27 страница. Żagiel magnetyczny mógłby wywierać siłę całkowicie równoważącą słoneczną grawitację

Żagiel magnetyczny mógłby wywierać siłę całkowicie równoważącą słoneczną grawitację, a odpowiednie zmniejszenie natężenia płynącego w kablach prądu powodowałoby zniesienie dowolnej części siły ciążenia Słońca. Dodam, nie wdając się w szczegóły, że możliwości te pozwalają statkowi lecącemu po trajektorii wokół Słońca przesunąć się na orbitę prowadzącą ku dowolnemu ciału w Układzie Słonecznym: wystarczy zmienić natężenie pola magnetycznego. Do wykonania takiego manewru nie byłby potrzebny nawet gram paliwa.

Obecnie niemożliwe byłoby zbudowanie żaglowców magnetycznych, ponieważ nie dysponujemy jeszcze kablami z nad-przewodników wysokotemperaturowych. Trwają jednak inten-

6 R. Zubrin i D. Andrews: Magnetic Sails and Interplanetary Travel, AIAA-98--2441, AIAA/ASME, 25th Joint Propulsion Conference, Monterey, Kalifornia, lipiec 1989. Praca została opublikowana w „Journal of Spacecraft and Rockets", kwiecień 1991.

322 • CZAS MARSA

sywne badania. Sądzę, że za 10 lub 20 lat będziemy już mieli odpowiedni rodzaj nadprzewodzącego kabla do produkcji doskonałych żaglowców magnetycznych.

Synteza termojądrowa

Reaktory termojądrowe wykorzystują pole magnetyczne, by uwięzić plazmę - zawierającą szczególne, bardzo gorące i silnie naładowane cząstki - w komorze próżniowej, gdzie mogą zderzać się i reagować. Ponieważ wysokoenergetyczne cząstki mają tendencję do stopniowego uwalniania się z pułapki magnetycznej, komora reaktora musi mieć pewien minimalny rozmiar, by zatrzymać cząstki przez okres wystarczający do zainicjowania reakcji termojądrowej. Wymóg zapewnienia minimalnej wielkości komory sprawia, że reaktory termojądrowe są mało atrakcyjne w przypadku zastosowań nie wymagających dużych ilości energii. W przyszłości, gdy ludzkość potrzebować będzie dziesiątki lub setki razy więcej energii niż obecnie, reaktory termojądrowe z całą pewnością staną się najpotężniejszymi i najtańszymi źródłami mocy.

Reaktory termojądrowe przydadzą się nie tylko w przyszłej energetyce. Będzie można je również wykorzystać do konstrukcji zaawansowanych systemów napędu rakietowego, zwłaszcza że w przestrzeni kosmicznej panuje próżnia, potrzebna w komorze reaktora. Największą wydajność zapewnia reakcja wykorzystująca deuter i hel 3 (D/3He), gdyż paliwo to charakteryzuje się najwyższym stosunkiem energii do masy spośród wszystkich spotykanych w przyrodzie. Jednak wydajność znacznie tańszej reakcji, wykorzystującej paliwo deuterowe (D-D) wynosi 60% reakcji D/3He. Zasada pracy silnika rakietowego, działającego dzięki kontrolowanej syntezie termojądrowej, jest następująca: plazma wydobywa się z jednego końca pułapki magnetycznej, następnie dodawany jest do niej zwykły wodór, a powstała mieszanina wyrzucana jest ze statku poprzez magnetyczną dyszę wylotową. Im więcej dodamy wodoru, tym większa będzie siła ciągu, lecz zarazem niższa prędkość

KOLONIZACJA MARSA «323

gazów odrzutowych. W przypadku podróży na Marsa mieszanina składałaby się w 99% z wodoru, a prędkość gazów odrzutowych wynosiłaby ponad 100 km/s (co odpowiada Isp równemu 10 000 s). Jeśli nie dodamy w ogóle wodoru, odpowiednio skonfigurowana reakcja syntezy termojądrowej pozwoliłaby teoretycznie osiągnąć niesamowicie duże prędkości gazów odrzutowych - 18 000 km/s (Isp =1,8 min s). Stosując czysty deuter można by osiągnąć prędkość wynoszącą 4% prędkości światła, a używając deuter/hel 3 - 6% prędkości światła! Choć siła ciągu rakiet osiągana dzięki syntezie czystych paliw D-D lub D/3He byłaby zbyt niska na potrzeby transportu w wewnętrznej części Układu Słonecznego, napęd termojądrowy umożliwiłby odbycie podróży do okolicznych gwiazd w czasie krótszym niż 100 lat. Statki kosmiczne z napędem termojądrowym potrzebowałyby paliwa jedynie do rozpoczęcia podróży, ponieważ do hamowania służyłby żagiel magnetyczny, wleczony przez plazmę ośrodka międzygwiazdowego.

Kiedyś rakiety z napędem wykorzystującym syntezę termojądrową sprawią, że podróż na Marsa będzie trwać tygodnie, a nie miesiące, jak obecnie; na przebycie odległości do Jowisza lub Saturna wystarczą miesiące, a nie lata, a podróże do systemów planetarnych innych gwiazd zajmą kilkadziesiąt lat, a nie tysiąclecia. Może się zdarzyć, że technologia napędu rakietowego, wykorzystującego syntezę termojądrową, powstanie jako konsekwencja rozwoju technologii energetyki termojądrowej na Ziemi, lecz równie prawdopodobne jest, iż narodzi się na Marsie. Pamiętajmy, że pierwsze niezawodne silniki parowe powstały na potrzeby statków parowych, a pierwsze solidne reaktory jądrowe - dla atomowych łodzi podwodnych. Nie bez powodu. Systemy ruchome, w przeciwieństwie do nieruchomych, bezustannie stwarzają zapotrzebowanie na opracowanie jeszcze nowocześniejszych technologii. Z punktu widzenia konsumenta kilowat energii jest zawsze taki sam, niezależnie od tego, czy został wyprodukowany w wyniku syntezy termojądrowej, czy spalania węgla. Statki kosmiczne z napędem termojądrowym otworzą jednak przed ludźmi zupełnie nowe horyzonty, zdecydowanie przewyższając inne technologie. Z tych

324 • CZAS MARSA

względów największa presja na opracowanie reaktorów termojądrowych będzie związana z potrzebami napędu kosmicznego: dla transportu międzyplanetarnego oraz biznesmanów, podróżujących na trasie Ziemia-Mars.

Obecnie prace badawcze nad kontrolowaną syntezą termojądrową ślimaczą się, głównie z powodu cięć budżetowych, dokonywanych przez krótkowzrocznych polityków, którzy ani nie chcą, ani nie potrafią zrozumieć potrzeb przyszłości.

Rozwój cywilizacji na Marsie może stworzyć podstawy rozwoju zaawansowanego społeczeństwa technologicznego, wymuszając opanowanie kontrolowanej syntezy termojądrowej.

ROZDZIAŁ 9

TERRAFORMOWANIE MARSA

Bóg stworzył świat, ale Holandię stworzyli Holendrzy.

przysłowie holenderskie

Dotąd zajmowaliśmy się perspektywami badania i kolonizacji Marsa w bliskiej przyszłości. Pora zająć się najpoważniejszym wyzwaniem, jakie dla ludzkości stanowi Czerwona Planeta - terraformowaniem.1'2 Czy potrafimy przekształcić Marsa tak, by całkowicie nadawał się do zamieszkania?

Na pierwszy rzut oka pomysł wygląda zupełnie nierealnie, jak czysta fantastyka. Niedawno podróże ludzi na Księżyc pozostawały domeną literatury science fiction, a dziś są przedmiotem badań historyków, podczas gdy inżynierowie pracują nad załogowymi wyprawami na Marsa. Większość ludzi uważa, że radykalna zmiana temperatury i atmosfery Czerwonej Planety, tak by osiągnąć warunki bardziej przypominające środowisko ziemskie, czyli terraformowanie Marsa, jest albo fantazją, albo zadaniem, które będzie można wykonać, dysponując technologiami odległej przyszłości. W przeciwieństwie do niektórych ekstremalnych koncepcji - takich jak podróże z prędkością większą od prędkości światła lub nanotechnologie - terraformowanie ma już jednak pewną historię: około 4 miliardów lat.

1 A. Clarke: Śniegi Olimpu. Ogród na Marsie. Prószyński i S-ka, Warszawa 1996.

2 M. Fogg: Terraforming: Engineering Planetary Environments. Society of Auto-motive Engineers, Warrendale, Pensylwania 1995.

326 • CZAS MARSA

Historia rozwoju życia na Ziemi to zarazem historia terrafor-mowania - dlatego nasza Błękitna Planeta jest dziś tak piękna. Gdy Ziemia powstała, w jej atmosferze nie było tlenu, tylko dwutlenek węgla i azot, powierzchnię zaś stanowiły bezwartościowe odłamki skalne. Całe szczęście, że w tym czasie Słońce świeciło z jasnością równą 70% dzisiejszej: gdyby nad młodą Ziemią świeciło dzisiejsze Słońce, gruba warstwa dwutlenku węgla w atmosferze spowodowałaby silny efekt cieplarniany, który zmieniłby środowisko planety w gorące, wrzące piekło, przypominające Wenus. Kolejna sprzyjająca okoliczność: na Ziemi wy ewoluowały organizmy przeprowadzające fotosyntezę i zaczęły przekształcać atmosferyczny dwutlenek węgla w tlen, a proces ten całkowicie zmienił warunki chemiczne, panujące na powierzchni planety. Dzięki temu nie doszło do galopującego efektu cieplarnianego i rozpoczęła się ewolucja aerobów, czyli tlenowców - organizmów wykorzystujących do oddychania tlen. Rozwój roślin i zwierząt powodował dalsze zmiany na powierzchni Ziemi: powstanie warstwy gleby i radykalną zmianę klimatu planety. Formy żywe kierują się egoistycznymi pobudkami, dlatego nie jest niespodzianką, że wszystkie powodowane przez nie modyfikacje warunków ziemskich przyczyniały się do zwiększenia szans przetrwania życia, powiększenia biosfery i przyspieszenia tempa ewolucji.

Ludzkość jest najnowszym, kolejnym adeptem sztuki zmieniania warunków zgodnie z własnymi potrzebami. Najstarsze cywilizacje stosowały meliorację, wysiewały rośliny uprawne, udomowiły zwierzęta i chroniły stada, by pełniej wykorzystać te obszary Ziemi, które najlepiej się nadawały do zamieszkania. W ten sposób poszerzyła się część biosfery dostępna ludzkości, zwiększyła się populacja, a przez to człowiek zyskał możliwość dalszego wpływania na środowisko i podtrzymywania wzrostu populacji w tempie wykładniczym. W wyniku tych działań Ziemia została dosłownie przekształcona w miejsce zamieszkania miliardów ludzi. Spora część ludzkości została zwolniona z konieczności codziennej walki o przetrwanie -dzięki temu niektórzy mogą przyglądać się nocnemu niebu i poszukiwać nowych światów.

TERRAFORMOWANIE MARSA • 327

Spotkać się można z opinią, że pomysł terraformowania Marsa jest heretycki - ponieważ ludzie bawiliby się w Boga. Inni zaś uważają, że terraformowanie stanowiłoby dzieło najpełniej dowodzące boskiej natury ludzkiego ducha, o czym najwy-datniej świadczyłoby przekształcenie wymarłego świata w żywą planetę. Moje poglądy i sympatie zbliżają mnie do grupy zwolenników drugiego podejścia, a nawet gotów jestem posunąć się jeszcze dalej. Sądzę, że niepowodzenie terraformowania Marsa świadczyłoby o niezdolności spełnienia naszej ludzkiej natury i niewywiązaniu się ze zobowiązań, które na nas, jako przedstawicielach życia, ciążą. Dziś żywa biosfera może się rozrastać i objąć zupełnie nowy świat. Ludzkość ze swoją inteligencją i technologiami stanowi wyjątkowy efekt ewolucji biologicznej, pozwalający zdobyć dla życia nowy ląd - pierwszy z wielu nowych światów w kosmosie. Niezliczone istoty żyły i umierały podczas przekształcania Ziemi w miejsce umożliwiające ludzkie istnienie. Nadszedł czas, byśmy wykonali swoje zadanie.

Postawmy ponownie pytanie: Czy potrafimy przekształcić Marsa tak, by całkowicie nadawał się do zamieszkania?

Przeanalizujmy to zagadnienie. Mimo że obecnie Mars jest zimny, suchy i prawdopodobnie pozbawiony życia, ma wszystkie pierwiastki i związki niezbędne do podtrzymywania życia: wodę, węgiel, tlen (związany w dwutlenku węgla) i azot. Możliwe do przyjęcia i zbliżone do ziemskich są warunki fizyczne panujące na Marsie: wartość siły ciążenia, prędkość obrotu planety wokół własnej osi, nachylenie osi obrotu do płaszczyzny orbity oraz odległość od Słońca. Mars wykazuje braki pod jednym tylko względem: ma niewielką atmosferę.

Ciśnienie atmosferyczne na poziomie morza na Ziemi wynosi l bar, czyli 1000 milibarów. (Bar jest jednostką ciśnienia: l bar = 100 000 paskali = 1000 hektopaskali, a l Pa = l N/m2. Milibar to jedna tysięczna część bara: l b = 1000 mbar. Bary i milibary są używane w meteorologii i będziemy się nimi posługiwać w mniejszych rozważaniach na temat terraformowania). Obecnie ciśnienie atmosfery Marsa, składającej się głównie z dwutlenku węgla, wynosi 6-10 mbar, znacznie mniej niż

328 • CZAS MARSA

1% ziemskiego ciśnienia atmosferycznego na poziomie morza. Wiemy jednak, że niegdyś atmosfera Marsa była dużo grubsza. Koryta rzeczne, widoczne na Czerwonej Planecie, świadczą o tym, że kiedyś po jej powierzchni płynęła woda, a woda w stanie ciekłym może występować jedynie w pewnym zakresie temperatur i ciśnienia. Pod ciśnieniem ziemskim, na powierzchni morza, ciekła woda może istnieć w temperaturach pomiędzy punktem zamarzania, 0°C, a punktem wrzenia, 100°C. Temperatury i ciśnienie na Marsie musiały być wyższe niż obecnie, skoro po powierzchni planety płynęła woda.

Mimo że dzisiejsza atmosfera Marsa jest cienka, naukowcy sądzą, iż na planecie istnieją zapasy dwutlenku węgla wystarczające, by doprowadzić do jej istotnego pogrubienia. Pokrywająca biegun południowy czapa suchego lodu dostarczy części potrzebnego gazu. Kolejna partia zawarta jest wewnątrz regoli-tu - luźnego skalistego materiału, pokrywającego powierzchnię planety. („Regolit" to astrogeologiczny termin, określający powierzchniową warstwę ziemi, glebę lub muł; odnosi się do dowolnego planetarnego ciała. „Gleba" to ziemski regolit). Wydzielenie się dwutlenku węgla z całego regolitu bardzo znacząco zwiększyłoby ciśnienie atmosferyczne, być może do wartości 30% ciśnienia na Ziemi, czyli do wysokości 300 mbar (prawie 1/3 bara). Ogrzanie planety spowoduje uwolnienie ogromnych zasobów uwięzionego dwutlenku węgla. To nie tylko teoria: wiemy, że wartości temperatury i ciśnienia na Marsie zmieniają się wraz z cyklem zmian odległości, dzielącej planetę od Słońca w trakcie obiegu po orbicie. Z powodu zmiany odległości planety od Słońca podczas marsjańskiego roku zmienia się ciśnienie atmosferyczne: o 20% więcej lub mniej od średniej rocznej.

Rzecz jasna, nie jesteśmy w stanie przesunąć Marsa na cieplejszą, bliższą Słońca orbitę. Znamy za to inną metodę ocieplenia planety, stosowaną w sposób nie kontrolowany na Ziemi przez ostatnie stulecie: zwiększanie temperatury w wyniku uwalniania lub wytwarzania gazów, które potrafią „uwięzić" promieniowanie podczerwone, czyli energię cieplną Słońca. Zjawisko to, zwane na Ziemi efektem cieplarnianym, jest rezul-

TERRAFORMOWANIE MARSA • 329

tatem wprowadzenia do atmosfery dwutlenku węgla, pochodzącego ze spalania paliw kopalnych i wytwarzania przez przemysł innych gazów cieplarnianych (czyli przyczyniających się do powstawania i nasilania efektu cieplarnianego). Identyczny proces może zajść również na Marsie, niezależnie od tego, czy go nazwiemy terraformowaniem, czy efektem cieplarnianym. Na Marsie atmosferyczna „cieplarnia" może powstać na przynajmniej trzy sposoby: poprzez ocieplanie wybranych obszarów powierzchni planety, by wydzielały duże ilości dwutlenku węgla, naturalnego gazu cieplarnianego; po drugie, poprzez budowanie na Marsie fabryk produkujących silnie działające, sztuczne gazy cieplarniane, takie jak chlorowcowe pochodne węglowodorów (freony); lub - po trzecie - gdy już warunki panujące na Marsie poprawią się dostatecznie w wyniku zastosowania jednej z powyższych metod, możemy wprowadzić na planetę bakterie wytwarzające naturalne gazy cieplarniane silniejsze niż dwutlenek węgla (lecz słabsze od freonów), na przykład amoniak lub metan.

Choć koncepcja terraformowania Marsa brzmi fantastycznie, to składające się na nią pomysły opierają się na solidnych podstawach. Najważniejszy jest pomysł doprowadzenia do sprzężenia zwrotnego, sytuacji, w której rezultaty procesu wzmacniają czynniki wywołujące jego zachodzenie. W przypadku marsjańskiego efektu cieplarnianego sprzężenie zwrotne powstać może w skutek powiązania ciśnienia atmosferycznego (grubości atmosfery) z temperaturą atmosfery. Ogrzanie Marsa spowoduje wydzielanie się gazowego dwutlenku węgla z czap polarnych i regolitu. Masy uwolnionego dwutlenku węgla pogrubią atmosferę i poprawią jej zdolność do więzienia ciepła. Z kolei zgromadzone w atmosferze ciepło spowoduje dalszy wzrost temperatury na powierzchni planety, a przez to zwiększenie ilości dwutlenku węgla, uwalnianego z czap polarnych i marsjańskiego regolitu. To właśnie stanowi klucz do terraformowania Marsa - im cieplej, tym atmosfera staje się grubsza; a im grubsza atmosfera, tym cieplej.

W następnym podrozdziale wyjaśniam, w jaki sposób można modelować podobne układy; przedstawię też rezultaty obliczeń

330 • CZAS MARSA

wynikające z przyjętego modelu. Stanowią one poważny argument za tym, że w XXI wieku ludzkość będzie mogła wywołać skuteczne zmiany środowiska, zmierzające do poprawy warunków mieszkalnych na powierzchni Czerwonej Planety. Wygląda na to, że naprawdę potrafimy terraformować Marsa.

Etapy terraformowania

Na Marsie występuje bardzo dużo dwutlenku węgla, podstawowego gazu cieplarnianego, większa jego część jest jednak uwięziona w czapach polarnych lub w regolicie. Ocieplenie Czerwonej Planety będzie wymagać skorzystania z obu tych źródeł, lecz do zapoczątkowania procesu użyty zostanie dwutlenek węgla z biegunów.

Prowadząc wraz z Chrisem McKayem obliczenia, wykorzystujące modele klimatu Marsa, wykazaliśmy, że niewielki, lecz trwały wzrost temperatury na południowym biegunie Marsa -o zaledwie 4°C - może zapoczątkować galopujący efekt cieplarniany prowadzący do wyparowania czapy polarnej. (Dla czytelników pragnących poznać szczegóły równań umieściłem na końcu rozdziału bardziej specjalistyczny dodatek, który opisuje model przyjęty za podstawę obliczeń związanych z terraformo-waniem). W miarę parowania czapy polarnej rośnie temperatura i ciśnienie atmosfery planety i rozpoczyna się uwalnianie ogromnych ilości dwutlenku węgla z regolitu. Krótko mówiąc, nieznaczny wzrost temperatury na biegunie południowym, o 4°C, może doprowadzić do wzrostu temperatury na całej planecie o kilkadziesiąt stopni oraz wzrostu ciśnienia z 6 mbar do kilkuset milibarów.

Mogłoby się wydawać, że podniesienie temperatury na południowym biegunie o 4°C nie wystarczy, by zapoczątkować podobną transformację planety. Sytuacja jednakże przypomina piramidę z jabłek ustawioną w sklepie warzywnym: wystarczy usunąć jedno jabłko z dołu, a cała konstrukcja runie. Nietrudno zburzyć piramidę, chociaż ktoś długo i cierpliwie ustawiał jabłka w pozycji delikatnej i nietrwałej równowagi.

TERRAFORMOWANIE MARSA • 331

Podobnie jest z czapą lodową na południowym biegunie Marsa. Składa się ona z suchego lodu, czyli zamarzniętego dwutlenku węgla. Dwutlenek węgla można scharakteryzować poprzez wielkość, zwaną prężnością pary, równą ciśnieniu pary nasyconej w stanie równowagi termodynamicznej z cieczą. Prężność pary stanowi miarę skłonności substancji do zmiany stanu skupienia do stanu gazowego, czyli pary. Wartość prężności pary wynika z temperatury, więc gdy ogrzewamy substancję, zwiększamy prężność pary; substancja będzie wówczas szybciej zmieniać się w parę lub gaz. Prężność pary dwutlenku węgla w temperaturze 147 K wynosi 6 mbar -obecną wartość na południowym biegunie Marsa. (Aby otrzymać wartość w stopniach Celsjusza, od temperatury podanej w kelwinach trzeba odjąć 273. Dlatego 273 K = 0°C, a 147 K = -126°C). Warunki równowagi na południowym biegunie Marsa są właśnie takie: temperatura 147 K i ciśnienie 6 mbar. Dopóki temperatura bieguna wynosi mniej więcej 147 K, trudno doprowadzić do zwiększenia ciśnienia dwutlenku węgla powyżej 6 mbar, ponieważ dodatkowy dwutlenek węgla wytrąci się z równowagi i powróci do postaci suchego lodu w czapie polarnej.

Co by się stało, gdybyśmy sztucznie zwiększyli temperaturę na biegunie? Później powrócimy do kwestii realizacji tego celu za pomocą dużych, znajdujących się na orbicie luster służących do skupiania światła słonecznego na okolicach bieguna południowego; na razie przyjmijmy, że zaczęliśmy ogrzewać biegun. W konsekwencji wzrostu temperatury rośnie prężność pary dwutlenku węgla, co powoduje, że większe ilości tego związku mogą wyparować do atmosfery z bieguna. Wprawdzie prężność pary - miara skłonności substancji do przechodzenia w stan gazowy, oraz ciśnienie atmosferyczne - miara rzeczywistego ciężaru warstwy atmosfery nad powierzchnią planety, to dwie zupełnie odmienne wielkości, można jednak stwierdzić, że wzrost prężności pary dwutlenku węgla na biegunie wywołuje (poprzez wpompowywanie do atmosfery planety ogromnych ilości CO2 z parującego bieguna) wzrost globalnej wartości ciśnienia atmosferycznego. Znamy prężność pary na-

332 • CZAS MARSA

syconej dwutlenku węgla w dowolnej temperaturze - możemy ją odnaleźć w tabelach chemicznych - i wiemy, że dwutlenek węgla w takich samych warunkach zachowuje się identycznie na Ziemi i na Marsie. Znamy również, choć z mniejszą dokładnością, zdolność warstwy dwutlenku węgla w atmosferze planety do wywoływania efektu cieplarnianego; dlatego możemy z sensowną dokładnością oszacować wielkość wzrostu temperatury w wyniku pogrubienia atmosfery. Rozumiemy sytuację panującą na biegunie, znaczenie prężności i jej powiązanie z temperaturą: czas przystąpić do obliczeń ukazujących, w jaki sposób można ruszyć z kopyta z terraformowaniem Marsa.

Na początek przyjrzyjmy się rysunkowi 9.1. Przedstawia wyniki zastosowania modelu mojego i McKaya do sytuacji na południowym biegunie Marsa, przy założeniu, że dwutlenek węgla występuje tam w ilości wystarczającej do utworzenia wokół planety atmosfery o ciśnieniu 50-100 mbar. Wykres ukazuje temperaturę na biegunie w zależności od ciśnienia atmosferycznego, a prężność pary nasyconej - w zależności od temperatury na biegunie. Zwróćmy uwagę na dwa punkty, A i B, gdzie krzywe się przecinają. Te dwa punkty stanowią położenia równowagi atmosfery Marsa, w których średnie ciśnienie atmosferyczne (P - ciśnienie atmosferyczne na średniej wysokości powierzchni Marsa, mierzone w milibarach) i temperatura na biegunie (T - w kelwinach), podawane przez obie krzywe, są ze sobą konsystentne. Punkt A określa położenie równowagi trwałej, a B - nietrwałej, co wynika ze zbadania zachowania układu w punktach innych niż położenia równowagi. Jeśli krzywa temperatury leży ponad krzywą prężności pary, na wykresie układ będzie przesuwać się w prawą stronę, ku większym wartościom ciśnienia i temperatury: sytuacja taka odpowiada galopującemu efektowi cieplarnianemu. Jeśli zaś krzywa temperatury leży poniżej krzywej prężności pary, układ będzie się przesuwać w lewą stronę, ku mniejszym wartościom ciśnienia i temperatury; byłby to galopujący „efekt lodówkowy". Obecnie Mars znajduje się w punkcie równowagi A, o ciśnieniu 6 mbar i temperaturze około 147 K na biegunie.

TERRAFORMOWANIE MARSA • 333

EFEKT CIEPLARNIANY SPOWODOWANY UWOLNIENIEM CO2 UWIĘZIONEGO NA BIEGUNACH MARSA

180 -

160 -

140 -

ciśnienie pary temperatura bieguna

0,1

10 ciśnienie [mb]

Rys. 9. l. Dynamika współzależności czapy polarnej i marsjańskiej atmosfery. Obecnie Mars jest w położeniu równowagi A. Wzrost temperatury o 4°C spowoduje zlanie się punktów równowagi A i B, co doprowadzi do galopującego rozgrzewania atmosfery i, w końcu, do zniknięcia czapy lodowej.

Zastanówmy się teraz, co by się stało, gdyby w sposób sztuczny temperatura na marsjańskim biegunie została zwiększona o parę kelwinów. W miarę wzrostu temperatury cała krzywa temperatury przesunie się na wykresie w górę, a punkty A i B zbliżą się do siebie. Przy wzroście temperatury wynoszącym 4 K krzywa temperatury przesunie się w górę na tyle, że znajdzie się ponad krzywą prężności we wszystkich punktach. W konsekwencji doszłoby do galopującego efektu cieplarnianego, pociągającego wyparowanie całych czap polarnych podczas niespełna dziesięciu lat. Gdy ciśnienie i temperatura przewyższą obecne wartości dla punktu B, galopujący efekt cieplarniany będzie zachodzić na Marsie nawet bez sztucznego ogrzewania, a więc atmosfera pozostanie w osiągniętym położeniu po zakończeniu ogrzewania biegunów.

Дата добавления: 2015-10-28