Заметки о космической фантастике

Яблони на Марсе

Может показаться, что терраформирование — очень популярная тема в научной фантастике, но это раньше, а сейчас как-то не очень — все больше любят космооперы, мочилово, секс и прочие радости жизни, а НФ про терраформирование не в тренде. Впрочем, неудивительно: производственные романы писать куда трудней, чем боевики.

Чтобы посадить яблони на планете, изначально непригодной для жизни, нужно привести в норму все её астрофизические параметры — так, чтобы получившиеся в итоге условия позволили человеку жить на ней без особых мучений. Норма при этом, как я уже писал ранее, относительно общего диапазона очень узкая, что удручает.

Главное препятствие — это, разумеется, масштаб. Фактически именно он разваливает все романтические мечты фантастов и сбивает их с небес в суровую реальность.

Которая таки да, бессердечная сука. Чуть ли не более жестокая, чем даже в случае с межзвёздными перелётами.

Известно, что силу тяжести на планете определяют две вещи: её размер и средняя плотность. Ни с тем, ни с другим человек совладать сейчас не может даже гипотетически — если для, скажем, выравнивания оси вращения есть монструозные проекты вроде бомбардирования планеты астероидами, то относительно силы тяжести остаётся только сосать лапу. Проще найти новую планету, чем пытаться выкопать или досыпать негодную.

Вспоминая проекты терраформирования Марса, хочется задать их авторам логичный вопрос — ребята, а как вы там жить будете при 0,38g? Насколько быстро ваши дети станут смуглыми и золотоглазыми, только не такими красивыми, как у Брэдбери, а вытянутыми худыми существами, мало похожими на людей? Есть и ещё одно коварство низкой гравитации: такие люди не смогут вернуться на Землю без специальной аппаратуры и коронарных шунтов. Тянет задать логичный вопрос, а останутся ли они тогда людьми?

От гравитации зависит в том числе и плотность атмосферы, и как следствие уровень радиации на поверхности. В общем, тут всё просто — либо искать подходящую планету, либо строить Мир-Кольцо. Последний вариант КОЛЬЦО НЕСТАБИЛЬНО как по мне, нереален в рамках более-менее адекватных представлений о прочности материалов и вообще механике.

Как несложно догадаться, она зависит от расстояния до звезды и её светимости. Существует понятие обитаемой зоны — промежутка, в котором температура на планете будет более-менее соответствовать земной, однако не всё так просто. Например, Венера находится от Солнца дальше, чем Меркурий, а температура на ней даже выше из-за очень плотной атмосферы. Поэтому свою роль тут играют ещё и другие параметры.

Как можно изменить среднюю температуру планеты? Лично я, когда продумывал процесс терраформирования Клэр из «Когнитивной симфонии», обнаружил только один более-менее приемлемый способ — это парниковый эффект. Венера такая горячая именно из-за него, и задача создать этот эффект вполне по силам человеку, хотя и потребует немало времени и сил. Естественно, речь не идёт о постройке множества заводов, которые выдували бы в атмосферу углекислый газ: на мой взгляд, куда эффективнее в этом плане будет генная инженерия. Засеять поля какими-нибудь грибками, которые гибнут при определённой концентрации нужного газа (СО2 или других), а до того работают живыми синтезаторами — это более чем осуществимо.

Что там у нас с Марсом? Его атмосфера почти целиком состоит из углекислого газа, однако на поверхности всё равно холодно из-за очевидной причины — давление там составляет всего 1 % от земного, и парниковый эффект минимален. Если же сделать нормальный плотный воздух, вполне возможно обогреть марсианские равнины до приемлемой температуры.

Если отринуть законы физики и включить воображение, появляются другие варианты. Например, охладить планету можно с помощью экрана, установленного в точке Лагранжа между ней и звездой. Точка Лагранжа — это место, где тело будет находиться в равновесии относительно всей системы. Однако просто повесить экран туда и забыть не выйдет — постепенно он будет улетать оттуда под действием возмущений со стороны остальных планет, так что потребуется постоянная корректировка.

Кроме того, при попытке задуматься, сколько же материала нужно для его постройки и какие требуют физико-механические характеристики, волосы встают дыбом. Ведь чем больше постройка, тем проще ей поломаться и тем меньше у неё собственная жёсткость. Стальная проволока сечением 1 мм и длиной 1 см достаточно жёсткая, однако та же проволока длиной 1 м очень легко сгибается. Другими словами, экран надо постоянно поддерживать в равновесии, предотвращая изгиб. Для этого потребуется огромное количество энергии — можно, конечно, превратить экран в огромную СЭС, но это не решит проблему полностью. Кроме того, это не слишком-то очевидно, но эффективность фотоэлементов СЭС падает с повышением температуры. А на орбите нашего солнечного экрана будет очень жарко.

А вот Венера не сильно нуждается в охлаждении. Средняя температура атмосферы Земли — всего 15 С, средняя же температура терраформированной Венеры — 26 С. Скорее всего, жить у экватора там не смог бы никто, но вот в умеренных поясах и выше — вполне. Конечно, для достижения такой температуры сперва надо заменить атмосферу на земную, но об этом позже.

Разогреть же планету, например, Марс, можно с помощью астероидов. Но тут возникает множество нюансов, например, сопутствующий ущерб. Астероид диаметром всего 9 м высвободит энергию, эквивалентную примерно 400 килотоннам тротила, или восьми Хиросимам, а вот нагрев от такого удара будет не очень велик. Как вариант, можно использовать ледяные астероиды, благо что мы одновременно решаем задачу доставки воды и создаём парниковый эффект с помощью водяного пара — однако проблема тут та же, нагрев слабый, а разрушений много. Кроме того, большие астроиды надо как-то раскалывать на куски не больше 50 метров в диаметре.

Более реалистичный вариант возможен при наличии на планете залежей гидратов, то есть соединений с водой. Термоядерные взрывы в этих местах приведут к испарению воды и созданию всё того же парникового эффекта. Сколько времени займёт разогрев?

Много. Очень много. Но другого мы как бы и не ждали.

Если не вдаваться в чистую фантастику вроде бомбардирования планеты астероидами (что вполне может привести к превращению её в венерианское пекло), то изменить длительность суток никак нельзя.

Однако можно уменьшить негативные эффекты от слишком медленного вращения вокруг своей оси. Например, моя Клэр — спутник газового гиганта и находится в приливном захвате относительно него, а значит, её сутки равны сидерическому периоду, «году» — в моём случае это примерно 14 дней. Само собой разумеется, что за такой долгий день Клэр будет перегреваться, а за долгую ночь — замерзать. Этот эффект будет сглажен перемещением воздушных масс, но всё же останется.

За решением стоит опять обратиться к Венере. Её сутки равны 246 дням, что даже длиннее её же года, однако разница температур между дневной и ночной стороной составляет всего 4 градуса — в основном потому, что солнцу тяжело светить сквозь облака из серной кислоты и находящийся в сверхкритическом состоянии при 90 атмосферах углекислый газ. Понятное дело, при средней температуре в 467 С вам в случае попадания на Венеру будет глубоко пофиг, жарче там на четыре градуса или нет, однако в случае Клэр умеренный парниковый эффект позволяет сгладить температурные колебания и улучшить условия жизни. Правда, для этой цели пришлось включить демиурга и отнести её дальше от звезды (изначально она располагалась на расстоянии 2,77 астрономических единиц от Проциона — тогда Клэр получала бы столько же тепла и света, сколько и Земля). Ну да чего только не сделаешь ради искусства.

Но вы следите за руками, да? Влиять на большинство астрофизических параметров планеты практически невозможно, если мы говорим о более-менее реалистичных проектах. В воображении — сколько угодно.

В воображении можно всё-таки включить Разрушителя и обрушить на ту же Венеру дождь из астероидов, каждый под точно заданным углом. Тогда планета раскрутится и всем станет хорошо. Правда, остывать после этого Венера будет очень долго, её кора будет разрушена, но это так, детали. Другая, ещё более прозаическая причина — таких астероидов потребуется очень много, и энергозатраты на этот проект выходят за рамки фантастики.

Доподлинно неизвестно, есть ли зависимость между длиной суток и силой магнитного поля — у нас тупо нет статистики. У Венеры, например, поля нет, но его нет и у Марса, хотя его сутки сравнимы с земными. В случае с Клэр я прикрыл её магнитосферой газового гиганта, однако если обратиться к Марсу, там всё несколько сложнее. С одной стороны, отсутствие магнитного поля не сильно повредит живущим на поверхности людишкам: нужна лишь плотная атмосфера, которая и вносит основной вклад в защиту от радиации. С другой — магнитное поле защищает эту атмосферу, улавливая тяжёлые частицы и образуя радиационные пояса: например, на Венере из-за его отсутствия водяной пар расщепляется, а получающийся в результате лёгкий водород улетает в космос. Процесс этот, конечно, занимает не одну тысячу лет, но он всё же присутствует.

Во всяком случае, это не та беда, ради которой стоит ломать голову в первую очередь.

Предположим, мы всё-таки нашли планету с подходящими гравитацией температурой, магнитным полем, длительностью суток — может, проще таки найти другую, где ещё и атмосфера нормальная? Ну ладно, положим, все уже заняты и целесообразно всё-таки переделать эту. Вот и вопрос, как?

Легче всего эту задачу оказалось решить от обратного — то есть не определить, как из атмосферы планеты N сделать земную, а понять, какие вообще типы атмосфер пригодны для переработки.

Ответ, я думаю, вы знаете: почти никакие.

Что нужно получить в конце процесса? Нормальный состав земного воздуха: 21 % кислорода, 78 % азота, остальное — углекислый газ и всякие примеси, давление — одна атмосфера. Теоретически кислорода может быть и больше, но это уже детали. Его ещё надо откуда-то взять.

Первое, что приходит на ум — разумеется, фотосинтез. Причём наиболее эффективны в этом плане вовсе не «зелёные лёгкие планеты», то есть деревья, а хлорелла — одноклеточные водоросли. Для процесса ей нужна вода, углекислый газ и свет. Тогда задача переходит уже в чисто инженерную плоскость: нужно вооружиться генной инженерией и вылепить специальный вид хлореллы, неприхотливый, быстро размножающийся, эффективно выделяющий кислород — и начать засевать им планету. Если воды мало, для тех же целей можно использовать отдельные виды архей — бесхлорофильный фотосинтез менее эффективен, но не требует воды.

Собственно, больше на ум не приходит ничего. Другие способы получения кислорода требуют специфических соединений вроде пероксида натрия, и для проекта в масштабах планеты непригодны.

Как следствие — если в атмосфере планеты нет углекислого газа, насытить её кислородом будет ну очень трудно. Можно сказать, невозможно. Спасает разве только то, что всё-таки именно из него состоят атмосферы планет земной группы, в том числе земная несколько миллиардов лет назад. Думается, что экзопланеты последуют этому правилу.

Остальное зависит от состава атмосферы конкретной планеты. Например, аммиак можно разлагать на азот и воду, сам азот не трогать. Однако так или иначе кардинально изменить атмосферу очень трудно, читай — невозможно. Например, что делать с венерианской атмосферой? Даже если она остынет, потребуется откуда-то взять азот или гелий. Химическим преобразованием с помощью биологических процессов можно сделать многое, но не всё.

В конечном итоге я пришёл к газовой смеси из азота, углекислого газа, небольшого количества кислорода, метана и аммиака. Других вариаций, собственно, особо и не видно-то. Да и эта смотрится слишком уж подозрительно. Знаете, почему? Внезапная догадка заставила меня влезть в гугл — и таки да, примерно такой же газовый состав имела атмосфера молодой Земли.

Такие дела.

И ведь всё это касается чистого превращения одной атмосферы в другую. Если, как на Марсе, её тупо мало, проблема оказывается куда серьёзнее. Например, там нужно не просто преобразовать газы, но откуда-то их взять — четыре квинтиллиона килограмм в случае Красной планеты. Четыре квинтиллиона — это 4 000 000 000 000 000 000. Вопрос риторический.

Один из вариантов решения проблемы хотя бы локально — это создание атмосферных стаканов. То есть берётся самое глубокое место на планете, выкапывается ещё глубже, и там-то и живут люди. Более того, будут образовываться кислородные оазисы, из которых живительный газ распространяется в остальную атмосферу с помощью диффузии. Теоретически это реально, хотя масштабы работ, разумеется, по-прежнему циклопические.

Но где наша не пропадала.

Если на планете воды примерно как на Марсе, то есть кот наплакал, у нас большие проблемы. Вариантов водоснабжения имеется два: либо получить воду химическим путём с помощью наших многострадальных грибков или бактерий, либо привезти её из космоса.

Однако если мы говорим о фантастике, то тут вопрос в том, что пишет автор. Если производственный роман, то эти детали, несомненно, важны. А если рассказ о конфликте интересов, как Джек Вэнс в рассказе «Ничья планета», то уже не очень.

Может показаться, что вариант с доставкой воды извне более реалистичен, но это только на первый взгляд (в общем-то, на первый взгляд и химический синтез тоже вполне реализуем). В принципе, теоретически возможно установить двигатели прямо на каком-нибудь ледяном астероиде и с помощью коррекции орбиты вывести его к нужной нам планете. Однако дальше возникает вопрос, как слить эту воду на поверхность. Просто бухнуть астероид вниз — не слишком хорошая мысль: удар такой мощи причинит чудовищные разрушения, а водяной пар улетит в атмосферу и добавится к парниковому эффекту. Можно, разумеется, совместить приятное с полезным, но в любом случае стоит разрезать астероид на куски помельче, что является далеко не тривиальной задачей.

Вариант, впрочем, не самый худший.

А что с химическим синтезом? В клетках расселённых на планете существ может происходить следующее:

CH₄ + 2O₂ = CO₂ + 2H₂O

2CH₄ + H₂O + O₂ = 5H₂ + CO + CO₂

4H₂ + CO₂ = CH₄ + 2H₂O

На выходе получается вода, немного водорода, углекислого и угарного газа. Угарный газ можно сразу окислять:

2CO + O₂ = 2CO₂

На всё это тратится много энергии, вода и кислород участвуют в цикле, но в конечном итоге идёт постоянный прирост.

Однако дьявол кроется в цифрах. Масса атмосферы Земли — примерно 5,1е18 кг, из них 23 % — кислород. Масса гидросферы Земли — примерно 1,4е21 кг, однако немалая её часть — это глубины океана, без которых вполне можно обойтись. Если сделать на это поправку и снизить необходимое количество воды до 2,55е19 кг (это примерно равносильно покрытию 10 % поверхности Земли со средней глубиной в 300 метров), выяснится, что в воду придётся переработать весь кислород, метан и водород в атмосфере, оставив планету без газовой оболочки вообще, причём даже этого количества всё равно не хватит и на пятую часть наших океанов.

В результате остаётся только включить демиурга и написать, что на планете уже имеется незначительное количество воды — хотя бы 8-10 % от земной. Для существования цивилизации хватит. Да и реальности не особо противоречит.

На фоне всего вышеперечисленного задача создания биосферы выглядит почти что элементарной. Но если вы надеялись быстро высадить деревья, остыньте. Грунт нашей безжизненной планеты ещё надо превратить в почву, то есть высадить в него микроорганизмы и хорошенько удобрить, чтобы будущие деревья не померли без питания. Потом можно запустить зверей, насекомых, грибов и так далее, причём потребуется тщательно просчитать экологию всего этого зоопарка и следить, чтобы не было как в Австралии, где законы сейчас вообще запрещают ввозить в страну любую живность без разрешения. Всё потому, что австралийцы не раз уже обжигались на всяких кроликах — экосистема их изолированного материка работает сама по себе, и внешний фактор легко может её нарушить. Так и тут.

Мало того, многое ещё зависит от степени ядовитости бывшего состояния нашей планеты. Например, в грунте Марса были обнаружены перхлораты, которые уничтожили бы картошку Мэтта Дэймона, оставив его без еды. А всякие кислоты, щёлочи, ядовитые газы и тому подобное ещё долго будут радовать животных своими эффектами.

Альтернативный вариант, гораздо более реалистичный, чем почти всё вышеописанное — это не менять планету, а построить на ней поселения с собственной замкнутой средой. Естественно, определённые параметры — гравитация, например — всё равно должны быть подходящими для человека, однако найти планету с приемлемой силой тяжести несравненно проще, чем найти таковую со всеми нужными параметрами.

Преимущества такого подхода очевидны. Создать нужные условия в объёме 100–200 кубических километров куда проще, чем в объёме целой планеты. Это ликвидирует главное препятствие, упомянутое выше — то есть масштаб. Правда, точно так же снижается и вероятная экологическая ниша: в купола миллиарды человек не расселить. Но это уже вопрос цели, а не методов.

Итак, предположим, мы нашли на какой-нибудь планете крупные залежи хреноптаниума. Настолько крупные, а главное, настолько уникальные, что даже меланж по сравнению с хреноптаниумом — какашка (впрочем, он ведь и есть…). И их добыча в условиях враждебной среды — рентабельна. Ну или просто кучка изгоев угнала Звезду смерти и решила скрыться от бывших врагов на необитаемой планете. Варианты есть разные. Как им обустроить родной дом?

Если условия на планете не настолько адские, как на Венере, то решение первой задачи — изоляции от внешнего мира — оказывается не таким уж сложным. Автоматическим системам глубоко пофиг, из углекислого газа там атмосфера или нет, лишь бы она не была сильно агрессивной и не разъедала их структуры. Работать в атмосфере из фтора как-то некомфортно, согласитесь. Что до купола, то возникает очевидный вопрос о его размерах: возможности конструкционных материалов небезграничны. Наиболее эффективной структурой предполагается этакий потолок, опирающийся на мощные колонны, а лучше — сразу на жилые здания, которые этими колоннами и выступают. Покрыть этим целый город вполне возможно, при условии наличия рядом сырья, разумеется, и заводов по производству стекла и стали.

Ещё один вариант — это поселиться под землёй, но тогда возникают логичные проблемы в виде отсутствия солнечного света, который необходим для слишком многих процессов. Устраивать филиал Метро, когда есть возможность жить наверху, явно не стоит.

И тут всё упирается в уже упоминавшуюся выше экологию. Организовать замкнутый цикл в объёме 600 кубических метров — совсем не то же самое, что организовать то же самое в масштабах целого города. Причины очевидны: количество факторов увеличивается, равно как и размеры системы, и контролировать всё это становится гораздо сложнее, хотя и проще, чем для австралийцев с их материком. Все выпускаемые внутрь виды должны проходить тщательную проверку, все они должны иметь заранее запланированные возможности для стерилизации и так далее. О том, что все это — ГМО, не стоит даже и упоминать.

Почему провалился грандиозный эксперимент по созданию искусственной биосферы, он же «Биосфера-2»? Потому что сделан он был кое-как. На площадь в полтора гектара создатели высадили аж 3000 видов растений и 4000 — животных, создав несколько экосфер, которые, вообще говоря, плохо работают друг с другом. Естественно, всё это вступило в конфликт, лишившиеся естественных врагов организмы начали бурно размножаться, а другие хиреть, и всё пошло под откос.

Подробно разбирать провалы «Биосферы-2» здесь нет смысла, но я остановлюсь лишь на одном моменте: снижение уровня кислорода. Как выяснилось, он исчезал из-за того, что колонисты взяли для фермы плодородный чернозём, который — вот сюрприз! — богат бактериями, потребляющими кислород. В результате его пришлось закачивать извне, чтобы господа учёные не задохнулись.

Поэтому замкнутая биосфера искусственной колонии не должна быть разнообразной, как бы ни печалились по этому поводу защитники редких видов животных. Всё очень просто: больше видов — сложнее всё это рассчитать и контролировать. Яркий пример у нас уже есть.

Это не относится к терраформированию, но упомянуть всё же хочется — тема слишком популярная, чтобы оставить её в стороне.

Речь, разумеется, идёт о небесах на чужих планетах. Очень часто их рисуют примерно так:

Однако в реальности если сделать Землю спутником Юпитера и поместить её на орбиту Каллисто, где вращается моя Клэр и где радиационные пояса не будут досаждать жителям, то выглядеть это будет всего лишь так:

Естественно, я задался вопросом, насколько можно без вреда для реальности увеличить Юпитер, чтобы он смотрелся более величественно. К сожалению, жестокое насилие над маткадом (а потом над фотошопом) не позволило достичь желаемого: выяснилось, что изображение на первой картинке не вписывается вообще ни в какие рамки. Планета находится слишком близко к гиганту и была бы разрушена приливными силами. Максимум, на что хватило моих сил, это вот это:

За основу взята планета HAT-P-32b, которая в два раза больше Юпитера, но при этом более-менее равна ему по массе. Здесь её угловой размер — 10 градусов, т. е. в 20 раз больше Луны. До вида с первой картинки, как видите, далеко.

Надо понимать, что найти планету-двойника Земли почти нереально, то есть человеку всё равно придётся подстраиваться над изменённые параметры.

Как может выглядеть подгонка более-менее пригодной к терраформированию планеты? Сперва рассеиваются колонии архей, бактерий и одноклеточных водорослей, продуцирующих из метана, азота и углекислого газа кислород, воду и связанный азот для подготовки почвы. Затем, когда почва более-менее насыщается удобрениями, планету постепенно засевают растениями. Состав атмосферы на текущий момент крайне неоднородный — дышать можно лишь в ограниченных зонах высокой концентрации растений и атмосферных стаканов, причём зоны должны быть защищены от ветров. Колонисты, скорее всего, живут именно в таком месте.

Дальше формируется животный мир.

Понятное дело, что в случае Клэр я выбрал не самый простой вариант — планету у газового гиганта, однако обратите внимание, сколько раз мне пришлось активировать режим бога из машины и править те параметры, которые оказались не под силу человеческим возможностям. Собственно после всех итераций люди лишь создали парниковый эффект, поменяли состав атмосферы и удобрили почву (точнее, собирались начать это делать на момент событий книги) — всё остальное добрый автор сделал сам, да и то пришлось натягивать сову на глобус. Разумеется, Клэр — всего лишь декорации для разворачивающегося сюжета, и в сущности весь этот процесс в книге лишь упоминается, но в целом ситуация удручает. Не будет никаких яблонь на Марсе.

В первую очередь потому, что на Марсе они попросту не нужны.