La terraformación de Marte o terraformación de Marte es un procedimiento hipotético que consistiría en un proyecto de ingeniería planetaria o proyectos concurrentes que aspiraran a transformar Marte de un planeta hostil a la vida terrestre a uno que pudiera albergar de manera sostenible a humanos y otras formas de vida libres de protección o mediación. . El proceso implicaría la modificación del clima , la atmósfera y la superficie existentes del planeta a través de una variedad de iniciativas que requieren un uso intensivo de recursos, así como la instalación de un sistema o sistemas ecológicos novedosos .
Las justificaciones para elegir Marte sobre otros posibles objetivos de terraformación incluyen la presencia de agua y una historia geológica que sugiere que alguna vez albergó una atmósfera densa similar a la de la Tierra. Los peligros y dificultades incluyen baja gravedad, suelo tóxico, bajos niveles de luz en relación con la Tierra y la falta de un campo magnético .
Existe desacuerdo sobre si la tecnología actual podría hacer que el planeta sea habitable. Las razones para oponerse a la terraformación incluyen preocupaciones éticas sobre la terraformación y el costo considerable que implicaría tal empresa. Las razones para terraformar el planeta incluyen disipar las preocupaciones sobre el uso y agotamiento de los recursos en la Tierra y los argumentos de que la alteración y el asentamiento posterior o simultáneo de otros planetas disminuye las probabilidades de extinción de la humanidad .
El crecimiento futuro de la población, la demanda de recursos y una solución alternativa al argumento del fin del mundo pueden requerir la colonización humana de cuerpos distintos de la Tierra , como Marte , la Luna y otros objetos. La colonización espacial facilitaría la recolección de la energía y los recursos materiales del Sistema Solar . [2]
En muchos aspectos, Marte es el más parecido a la Tierra de todos los demás planetas del Sistema Solar. Se cree [3] que Marte tenía un entorno más parecido a la Tierra al principio de su historia geológica , con una atmósfera más espesa y agua abundante que se perdió en el transcurso de cientos de millones de años a través del escape atmosférico . Dados los fundamentos de similitud y proximidad, Marte sería uno de los objetivos de terraformación más plausibles en el Sistema Solar.
Los efectos secundarios de la terraformación incluyen el posible desplazamiento o destrucción de cualquier vida indígena , si dicha vida existe. [4] [5] [6] [7]
El entorno marciano presenta varios desafíos de terraformación que superar y el alcance de la terraformación puede verse limitado por ciertos factores ambientales clave. El proceso de terraformación tiene como objetivo mitigar las siguientes distinciones entre Marte y la Tierra, entre otras:
Marte no tiene un campo magnético global intrínseco, pero el viento solar interactúa directamente con la atmósfera de Marte, lo que lleva a la formación de una magnetosfera a partir de tubos de campo magnético . [15] Esto plantea desafíos para mitigar la radiación solar y retener la atmósfera.
La falta de un campo magnético, su masa relativamente pequeña y su fotoquímica atmosférica habrían contribuido a la evaporación y pérdida de su agua líquida superficial con el tiempo. [16] La eyección de átomos atmosféricos marcianos inducida por el viento solar ha sido detectada por sondas en órbita de Marte, lo que indica que el viento solar ha despojado la atmósfera marciana con el tiempo. A modo de comparación, si bien Venus tiene una atmósfera densa, solo tiene trazas de vapor de agua (20 ppm), ya que carece de un gran campo magnético inducido por dipolos. [15] [17] [16] La capa de ozono de la Tierra proporciona protección adicional. La luz ultravioleta se bloquea antes de que pueda disociar el agua en hidrógeno y oxígeno. [18]
La gravedad de la superficie de Marte es el 38% de la de la Tierra. No se sabe si esto es suficiente para prevenir los problemas de salud asociados con la ingravidez . [19]
CO de Marte
2La atmósfera tiene aproximadamente el 1% de la presión de la Tierra al nivel del mar. Se estima que hay suficiente CO
2hielo en el regolito y el casquete polar sur para formar una atmósfera de 30 a 60 kilopascales [kPa] (4,4 a 8,7 psi) si es liberado por el calentamiento planetario. [20] La reaparición de agua líquida en la superficie marciana aumentaría los efectos de calentamiento y la densidad atmosférica, [20] pero la menor gravedad de Marte requiere 2,6 veces la masa de aire de la columna de la Tierra para obtener la presión óptima de 100 kPa (15 psi) en la superficie marciana. superficie. [21] Se deben suministrar volátiles adicionales para aumentar la densidad de la atmósfera desde una fuente externa, como la redirección de varios asteroides masivos (entre 40 y 400 mil millones de toneladas en total) que contienen amoníaco ( NH
3) como fuente de nitrógeno . [20]
Las condiciones actuales en la atmósfera marciana, a menos de 1 kPa (0,15 psi) de presión atmosférica, están significativamente por debajo del límite de Armstrong de 6 kPa (0,87 psi), donde una presión muy baja provoca la exposición de líquidos corporales como saliva, lágrimas y líquidos. humedecer los alvéolos dentro de los pulmones para que se evaporen. Sin un traje presurizado , ninguna cantidad de oxígeno respirable suministrada por ningún medio mantendrá la vida respirable de oxígeno durante más de unos pocos minutos. [22] [23] En el informe técnico de la NASA Emergencias de descompresión rápida (explosiva) en sujetos con presión adecuada , después de la exposición a una presión por debajo del límite de Armstrong, un sobreviviente informó que su "último recuerdo consciente fue el agua en su lengua que comenzaba a salir ". hervir". [23] En estas condiciones, los humanos mueren en cuestión de minutos a menos que un traje presurizado proporcione soporte vital.
Si la presión atmosférica de Marte pudiera superar los 19 kPa (2,8 psi), entonces no se necesitaría un traje presurizado. Los visitantes solo necesitarían usar una máscara que suministrara 100% de oxígeno bajo presión positiva. Un aumento adicional a 24 kPa (3,5 psi) de presión atmosférica permitiría una máscara simple que suministrara oxígeno puro. [24] [ se necesita aclaración ] Esto podría parecerse a los alpinistas que se aventuran en presiones inferiores a 37 kPa (5,4 psi), también llamada zona de la muerte , donde una cantidad insuficiente de oxígeno embotellado a menudo ha resultado en hipoxia con muertes. [25] Sin embargo, si el aumento de la presión atmosférica se lograra aumentando el CO 2 (u otro gas tóxico), la máscara tendría que garantizar que la atmósfera externa no entrara en el aparato respiratorio. Concentraciones de CO 2 tan bajas como el 1% provocan somnolencia en los seres humanos. Concentraciones del 7% al 10% pueden provocar asfixia, incluso en presencia de suficiente oxígeno. (Ver Toxicidad del dióxido de carbono ).
En 2021, el rover de la NASA Perseverance pudo producir oxígeno en Marte. Sin embargo, el proceso es complejo y requiere una cantidad de tiempo considerable para producir una pequeña cantidad de oxígeno. [26]
Según los científicos, Marte existe en el borde exterior de la zona habitable , una región del Sistema Solar donde se podría mantener agua líquida en la superficie si los gases de efecto invernadero concentrados pudieran aumentar la presión atmosférica. [20] La falta de campo magnético y actividad geológica en Marte puede ser el resultado de su tamaño relativamente pequeño, que permitió que el interior se enfriara más rápidamente que el de la Tierra, aunque los detalles de tal proceso aún no se comprenden bien. [27] [28]
Hay fuertes indicios de que Marte alguna vez tuvo una atmósfera tan espesa como la de la Tierra durante una etapa anterior de su desarrollo, y que su presión sostenía abundante agua líquida en la superficie . [29] Aunque parece que alguna vez hubo agua en la superficie marciana, actualmente existe hielo terrestre desde latitudes medias hasta los polos. [30] [31] El suelo y la atmósfera de Marte contienen muchos de los principales elementos cruciales para la vida, incluidos azufre, nitrógeno, hidrógeno, oxígeno, fósforo y carbono. [32]
Es probable que cualquier cambio climático inducido a corto plazo sea impulsado por el calentamiento de efecto invernadero producido por un aumento del dióxido de carbono atmosférico ( CO
2) y el consiguiente aumento del vapor de agua atmosférico. Estos dos gases son las únicas fuentes probables de calentamiento de efecto invernadero disponibles en grandes cantidades en el entorno de Marte. [33] Existen grandes cantidades de hielo de agua debajo de la superficie marciana, así como en la superficie de los polos, donde se mezcla con hielo seco , CO 2 congelado . En el polo sur de Marte se encuentran cantidades importantes de agua que, si se derritieran, equivaldrían a un océano planetario de entre 5 y 11 metros de profundidad. [34] [35] El dióxido de carbono (CO 2 ) congelado en los polos se sublima en la atmósfera durante los veranos marcianos, y quedan pequeñas cantidades de residuos de agua, que los rápidos vientos barren de los polos a velocidades cercanas a los 400 km/h ( 250 mph). [ cita necesaria ] [ ¿ investigación original? ] Este fenómeno estacional transporta grandes cantidades de polvo y hielo de agua a la atmósfera, formando nubes de hielo similares a las de la Tierra . [36]
La mayor parte del oxígeno de la atmósfera marciana está presente en forma de dióxido de carbono (CO 2 ), el principal componente atmosférico. El oxígeno molecular (O 2 ) sólo existe en cantidades mínimas. También se pueden encontrar grandes cantidades de oxígeno en los óxidos metálicos de la superficie marciana y en el suelo, en forma de pernitratos . [37] Un análisis de muestras de suelo tomadas por el módulo de aterrizaje Phoenix indicó la presencia de perclorato , que se ha utilizado para liberar oxígeno en generadores químicos de oxígeno . [38] La electrólisis podría emplearse para separar el agua de Marte en oxígeno e hidrógeno si hubiera suficiente agua líquida y electricidad disponibles. Sin embargo, si se expulsara a la atmósfera, escaparía al espacio.
Terraformar Marte implicaría tres grandes cambios entrelazados: la formación de la magnetosfera, la formación de la atmósfera y el aumento de la temperatura. La atmósfera de Marte es relativamente delgada y tiene una presión superficial muy baja. Debido a que su atmósfera está compuesta principalmente de CO 2 , un conocido gas de efecto invernadero , una vez que Marte comienza a calentarse, el CO 2 puede ayudar a mantener la energía térmica cerca de la superficie. Además, a medida que se calienta, debería entrar en la atmósfera más CO 2 procedente de las reservas congeladas de los polos, intensificando el efecto invernadero . Esto significa que los dos procesos de construir la atmósfera y calentarla se complementarían mutuamente, favoreciendo la terraformación. Sin embargo, sería difícil mantener unida la atmósfera debido a la falta de un campo magnético global protector contra la erosión del viento solar . [39] [40] [41] [42]
Un método para aumentar la atmósfera marciana es introducir amoníaco (NH 3 ). Es probable que existan grandes cantidades de amoníaco en forma congelada en planetas menores que orbitan en el Sistema Solar exterior . Podría ser posible redirigir las órbitas de estos u objetos más pequeños ricos en amoníaco para que colisionen con Marte, transfiriendo así el amoníaco a la atmósfera marciana. [43] [20] Sin embargo, el amoníaco no es estable en la atmósfera marciana. Al cabo de unas horas se descompone en nitrógeno (diatómico) e hidrógeno. [44] Por lo tanto, aunque el amoníaco es un poderoso gas de efecto invernadero , es poco probable que genere mucho calentamiento planetario. Presumiblemente, el gas nitrógeno eventualmente se agotaría mediante los mismos procesos que despojaron a Marte de gran parte de su atmósfera original, pero se cree que estos procesos requirieron cientos de millones de años. Al ser mucho más ligero, el hidrógeno se eliminaría mucho más rápidamente. El dióxido de carbono tiene 2,5 veces la densidad del amoníaco, y el gas nitrógeno, que Marte apenas retiene, tiene más de 1,5 veces la densidad, por lo que cualquier amoníaco importado que no se descompusiera también se perdería rápidamente en el espacio.
Otra forma de crear una atmósfera marciana sería importar metano (CH 4 ) u otros hidrocarburos , [45] [46] que son comunes en la atmósfera de Titán y en su superficie ; el metano podría liberarse a la atmósfera, donde actuaría agravando el efecto invernadero. [47] Sin embargo, al igual que el amoníaco (NH 3 ), el metano (CH 4 ) es un gas relativamente ligero. De hecho, es incluso menos denso que el amoníaco y, por lo tanto, se perdería en el espacio si se introdujera, y a un ritmo más rápido que el amoníaco. Incluso si se pudiera encontrar un método para evitar que escape al espacio, el metano puede existir en la atmósfera marciana sólo durante un período limitado antes de ser destruido. Las estimaciones de su vida útil oscilan entre 0,6 y 4 años. [48] [49]
Se han sugerido gases de efecto invernadero especialmente potentes, como el hexafluoruro de azufre , los clorofluorocarbonos (CFC) o los perfluorocarbonos (PFC), como medio para calentar inicialmente Marte y mantener la estabilidad climática a largo plazo. [20] [21] [50] [33] Se propone la introducción de estos gases porque generan un efecto invernadero miles de veces más fuerte que el del CO 2 . Los compuestos a base de flúor, como el hexafluoruro de azufre y los perfluorocarbonos, son preferibles a los a base de cloro, ya que estos últimos destruyen el ozono . Se ha estimado que sería necesario introducir aproximadamente 0,3 microbares de CFC en la atmósfera de Marte para sublimar los glaciares de CO 2 del polo sur. [50] Esto equivale a una masa de aproximadamente 39 millones de toneladas, es decir, aproximadamente tres veces la cantidad de CFC fabricados en la Tierra entre 1972 y 1992 (cuando la producción de CFC fue prohibida por un tratado internacional). [50] Mantener la temperatura requeriría la producción continua de dichos compuestos, ya que se destruyen debido a la fotólisis. Se ha estimado que la introducción de 170 kilotones de compuestos óptimos de efecto invernadero (CF 3 CF 2 CF 3 , CF 3 SCF 2 CF 3 , SF 6 , SF 5 CF 3 , SF 4 (CF 3 ) 2 ) anualmente sería suficiente para mantener un Efecto invernadero de 70 K dado una atmósfera terraformada con presión y composición similares a las de la Tierra. [21]
Las propuestas típicas prevén producir gases en Marte utilizando materiales extraídos localmente, energía nuclear y un esfuerzo industrial significativo. El potencial de la extracción de minerales que contienen flúor para obtener la materia prima necesaria para la producción de CFC y PFC está respaldado por estudios mineralógicos de Marte que estiman la presencia elemental de flúor en la composición global de Marte en 32 ppm en masa (en comparación con 19,4 ppm para la Tierra). [21]
Alternativamente, los CFC podrían introducirse enviando cohetes con cargas útiles de CFC comprimidos en curso de colisión con Marte. [37] Cuando los cohetes chocaran contra la superficie, liberarían sus cargas útiles a la atmósfera. Un bombardeo constante de estos "cohetes CFC" tendría que mantenerse durante poco más de una década mientras Marte cambiaba químicamente y se calentaba.
Se podrían colocar espejos hechos de una fina película de PET aluminizada en órbita alrededor de Marte para aumentar la insolación total que recibe. [20] Esto dirigiría la luz solar hacia la superficie y podría aumentar la temperatura de la superficie de Marte directamente. El espejo de 125 km de radio podría posicionarse como una estatita , aprovechando su eficacia como vela solar para orbitar en una posición estacionaria respecto a Marte, cerca de los polos, para sublimar el CO.
2capa de hielo y contribuir al calentamiento del efecto invernadero. Sin embargo, se han encontrado ciertos problemas con esto. La principal preocupación es la dificultad de lanzar grandes espejos desde la Tierra. [20]
Reducir el albedo de la superficie marciana también haría un uso más eficiente de la luz solar entrante en términos de absorción de calor. [51] Esto podría lograrse esparciendo polvo oscuro de las lunas de Marte, Fobos y Deimos , que se encuentran entre los cuerpos más negros del Sistema Solar; o introduciendo formas de vida microbiana extremófila oscura como líquenes , algas y bacterias. [ cita necesaria ] El suelo entonces absorbería más luz solar, calentando la atmósfera. Sin embargo, Marte ya es el segundo planeta más oscuro del sistema solar y absorbe más del 70% de la luz solar entrante, por lo que las posibilidades de oscurecerlo aún más son pequeñas.
Si se establecieran algas u otra vida verde, también contribuirían con una pequeña cantidad de oxígeno a la atmósfera, aunque no suficiente para permitir que los humanos respiren. El proceso de conversión para producir oxígeno depende en gran medida del agua, sin la cual el CO 2 se convierte principalmente en carbohidratos. [52] Además, debido a que en Marte el oxígeno atmosférico se pierde en el espacio (a menos que se creara una magnetosfera artificial; consulte "Protección de la atmósfera" más adelante), esa vida tendría que cultivarse dentro de un sistema cerrado.
El 26 de abril de 2012, los científicos informaron que los líquenes sobrevivieron y mostraron resultados notables sobre la capacidad de adaptación de la actividad fotosintética dentro del tiempo de simulación de 34 días en condiciones marcianas en el Laboratorio de Simulación de Marte (MSL) mantenido por el Centro Aeroespacial Alemán (DLR). [53] [54]
Un último problema con la reducción del albedo son las comunes tormentas de polvo marcianas . Estos cubren todo el planeta durante semanas y no solo aumentan el albedo, sino que también impiden que la luz solar llegue a la superficie. Se ha observado que esto provoca una caída de la temperatura de la superficie de la que el planeta tarda meses en recuperarse. [55] Una vez que el polvo se asienta, cubre todo lo que aterriza, borrando efectivamente el material de reducción del albedo de la vista del Sol .
Desde 2014, el programa del Instituto de Conceptos Avanzados (NIAC) de la NASA y Techshot Inc han estado trabajando juntos para desarrollar biodomos sellados que emplearían colonias de cianobacterias y algas productoras de oxígeno para la producción de oxígeno molecular (O 2 ) en suelo marciano. [56] [57] [58] Pero primero necesitan probar si funciona a pequeña escala en Marte. [59] La propuesta se llama Mars Ecopoiesis Test Bed. [60] Eugene Boland es el científico jefe de Techshot, una empresa ubicada en Greenville, Indiana. [56] Tienen la intención de enviar pequeños botes de algas fotosintéticas extremófilas y cianobacterias a bordo de una futura misión rover. El rover enroscaría los botes de 7 cm (2,8 pulgadas) en sitios seleccionados que probablemente experimentarían transitorios de agua líquida, extrayendo algo de suelo marciano y luego liberando microorganismos productores de oxígeno para que crezcan dentro del suelo sellado. [56] [61] El hardware utilizaría hielo del subsuelo marciano a medida que su fase cambia a agua líquida. [59] El sistema luego buscaría oxígeno liberado como subproducto metabólico e informaría los resultados a un satélite de retransmisión en órbita de Marte. [58] [61]
Si este experimento funciona en Marte, propondrán construir varias estructuras grandes y selladas llamadas biodomos , para producir y recolectar oxígeno para una futura misión humana a Marte como sistemas de soporte vital. [61] [62] Ser capaz de crear oxígeno allí proporcionaría considerables ahorros de costos a la NASA y permitiría visitas humanas más largas a Marte de lo que sería posible si los astronautas tuvieran que transportar sus propios tanques de oxígeno pesados. [62] Este proceso biológico, llamado ecopoiesis , sería aislado, en áreas contenidas, y no pretende ser un tipo de ingeniería planetaria global para la terraformación de la atmósfera de Marte, [58] [62] pero la NASA afirma que "Este será el "El primer gran salto desde los estudios de laboratorio hacia la implementación de investigaciones planetarias in situ experimentales (a diferencia de analíticas) de gran interés para la biología planetaria, la ecopoiesis y la terraformación". [58]
Una investigación de la Universidad de Arkansas presentada en junio de 2015 sugirió que algunos metanógenos podrían sobrevivir en la baja presión de Marte . [63] Rebecca Mickol descubrió que en su laboratorio, cuatro especies de metanógenos sobrevivieron a condiciones de baja presión que eran similares a un acuífero líquido subterráneo en Marte. Las cuatro especies que probó fueron Methanothermobacter wolfeii , Methanosarcina barkeri , Methanobacterium formicicum y Methanococcus maripaludis . [63] Los metanógenos no requieren oxígeno ni nutrientes orgánicos, no son fotosintéticos, utilizan hidrógeno como fuente de energía y dióxido de carbono (CO 2 ) como fuente de carbono, por lo que podrían existir en ambientes subterráneos de Marte. [63]
Un aspecto clave de la terraformación de Marte es proteger la atmósfera (tanto presente como futura) para que no se pierda en el espacio. Algunos científicos plantean la hipótesis de que la creación de una magnetosfera artificial en todo el planeta sería útil para resolver este problema. Según dos científicos japoneses del NIFS, es factible hacerlo con la tecnología actual mediante la construcción de un sistema de anillos superconductores latitudinales refrigerados, cada uno de los cuales transporta una cantidad suficiente de corriente continua . [sesenta y cinco]
En el mismo informe, se afirma que el impacto económico del sistema se puede minimizar utilizándolo también como sistema de transferencia y almacenamiento de energía planetaria (SMES).
Durante el Taller Planetary Science Vision 2050 [16] a finales de febrero de 2017, el científico de la NASA Jim Green propuso el concepto de colocar un campo dipolar magnético entre el planeta y el Sol para protegerlo de partículas solares de alta energía. Estaría ubicado en la órbita L 1 de Lagrange de Marte a aproximadamente 320 R ♂ , creando una magnetosfera artificial parcial y distante. El campo tendría que ser "comparable a la Tierra" y sustentar50 μT medido a 1 radio de la Tierra. El resumen del artículo cita que esto podría lograrse mediante un imán con una fuerza de 1 a 2 teslas (10 000 a 20 000 gauss ). [66] Si se construye, el escudo puede permitir que el planeta restablezca parcialmente su atmósfera. [67] [68] [16]
Un toro de plasma a lo largo de la órbita de Fobos mediante la ionización y aceleración de partículas de la luna puede ser suficiente para crear un campo magnético lo suficientemente fuerte como para proteger un Marte terraformado. [69] [70]
La energía total necesaria para sublimar el CO 2 de la capa de hielo del polo sur fue modelada por Zubrin y McKay en 1993. [20] Si se utilizaran espejos orbitales, se estima que se necesitarían 120 MW-año de energía eléctrica para producir espejos de gran tamaño. suficiente para vaporizar los casquetes polares. Este se considera el método más eficaz, aunque el menos práctico. Si se utilizaran potentes gases de efecto invernadero halocarbonados, se requerirían del orden de 1.000 MW-año de energía eléctrica para lograr este calentamiento. Sin embargo, si todo este CO 2 se lanzara a la atmósfera, sólo se duplicaría [33] la presión atmosférica actual de 6 mbar a 12 mbar, lo que representa aproximadamente el 1,2% de la presión media del nivel del mar en la Tierra. La cantidad de calentamiento que podría producirse hoy emitiendo incluso 100 mbar de CO 2 a la atmósfera es pequeña, aproximadamente del orden de10K . [33] Además, una vez en la atmósfera, probablemente se eliminaría rápidamente, ya sea por difusión en el subsuelo y adsorción o por recondensación en los casquetes polares. [33]
No se ha determinado la temperatura superficial o atmosférica necesaria para permitir que exista agua líquida, y es posible que exista agua líquida cuando las temperaturas atmosféricas son tan bajas como 245 K (-28 °C; -19 °F). Sin embargo, un calentamiento de10 K es mucho menos de lo que se pensaba necesario para producir agua líquida. [33]
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