Как превратить Марс в Землю: искусственная магнитосфера и плазменное кольцо на орбите

Для организации в отдалённом будущем колоний на Марсе необходимо обеспечить защиту их обитателей от космического излучения, воссоздав на планете магнитное поле, похожее на земное. Один из проектов терраформирования предлагает использовать для этого материал со спутника Марса Фобоса, который можно рассеять вдоль его орбиты, образовав слой плазмы из заряженных частиц. Этот плазменный тор будет действовать как катушка соленоида, обеспечив в центре орбиты защитную магнитосферу достаточной интенсивности.

Искусственная магнитосфера вокруг Марса должна защитить планету от потоков солнечного ветра.

Колонизация, и тем более терраформирование Марса — проект, который можно будет реализовать только в отдалённом будущем (если вообще можно), когда в распоряжении человека будет достаточно энергии и ресурсов, чтобы доставить на Марс все необходимые компоненты для организации поселения или хотя бы для работы обитаемой станции. Кроме атмосферы, воды и других ресурсов для длительного существования марсианской колонии необходимо обеспечить защиту живых существ от космического излучения. На Земле с этим справляются плотная атмосфера и магнитное поле. Защитная функция магнитного поля состоит в том, что оно отклоняет высокоэнергетические заряженные частицы солнечного ветра — благодаря этому в высоких широтах мы можем наблюдать полярные сияния. Кроме защиты живых организмов от излучения магнитосфера не даёт солнечному ветру сдуть в космос воздух на планете. На раннем Марсе, скорее всего, присутствовал значительный слой атмосферы, но из-за различных причин, одна из которых — практическое отсутствие магнитного поля, она быстро, по планетарным меркам, улетучилась.

Воссоздать земное магнитное поле на Марсе нельзя. Магнитное поле Земли, как считается, создаётся благодаря находящемуся в движении её жидкому проводящему ядру, в основном состоящему из расплава железа и никеля. Конвекция в ядре из-за вращения Земли вызывает движение заряженных частиц в проводящей среде, создавая земное магнитное поле. Это довольно сложный эффект геомагнитного динамо, для которого кроме вращения Земли и значительного по размерам жидкого металлического ядра необходима и высокая температура в центре Земли, обеспечивающая конвекцию.

Читайте также  В штате Амазонас горят тропические леса, и последствия этого гораздо хуже, чем последствия лесных пожаров Сибири

Подробнее про магнитное поле Земли можно прочитать в большой статье по ссылке.

Марс значительно меньше и холоднее Земли. Как недавно удалось установить при помощи марсианской станции-сейсмометра InSight, возможно, он даже обладает жидким ядром радиусом около 1800 километров (о недавних результатах исследования внутренней структуры Марса читайте здесь). Однако в любом случае магнитное динамо на Марсе давно поломалось (если оно и существовало когда-то), и у нас нет возможности его запустить. Вместо этого в будущем более простой задачей может оказаться создание на планете искусственного магнитного поля.

Проекты создания магнитного поля на Марсе предлагали и раньше. Обычно решение заключалось в размещении на поверхности или на орбите магнитной катушки — соленоида, который мог бы обеспечить минимальную защиту, возможно, локально какой-либо области поверхности. Варианты такого подхода включают использование сверхдлинного сверхпроводящего проводника с током (вокруг всей планеты), который и должен создать магнитное поле, или сети станций. Статья в Acta Astronautica предлагает новое решение, которое может сработать на планетарном уровне.

Возможные способы создания магнитосферы на Марсе: a) магнитное динамо с использованием жидкого ядра планеты; b) токовая петля; c) кольцо из отдельных станций; d) плазменный тор на орбите. Acta Astronautica 190, 323 (2022).

Для создания сильного магнитного поля в планетарном масштабе необходим мощный поток заряженных частиц. Такой поток может проходить или в глубине планеты, или снаружи вокруг неё. Поскольку с внутренними потоками в марсианском ядре, очевидно, не сложилось, остаётся вторая возможность. Такое кольцо из заряженных частиц, обращающихся вокруг Марса, предложили создать при помощи спутника Марса Фобоса.

Фобос — больший из двух марсианских спутников и он находится на своей орбите близко к поверхности Марса (6 тысяч километров от поверхности). Один оборот по орбите он совершает за восемь часов. Для создания потока заряженных частиц предложено ионизировать материал с его поверхности. После этого частицы разгоняются, создавая плазменный тор вдоль орбиты Фобоса. Такой поток движущихся заряженных частиц создаст достаточно сильное магнитное поле, которое сможет защитить обитателей Марса. Аналогичные процессы происходят на самом близком из крупнейших спутников Юпитера, Ио. Материал, попадающий в космическое пространство при извержениях многочисленных вулканов на Ио, ионизируется под воздействием магнитосферы Юпитера и создаёт именно такой плазмоидный тор вдоль орбиты спутника. Но на системе Юпитер — Ио генерация плазмы происходит благодаря сильному магнитному полю Юпитера, к тому же интенсивно перемещающемуся из-за быстрого вращения планеты-гиганта. Авторы предполагают, что подобный механизм в будущем можно воспроизвести, испаряя материал с поверхности Фобоса или Деймоса, например, используя в качестве источника энергии ядерный реактор прямо на марсианском спутнике. Ионизации выброшенных в космическое пространство частиц может поспособствовать магнитное поле Солнца, интенсивности которого на расстоянии 1,3 астрономических единицы, то есть на орбите Марса, всё ещё должно хватить для этого. Заряженные частицы ещё нужно ускорить до космических скоростей, чтобы они держались на орбите и не вымывались солнечным ветром.

Читайте также  Регенерировать как аксолотль: рецепт в сигнальных путях макрофагов

Создание марсианского магнитного поля потоком плазмы в виде заряженных частиц на орбите Фобоса.

Несложно рассчитать по порядку величины минимально необходимые энергетические затраты для реализации такого проекта. Так, магнитное поле подходящей интенсивности (которое может эффективно защитить от солнечного ветра всю поверхность планеты), по оценкам авторов, должно иметь энергию порядка 1017 Дж — это абсолютный минимум энергии, которым нужно располагать на Марсе. Ещё нужно учесть затраты на «разворачивание» магнитного поля и соответствующей инфраструктуры и на энергетические потери, например, в проводниках — они могут оказаться на порядки больше. Суммарное годовое потребление электроэнергии на Земле в 2020 году больше на три порядка (около 5 × 1020 Дж).

Идея наделения Марса магнитным полем, как и все другие проекты терраформирования пока что выглядит как визионерский проект отдалённого будущего. Разумеется, пока что никто не предполагает конструкторские разработки генератора марсианского магнитного поля даже на проектной стадии — для этого нет ни необходимых запасов энергии, ни технических решений (фактически это проект токамака на марсианской орбите). Но сам подход можно использовать на объектах, значительно меньших, чем планета. Таким способом можно было бы создавать защитную «магнитосферу в миниатюре» на пилотируемых космических кораблях или на лунных станциях, строительство которых уже не за горами.

Полярные сияния на Земле возникают из-за взаимодействия заряженных космических частиц с магнитосферой — рис. 1872 г. (подробнее см. статью).

Источник: 22century.ru

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Бизнес-идеи и бизнес-планы
Добавить комментарий