Διαμόρφωση της ατμόσφαιρας του Άρη

Η ιδέα της γεωπλασίας του Άρη ξεκίνησε από τους συγγραφείς επιστημονικής φαντασίας, αλλά σήμερα είναι επιτακτική ανάγκη η επέκταση της ανθρωπότητας. Εκατοντάδες βιβλία και ταινίες πλέον έχουν ασχοληθεί με το θέμα που από απλή φαντασία  είναι  τώρα πραγματικότητα . Στο βιβλίο του Άρθουρ κλαρκ Sands of Mars   δεν ήταν ετοιμοθάνατοι οι αρηανοι  αλλά οι γήινοι μετανάστες που εκτελούσαν ένα πρόγραμμα ατμοσφαιρικής τροποποίησης .Οι εγκλιματισμένοι  άνθρωποι μπορούσαν να μένουν για λίγο στο ύπαιθρο χωρίς μάσκες  οξυγόνου .Οι άνθρωποι αυτοί είχαν εκπαιδευτή σε υψηλά γήινα υψόμετρα σε ένα μυστικό αλλά φιλόδοξο σχέδιο  . Ο συγγραφέας Τσέρρι Πουρνελλ έγραψε ότι η έκρηξη ατομικών βομβών στο εσωτερικό ηφαιστείων στον Άρη θα μπορούσε να προκαλέσει μία πυκνότερη ατμόσφαιρα . Η σιγή ιχθύος και η  καθυστερήσεις που ακολουθεί η NASA για τον Άρη σε θέματα  επανδρωμένων αποστολών  βάζει σε υποψίες πολλούς ερευνητές .Έχουν διαρρεύσει υπονοούμενα ότι στον Άρη  ήδη έχουν σταλεί αποστολές επανδρωμένες από την δεκαετία του 1970 και ότι, είδη έχουν αρχίσει πειράματα με  ανθεκτικά χλωροφικοι . Στην διάρκεια  των απόστολων  Βικινγκ το 1975 -76 η ΝΑΣΑ χρηματοδότησε μια ειδική έρευνα στη γεωπλασια του πλανήτη .Το αποτέλεσμα δημοσιεύτηκε σε φυλλάδιο της ΝΑΣΑ  (NASA on the habitability of Mars an approach to planetary ecosynthesis ).Τι θα χρειαζόταν όμως για να δημιουργηθεί ατμόσφαιρα στον Άρη. Ο Άρης είναι ψυχρός πιο στεγνός έχει αραιότερο αέρα και δέχεται μεγάλη ποσότητα υπεριώδη ακτινοβολίας .Αν εγκαταλείψετε ένα άνθρωπο απροστάτευτο στην επιφάνια του πλανήτη θα πέθαινε σχεδόν ακαριαία  .Το οξυγόνο σχεδόν μηδενικό  κι οι υπεριώδεις ακτινοβολίες θα προκαλούσαν θανατηφόρα ηλιακά εγκαύματα .

Στον Άρη δεν υπάρχει ούτε ελεύθερο οξυγόνο, ούτε σημαντικές βροχοπτώσεις και η πίεση του αέρα είναι 1% της Γήινης  ατμόσφαιρας .Τα συνηθισμένα φυτά της Γης θα σκοτωνόταν σε λίγα λεπτά από την ακτινοβολία ,και όμως η μελέτη της ΝΑΣΑ έδηξε ότι ορισμένες μορφές ζωής θα μπορούσαν να επιβιώσουν, και να πολλαπλασιαστούν  απροστάτευτες στην επιφάνια του Άρη .Ένα τέτοιο βιολογικό εργαλείο θα μπορούσε να αποτελέσει τον μοχλό για της οικολογικές βελτιώσεις που χρειαζόμαστε .Πρώτα όμως να εξετάσουμε τα  στοιχεία κλειδιά,  τη θερμοκρασία και την πίεση του αέρα .Αν ο πλανήτης ήταν πιο ζεστός το  παγωμένο νερό στα πολικά στρώματα θα εξατμιζόταν μέσα σε μία ατμόσφαιρα με πυκνότητα ίσως 1/10 της γήινης .Αν η ατμόσφαιρα ήταν πιο πυκνή απ, όσο τώρα διάφοροι μηχανισμοί θέρμανσης θα μπορούσαν να ανεβάσουν την θερμοκρασία του πλανήτη να λιώσουν τα χιόνια και τους παγετώνες και να δημιουργήσουν πιο βολικό κλίμα . 

Η γενική σχέση είναι κυκλική. Κάθε ανεπιθύμητος  παράγοντας (πολύ κρύο. μεγάλη έλλειψη αέρα) υποστηρίζει τόν άλλον. Πώς μπορούσε ή γεωπλασία νά παρεισφρήσει σ' αυτό το κλειστό κύκλωμα . Για να προσπαθήσουμε να αυξήσουμε την πυκνότητα τής ατμόσφαιρας θά μπορούσαμε να εξατμίσουμε τα τοπικά αέρια των επιφανειακών στρωμάτων ή του εσωτερικού να λιώσουμε τα μόνιμα χιόνια και τούς παγετώνες, ή ακόμα να εισαγάγουμε νερό και παγωμένα αέρια άπ' έξω απο τον πλανήτη.  Ίσως τα ηφαίστεια μπορέσουν νά ξαναμπούν σέ ενέργεια όπως φαντάστηκε ό Πουρνέλλ, έστω κι αν αποκαλυφθεί πώς πρόκειται για ηφαίστεια πάγου και όχι λάβας. Ίσως μπορέσει νά γίνει εισαγωγή πάγου από νερό και άλλων παγωμένων αέριων απ' τον ανθρακούχο Δείμο, τη ζώνη αστεροειδών ή τούς δακτυλίους τού Κρόνου. όπως προτείνει κι ό Ίσαακ Ασίμωφ στό βιβλίο του THE ΜΑRTIΑΝ WAY (O Αρειανός Δρόμος). Ας εξετάσουμε τώρα έναν οικολογικό μοχλό: το λιώσιμο των πολικών πάγων. Δεν μπορούμε. βέβαια. να άναδαυλίσουμε σίγουρα τη φωτιά τού Ήλιου για να το πετύχουμε, άλλά μπορούμε νά φανταστούμε άλλα χρήσιμα πράγματα. θα μπορούσαμε ν αυξήσουμε  την ποσότητα ηλιακού φωτός πού χτυπάει τις πολικές περιοχές. θα μπορούσαμε να μειώσουμε το ποσοστό ηλιακού φωτός πού «μπλοκάρεται» απ την αραιή ατμόσφαιρα. θα μπορούσαμε να ελαττώσουμε τήν ποσότητα τού ηλιακού φωτός πού αντανακλάται ανώφελα άπ το υλικό πού προσπαθούμε να  ζεστάνουμε. Μπορεί ή φύση ν ακολουθήσει τήν πρώτη τεχνική (αύξηση τού ηλιακού φωτός στους πόλους) με τη φυσική μετάπτωση του άξονα του Άρη . 

Ωστόσο,  εργαλεία πού προοριζόταν για τη Γη (τροχιά γύρω απ τη Γή ) μπορεί να αποδειχτούν χρήσιμα και για τον Άρη η και άλλού. Καθρέφτες ( μεταλλικά φύλλα πολύ λεπτά και ελαφριά) με μεγάλη άνακλαστικότητα, εκατοντάδες μέτρα μήκος κάθε πλευράς, πού θα περιστρέφονται γύρω άπ τον Αρη σε γεωσυγχρονισμένες τροχιές . Απ τήν πλεονεκτική αύτή θέση, οι πρώτοι διαστημακαθρέφτες  θά μπορούν να δίνουν φως στους πόλους του Άρη. Ο Άρης  δέχεται Περίπου 60% τής ηλιακής ενέργειας πού δέχεται και ή Γη. Όπως και στη Γη, ή ποσότητα ηλιακού φωτός στους πόλους είναι περιορισμένη πάντα εξαιτίας τής κλειστής γωνίας των ηλιακών ακτινών. Για ν αυξήσουμε την ηλιακή ενέργεια στους πόλους κατά 20% θα χρειαζόμασταν καθρέφτες, όχι όμως 20% τής επιφάνειας τού Άρη, μία και πολύ μικρότεροι καθρέφτες θά ήταν αρκετοί.

Υπάρχουν κι άλλοι τρόποι να γεωπλαστεί ο Άρης. Η μείωση τής αδιαφάνειας τής ατμόσφαιρας συνεπάγεται τη διατήρηση τής σκόνης χαμηλά, αφού θα ελαττώνει τα όρια τής θερμοκρασίας πού προκαλούν τούς δυνατούς άνέμους, ή θα ελαττώνει την ποσότητα σκόνης πού ανεβάζουν οι δυνατοί άνεμοι. Το τελευταίο θα μπορεί να γίνει υγραίνοντας το έδαφος ή σκεπάζοντάς το με βλάστηση. Να σημειώσουμε ότι αυτά τα σχέδια (Μείωση της διαφάνειας της ατμόσφαιρας )είναι από τα πιο επικρατέστερα για την Γη  λόγο του φαινόμενου του θερμοκηπίου.

Στους παγωμένους πόλους, περισσότερο από τα 3/4 του ηλιακού φωτός αντανακλάται. αν  μπορούσαμε να ελαττώσουμε αυτό τό ποσοστό  έστω και κατά μόνο 5%. τα στρώματα πάγου θα' άρχιζαν να  εξατμίζονται  . Για  να σκοτεινιάσουν τα πολικά στρώματα πάγου. οι πλανητικοί μηχανικοί θα μπορούσαν ίσως ν' απλώσουν πάνω τους καπνιά .  Πού θα έβρισκαν, όμως. τέτοιο  υλικό; Οί αποστολές Βίκινγκς ανακάλυψαν πώς απ' αυτό ακριβώς το υλικό αποτελούνται ο  Δείμος και ο Φόβος ( πολύ σκοτεινή. ανθρακούχα αιθάλη). Ένα ηλεκτρομαγνητικό κανόνι. τοποθετημένο στο Δείμο. θα μπορούσε να  εκσφενδονίζει ποσότητες μαύρης σκόνης πάνω στους παγωμένους  πόλους τού Άρη. Το υλικό αυτό, πλούσιο σε άνθρακα  άζωτο, υδρογόνο , και οξυγόνο. θα μπορούσε χρησιμοποιηθεί επίσης σαν πολύτιμο λίπασμα μόλις περιορίζονταν οι πάγοι. Αν ένα τέτοιο καταπληκτικό σχέδιο μηχανικής καταφέρει  να εξατμίσει ένα μεγάλο ποσοστό των παγωμένων πολικών του Άρη . Τοτε ή ατμοσφαιρική πίεση θα ανέβει προσωρινά. Αλλά τι θα συμβεί όταν βγάλουμε το μοχλό τής αποσταθεροποίησης; θα ξανά παγώσει  ο Άρης ;  Πολλοί αστρονόμοι δεν το πιστεύουν. Αντί γι αυτό, το  κλίμα  τού Άρη θα έχει αλλάξει από μία σταθερή κατάσταση τη (σημερινή) σε μίαν άλλη σταθερή κατάσταση  απο 10 μέχρι 100 φορές πυκνότερη και  περισσότερη θερμότητα . Δύο διαδικασίες μπορούν να βοηθήσουν στη διατήρηση αυτής τής αλλαγής φυσιολογικά: διάχυση τής θερμότητας και επιρροή τού θερμοκηπίου .

Σήμερα  στον Άρη, ή αραιή ατμόσφαιρα δεν είναι  σημαντικός  αγωγός τής θερμότητας από τις περιοχές τού ισημερινού  στους πόλους. Κινείται βέβαια ο αραιός αέρας. σηκώνονται σκόνη, άλλά ουσιαστικά όλη ή θερμότητα πού φτάνει στις πολικές περιοχές φτάνει εκεί χάρη στο άμεσο ηλιακό φως. Ωστόσο. άμα ο αέρας είναι πιο πυκνός, ή ατμόσφαιρα γίνεται ένας σημαντικός μηχανισμός μεταφοράς τής θερμότητας πού λέγεται διάχυση τής θερμότητας.

Ο δεύτερος παράγοντας είναι ή επιρροή τού θερμοκηπίου.  Η φυσική αύτή διαδικασία είναι εξαιρετικά σημαντική για τους πλανητολόγους πού εξετάζουν μία πολύ μεγάλη ποικιλία κόσμων. Ουσιαστικά. τό ορατό φως πού έρχεται άπ' έξω περνά μέσα από μία ατμόσφαιρα και θερμαίνει την επιφάνεια τού πλανήτη. Ένα ποσοστό τής ενέργειας  ξαναγυρνάει στο διάστημα σαν θερμότητα με τη μορφή υπέρυθρης ακτινοβολίας. Ορισμένα συστατικά στοιχεία τής ατμόσφαιρας. όπως τά αέρια και οι σκόνες. μπορεί να είναι διαφανή γιά τα ορατά μήκη κύματος πού έρχονται άπ 'έξω. άλλά όχι τόσο διαφανή για τα υπέρυθρα μήκη κύματος πού προσπαθούν νά τά διαπεράσουν γιά νά φύγουν  στό διάστημα. Έτσι. ή ακτινοβολία απορροφάται στην ατμόσφαιρα. θερμαίνοντας την. η ξαναγυρνάει  στο έδαφος, διατηρώντας το κι αυτό θερμό. Ή ατμόσφαιρα σ' αύτή τη περίπτωση φαίνεται νά παίζει τό ρόλο μίας κουβέρτας.  Αν μόνο το διοξείδιο τού άνθρακα αυξάνονταν 100 φορές (και οί αποστολές Βίκινγκ απέδειξαν πώc δεν υπάρχει αρκετό διοξείδιο τού άνθρακα στούς πόλους ώστε νά γίνει κάτι τέτοιο) ή επιρροή τού θερμοκηπίου θα  ανέβαζε τη θερμοκρασία μόνο 9 βαθμούς. Αν το 1/10 αυτής τής νέας ατμοσφαιρικής πίεσης οφείλονταν σε ύδρατμούς  ή επιρροή τού θερμοκηπίου θα ήταν δύο φορές μεγαλύτερη.

Το επόμενο βήμα είναι ή παρασκευή οξυγόνου. Εδώ ή αρχική θεωρία βασιζόταν σε βιολογικούς  μοχλούς, μέχρι πού οι αποστολές Βίκινγκς απέδειξαν πώς ή πρόσθεση νερού στο έδαφος τού Αρη το υποχρέωνε να απελευθερώσει περισσότερο οξυγόνο. Αυτή ή διαδικασία χρειάζεται περισσότερο μελέτη. άλλά μπορεί να είναι ένα παράδειγμα σημαντικής αλλά τυχαίας ανακάλυψης πού ίσως κάνει τη γεωπλασία δύσκολη άπ' όσο φαίνεται άρχικά. Στό μεταξύ  άς εξετάσουμε τά βιολογικά εργαλεία πού διαθέτουμε. Λίγες έκατοντάδεc λίβρες φύκια μπορούν να φυτευτούν σέ κάποια γόνιμη, θερμή καί καλοποτισμένη περιοχή τού Άρη, απ' όπου θά μπορέσουν νά πολλαπλασιαστούν καί νά εξαπλωθούν σ' όλο τον πλανήτη μέσα σε λίγες δεκαετίες το πολύ. Κι ενώ θα συνέβαινε αυτό, τα φύκια θα μετέτρεπαν αρκετό από το διοξείδιο τού άνθρακα τής ατμόσφαιρας σε οξυγόνο φυλακίζοντας το διοξείδιο τού άνθρακα σε οργανικές ενώσεις μέσα στο έδαφος  .Βέβαια. έχουμε ακόμα νά εξετάσουμε τή διαθεσιμότητα τής «νέας μορφής ζωής» πού ανακαλύφθηκε στά τέλη τού 1977   ενός πρωτόγονου  κυττάρου τού οποίου ό μεταβολισμός  μοιάζει  υπερβολικά κατάλληλος για τη βιολογική    επεξεργασία τής ατμόσφαιρας σέ άλλους  κόσμους . Αποτελώντας τη πιο πρωτόγονη μορφή ζωής πάνω στη Γη. αυτά τά βακτηρίδια θα μπορούσαν κάποτε να χρησιμοποιηθούν στον . Άρη  η μελέτη τής NASA για την οίκοσύνθεση τού  Άρη εξέτασε  τήν πιθανότητα εισαγωγής βιολογικών στοιχείων  στον Άρη ενώ παρουσιάζει ακόμα  ξηρασία. ψύχος και έλλειψη αέρα. Οί επιστήμονες εξέτασαν τά χαρακτηριστικά ορισμένων απλών φυτών πού θά μπορούσαν ν' αποδειχτούν  κατάλληλα για τη βιογεωπλασία τού Άρη .Πράσινα φύκια ,λειχήνες, βρύα  ,γαλαζοπράσινα φύκια .Σύμφωνα  με την μελέτη συνδυασμός από γαλαζοπράσινα φύκια και λειχήνες θα μπορούσε νά επιζήσει κάτω απ' τις σημερινές συνθήκες τού Άρη  ,άλλά Θα μεγάλωνε πολύ αργά καί ή δράση του στην παραγωγή οξυγόνου θα περιοριζόταν  σε λίγες ώρες την ήμέρα. ακόμα και στην καλύτερη εποχή τού έτους.

Ξεκινώντας απ' τις σημερινές συνθήκες και υπολογίζοντας μία κάλυψη τής επιφάνεια: τού Αρη στό 1/4 από τέτοια φυτά. οι κομπιούτερ τής ΝΑΣΑ απέδειξαν πώς: θα χρειάζονταν πάνω από εκατό χιλιάδες χρόνια για να παραχθεί το ελάχιστο οξυγόνο πού απαιτείται για την αναπνοή. Κι αυτό. χωρίς νά υπολογιστεί τό γεγονός πώς έστω και με αρκετό  οξυγόνο στήν ατμόσφαιρα, τό υπόλοιπο διοξείδιο τού άνθρακα θα ήταν επίσης αρκετό για νά προκαλέσει ασφυξία σε όποιον άνθρωπο δοκίμαζε  να αναπνεύσει τήν καινούρια αύτή ατμόσφαιρα. Γιά δοθεί μιά πιο βιαστική λύση. μόλις υπάρξει αρκετό οξυγόνο. πρέπει να αφαιρεθεί το διοξείδιο τού άνθρακα. Χρειάζονται. όμως. μεγάλες ποσότητες νερού .Στη Γή ,τό νερό βοήθησε την αντίδραση τού διοξειδίου τού άνθρακα με πυριτικά άλατα για να σχηματιστεί ασβεστόλιθος. Ετσι, οί ωκεανοί παίζουν σημαντικό ρόλο σαν φίλτρα τής ατμόσφαιρας. αποθηκεύοντας μεγάλες ποσότητες διοξειδίου τού άνθρακα . Μία μεγάλη επιφάνεια νερού   ίσως τό 1/4 τής συνολικής επιφάνειας ενός πλανήτη μαζί με το πλαγκτόν τού ωκεανού και τις υγροποιητικές ιδιότητες τού αφρού τής θάλασσας , είναι κάτι το πολύ σημαντικό για τη μηχανική εκμετάλλευση τής ατμόσφαιρας. Έτσι. ή επεξεργασία τού αρειανού κλίματος είναι υποχρεωτική για να μπορέσουν να μεγαλώσουν τά φυτά πού παράγουν οξυγόνο τόσο στήν ξηρά όσο και στη θάλασσα. 

Ακόμα κι όταν φτάσουμε  σ' αυτό το στάδιο δε θα' έχουμε τελειώσει  Τι θα' έπρεπε νά καλλιεργήσουμε  στον Άρη για νά διατηρήσουμε την ατμόσφαιρα του και νά δημιουργήσουμε μίαν αλυσίδα τροφών .  Η μελέτη τής NASA κατέληξε στο συμπέρασμα πώς οι λειχήνες και τα γαλαζοπράσινα φύκι  είναι το καλύτερο πού μπορεί νά χρησιμοποιηθεί. ακόμα και χωρίς γενετικές τροποποιήσεις πού θα ανέπτυσσαν στο έπακρο τις καλύτερες  ίδιότητές του. Οί λειχήνες μπορούν να φυτρώσουν πάνω ή μέσα σε πέτρες. αποβάλλοντας οξέα πού διαλύουν μερικά εκατοστά τής ίντσας από το εξωτερικό περίβλημα τής πέτρας. Μπορούν ακόμα να ενσωματώσουν άμμο στο εξωτερικό τους περίβλημα σαν ασπίδα για τις υπεριώδεις ακτινοβολίες. Τα φύκια θα μπορούσαν να φυτρώσουν κάτω από ένα στρώμα άμμου. όπου οι υπεριώδεις ακτινοβολίες έχουν ελαττωθεί στο ελάχιστο ενώ το ορατό φως μπορεί να φτάνει σε ποσοστό αρκετό για μία φωτοσύνθεση. Αργότερα θα μπορούσε να σχηματιστεί ένα στρώμα όζοντος. πού θα «μπλοκάριζε» την υπεριώδη ακτινοβολία πριν φτάσει στην επιφάνεια. Αλλά πριν φτάναμε ως εκεί. ή όλη κατάσταση θα χρειαζόταν την προστασία της βιολογίας

Οι έρημοι τού Άρη θα μεταμορφωνόταν  σε γόνιμα εδάφη ενός καινούριου κόσμου. Οι λειχήνες: θα βοηθούσαν  στο κομμάτιασμα  των  βράχων. Τα φύκια Θα μπορούσαν να εμπλουτίσουν το έδαφος προσθέτοντας του άζωτο. Η οργανική ύλη θα μπορούσε ν' αρχίσει να συγκεντρώνεται σε χημικές ενώσεις από άνθρακα. άζωτο. θειάφι. φώσφορο. οξυγόνο και υδρογόνο. Αυτό βέβαια θα μπορούσε να είναι το πιο μακροχρόνιο στάδιο. και να χρειαστεί μέχρι κι έναν αιώνα ή και παραπάνω. Η μελέτη τής NASA περιέγραψε και το επόμενο βήμα  Καλό θα ήταν να εμποδιστεί μια τέτοια μετατροπή στοιχείων σε άχρηστες οργανικέc ενώσεις με μεγάλο μοριακό βάρος καθιερώνοντας βιογεωχημικές ανακυκλώσεις πού δεν χρησιμοποιούν ελεύθερο  οξυγόνο (ώστε νά συγκεντρωθεί τό απαραίτητο για την αναπνοή οξυγόνο και νά σχηματιστεί ένα στρώμα όζοντος  .