¿Cómo puedo mantener una atmósfera en Marte?

Tengo buenas noticias, no será un problema por mucho tiempo.

Consulte el artículo sobre terraformación, donde se presenta una tabla sobre cuánto tiempo la Luna, Marte (y otros planetas y lunas) pueden mantener la atmósfera .

El gas importante más ligero para mantener tiene una vida media de 64,5 millones de años, es decir, perderá el 50% del vapor de agua en la atmósfera durante ese lapso. Otros gases importantes permanecen aún más tiempo, N2 408 millones de años y gases más pesados ​​como O2 y CO2 aún más. Complete con algunos gases de reemplazo cada 10 millones de años y estará listo hasta que el sol vuelva a Marte inhabitable.

Casi lo olvido, la vida media del gas de efecto invernadero metano es de 40 millones de años, por lo que tampoco será un problema.

Cuando escuchas a la gente decir que Marte es demasiado pequeño para retener una atmósfera, se entiende que no puede retener una atmósfera durante miles de millones de años; unos pocos millones de años no son un problema.

No verifiqué dos veces sus números, pero asumo que se basaron en las temperaturas marcianas actuales, después de la terraformación esperaría que quisiera temperaturas más cálidas, pero este cambio no cambia las vidas medias de manera tan dramática.

Tengo malas noticias...

Lo único que naturalmente mantendrá una atmósfera en un planeta es la gravedad.

Si ingresa al reino de Clarkean Magic , entonces puede jugar juegos como un escudo planetario electromagnético, útil para mantener alejados a los malos, pero también útil para mantener la atmósfera adentro. Por supuesto, cuando abre la puerta para dejar que los barcos dentro y fuera hay un Whoosh palpable! pero tal tecnomancia funcionaría. ¹

Pero, en la medida en que podamos predecir un futuro realista, la terraformación de Marte incluirá cúpulas y muchas viviendas subterráneas.

EDITAR: Curiosamente, hemos tenido dos preguntas básicamente idénticas (que abordan el problema desde diferentes puntos de vista) casi al mismo tiempo. Vaya a ver mi respuesta a ( ¿Podría usar una serie de asteroides magnéticos para crear un campo magnético para Marte? ) y los comentarios a la respuesta.

_{¹  En caso de que alguien se sienta tentado a sugerir planetas modificados genéticamente que produzcan grandes cantidades de oxígeno... las plantas necesitan una fuente de oxígeno para empezar. En la Tierra, es todo el dióxido de carbono de la atmósfera. No sé lo suficiente sobre el suelo marciano para saber si hay suficiente oxígeno ligado en el suelo para que las plantas modificadas adecuadamente puedan liberarlo en la atmósfera para efectos a largo plazo. Pero si lo piensas bien, estás agotando un recurso limitado. No es autosuficiente.}

También creo que no hay suficiente gravedad para mantener una atmósfera decente. desafortunadamente ^? Los sistemas "estables" tienden a mantener su estado bastante bien. Especialmente los realmente grandes. Y Marte definitivamente está establemente muerto.

Afortunadamente, una fuente continua de energía puede mantener una atmósfera de manos libres sostenida si estuviéramos dispuestos a modificar su composición. Solo necesitamos pequeños porcentajes de la atmósfera para que los humanos puedan reaccionar. Podemos llenar algunos de los otros "espacios de aire" con un químico inerte. Parece que tiene que ser un gas, pero incluso podría ser un sólido o un líquido. Pero necesita tener muchos átomos de oxígeno en su estructura. A partir de ahí, las bacterias del suelo lo descompondrían en O ₂que podríamos respirar como el ciclo del nitrógeno. Pero para no escapar de la delgada capa atmosférica, necesitaríamos un método para que se recombinara utilizando la energía del Sol en la atmósfera superior. Si hubo un químico que catalizó la reacción o lo que sea. Tendría que ser más pesado que el aire normal y también estable. Necesitarías un ciclo similar para cualquier otro gas ligero. Las preguntas más importantes son qué tan denso necesitas ir. Y si la vida presente es reconocible en ese punto con la densidad creciente.

Existe la posibilidad de que desarrollar una gran cantidad de soluciones para todos los problemas inevitables de terraformar algo demasiado pequeño no valga la pena y que simplemente deba elegir un objetivo diferente.

Pero tal vez ese es el punto? Tal vez esta sea una prueba generacional de ingenieros. Hacer que Marte sea un paso mejor de lo que era posible antes. Si es así, entonces debería ser factible obtener un ciclo básico de cualquier cosa para vivir. Creo que se puede lograr que ciertas bacterias sobrevivan en la superficie de Marte, siempre que se proporcione suficiente protección de ionización. Entonces, la primera tarea factible es el magnetismo o las nubes metálicas o algo así.

O podrías aplastar a Marte. Los planetas más densos tienen una gravedad más fuerte. Así que podrías tener una atmósfera... la desventaja es que también hay un gradiente gravitatorio más fuerte , por lo que te sentirías más pesado en los pies que en la cabeza.

En mi humilde opinión, un método para evitar la pérdida atmosférica es poner un techo a la atmósfera. Eso evitaría tanto la pérdida debida al viento solar en ausencia de una magnetosfera como la pérdida debida a moléculas de aire e iones con velocidades superiores a la velocidad de escape marciana.

Percival Lowell creía que Marte estaba perdiendo agua gradualmente y secándose debido a la pérdida de gases ligeros atmosféricos. Y creía que los marcianos construyeron un vasto sistema de canales para administrar los recursos hídricos que les quedaban. Pero aparentemente Lowell nunca pensó en soluciones a más largo plazo para el problema.

Lowell publicó tres libros con sus teorías: Marte (1895), Marte y sus canales (1906) y Marte como morada de la vida (1908). En ese momento se sabía que el espacio interplanetario era un vacío.

Entonces, las naves espaciales ficticias del siglo XIX tendrían que ser herméticas para que el aire no se escape y los pasajeros mueran. Algunos ejemplos incluyen:

De la tierra a la luna (1865) Julio Verne.

Al otro lado del zodiaco (1880) Percy Gregg.

Un viaje a otros mundos (1894) JJAstor.

La guerra de los mundos (1897) HG Wells.

Auf Zewi Planeten (1897) Kurd Laswitz.

La conquista de Marte de Edison (1898) Garrett P. Serviss.

Entonces, Lowell podría haber leído sobre recintos herméticos artificiales con atmósfera respirable en el interior y vacío mortal en el exterior, y podría haber extrapolado la idea a marcianos hipotéticos que evitan la pérdida de la atmósfera marciana con recintos herméticos artificiales gigantes para mantener el aire respirable en el interior. O incluso eventualmente unirlos en un solo recinto hermético artificial gigante en todo el mundo para mantener toda la atmósfera marciana dentro. Pero aparentemente Lowell nunca sugirió que eso podría ser una estrategia a largo plazo para los marcianos.

Por lo tanto, es posible que los futuros terraformadores humanos hipotéticos de Marte no liberen gases en la atmósfera marciana salvaje y libre y, en su lugar, utilicen acero importado de asteroides de hierro y níquel para construir grandes edificios herméticos en la cuenca Hellas y llenarlos con gases derivados de asteroides con un alto contenido de luz. elementos. Expandirían los edificios hacia arriba y hacia los lados para eventualmente llenar la Cuenca Hellas y extenderse hacia afuera para eventualmente cubrir todo Marte.

O, posiblemente, el (los) techo(s) podría(n) ser sostenido(s) por el diferencial de presión del aire en la menor gravedad de Marte. Si el techo atmosférico marciano está lo suficientemente por encima del suelo y los techos de los edificios, puede haber espacio para que los aviones viajen de un lugar a otro. Presumiblemente, se instruiría a los pilotos para que nunca se acercaran demasiado al techo y se arriesgaran a hacer un agujero en él, y si fuera necesario, chocar deliberadamente sus vehículos en lugar de arriesgarse a hacer un agujero en el techo.

Una atmósfera marciana respirable confinada por un techo hermético sobre ella podría tener un volumen y una masa totales mucho más pequeños que una atmósfera marciana respirable salvaje y no confinada. Y la atmósfera marciana original, delgada y casi inútil, permanecería sobre el techo.

La delgada atmósfera marciana original todavía es lo suficientemente gruesa como para desacelerar y/o quemar meteoritos. de hecho, debido a que la menor gravedad de la superficie de Marte aplasta su atmósfera mucho menos que la de la Tierra, Marte tiene aire lo suficientemente espeso como para calentar y desacelerar meteoritos a una altitud mayor que la Tierra.

Entonces, una atmósfera marciana original y sin modificar sobre el techo marciano hipotético sería lo suficientemente gruesa como para detener los granos comunes de polvo y guijarros. Y ninguna atmósfera posible en un planeta terrestre, ni la atmósfera de la Tierra, ni la atmósfera de Titán, ni siquiera la atmósfera de Venus, sería lo suficientemente gruesa como para evitar que un objeto del tamaño de Chicxulub o Vredefort impacte y provoque un evento de extinción.

Si el techo marciano hipotético es transparente, podría tener revestimientos para reducir la intensidad de la radiación ultravioleta ultraviolenta a niveles comparables a los de la superficie de la Tierra, o cualquier nivel que parezca deseable. Por lo tanto, esos revestimientos en el techo marciano hipotético podrían cumplir la función de la capa de ozono en la atmósfera de la Tierra.

Dado que los colonos marcianos tendrían que vivir en hábitats cerrados herméticamente durante siglos o milenios mientras terraformaban Marte, perderían la idea de que un planeta adecuado es habitable al aire libre y se acostumbrarían a vivir en lugares que solo son habitables en interiores. Por lo tanto, la idea de hacer de todo Marte un mundo interior sería aceptable para ellos si redujera el tiempo total de terraformación en unos pocos siglos o milenios.

Poner un techo sobre toda la superficie de Marte sería un proyecto increíblemente vasto, pero terraformar Marte es en sí mismo un proyecto increíblemente vasto. Pero ambos proyectos requerirían cantidades finitas y calculables de materia y energía y, por lo tanto, serían teóricamente posibles.

Agregar un campo magnético ciertamente AYUDARÍA mucho. Gran parte de la pérdida atmosférica en Marte ocurre debido a que el viento solar elimina su atmósfera, no hace falta decir que esto es un problema menor con un campo magnético. Este campo magnético se crearía mejor por medio de grandes electroimanes, que requerirán mantenimiento y potencia constantes, pero que son fácilmente factibles para una civilización que reconozca Marte.

MA Golding sugirió un techo en su respuesta, pero lo ampliaré. Es probable que una civilización capaz de construir la infraestructura industrial necesaria para terraformar Marte tenga acceso a mucha energía y material. La energía proviene del Sol y es enviada a Marte por pelotones de espejos que orbitan alrededor de Marte y enfocan la luz solar en la superficie. Según el tamaño y el enfoque de los espejos, puede calentar áreas para liberar agua y gases atrapados del permafrost que se supone que existe bajo gran parte del suelo marciano, para hervir literalmente el oxígeno atrapado en el óxido de hierro rojo que cubre la superficie. .

El agua, el nitrógeno y los materiales orgánicos pueden ser entregados desde el cinturón de asteroides, Titán e incluso materiales cometarios capturados desde el espacio profundo. Se implementaría una operación muy sofisticada para entregar los materiales nacidos en el espacio donde se necesitan, y controlar la velocidad del impacto para evitar la explosión de gases y materiales de regreso al espacio.

Una vez que tenga este nivel de industria, sería casi trivial "rematar" el proyecto con una "burbuja" de tamaño planetario hecha de diamante para contener la atmósfera y el calor en el interior y retrasar la fuga de la atmósfera al espacio por edades geológicas. El diamante es simplemente una forma de carbono, y los diamantes artificiales ya se pueden fabricar en la Tierra hoy en día, por lo que encontrar una fuente de metano u otros materiales que contengan carbono en el cinturón de asteroides, la atmósfera de Titán o los materiales cometarios le brindan el material de partida para crear películas. de diamante para crear la burbuja.