Что такое колонизация планет
Колонизация космоса
Колонизация космоса — гипотетическое создание автономных человеческих поселений вне Земли.
Колонизация космоса является одной из основных тем научной фантастики.
Исследователи этой проблемы считают, что на Луне и ближайших к Земле планетах достаточно ресурсов для создания такого поселения. Солнечная энергия там довольно легко доступна в больших количествах. Достижений современной науки вполне достаточно для начала колонизации, но необходимо огромное количество инженерной работы.
Содержание
Средства
Жизнеобеспечение
Для постоянного пребывания человека вне Земли поселение должно поддерживать параметры окружающей среды в пригодных для жизни пределах, т. е. создавать так называемый гомеостаз. Либо человеческое тело, в итоге технологических мутаций, должно стать адаптивным, к существующим условиям обитания.
Может быть несколько видов взаимодействия между внеземной окружающей средой и средой человеческого поселения:
Также возможны комбинации перечисленных вариантов. Но нельзя забывать и о гравитации, так как при отсутствии земного притяжения тело человека очень быстро атрофируется (в основном мышцы, органы и сердечная ткань — сердечная мышца)
Самообеспечение
Самообеспечение — необязательный атрибут внеземного поселения, но оно может являться конечной целью колонизации космоса, потому что позволит во много раз увеличить скорость роста колонии и сильно уменьшит её зависимость от Земли. Промежуточными этапами могут быть колонии, которые требуют только информации с Земли (научной, инженерной и т. п.) и колонии, требующие периодических поставок с Земли некоторых видов продукции (электроники, медикаментов и прочих).
Создание самообеспечиваемых колоний может в перспективе привести к появлению враждебных Земле колоний.
Численность населения
В 2002 году антрополог Джон Мур предположил, что поселение численностью 150—200 человек сможет нормально существовать на протяжении 6—8 поколений (около 200 лет).
Расположение колонии
Наилучшее расположение колонии является одним из основных предметов спора сторонников космической колонизации.
Колонии могут располагаться в следующих местах:
Планеты, спутники и астероиды
Луна является наиболее естественным и сравнительно доступным местом внеземной колонизации. В эпоху «лунной гонки» у СССР даже существовал конкретный проект создания лунных баз-поселений «Звезда».
Марс рассматривается как один из наиболее вероятных кандидатов на роль места первого внеземного поселения после Луны. Его общая площадь приблизительно равна площади земной суши. На Марсе существуют большие запасы воды, а также присутствует углерод (в виде двуокиси углерода в атмосфере). Вероятно, Марс подвергался тем же геологическим и гидрологическим процессам, что и Земля, и может содержать запасы минеральных руд (хотя это не доказано). Существующего оборудования было бы достаточно, чтобы получать необходимые для жизни ресурсы (воду, кислород и т. п.) из марсианского грунта и атмосферы. Атмосфера Марса достаточно тонкая (всего 800 Па, или около 0,8 % земного давления на уровне моря), а климат холоднее. Сила тяжести на Марсе составляет около трети земной.
Обсуждается возможность как создания марсианских баз-поселений, так и глобального терраформирования Марса (атмосферы) с целью сделать всю или часть его поверхности пригодной для жизни. Колонизация и терраформирование Марса должна учитывать возможное наличие органических соединений и даже жизни.
«Столетний космический корабль» (англ. Hundred-Year Starship ) — проект безвозвратного направления людей на Марс с целью колонизации планеты. Проект разрабатывает с 2010 года Исследовательский центр имени Эймса — одна из основных научных лабораторий НАСА. Основная идея проекта состоит в том, чтобы отправлять людей на Марс безвозвратно. Это приведет к значительному сокращению стоимости полета, появится возможность взять больше груза и экипаж. Дальнейшие полёты будут доставлять новых колонистов и пополнять их запасы.
Меркурий
Колонизация Меркурия осложняется сложными температурными условиями, ввиду близости планеты к Солнцу.
Венера
Колонизация Венеры сопряжена с глобальной задачей её терраформирования, имеющей высочайшую организационную сложность ввиду наличия на планете крайне неприемлемых для деятельности человека и даже техники тяжёлых температурных условий и атмосферы.
Астероиды и малые планеты
Преимущество небольших астероидов в том, что они могут несколько раз в десятилетие проходить достаточно близко от Земли. В интервалах между этими проходами астероид может удаляться на 350 млн км от Солнца (афелий) и до 500 млн км от Земли. Но у мелких астероидов есть и недостатки. Во-первых, это очень маленькая гравитация, а во-вторых, всегда будет опасность того, что астероид с колонией столкнётся с каким-либо массивным небесным телом. Часто оценивается возможность колонизации астероидов с целью промышленного освоения их ресурсов — рудных полезных ископаемых (рубидий, цезий, иридий, прочие редкие металлы), а также кислорода (для обеспечения колоний воздухом) и водорода (для ракетного топлива и энергообеспечения колоний) с Цереры и других объектов пояса астероидов.
Спутники Юпитера и Сатурна и прочие внешние объекты Солнечной системы
Колонизация спутников Юпитера и Сатурна и внешних объектов Солнечной системы является трудной проблемой ввиду их большой удалённости от Земли, а также должна учитывать возможное наличие органических соединений и даже жизни (Европе, Титане, Энцеладе и т. д.).
Орбитальные колонии
Орбитальные колонии — конструкции, по сути, представляющие собой увеличеные в размерах и усовершенствованые орбитальные станции (см. Космические города-бублики).
Колонизация космоса: за и против
Мнение скептиков
Контраргументы сторонников
Стоимость: многие люди сильно преувеличивают затраты на космос, при этом недооценивая затраты на оборону или здравоохранение. Например, по состоянию на 13 июня 2006 года, Конгресс США направил 320 млрд долларов на войну с Ираком, тогда как создание космического телескопа «Хаббл» обошлось всего в 2 млрд долларов, а средний годовой бюджет НАСА равен всего лишь 15 млрд долларов. Другими словами, при нынешнем уровне финансирования НАСА, денег, затраченных на войну с Ираком, хватило бы примерно на 21 год работы агентства по освоению космоса. А годовой военный бюджет всего мира вообще превышает 1,5 трлн долларов. Люди также часто недооценивают, насколько космические технологии (к примеру, спутниковая связь и метеорологические спутники) помогают им в их обыденной жизни, не говоря уже о повышении производительности в сельском хозяйстве, снижении рисков от природных катаклизмов и т. п. Аргумент «затратности космоса» также неявно предполагает, что деньги, не потраченные на космос, автоматически пойдут туда, где они принесут пользу человечеству — но это не так (они могут пойти на те же войны).
Земля: освоение Антарктики, морского дна и других неосвоенных территорий сдерживается не столько недружественностью окружающей среды, сколько отсутствием поблизости доступных источников энергии и материалов, нужных для организации производства. Затраты на жизнеобеспечение космонавтов (как и подводников, покорителей Антарктики и др.) обусловлены стоимостью доставки всего необходимого с Земли. При наличии же достаточно мощных и безопасных энергетических установок и локального производства, враждебная среда может быть превращена в пригодную для жизни с меньшими затратами. Сторонники колонизации космоса считают, что произвести массовый перенос производства энергии и материалов в космос будет проще, чем сделать то же самое в Антарктике или на морском дне. Проблему с колонизацией неосвоенных территорий Земли они видят в непредсказуемом и чаще всего негативном влиянии массового производства на местную экологию, а также в истощении топливных ресурсов планеты при неуклонном росте энергопотребления. Альтернативные источники, использующие энергию ветра, Солнца и т. п., в свою очередь сами требуют немалых энергозатрат на производство и эксплуатацию, нуждаются в отчужденной территории для сбора рассеянной энергии, и их выработка существенно зависит от погодных условий. Доступ к термоядерной энергии может снизить энергетический кризис, но с ростом энергопотребления и заселённости территорий проблемы загрязнения окружающей среды не снимаются.
В то же время, солнечные электростанции, развёрнутые в космосе, принципиально не могут зависеть ни от смены времён суток/года (нет таковых), но могут находится в тени от других космических тел, ни от состояния атмосферы (она отсутствует), ни от наличия свободной территории (её несоизмеримо больше, чем на Земле), но возникает проблема замусоривания околоземного пространства. Зеркала/батареи всегда можно сориентировать наиболее выгодным образом, чтобы получать максимальный поток энергии. Космические фабрики, выпускающие полупроводниковые фотоэлементы, а также другие виды продукции, будут работать в стабильных условиях, при широком и лёгком контроле над локальной гравитацией и вакуумом.
Безопасность: если все человечество будет оставаться на Земле, есть угроза его полного уничтожения (например, в результате падения астероида, глобальной войны, пандемии или стихийных бедствий). Но с выходом человечества в космос возникают другие опасности: новые заболевания, ускорение мутаций, конфликты с колониями, что также может привести ко всеобщему уничтожению.
Роботы: Применение автоматических космических станций отлично решает исследовательские задачи, но совершенно не решает проблемы роста населения Земли и постепенного истощения её невозобновляемых ресурсов.
С другой стороны, развитие систем искусственного интеллекта (ИИ), «не уступающего человеческому», поднимает вопрос о сосуществовании с такой новой формой «жизни». Хотя создание такого ИИ на данный момент фантастично.
И, наконец, сторонники трансгуманизма считают, что прогресс в области микробиологии, генетики и нанотехнологии позволит преодолеть биологические ограничения и приспособить человеческий организм к длительной и комфортной жизни в условиях невесомости, повышенной радиации и других факторов жизни в космосе. При наличии возможности изменять собственную биологическую природу, адаптироваться к широкому диапазону внешних условий и, возможно, искусственно усиливать способности мозга, необходимость создавать роботов с искусственным интеллектом может стать не столь острой.
Колонизация Галактики
Меня никогда нельзя было отнести к ярым оптимистам в вопросе полётов к другим звёздам. Да, мне очень хотелось бы верить, что когда-нибудь (хотелось бы по-раньше) мы найдём пригодный для практического использования способ перемещения быстрее света. Но, увы, пока ни что не предвещает его появления.
Тем не менее, в последнее время я вынужден склониться к тому, что колонизация других звёздных систем скорее лишь вопрос времени…
Космический корабль
Первая проблема, которая возникает перед нами при попытке колонизации других звёздных систем — это невообразимые расстояния.
Существует множество идей, как их преодолеть, используя только известные физические принципы. Увы, большинство таких идей качественные, а при попытке их количественной оценки всё рушится.
Хорошо, давайте разгонять иначе — светить гипермощным лазером в солнечный парус. Лазерный луч имеет бесконечную длину, так что может разгонять и на расстоянии в 300 астрономических единиц. Но и тут «небольшие» проблемы: даже если опустить необходимость лазерной оптики километровых размеров, как создать лазер с выходной мощностью в сотни тераватт, т.е. на пару порядков больше, чем мощность всех электростанций мира вместе взятых, абсолютно не ясно.
Кроме того, такие проекты никак не решают проблему торможения в конечной точке пути…
Но есть и один реалистичный вариант — термоядерный двигатель.
Да, пока управляемый термоядерный синтез не дошёл до стадии практического применения, но уже понятно, что тут вопрос чисто технический. И даже если в конце концов потребуются установки исполинских размеров, речь всё равно идёт максимум о километрах, а не об астрономических единицах. Оценки удельного импульса для двигателя на основе термоядерного реактора с инерциальным удержанием дают величину в 1 000 000 — 2 000 000 секунд или 10 000 — 20 000 км/с. Возьмём середину этого диапазона — 15 000 км/с. Это — 5% от скорости света. Учитывая, что химические ракеты при удельном импульсе около 3,5 км/с могут разгонять космические аппараты до 14 км/с, можно рассчитывать, что ракета с удельным импульсом в 5% скорости света разгонит космический корабль до 20%. Впрочем, нужно ещё затормозить… Так скорость перелёта будет на уровне 10% скорости света. Достаточно ли этого?
Дожить до посадки
Расстояние до ближайших звёзд — 4-5 световых года. Т.е. гипотетически до них можно долететь меньше чем за время жизни одного человека — за 40-50 лет. Но вот незадача: около этих звёзд не обнаружено пригодных для колонизации планет.
Ближайшая звезда, возле которой обнаружены планеты, потенциально пригодны для колонизации — Тау Кита. До неё на термоядерной ракете лететь уже 120 лет…
С одной стороны, есть простое решение: корабль поколений. Т.е. создаётся замкнутая экосистема, в которой космонавты «плодятся и размножаются» весь полёт. До пункта назначения добираются лишь правнуки тех, кто отправился в полёт. Но морально такой вариант абсолютно неприемлем: ведь если первый экипаж осознанно принимал решение о полёте длинною в жизнь, то за что их внуки обречены прожить всю жизнь в «консервной банке», окружённой бесконечным мраком пустоты совершенно не ясно. Более того, если первый экипаж можно тщательнейшим образом отобрать и подготовить, будучи уверенными, что они психологически это выдержат, то рассчитывать, что их внуки не сойдут с ума от такой участи, излишне оптимистично.
Однако последние лет десять периодически слышны новости об успешных опытах по анабиозу. До сих пор в анабиоз погружали в лучшем случае свиней, но в этом году в Питтсбурге, штат Пенсильвания, собираются (а может и уже успели) попробовать на несколько часов погружать в анабиоз тяжелораненых, которых без этого успеть спасти невозможно. Это уже совсем другое дело… Конечно, идея пусть даже временно заменить всю свою кровь специальной жидкостью и быть после этого замороженным выглядит не очень привлекательно, но для колонизации галактики чего только не сделаешь. Вполне реалистично выглядит корабль с 1200 поселенцами в «заморозке», и десятком «на вахте». Каждый год вахта сменяется, благодаря чему все 1200 за полёт один год успеют на ней побыть, а за одно дважды пройдут процедуру «консервации». По прибытии на место все колонисты «приводятся в чувства» и занимаются освоением новой планеты.
Но одна нерешённая загвоздка: из тех, кто отправит колонистов в путь, никто никогда даже не узнает об успехе — умрут раньше. Ни о какой пользы от этой колонизации для оставшихся на Земле речи вообще не идёт. Так зачем же это надо?
Финансирование
Собственно говоря, именно последний абзац прошлого пункта и был основой моего скептицизма многие годы: пусть даже технические проблемы преодолимы, добровольцев можно и для экспедиции в ад найти, но зачем кто-то будет вкладывать безумные деньги и прочие ресурсы в проект, который не сулит ничего практически полезного?
Всё решительно изменилось с появлением проекта Mars One: даже если сам он провалится, идея сделать грандиозное шоу из в принципе бессмысленной экспедиции по колонизации другой планеты явно не умрёт. Рано или поздно человечество освоит всю Солнечную систему, доведёт до совершенства технологию анабиоза, разовьёт технологию термоядерного двигателя до нужного уровня и изучит автоматическими зондами планеты ближайших звёзд. А там обязательно найдётся кто-то, кто сочтёт доходы от шоу межзвёздного масштаба достаточными для астрономических инвестиций в первый пилотируемый звездолёт. Пройдут тысячи, а может и только сотни лет, и история вновь повторится, только уже не в Солнечной системе, а в новой колонии, которая отправит корабль туда, куда ещё не ступала нога человека.
Так почему к нам ещё не прилетели?
Раз уж пишу о неизбежности колонизации Галактики человечеством, нельзя не затронуть вопрос о том, почему к нам ещё не прилетели с других планет.
Авторы зачастую исходят из того, что экспоненциальный рост числа колоний должен привести к колонизации всей Галактики за достаточно короткое время — десятки миллионов лет максимум. А т.к. десятки миллионов лет в масштабах времени жизни звёзд — ничто, наша планета должна была быть колонизирована высокоразвитой цивилизацией ещё до нашего появления. Из этого делают вывод, что иных цивилизаций просто нет.
Но, простите, откуда экспонента. Пока в ближайшем окружении Земли кроме Тау Кита можно рассчитывать на пригодность для колонизации только планет звезды Глизе 581, до которой уже более 200 лет полёта. Да и то есть все шансы, что атмосферы её планет вымерзли на их тёмной стороне, тогда и этого варианта нет. Вполне логично предположить, что и колонии смогут отправить не более пары новых экспедиций, а у некоторых и вовсе не найдётся направлений для полёта, кроме как назад к родительской колонии. В такой ситуации рост числа колоний может оказаться даже всего лишь линейным, а тогда время «захвата» Галактики превышает возраст Вселенной на порядки. Даже при более оптимистичном сценарии речь всё равно будет идти о миллиардах лет. А это уже весьма серьёзно даже по астрономическим масштабам.
Что, если не Марс: куда можно «переехать» в пределах Солнечной системы
Человек мечтает покорить космос на протяжении многих лет. Некоторые цели давно стали реальностью, а о других можно пока только фантазировать. Среди последних ярко выделяются планы по колонизации других планет. О переезде на Марс говорят многие футурологи, а Илон Маск даже собирается отправить туда первую пилотируемую миссию уже через четыре года. А какие еще точки могут стать доступными для проживания человека?
Возможна ли колонизация Луны
Среди самых привлекательных мест на Луне выделяют бассейн Южный полюс — Эйткен. Район сильно изрезан кратерами, которые будут защищать астронавтов от сильных ветров. Другое его достоинство — тени. Они помогут избежать сильных перепадов температур. В этой области также находится скопление водяного льда, пригодного для создания газообразного кислорода, питьевой и поливной воды.
Возможная база должна быть изготовлена преимущественно из местных материалов, поскольку перевозка сырья с Земли выйдет в неоправданно крупные суммы. NASA и Европейское космическое агентство (ESA) несколько лет занимаются разработкой возможных решений и уже нашли методы, позволяющие организовать строительство базы исключительно из лунных ресурсов. ESA и архитектурная компания Foster+ с 2013 года работают над проектом Международной лунной деревни и уже представили проект возможного поселения.
База на спутнике Юпитера
Каллисто, естественный спутник Юпитера, может стать еще одним претендентом на колонизацию. О перспективах его заселения говорят в «Роскосмосе» и NASA. Считается, что на нем содержится большое количество подземной воды: по предварительным подсчетам, ее может быть в два раза больше, чем во всех океанах Земли. Помимо практической пользы, вода может стать предметом для исследования: не исключается, что в ней можно найти признаки жизни. Также со спутника было бы удобно совершать миссии на Юпитер, где добывать водород и гелий-3, необходимый для ядерного топлива. База на Каллисто откроет доступ и к полезным ископаемым соседнего естественного спутника — Европы или Юпитера II.
Колонизация Каллисто даст человечеству массу возможностей для добычи ресурсов и проведения исследований, необходимых для понимания устройства Вселенной. Но на пути к этому стоят ряд пока не решенных задач. Так, на спутнике высок уровень радиации и низкая гравитация. Исключение этих проблем упирается в колоссальный бюджет, и будущее миссии зависит от того, сколько на нее готовы потратить. Кроме того, колонизировать Каллисто вероятно начнут не раньше, чем Луну и Марс. Освоение этих космических объектов займет меньше времени и денег. А Каллисто сможет стать логичным следующим шагом.
Жизнь на облаке Венеры
Венера кажется еще одной пригодной для жизни планетой. Но перед заселением она нуждается в терраформировании: без изменения климата переехать на Венеру невозможно, так как на ней слишком жарко, сильные ветры, и высокий уровень радиации и давления. Ученые нашли еще один возможный способ колонизации планеты: они предлагают заселить ее атмосферу и устроить воздушный город в облаках. Главное условие — не приземляться на поверхность.
«Атмосфера Венеры похожа на земную, и на высоте 50 км от планеты жить будет достаточно комфортно», — говорит Джеффри Лэндис, ученый из NASA и писатель-фантаст, одним из первых предложивший эту идею.
Поскольку сила гравитации на Венере почти такая же, как на Земле, корабли смогут удержаться в воздухе. А защитить дома от серной кислоты поможет тефлоновая эмаль.
Однако идея ученых сталкивается с несколькими проблемами. В такие дома будет сложно доставлять продовольствие и сырье, необходимые для выживания. Как вариант, астронавты могут отправлять на поверхность роботов и управлять ими с корабля. Венера по строению похожа на Землю, и на ней есть все необходимые для жизни элементы, включая воду. А роботы с дистанционным управлением могли бы как раз заниматься их добычей. И все же говорить о реализации такой идеи пока рано: ученым необходимо досконально изучить планету и отправить туда еще не одну космическую миссию.
Добыча астероидов на Церере
Церера — карликовая планета в главном поясе астероидов между Марсом и Юпитером. Ее диаметр — 950 км и 25% площади занимает водяной лед. Таких запасов воды будет достаточно для успешной колонизации планеты. На Церере в десять раз меньше солнечного света, чем на Земле, но его хватит для создания солнечной энергетики и работы техники от его заряда. Церера — самое крупное космическое тело в своем поясе астероидов. Оно может стать таким же выгодным пересадочным пунктом для путешествий между планетами, как и Луна. Церера также сможет превратиться в базу для добычи астероидов и стать связующим транспортным узлом между Марсом, Луной и Землей.
Колонизация этой небольшой планеты может открыть дорогу к заселению других космических объектов Солнечной системы, например, спутников Юпитера. Еще один вариант — планета может стать неким космическим складом: транспортировать туда ресурсы с Луны или Марса удобнее, чем с Земли на Луну. Также не исключено, что под ее поверхностью может находиться пресноводный океан, который мог бы снабжать соседние планеты. В результате Церера имеет все шансы превратиться в некое подобие промышленного города с заводами по добыче астероидов, полезных ископаемых и воды.
Колония на крупнейшем спутнике Сатурна
Титан — единственное космическое тело в пределах Солнечной системы, на котором, как и на Земле, есть жидкость на поверхности, состоящая, правда, не из воды, а из метана и этана. Титан содержит массу полезных ископаемых, аналогичных нефти и природному газу. Их можно использовать для получения энергии, что заменит иссякаемые земные источники. Атмосфере Титана не хватает кислорода, но его можно добывать из водяного льда, который находится под поверхностью спутника. А от холодных температур спасет скафандр.
Гравитация на Титане очень слабая, но некоторые ученые рассматривают это как плюс. Люди смогут летать над поверхностью спутника с прикрученными крыльями, а при их поломке плавно приземляться, ведь их не будет тянуть к земле. Такой вид перемещения может стать полезным в практике и в то же время веселым развлечением.
Главный недостаток Титана — он находится слишком далеко от Земли. С современными технологиями лететь до него придется около семи лет, что может оказаться не просто долго, но и опасно для здоровья астронавтов. К тому же человечество пока не обладает технологиями, способными оснастить такой долгий полет. Колонизация Титана может начаться после освоения более близких к Земле космических тел и создания более мощных космических кораблей.