Когда на Марсе будут яблони цвести?

Четвероклассник Петя интересуется всем на свете. Как-то ему попала на глаза дедушкина газета с еще не полностью разгаданным кроссвордом. Мальчик начал внимательно его просматривать, надеясь помочь деду, а то, может быть, и поправить чего. Но не тут-то было. Все отгаданные слова были вроде бы правильные, а не разгаданные что-то так с ходу не разгадывались.

- Деда, а вот здесь слово по вертикали из четырех букв: «На какой планете земляне собираются выращивать яблоки?» Это о чем? Я читал в энциклопедии, что только на Земле существует жизнь, живут растения и животные. А где еще можно деревья высаживать? Странный вопрос…

- Ничего странного. Очень простой вопрос. Много лет назад, когда человек только-только начал летать в космос, появилась песня «И на Марсе будут яблони цвести». В ней были такие слова:

Утверждают космонавты и мечтатели,
Что на Марсе будут яблони цвести!

Поэтому, какой будет ответ? Правильно, Марс!

- И когда там начнут высаживать яблони?

- Ну, Петенька, не все так просто. Одно дело песня, а другое – реальность. Я тоже, когда был школьником, очень интересовался этим вопросом. Даже ходил в кружок «Юный космонавт» при городском планетарии. Тогда как раз и появилась эта песня, и казалось, все случится в самое ближайшее время. Потом выяснилось, что надо долго и упорно готовиться, создавать необходимые условия.

- И какие это условия?

- Ну, так в двух словах не расскажешь.

- А я никуда не тороплюсь, рассказывай!

- Ну, хорошо, я рад, что тебе это интересно. Давай, усаживайся поудобнее и слушай.

Сначала поговорим, что это за планета и что мы о ней знаем. Она получила имя в честь древнеримского бога войны – Марса. Такое воинственное название было связано с ее кроваво-красным цветом. Ты спросишь, почему у Марса такой цвет. Все просто – такой цвет придает оксид железа – соединение железа, в большом количестве содержащееся в поверхностном слое планеты. Марс входит в семейство планет солнечной системы и находится на четвертом месте по удалению от Солнца, сразу же после планеты Земля и перед Юпитером.

Марс с древних времен интересовал землян, и не только ученых-астрономов, но и обычных людей. Все они надеялись, что на Марсе существует жизнь и мы не одни в бесконечном космосе. Эти мечты выливались в многочисленные фантастические романы, картины, песни. По крупицам люди собирали фактические данные о загадочной планете. Установлено, что Марс вращается по своей, немного вытянутой орбите, вокруг Солнца за 687 земных суток со скоростью 24 километра в секунду. Расстояние от Земли до Марса постоянно меняется: от минимального 55 миллионов километров до максимального – 400 миллионов километров. Сутки на Марсе почти такие же, как и на Земле и составляют 24 часа 40 минут. Смена дня и ночи, времен года, тоже практически повторяет земные. Есть и климатические пояса, но из-за большего удаления от Солнца, они гораздо суровее, чем у нас. Так, средняя температура на поверхности составляет около –50 °C. Масса Марса в десять раз меньше массы Земли. Радиус равен 3397 километров, что почти вдвое меньше радиуса Земли. Предполагается, что несколько миллионов, а может и миллиардов лет назад, на Марсе была атмосфера. Соответственно вода находилась в жидком состоянии. Об этом говорят многочисленные русла рек – меандры, которые можно наблюдать и сейчас. В настоящее время вода в виде льда находится только в поверхностных слоях грунта. Это явление называется пермафрост (вечная мерзлота).

Поверхность Марса усеяна глубокими кратерами. Имеется грандиозная система каньонов Маринера длиной около 4 тысяч километров и целый район древних вулканов – Элизиум. Есть на Марсе и самая высокая гора во всей солнечной системе – Олимп. Это марсианский потухший вулкан высотой почти 28 километров и диаметром 6 километров. Считается, что поверхность Марса насыщена таинственными постройками. Однако исследователи, анализирующие результаты, полученные с помощью марсоходов, уверяют, что марсианские «города» и «башни» на самом деле – это каменные образования, то есть природные произведения из камня и песка.

Есть у Марса и своя Луна, даже две: очень маленькие естественные спутники Фобос и Деймос. Они имеют неправильную форму, и по одной из версий, представляют собой, захваченные гравитацией Марса астероиды. Фобос (страх) и Деймос (ужас) получили свои названия в честь героев древнегреческих мифов, в которых они помогали богу войны Аресу (Марсу), побеждать в сражениях. Деймос постепенно удаляется от Марса, а Фобос наоборот, притягивается еще больше. Но это происходит очень медленно, поэтому, вряд ли мы в ближайшее время сможем увидеть падение спутника на планету.

Марс обладает двумя геологически различными полушариями. Гладкий рельеф северного полушария моложе скалистого рельефа южного. Некоторые ученые считают, что топографию на севере сформировали океаны. Но есть и другая теория: "гипотеза единственного удара". Согласно ей, Красная планета столкнулась с гигантским астероидом. В результате вокруг нее образовалось кольцо из каменистых обломков. Со временем они сформировали спутники Фобос и Деймос, которые отличаются необычной формой. Изучен химический состав упавших на Землю марсианских метеоритов. Анализ указал на повышенное содержание металлов платиновой группы в мантии Марса: платины, осмия и иридия. Эти элементы могли быть занесены туда астероидами. Ученые рассчитали, что примерно четыре с половиной миллиарда лет назад в Марс врезался астероид диаметром не менее 1200 километров. Он вырвал часть северного полушария, оставив в недрах свои частички - металлы платиновой группы. Данный катаклизм объясняет природу химического состава Фобоса и Деймоса. Эти луны состоят из смеси марсианского и чужеродного материалов.

Петя, вот мы обсудили с тобой основные характеристики Марса. То есть, узнали, с чем в первую очередь встретятся земляне на Красной планете. А теперь скажи мне, что еще нам нужно знать, чтобы ответить на твой вопрос о высаживании яблонь на Марсе.

- Ну, наверное, как туда долететь, как там поселиться, как выращивать растения?

- Конечно, эти вопросы тоже важны. Но нужно еще решить, как там добывать воду, как дышать, как питаться, какие опасности там нас ждут. И многое другое. Вот сейчас обо всем этом и поговорим. Если ты, конечно, не устал и не заскучал от такого обилия информации.

- Нет, совсем не устал. Очень интересно. Я все-таки хочу узнать, когда там можно будет выращивать яблоки?

- Хорошо, тогда слушай.

Длительность полета на Марс. Приблизительно раз в два года, Марс и Земля достигают своих ближайших точек, называемых "оппозицией". В этот момент расстояние между Марсом и Землей становится минимальным. Ученые пользуются этой возможностью и отправляют к Красной планете космические аппараты. Общее время полета от Земли до Марса варьируется от 150 до 300 дней, в зависимости от скорости запуска, положения планет, маршрута и количества топлива на борту.

Минимальное расчетное время полета составляет около 115 дней, однако в реальности тратится гораздо больше времени. Все дело в том, что и Марс и Земля движутся по орбите вокруг Солнца. Мы не можем просто нацелиться на Марс и начать запускать ракеты, поскольку пока ракеты долетят, Марса уже там не будет. Вместо этого, запущенные с Земли аппараты летят туда, где Марс будет находиться в момент прилета ракеты.

Другим фактором является ограничение на количество топлива. Если бы запас топлива на борту был безграничен, то время путешествия можно было бы значительно уменьшить. Стремясь максимально сократить расходы на запуск, инженеры ищут оптимальные способы доставки аппарата на Марс, расходуя при этом наименьшее количество топлива.

Для отправки людей на Марс, длительность полета в 250 дней становится опасной. Вредное излучение в межпланетном пространстве может сильно сказаться на здоровье космонавтов. Поэтому сокращение времени полета просто необходимо, поскольку это значительно сократит риск для космонавтов.

Одно из решений по сокращению времени полета - использование ядерных ракет. Ядерное топливо эффективнее химического. Оно позволяет получить большую тягу из меньшего количества топлива. Ядерная ракета может уменьшить время пути до 7 месяцев.

Другим решением может стать использование электромагнитной энергии. Разработан электромагнитный двигатель, который использует радиоволны для нагрева и ионизации топлива. Это создает плазму, которая выбрасывается из нижней части корабля с большой скоростью. При полете на Марс, ракета, работающая по этой технологии, может уменьшить время пути до 5 месяцев.

Одним из самых экстремальных предложений является ракета на антиматерии. Созданные в ускорителе частицы антивещества являются наиболее эффективным топливом, которое могло бы использоваться. Когда атомы вещества встречаются с атомами антивещества, они превращаются в чистую энергию. Всего 10 миллиграмм антивещества необходимо для доставки людей на Марс за 45 дней. Однако, сегодня, производство даже такого крошечного количества антивещества представляет большие технические трудности.

Создание поселений землян на Марсе. Специалисты проанализировали модели рельефов космических тел и пришли к выводу, что в последующем «лавовые трубки» и пещеры на Марсе лучше всего подходят для жизни человека. Они смогут защищать человека от космического излучения и потоков микрометеоритов. «Лавовые трубки» являются каналами, которые возникли при неравномерном остывании лавы. Поверхностные слои лавы остывают быстрее и становятся монолитными, образуя твердую корку, внутри которой жидкая лава постепенно уходит, образует туннель. Эксперты утверждают, что длина такого туннеля может достигать многих километров. Строительные технологии, освоенные на земле, не найдут применения на Марсе – здесь не будет такого разнообразия строительной техники и материалов. Для того чтобы поселенцам было где жить, планируется доставлять на планету жилые блоки, собранные на Земле. Внутри них можно будет строить перегородки и этажи, выводить в нужных местах розетки, предусмотрены и «зоны влажности» – кухня и душ.

Вода и кислород для дыхания. Вода на Марсе есть – в основном в виде льда, который сосредоточен в полярных шапках и под поверхностью. Планируется добывать воду из грунта: вытапливать лед из почвы, конденсировать пар, а сухую почву возвращать на поверхность планеты.

Атмосфера Марса более разрежена, чем воздушная оболочка Земли, и на 95% состоит из углекислого газа, 2,7% азота, 1,6 % аргона и 0,14 % кислорода. Тогда как в атмосфере Земли 78% азота, около 21 % кислорода, 0,03% углекислого газа и до 1% приходится на другие газы (аргон, неон, метан и прочие). Ученые придумали способ увеличить концентрацию кислорода на Марсе. Эксперимент будет проведен, когда специальная автоматическая миссия прибудет на Красную планету в 2020 году. Ученые отправят туда микроорганизмы - возможно, водоросли или бактерии с целью создать воздух, пригодный для дыхания человека. По их задумке микроорганизмы найдут питательные вещества в марсианской почве, а кислород будут выделять в качестве побочного продукта. Если эксперимент будет удачным, то на Марсе смогут получать кислород для людей и в качестве ракетного топлива для полетов на Землю. Это станет важным шагом на пути к превращению Марса в пригодную для обитания человеческих колоний планету. Генерировать кислород можно будет и из воды. Для того чтобы создать пригодный для дыхания воздух, нужен будет также азот. Добывать его предполагается из марсианской атмосферы, а затем закачивать в жилые помещения.

Питание колонизаторов. Возить еду с Земли – дорого и бесперспективно. Колония сможет существовать только в том случае, если сама будет обеспечивать себя едой. Сейчас идут эксперименты по выращиванию овощей в грунте сходном по составу с марсианской почвой. К 2017 году биотехнологи научились выращивать картофель, морковь, зеленый горошек, бобы, редис и помидоры. Выяснилось, что картошка на Марсе расти может, но почву нужно разрыхлить и удобрить. Основная задача специалистов на этом этапе – найти способы повысить урожайность в марсианском грунте. Ведутся эксперименты по выращиванию в марсианской почве бактерий, ученые работают также с дождевыми червями, которые будут рыхлить почву и перерабатывать удобрения.

Медицинские технологии. Скудный рацион питания, микрогравитация, длительное пребывание в тяжелых условиях и отсутствие врачей узкой специализации – вот что ждет колонизаторов на Марсе. Предполагается, что самыми распространенными медицинскими проблемами у марсонавтов станут травмы костей, атрофия мышц, вестибулярные расстройства и нарушения зрения. Еще более сложной проблемой станет радиация – как уменьшить ее воздействие на поселенцев, пока никто не знает. Диагностика заболеваний на Марсе абсолютно немыслима без применения современных технологий - в первую очередь, высокоточных датчиков, которые смогут регистрировать сотни показателей состояния организма, анализировать большие объемы информации. Эти проблемы можно решить с помощью мобильных диагностических комплексов, карманных устройств и точной медицины.

Скафандры. Атмосфера на Марсе есть, но состоит она преимущественно из углекислого газа и значительно более разрежена по сравнению с земной. Но космические скафандры, которые используются сейчас, для Марса не подойдут: они не предназначены для длительного пребывания и работы на поверхности другой планеты. Ведется разработка новых костюмов. В них предусмотрены системы вывода углекислого газа и испарения воды. Последняя нужна для того, чтобы регулировать температуру тела марсонавта, а также генерировать воздух для дыхания.

Роботы и марсоходы. При колонизации Марса большое значение будут иметь роботы. На первых порах именно они будут создавать условия для первых колонистов, строить и оборудовать жилища, испытывать системы жизнеобеспечения. Марсоходам будет отведена роль передвижного робота на все случаи жизни. Он поможет найти удачное место для поселения, измерит количество воды в грунте, развернет солнечные батареи, присоединит воздуховод системы жизнеобеспечения к жилым блокам, будет доставлять грунт для добычи воды.

Когда человек полетит на Марс. По расчетам ученых, на подготовку первой пилотируемой миссии только на орбиту Марса уйдет примерно 15-20 лет. То есть самый оптимистичный срок первого полета к Марсу - это середина 2030-х годов. Большой проблемой станет космическая радиация и излучение космических объектов. До тех пор, пока не будут разработаны меры, защищающие организм от этих факторов, человек не сможет посетить планету. Несомненно, что усилия ученых многих стран позволят успешно решить все эти задачи, не зря ведь люди столько лет мечтают о полете на Марс.

Ну, вот, Петенька, если кратко, это то, что нужно сделать и какие создать условия для полета человека на Марс, строительства там поселений землян. Вот тогда-то и появится возможность разбивать там яблоневые сады. И если ты захочешь и очень постараешься, можешь стать одним из первых марсонавтов и сам примешь участие в посадке яблонь.

- Не знаю даже, оказывается все так сложно! А зачем тогда стремиться на Марс, высаживать там яблони? Ведь на Земле и так яблок достаточно? Не понимаю…

- Нет, Петенька, ты не прав. Человек постоянно стремится к покорению новых вершин, к новым достижениям, к новым мирам. Колонизация Марса приведет к бурному развитию науки и технологий, станет большим шагом к постижению тайн Вселенной, к разгадке возникновения жизни на Земле и появления на ней человека. Кроме того, Марс может стать плацдармом, базой для дальнейшего освоения космоса, а также в перспективе может оказаться запасным домом для человечества. Еще на Марсе обнаружены редкие полезные ископаемые, добыча которых со временем тоже может заинтересовать землян...

- Ясно… Спасибо, я подумаю.

Иллюстрация: рисунок автора.