<< HABITABILNOST EKSTRATERESTRIJALNIH PLANETA – 13. DEO / 2
HABITABILNOST EKSTRATERESTRIJALNIH PLANETA – 14. DEO >>
Habitabilnost ekstrasolarnih planeta - S A D R Ž A J
HABITABILITET UNUTRAŠNJIH PLANETA SUNČEVOG SISTEMA
deo 3
MARS je posebno zanimljiv za istraživanje porekla života, jer je ova planeta veoma slična Zemlji u njenom ranom stadijumu nastanka. Hladna klima i nedostatak tektonike ploča su doprinele tome da je Mars velikim delom ostao nepromenjen. Najmanje dve trećine Marsove površine je staro vise od 3,5 milijardi godina. Zbog toga bi Mars mogao da poseduje pre-biotičke uslove koji vode do abiogeneze (ili nastanka organskih iz neorganskih molekula), čak i ako tamo život nikada nije postojao. Mars danas izgleda kao suva pustinjska planeta. Habitabilna zona u Sunčevom sistemu se završava malo ispred putanje Marsa. Međutim, brojne misije na Mars su dovele do zaključka da je atmosfera Marsa pre nekoliko milijardi godina bila daleko deblja i da je na površini Marsa postojalo veoma mnogo tečne vode.
SLIKA 27 Mars nekad sa okeanima i danas kao pustinja
Sezonsko zaleđivanje i otapanje južnih ledenih pokrivača rezultira formiranjem paukolikih kanala koje Sunčeva svetlost kao umetnička inspiracija izrezbari na ledu debelom 1 metar. Unutrašnji pritisak stvara erupcije slične gejzerima, pri čemu se izbacuje hladna tečnost cesto pomešana sa tamnim bazaltom. Taj proces je veoma brz i odvija se u rasponu od nekoliko dana ili sedmica sto je veoma neobična brzina u geološkom pogledu, a pogotovo na Marsu.
Mars ima veoma tanku atmosferu, pa je atmosferski pritisak nizak, a voda ne može da opstane u tečnoj formi na površini, osim kratkotrajno u najdubljim oblastima. Pošto Mars ima veoma malu masu, on ne može da zadrži ovu tanku atmosferu. Pritisak na površini Marsa iznosi 0,006 bari, što je manje nego jedna stotina pritiska na Zemlji.
SLIKA 28
U Marsovoj atmosferi su dokazani metan i formaldehid, pri čemu metan 340 godina ostaje u atmosferi, a formaldehid samo 7,5 sati. Metan razgrađuje ultravioletno zračenje, jer tanka atmosfera ne pruža zaštitu od tog zračenja. Pri tome metan oksidira u vodu i ugljendioksid. Da bi se objasnila količina metana u atmosferu, dovoljna je produkcija od 150 tona godišnje, dok je za pretvaranje u formaldehid potrebno 2,5 miliona tona metana. Kao izvori metana dolaze u obzir vulkanizam, udari kometa ili mikroorganizmi koji produciraju metan. Takođe je moguća i geotermička reakcija, prilikom koje nastaju voda, ugljendioksid i mineral olivin, koji je veoma čest na Marsu. Formaldehid može da nastane visinskom emisijom zračenja gasova i leda. Postojanje mikroorganizama kao što su metanogeni, bi bilo jedno od mogućih objašnjenja, ali oni bi morali da postoje duboko ispod površine, gde je dovoljno toplo i gde postoji tečna voda.
SLIKA 29 Koncentracija metana u Marsovoj atmosferi
Metan nije ravnomerno raspoređen, nego se na određenim mestima pojavljuje sa većom koncentracijom. Očito je dovod metana u atmosferu bio prekinut pre nego što je imao mogućnost da se rasporedi u atmosferi. Kod biološke produkcije metana na Zemlji, nastaje skoro uvek etan kao prateći gas. Biološkom produkcijom nastaje 90-95% metana na Zemlji. Nasuprot tome se za vreme vulkanskog nastanka oslobađa sumpordioksid. Glavni sastojak atmosfere Marsa je ugljendioksid (CO2), koji čini 95,9% omotača planete. U vreme zime, na svakoj hemisferi su polovi Marsa, potpuno u tami i temperature toliko opadnu, da do 25% ugljendioksida iz atmosfere kondenzuje i postaje suvi led. Međutim, kada grane Sunce na polovima, ugljendioksid sumblimira i ponovo odlazi u atmosferu.
30 Suvi led na Marsu
U poređenju sa drugim atmosferama Sunčevog sistema, Marsova atmosfera poseduje visok udeo plemenitog gasa argona. Nasuprot ugljendioksidu, argon ne kondenzuje u vreme zime i njegov apsolutni udeo u atmosferi ostaje konstantan.
SLIKA 31 Sastav Marsove atmosfere
Letilice Viking 1 i 2 su imale za zadatak da ispitaju da li postoji život na Marsu. Pri tome su izvršeni jedan hemijski i tri biološka eksperimenta. U tu svrhu je prilikom hemijskog eksperimenta trebalo dokazati postojanje organskih supstanci u tlu Marsa. Korišteni su gasni hromatograf i masovni spektrometar za analizu molekula. Eksperiment je protekao negativno, jer nije moglo da se dokaze prisustvo organskih supstanci koje baziraju na ugljeniku. Prvi biološki eksperiment se zasniva na metabolitičkim aktivnostima organizama. Jedna proba tla je bila nakvašena sa hranljivim rastvorom i tako su registrovani gasovi koji su nastali tom prilikom. Marsovo tlo je reagovalo na eksperiment, tako što je ispuštena velika količina kiseonika. U drugom eksperimentu je proba Marsovog tla poprskana sa hranljivim rastvorom kome su dodati radioaktivni atomi ugljenika, kao metabolitički rezultat trebali su da budu dokazani u gasovima koje je ispustila proba i to se zaista i desilo. Treći eksperiment je bio fotosintetički eksperiment. Radioaktivno markiran ugljendioksid je dodat Marsovom tlu. Ovaj ugljedioksid je trebao da bude asimilovan i kasnije je trebao da može da bude dokazan. I taj rezultat je bio pozitivan. Iako su biološki eksperimenti bili pozitivni, na osnovu negativnog rezultata GC/MS-eksperimenta, nisu omogućili nikakav zaključak o postojanju ili nepostojanju života na Marsu. Viši ili inteligentan život prema dosadašnjim saznanjima, ne postoji na Marsu, međutim, naučnici smatraju za moguće, da primitivni organizmi (mikrobi) možda mogu da žive dublje u tlu gde su zaštićeni od UV-zračenja.
SLIKA 32 Vikingove „ruke“ koje su vršile eksperimente na Marsu
Dana 27. decembra 1984. godine, na Antarktiku je otkriven jedan meteorit koji je identifikovan kao meteorit sa Marsa. Njegova oznaka je ALH 84001. Interesantno je da je ovaj meteorit veoma star, datiran je na 4 milijarde godina starosti. Smatra se da je na Zemlju došao prilikom udara jednog asteroida u Mars i da se na Zemlji nalazi oko 13.000 godina koje je proveo u ledu na južnom polu. Prilikom istraživanja strukture ovog meteorita, pronađeni su tragovi koji su identifikovani kao ostaci fosilnih bakterija. U međuvremenu su na još dva meteorita Shergotty i Nakhla pronađeni mogući relikti prošlog Marsovog života. Ovi mogući fosili bakterija su izuzetno sitni, pa su dobili naziv „nanobakterije“ i smatra se da ovako male bakterije ne mogu da postoje. Međutim, nedugo zatim, i na Zemlji su pronađene nanobakterije, čije otkriće još nije priznato u naučnom svetu. Osim toga u ovim mogućim fosilima sa Marsa su pronađeni karbonati koje magnetit sadrži u modifikaciji koju na Zemlji produciraju bakterije. Ali, ne može da se isključi da ovaj magnetit može da nastani i putem nebioloških procesa. Unutar karbonata su otkriveni policiklicčni aromatički ugljenovodonici koji nastaju prilikom raspadanja bakterija. Ali i ovo otkriće je kontroverzno.
SLIKA 33 Meteorit ALH 84001 i mogući fosil bakterije sa Marsa
Uslovi na površini Marsa su sličniji uslovima na Zemlji od bilo kog drugog nebeskog tela u Sunčevom sistemu, uključujući sve planete i njihove prirodne satelite. Približni uslovi se nalaze samo u oblacima Venere na određenim visinama. Međutim, površina planete nije pogodna za život ljudi, zbog niskog atmosferskog pritiska, niskog nivoa kiseonika (0,1%) i nedostatka dovoljne količine vode u tečnom stanju. Zemlja je slična Veneri po sastavu, veličini, gustini i površinskoj gravitaciji, ali Mars je po parametrima koji su vazni za kolonizaciju mnogo sličniji Zemlji.
SLIKA 34 Poređenje sastava atmosfera Venere, Zemlje i Marsa
Marsov dan se naziva SOL i traje približno isto koliko i dan na Zemlji, naime 24 sata, 39 minuta i 35 sekundi. Ukupna površina Marsa iznosi 28,4 % površine Zemlje, što je samo malo manje od ukupne površine kopna na Zemlji, koje predstavlja 29,2%. Prečnik Marsa je duplo manji od prečnika Zemlje i njegova masa iznosi jednu desetinu Zemljine ukupne mase. Zbog toga je zapremina Marsa manja od zapremine Zemlje (oko 15% zapremine Zemlje) i ima manju prosečnu gustinu od Zemlje. Nagib ose rotacije Marsa iznosi 25,19°, dok nagib Zemlje iznosi 23,44°. Zbog toga na Marsu takođe postoje godišnja doba kao i na Zemlji, ali traju duplo duže, jer jedna godina na Marsu traje nešto manje od dve Zemaljske godine ili 686,98 Zemaljskih dana, što je 668,5991 sola. Marsov severni pol je trenutno usmeren prema sazvežđu Labuda, a ne prema sazvežđu Mali medved kao severni pol Zemlje. Na Marsu postoji značajna količina vodenog leda, a prema najnovijim otkrićima NASE, postoji i voda u tečnom stanju.
SLIKA 35 Poređenje Zemlje i Marsa
Iako postoje ekstremofili koji opstaju u veoma negostoljubivim sredinama na Zemlji, uključujući i okruženja koja su slična uslovima na površini Marsa, biljke i životinje ne mogu da prežive u uslovima koji vladaju na Marsu. Površinska gravitacija na Marsu iznosi 38% od one koja je na Zemlji. Iako je poznato da je mikrogravitacija uzrok zdravstvenih problema kao sto su gubitak mišićne mase i slabljenje čvrstine kostiju, još nije dokazano da će na ljudsko telo smanjena gravitacija na površini Marsa imati isti uticaj. Mars je dosta hladniji od Zemlje, na njemu se prosečna temperature na površini planete kreće između -87°C i -5°C. Na Zemlji je najniža temperatura -92°C izmerena na Antarktiku, a najniža izmerena temperature vazduha na Zemlji je -89,2°C, dok je prosečna temperatura na Zemlji +15°C. U letnjim mesecima se temperature na Marsu u ekvatorijalnim predelima se penje iznad +10°C. Voda može da se pojavi u tečnom agregatnom stanju na površini Marsa, ali samo pod određenim uslovima. Pošto je Mars 52% udaljeniji od Sunca u odnosu na Zemlju, količina solarne energije koja dospeva do gornjih slojeva atmosfere iznosi samo oko 43,4% od količine koja dospe do gornjih slojeva atmosfere na Zemlji. Pa opet, zbog mnogo tanje atmosfere kroz koju svetlost mora da prođe, do površine Marsa dospeva više solarne energije, nego do površine Zemlje, jer ona ima gustu atmosferu. Ekscentricitet Marsa je veći od ekscentriciteta orbite Zemlje, zbog čega su varijacije temperature i Sunčevog zračenja izraženije.
SLIKA 36 Poređenje pritiska na pojedinim tačkama na Zemlji i na Marsu
Zbog skoro nepostojeće magnetosfere, u kombinaciji sa retkom atmosferom čija gustina iznosi manje od 1% gustine Zemljine atmosfere, na površinu Marsa dospeva velika količina ultravioletnog zračenja, što bi za ljude predstavljalo stalni rizik po zdravlje na duže vremena. Atmosferski pritisak na Marsu je daleko ispod Armstronogove granice do koje ljudi mogu da prežive bez odela pod pritiskom. Zbog toga bi na površini morali da postoje moduli sa pritiskom u kojima bi kolonisti mogli da borave i u kojima bi se pritisak održavao između 30 i 100 kPa. Parcijalni pritisak ugljendioksida na Marsu iznosi 0,71 kPa, za razliku od 0,031 kPA na Zemlji. Trovanje ugljendioksidom ili hiperkapnija, kod ljudi počinje na 0,10 kPa. Čak i za biljke je parcijalni pritisak ugljendioksida iznad 0,15 kPa otrovan. Zbog toga je vazduh koji trenutno postoji na Marsu otrovan i za biljke i za životinje, čak i pri sniženom parcijalnom pritisku. Vršeni su eksperimenti sa nekim vrstama lišajeva i cijanobakterija koji su pokazali, da oni mogu da prežive mesec dana u simuliranim uslovima koji vladaju na Marsu.
Ljudi su istražili predele na Zemlji na kojima vladaju slični uslovi kao na Marsu. Na osnovu merenja koja su sproveli NASINI roveri na Marsu, temperature na niskim visinama na Marsu su slične onima koje vladaju na Antarktiku. Atmosferski pritisak na visinama koje su dostigli baloni sa ljudima (35-41 km) je sličan pritisku koji vlada na površini Marsa.
SLIKA 37 Antarktik
Mars ne poseduje globalno magnetno polje, kao što Zemlja poseduje geomatnetno polje. Pošto je atmosfera Marsa veoma retka, do površine dopire velika količina jonizujućeg zračenja. Tako je radioaktivnost u orbiti oko Marsa 2,5 puta veća od one koja vlada na Internacionalnoj Svemirskoj Stanici ISS u Zemljinoj orbiti. Trogodišnje izlaganje ovoj količini zračenja (ljudska misija na Mars bi trajala 2,5-3 godine), bliska je granici koju je trenutno postavila NASA. Nivo zračenja na Marsu bi bio manji i zavisio bi od nadmorske visine na kojoj se ljudi nalaze, kao i od lokalnih magnetnih polja koja postoje u određenim oblastima Marsa. Gradnja habitabilnih modula ispod tla, na primer u lava cevima koje već postoje ispod površine, značajno bi smanjila izloženost kolonista štetnom zračenju. Protonske oluje, koje se povremeno događaju na Suncu bi značajno povećale nivo zračenja koje dopire do površine, pa zbog toga čak ni gradnja habitabilnih modula ispod tla, ne bi pružila dovoljan nivo zaštite. U početku se smatralo da nizak nivo zračenja tokom dužeg perioda nije tako opasan, ali u kasnijim studijama je utvrđeno da protoni koji potiču od kosmičkog zračenja mogu da nanesu duplo više štete DNK, nego što se ranije smatralo i time se pojačava opasnost da astronauti obole od raka i drugih bolesti. NASA trenutno radi na nekoliko različitih metoda za zaštitu od radioaktivnosti za vreme boravka u svemiru.
SLIKA 38
Da bi ljudi mogli da kontinuirano žive na površini Marsa, potrebno je da se razviju kompleksni sistemi za održavanje uslova za život koji su napredniji od onih koji se koriste u današnjim zaštitnim odelima astronauta, kao i moduli za habitaciju sa visokim stepenom zaštite od zračenja. Trenutno su u toku razgovori o tome da li je moguća teraformacija Marsa kako bi na njemu mogli da žive organizmi, među njima i ljudi, bez potrebe za zaštitnim odelima i sličnim pomagalima. Postoje nekoliko metoda kojima bi ovaj proces mogao da se sprovede, mada je većina tih metoda vezana za tehnologije koje još nisu razvijene.
Da bi se teraformiranje Marsa dovelo do konačnog cilja, potrebno je stvaranje atmosfere sastavljene od kiseonika i azota koju bi ljudi mogli da udišu. Kiseonika na Marsu ima u oksidima gvožđa koji čine 14% sastava njegovog tla, ali je pitanje kako ga osloboditi. Mogle bi ga osloboditi i biljke procesom fotosinteze tj. fotolizom vode ali zato treba podići temperaturu većeg dela planete iznad nula stepeni; taj bi proces trajao hiljadama godina. Glavni problem je vrlo mala količina azota u Marsovoj atmosferi a verovatno i u tlu planete. Mars je zbog svoje male gravitacije i nedostatka magnetnog polja, dejstvom solarnog vetra, izgubio svoju prvobitnu atmosferu od azota. Potrebna količina azota odgovara lopti smrznutog azota prečnika 192 km. Odakle doneti toliku količinu? U Titanovoj atmosferi ga ima znatno više nego što je potrebno, ali da bi se ta masa prenela na Mars potrebna je energija koja odgovara sadašnjoj potrošnji čovečanstva za pola miliona godina!
Ako se ostavi po strani etička i filozofska dimenzija teraformiranja Marsa, jer ima i onih koji smatraju da Mars ne treba menjati i da bi trebalo da ostane onakav kakvog ga je priroda stvarala milijardama godina, možemo da zaključimo da je teraformiranje Marsa proces čiji se početak može sagledati. On bi mogao započeti već u ovom veku, ali ostvarenje krajnjeg cilja, stvaranje atmosfere sastavljene od azota i kiseonika pogodne za disanje čoveka kao i opstanak čitave biosfere pripada znatno daljoj budućnosti.
SLIKA 39 Budući mogući izgled Marsa sa atmosferom
Pronalasci na osnovu nanotehnologije, stvaranje nanomasina koje bi mogle da prerađuju Marsov regolit ili neke za sada neslućene mogućnosti genetičkog inženjeringa i stvaranje biljaka sposobnih da opstanu u postojećim uslovima na Marsu, mogli bi da ubrzaju proces teraformiranje.
Već 2020. godine instrument pod nazivom “Moksi” (Mars Oxygen In-situ Resource Utilisation Experiment) mogao bi da pruži rešenje. On će pokušati da pretvori ugljen-dioksid na Marsu u kiseonik kada se nađe na novom NASINOM roveru, koji se stići na crvenu planetu 2020. godine. Rover će možda biti prethodnica slične tehnologije u okviru misija sa ljudskom posadom. Da bi to postigao, instrument sakuplja ugljen-dioksid iz okruženja i izoluje atome kiseonika, koje potom vezuje kako bi stvorio O2. Nakon toga, zajedno sa ostatkom ugljen-monoksida, gasovi će ponovo biti pušteni u vazduh.
Ukoliko tehnologija bude proizvela željene rezultate, to će imati veliki uticaj na buduće misije, ne samo za vazduh koji može da se diše, već i za gorivo. Konačno, ideja je da NASA pošalje praznu raketu i veću verziju ‘Moksija’ na Mars, pre planirane misije sa ljudskom posadom. Mašini koja proizvodi kiseonik trebaće oko godinu i po dana da ispuni raketu dovoljnom količinom tečnog kiseonika za njeno lansiranje. Potom, kada astronauti stignu, imaće punu raketu spremnu za lansiranje koja će ih vratiti na Zemlju.
SLIKA 40 Umetničko viđenje teraformiranja Marsa
<< HABITABILNOST EKSTRATERESTRIJALNIH PLANETA – 13. DEO / 2
HABITABILNOST EKSTRATERESTRIJALNIH PLANETA – 14. DEO >>
KOJI TELESKOP DA KUPIM?
