Aerosoli bi mogli ugrijati Mars dovoljno za tekuću vodu

Kad ljudi jednog dana stignu na Mars, dočekat će ih svijet koji je sve samo ne gostoljubiv. Prosječna temperatura na površini iznosi oko -55 Celzijevih stupnjeva, tijekom oluja prašine koje mogu trajati mjesecima spušta se i do -125, atmosfera je vrlo rijetka i gotovo u cijelosti sastavljena od ugljikova dioksida, a voda je ondje zarobljena u ledu, zajedno s ledom od CO2. Povrh svega, na površini prijeti i opasno Sunčevo zračenje jer Mars nema ozonski sloj koji bi zaustavljao ultraljubičaste zrake, osobito tijekom Sunčevih baklji.

Upravo zato rasprava o terraformiranju Marsa već godinama ne silazi sa stola. Prvi ljudski doseljenici morali bi živjeti pod zemljom sve dok se planet, barem djelomično, ne bi pretvorio u mjesto podnošljivije za ljudski život. Novo istraživanje sada nudi razrađeniji pogled na jedan od mogućih puteva prema takvoj promjeni. Umjesto starih, grubih procjena, znanstvenici su prvi put pratili kako bi se posebno dizajnirani aerosoli doista kretali i ponašali u marsovskoj atmosferi, a rezultati upućuju na to da bi takve čestice mogle pokrenuti znatno jače zagrijavanje nego što se dosad pretpostavljalo.

Od nuklearne ideje do aerosola

Jedna od najstarijih ideja polazila je od pretpostavke da bi Mars trebalo zagrijati pojačavanjem njegova stakleničkog učinka, primjerice otapanjem ledenih kapa sastavljenih od ugljikova dioksida. Elon Musk svojedobno je kao rješenje predlagao stalne nuklearne eksplozije s malim radioaktivnim padalinama, koje bi trebale djelovati poput umjetnih sunaca. Međutim, studija iz 2018. pokazala je da bi takav pristup prirodni staklenički učinak Marsa, koji pri tlaku od 6 milibara iznosi oko 5 Celzijevih stupnjeva, mogao povećati najviše do oko 20 milibara i površinu zagrijati za svega desetak stupnjeva. To je i dalje znatno premalo za porast od oko 30 stupnjeva ili više, koliko bi bilo potrebno da se na površini dugoročno održi stabilna tekuća voda.

Zbog toga su posljednjih godina pažnju privukle drukčije ideje, među njima i ispuštanje aerosola koji bi pojačali infracrveno zračenje i time zagrijavali tlo i niže slojeve atmosfere. Problem je bio u tome što su dosadašnji modeli takav scenarij promatrali previše pojednostavljeno. U pravilu su pretpostavljali da se aerosoli nakon ispuštanja rasporede u statičan, nepromjenjiv sloj, bez realnog prikaza njihova gibanja i bez dinamičkih povratnih veza s atmosferom.

U radu objavljenom u časopisu Geophysical Research Letters istraživači iz Sjedinjenih Američkih Država, Ujedinjene Kraljevine i Brazila nastojali su ispraviti upravo taj nedostatak. Umjesto pojednostavljenog prikaza u kojem aerosoli ostaju gotovo nepomični, modelirali su njihovo ispuštanje u marsovsku atmosferu i pratili kako se oblak čestica širi i mijenja u prostoru. Pritom su uočili snažne povratne veze između zračenja i atmosferske dinamike. Drugim riječima, čestice ne ostaju samo iznad mjesta ispuštanja, nego se najprije uzdižu u više slojeve atmosfere, a zatim se prenose diljem planeta, što otvara mogućnost da učinak zagrijavanja ne ostane lokalni, nego postane globalan.

Tim je razmatrao dva tipa čestica. Prvi su grafenski diskovi promjera oko 250 nanometara, a drugi aluminijske šipkice duge oko 8 mikrometara i široke oko 60 nanometara. Obje vrste upijaju i raspršuju toplinsko infracrveno zračenje koje se diže s površine Marsa.

Nagli skok nakon više godina

Važno je pritom da ni jedna od tih opcija nije bila optimizirana za maksimalno zagrijavanje, pa rezultati ne predstavljaju gornju granicu onoga što bi takav pristup možda mogao postići. Ipak, čestice su namjerno osmišljene tako da mnogo snažnije djeluju na toplinsko infracrveno zračenje nego na Sunčevu svjetlost. Model skupine koju je vodio Mark I. Richardson iz tvrtke Aeolis Research u Chandleru u Arizoni pokazao je da bi jedan neprekinuti izvor aerosola, pri ispuštanju od 0 do 60 litara u sekundi, mogao dovesti do stabilnog globalnog zasićenja za manje od četiri marsovske godine, odnosno za oko 7,5 zemaljskih godina.

U model je uklopljena i promjenjiva pozadinska količina prirodne prašine, koja također utječe na zračenje, i to na temelju opažačke baze podataka iz razdoblja s razmjerno malo oluja na Marsu. U trodimenzionalnom globalnom modelu autori su, među ostalim, pratili kako se mijenja prosječna temperatura površine pri ispuštanju infracrveno aktivnih aluminijskih čestica brzinom od 3 litre u sekundi, počevši od proljetnog ekvinocija na sjevernoj hemisferi Marsa, tijekom pet marsovskih godina, nakon čega je protok povećan na 60 litara u sekundi. Pokazalo se i da je vremenski okvir odziva gotovo neovisan o samoj brzini ispuštanja.

Nakon približno osam marsovskih godina prosječna temperatura površine naglo je porasla s tek 3 do 4 Celzijeva stupnja iznad početne razine na oko 25 stupnjeva iznad prirodne, nepromijenjene temperature Marsa. Oko 15. marsovske godine zagrijavanje se stabiliziralo na približno 35 stupnjeva. Prema autorima rada, to bi već trebalo biti dovoljno da se na površini planeta može održati tekuća voda.

Model ujedno pokazuje da učinak zagrijavanja ne ovisi presudno o godišnjem dobu na Marsu. Sezonske razlike kreću se oko plus ili minus 5 stupnjeva. Međutim, kad bi se ispuštanje aerosola prekinulo neposredno prije tog naglog temperaturnog skoka, atmosfera bi se na početno stanje vratila za otprilike četiri marsovske godine.

Autori pritom upozoravaju da su obuhvatili tek dio mnogo složenijeg problema. Otvorenih pitanja i dalje je mnogo, od povratnih veza povezanih s vodenim ciklusom do načina na koje bi se moglo spriječiti aglomeriranje, odnosno sljepljivanje čestica. Ako bi se niži slojevi atmosfere zagrijali iznad ledišta vode, porasla bi i količina vodene pare, a riječ je o stakleničkom plinu koji bi mogao dodatno pojačati zagrijavanje. S druge strane, moguće je i da bi aerosoli djelovali kao jezgre za nastanak leda ili kondenzaciju oblaka, čime bi se dio čestica uklanjao iz atmosfere.

Istodobno, snažniji površinski vjetrovi mogli bi podići još više prirodne prašine i tako stvoriti novu pozitivnu povratnu vezu. Upravo zato ovo istraživanje ne nudi gotov recept za terraformiranje Marsa, nego uvjerljiviji okvir za procjenu koliko je takav pothvat uopće fizički ostvariv. A bez razumijevanja tih složenih atmosferskih procesa svaka velika zamisao o budućem Marsu zasad ostaje prije svega na razini spekulacije.