposto. Para iniciantes, existe a preocupação de que o impacto da humanidade no planeta Terra seja insustentável e que precisaremos expandir e criar um "local de backup" se pretendermos sobreviver a longo prazo.

Essa escola cita coisas como a crescente população da Terra - que deve chegar a 9,6 bilhões em meados do século -, bem como o fato de que em 2050, cerca de dois terços da população mundial viverá nas principais cidades. Além disso, há a perspectiva de mudanças climáticas severas, que - de acordo com uma série de cenários calculados pela NASA - podem resultar na vida tornar-se insustentável em certas partes do planeta até 2100.

Outras razões enfatizam como Marte se encontra na "Zona de Cachinhos Dourados" do nosso Sol (também conhecida como "zona habitável) e já foi um planeta habitável. Nas últimas décadas, missões de superfície como o Mars Science Laboratory (MSL) da NASA e seus Curiosidade A rover descobriu uma riqueza de evidências que apontam para a corrente de água existente em Marte no passado profundo (assim como a existência de moléculas orgânicas).

Além disso, a NASA Missão Atmosfera de Marte e Evolução Volátil (MAVEN) (e outros orbitadores) forneceram informações abrangentes sobre a atmosfera passada de Marte. O que eles concluíram é que, cerca de 4 bilhões de anos atrás, Marte tinha água superficial abundante e uma atmosfera mais espessa. No entanto, devido à perda da magnetosfera de Marte - que pode ter sido causada por um grande impacto ou um resfriamento rápido do interior do planeta - a atmosfera foi lentamente removida.

Portanto, se Marte já foi habitável e "parecido com a Terra", é possível que possa ser novamente um dia. E se, de fato, a humanidade está procurando um mundo novo para se instalar, faz sentido que ele seja o que tem em comum com a Terra o máximo possível. Além disso, também se argumentou que nossa experiência com a alteração do clima do nosso planeta poderia ser bem utilizada em Marte.

Durante séculos, nossa dependência de máquinas industriais, carvão e combustíveis fósseis teve um efeito mensurável no meio ambiente da Terra. E considerando que essa foi uma consequência não intencional da modernização e desenvolvimento aqui na Terra; em Marte, a queima de combustíveis fósseis e a liberação regular de poluição no ar teriam um efeito positivo.

Outras razões incluem expandir nossa base de recursos e se tornar uma sociedade "pós-escassez". Uma colônia em Marte poderia permitir operações de mineração no Planeta Vermelho, onde minerais e gelo de água são abundantes e poderiam ser colhidos. Uma base em Marte também poderia atuar como uma porta de entrada para o Cinturão de Asteróides, o que nos proporcionaria acesso a minerais suficientes para durar indefinidamente.

Desafios:

Sem dúvida, a perspectiva de terraformar Marte vem com sua parcela de problemas, todos particularmente assustadores. Para iniciantes, existe a enorme quantidade de recursos necessários para converter o ambiente de Marte em algo sustentável para os seres humanos. Segundo, existe a preocupação de que qualquer medida adotada possa ter conseqüências não intencionais. E terceiro, há a quantidade de tempo que levaria.

Por exemplo, quando se trata de conceitos que exigem a introdução de gases de efeito estufa para provocar o aquecimento, as quantidades necessárias são bastante impressionantes. O estudo Caltech de 2001, que pedia a introdução de compostos de flúor, indicou que a sublimação das geleiras polares do CO² exigiria a introdução de aproximadamente 39 milhões de toneladas de CFCs na atmosfera de Marte - o que é três vezes a quantidade produzida na Terra entre 1972 e 1992.

A fotólise também começaria a decompor os CFCs no momento em que foram introduzidos, o que exigiria 170 quilotons adicionais a cada ano para recuperar as perdas. E, finalmente, a introdução de CFCs também destruiria o marciano de qualquer ozônio produzido, o que prejudicaria os esforços para proteger a superfície da radiação.

Além disso, o estudo de viabilidade da NASA de 1976 indicou que, embora a formação de Marte fosse possível usando organismos terrestres, também reconheceu que os prazos exigidos seriam consideráveis. Como afirma no estudo:

“Nenhuma limitação fundamental e insuperável da capacidade de Marte de apoiar uma ecologia terrestre é identificada. A falta de uma atmosfera contendo oxigênio impediria a habitação sem ajuda de Marte pelo homem. A forte irradiação ultravioleta da superfície atual é uma barreira importante adicional. A criação de uma atmosfera adequada contendo oxigênio e ozônio em Marte pode ser viável através do uso de organismos fotossintéticos. O tempo necessário para gerar essa atmosfera, no entanto, pode ser vários milhões de anos.”

O estudo prossegue afirmando que isso pode ser drasticamente reduzido com a criação de organismos extremófilos especificamente adaptados ao ambiente marciano severo, criando um efeito estufa e derretendo as calotas polares. No entanto, a quantidade de tempo que levaria para transformar Marte provavelmente ainda seria da ordem de séculos ou milênios.

E, claro, há o problema de infraestrutura. A colheita de recursos de outros planetas ou luas no Sistema Solar exigiria uma grande frota de transportadores espaciais, e eles precisariam estar equipados com sistemas avançados de acionamento para fazer a viagem em um período de tempo razoável. Atualmente, não existem sistemas de acionamento, e os métodos convencionais - desde motores de íons a propulsores químicos - não são rápidos nem econômicos o suficiente.

Para ilustrar, a NASA Novos horizontes A missão levou mais de 11 anos para realizar seu encontro histórico com Plutão no Cinturão de Kuiper, usando foguetes convencionais e o método de auxílio à gravidade. Enquanto isso, o Alvorecer A missão, que dependia da propulsão iônica, levou quase quatro anos para chegar a Vesta no Cinturão de Asteróides. Nenhum dos métodos é prático para fazer repetidas viagens ao Cinturão de Kuiper e transportar cometas e asteróides gelados, e a humanidade não tem nem perto do número de navios que precisaríamos para fazer isso.

Por outro lado, seguir a rota in situ - que envolveria fábricas ou operações de mineração na superfície para liberar ar², metano ou minerais contendo CFC no ar - exigiria vários foguetes de carga pesada para levar todo o maquinário para o ar. Planeta vermelho. O custo disso superaria todos os programas espaciais até o momento. E uma vez montadas na superfície (por trabalhadores robóticos ou humanos), essas operações teriam que ser executadas continuamente por séculos.

Há também várias perguntas sobre a ética da terraformação. Basicamente, alterar outros planetas para torná-los mais adequados às necessidades humanas levanta a questão natural do que aconteceria com qualquer forma de vida que já mora lá. Se, de fato, Marte tem vida microbiana indígena (ou formas de vida mais complexas), que muitos cientistas suspeitam, alterar a ecologia pode impactar ou até acabar com essas formas de vida. Em resumo, futuros colonos e engenheiros terrestres estariam efetivamente cometendo genocídio.

Diante de todos esses argumentos, é preciso imaginar quais seriam os benefícios da formação de terra em Marte. Embora a ideia de utilizar os recursos do Sistema Solar faça sentido a longo prazo, os ganhos a curto prazo são muito menos tangíveis. Basicamente, os recursos colhidos de outros mundos não são economicamente viáveis quando você pode extraí-los aqui em casa por muito menos. E dado o perigo, quem iria querer ir?

Mas, como empreendimentos como o MarsOne mostraram, há muitos seres humanos dispostos a fazer uma viagem de ida a Marte e atuar como a "primeira onda" de intrépidos exploradores da Terra. Além disso, a NASA e outras agências espaciais foram muito fortes sobre seu desejo de explorar o Planeta Vermelho, que inclui missões tripuladas na década de 2030. E, como mostram várias pesquisas, o apoio público está por trás desses objetivos, mesmo que isso signifique um aumento drástico nos orçamentos.

Então, por que fazer isso? Por que terraformar Marte para uso humano? Porque está aí? Certo. Mas o mais importante, porque podemos precisar. E o impulso e o desejo de colonizá-lo também estão lá. E, apesar da dificuldade inerente a cada um, não há escassez de métodos propostos que tenham sido pesados e determinados como possíveis. No final, tudo o que é necessário é muito tempo, muito comprometimento, muitos recursos e muitos recursos. tenha o cuidado de garantir que não estamos prejudicando irrevogavelmente as formas de vida que já existem.

Mas, é claro, se nossas piores previsões acontecerem, podemos descobrir, no final, que temos pouca escolha a não ser morar em outro lugar do Sistema Solar. À medida que este século avança, pode muito bem ser Marte ou falir!

Escrevemos muitos artigos interessantes sobre terraformação aqui na Space Magazine. Aqui está o guia definitivo para a terraformação, podemos transformar a Lua em terra ?, devemos transformar a Terra em Marte ?, Como fazemos a Terraformação de Vênus? E a equipe estudantil quer transformar em Marte a Terra usando cianobactérias.

Também temos artigos que exploram o lado mais radical da terraformação, como Poderíamos Terraformar Júpiter ?, Poderíamos Terraformar o Sol? E Poderíamos Terraformar um Buraco Negro?

Astronomy Cast também tem bons episódios sobre o assunto, como Episódio 96: Humans to Mar, Parte 3 - Terraforming Mars

Para mais informações, consulte Terraforming Mars na NASA Quest! e Jornada da NASA para Marte.

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