Terraformning

En konstnärs befruktning visar en terraformerad Mars i fyra utvecklingsstadier.

Terraformning eller terraformation ("jordformning") är den hypotetiska processen att medvetet modifiera atmosfären, temperaturen, yttopografin eller ekologin en planet , måne eller annan kropp för att likna jordens miljö för att göra den beboelig för människor att leva på.

Begreppet terraforming utvecklades från både science fiction och faktisk vetenskap . Carl Sagan , en astronom , föreslog Venus planetkonstruktion 1961, vilket anses vara en av de första redogörelserna för konceptet . Termen myntades av Jack Williamson i en science-fiction-novell (" Collision Orbit ") publicerad 1942 i Astounding Science Fiction , även om terraforming i populärkultur kan föregå detta arbete.

Även om miljön på en planet skulle kunna förändras medvetet, har möjligheten att skapa en obunden planetarisk miljö som efterliknar jorden på en annan planet ännu inte verifierats. Medan Venus, Jorden , Mars och till och med månen har studerats i relation till ämnet, anses Mars vanligtvis vara den mest troliga kandidaten för terraformning. Många studier har gjorts angående möjligheten att värma planeten och förändra dess atmosfär, och NASA har till och med varit värd för debatter om ämnet. Flera potentiella metoder för terraformning av Mars kan ligga inom mänsklighetens tekniska kapacitet, men enligt Martin Beech kommer den ekonomiska inställningen att föredra kortsiktiga vinster framför långsiktiga investeringar inte stödja ett terraformningsprojekt.

De långa tidsskalorna och det praktiska med terraformning är också föremål för debatt. Allt eftersom ämnet har fått draghjälp har forskningen utökats till andra möjligheter, inklusive biologisk terraforming, para-terraforming och modifiering av människor för att bättre passa miljöerna för planeter och månar . Trots detta återstår fortfarande frågor inom områden som rör etik , logistik , ekonomi , politik och metodik för att förändra miljön i en utomjordisk värld, vilket ger problem med implementeringen av konceptet.

Historia om vetenskapliga studier

Astronomen Carl Sagan föreslog Venus planetkonstruktion i en artikel publicerad i tidskriften Science 1961. Sagan föreställde sig att sådd Venus atmosfär med alger , som skulle omvandla vatten, kväve och koldioxid till organiska föreningar . Eftersom denna process avlägsnade koldioxid från atmosfären, skulle växthuseffekten minska tills yttemperaturen sjönk till "bekväma" nivåer. Det resulterande kolet, antog Sagan, skulle förbrännas av de höga yttemperaturerna på Venus, och på så sätt bindas i form av "grafit eller någon oflyktig form av kol" på planetens yta. Senare upptäckter om förhållandena på Venus gjorde dock denna speciella strategi omöjlig. Ett problem är att Venus moln är sammansatta av en högkoncentrerad svavelsyralösning . Även om atmosfäriska alger skulle kunna frodas i den fientliga miljön i Venus övre atmosfär, är ett ännu mer oöverstigligt problem att dess atmosfär helt enkelt är alldeles för tjock - det höga atmosfärstrycket skulle resultera i en "atmosfär av nästan rent molekylärt syre" och orsaka planetens ytan som ska täckas tjockt med fint grafitpulver. Denna flyktiga kombination kunde inte upprätthållas genom tiden. Allt kol som fixerades i organisk form skulle frigöras som koldioxid igen genom förbränning, och "kortsluta" terraformingsprocessen.

Sagan visualiserade också att göra Mars beboelig för mänskligt liv i "Planetary Engineering on Mars" (1973), en artikel publicerad i tidskriften Icarus . Tre år senare tog NASA upp frågan om planetteknik officiellt i en studie, men använde istället termen "planetarisk ekosyntes". Studien drog slutsatsen att det var möjligt för Mars att stödja liv och göras till en beboelig planet . Den första konferensen om terraformning, då kallad "Planetary Modeling", anordnades samma år.

I mars 1979 organiserade NASA-ingenjören och författaren James Oberg First Terraforming Colloquium, en speciell session vid Lunar and Planetary Science Conference i Houston. Oberg populariserade de terraformande koncepten som diskuterades vid kollokviet för allmänheten i sin bok New Earths (1981). Inte förrän 1982 användes ordet terraforming i titeln på en publicerad tidskriftsartikel. Planetologen Christopher McKay skrev "Terraforming Mars", en artikel för Journal of the British Interplanetary Society . Tidningen diskuterade utsikterna för en självreglerande biosfär på Mars, och ordet "terraforming" har sedan dess blivit den föredragna termen. [ citat behövs ] 1984 publicerade James Lovelock och Michael Allaby The Greening of Mars . Lovelocks bok var en av de första som beskrev en ny metod för att värma Mars, där klorfluorkolväten (CFC) tillförs atmosfären.

Motiverad av Lovelocks bok arbetade biofysikern Robert Haynes bakom kulisserna [ citat behövs ] för att främja terraforming, och bidrog med neologismen Ecopoiesis , som bildade ordet från grekiskan οἶκος , oikos , "hus" och ποίησις , " poies ". Ecopoiesis hänvisar till ursprunget till ett ekosystem . I samband med rymdutforskning beskriver Haynes ecopoiesis som "tillverkningen av ett hållbart ekosystem på en för närvarande livlös, steril planet". Fogg definierar ecopoiesis som en typ av planetarisk ingenjörskonst och är ett av de första stadierna av terraformation. Detta primära skede av ekosystemskapandet är vanligtvis begränsat till den första sådd av mikrobiellt liv. En opinionsartikel från 2019 av Lopez, Peixoto och Rosado har återinfört mikrobiologi som en nödvändig komponent i varje möjlig koloniseringsstrategi baserad på principerna för mikrobiell symbios och deras fördelaktiga ekosystemtjänster. När förhållandena närmar sig jordens, kan växtliv komma in, och detta kommer att påskynda produktionen av syre, vilket teoretiskt gör planeten så småningom att kunna stödja djurliv.

Aspekter och definitioner

1985 började Martyn J. Fogg publicera flera artiklar om terraforming. Han fungerade också som redaktör för ett fullständigt nummer om terraformning för Journal of the British Interplanetary Society 1992. I sin bok Terraforming: Engineering Planetary Environments (1995) föreslog Fogg följande definitioner för olika aspekter relaterade till terraforming:

  • Planetarisk ingenjörskonst : tillämpning av teknik i syfte att påverka en planets globala egenskaper.
  • Geoengineering : planetarisk teknik som tillämpas specifikt på jorden. Det inkluderar endast de makrotekniska koncept som handlar om förändringar av någon global parameter, såsom växthuseffekten, atmosfärens sammansättning, solinstrålning eller påverkan.
  • Terraforming: en process av planetarisk ingenjörskonst, specifikt inriktad på att förbättra kapaciteten hos en utomjordisk planetarisk miljö för att stödja livet som vi känner det. Den ultimata prestationen i terraforming skulle vara att skapa ett öppet planetariskt ekosystem som efterliknar alla funktionerna i jordens biosfär , ett som skulle vara fullt beboeligt för människor.

Fogg utarbetade också definitioner för kandidatplaneter med olika grader av mänsklig kompatibilitet:

  • Habitable Planet (HP): En värld med en miljö som är tillräckligt lik jordens för att möjliggöra bekväm och fri mänsklig boning.
  • Biokompatibel planet (BP): En planet som har de nödvändiga fysiska parametrarna för att liv ska blomstra på sin yta. Om den ursprungligen var livlös, skulle en sådan värld kunna vara värd för en biosfär av betydande komplexitet utan behov av terraformning.
  • Easily Terraformable Planet (ETP): En planet som kan göras biokompatibel, eller möjligen beboelig, och upprätthållas så av blygsamma planetariska ingenjörstekniker och med de begränsade resurserna för ett rymdskepp eller robotföregångaruppdrag.

Fogg antyder att Mars var en biologiskt kompatibel planet i sin ungdom, men är nu inte i någon av dessa tre kategorier, eftersom den bara kan terraformas med större svårighet.

Boställighetskrav

Ett absolut krav för liv är en energikälla, men föreställningen om planetarisk beboelighet innebär att många andra geofysiska, geokemiska och astrofysiska kriterier måste uppfyllas innan ytan på en astronomisk kropp kan stödja liv. Av särskilt intresse är den uppsättning faktorer som har upprätthållit komplexa, flercelliga djur förutom enklare organismer på jorden. Forskning och teori i detta avseende är en del av planetvetenskapen och den framväxande disciplinen astrobiologi .

I sin astrobiologiska färdplan har NASA definierat de huvudsakliga beboelighetskriterierna som "utvidgade regioner av flytande vatten, gynnsamma förhållanden för sammansättning av komplexa organiska molekyler och energikällor för att upprätthålla ämnesomsättningen ."

Preliminära etapper

När förhållandena blir mer lämpliga för livet för den introducerade arten , kan importen av mikrobiellt liv börja. När förhållandena närmar sig jordens, växtliv också tas in. Detta skulle påskynda produktionen av syre, vilket teoretiskt skulle göra att planeten så småningom kan försörja djurliv .

Prospektiva mål

Mars

Konstnärens föreställning om en terraformerad Mars

I många avseenden är Mars den mest jordliknande planeten i solsystemet. Man tror att Mars en gång hade en mer jordliknande miljö tidigt i sin historia, med en tjockare atmosfär och rikligt med vatten som gick förlorat under loppet av hundratals miljoner år.

Den exakta mekanismen för denna förlust är fortfarande oklart, även om framför allt tre mekanismer verkar troliga: För det första, närhelst ytvatten finns närvarande, reagerar koldioxid (CO 2 ) med stenar och bildar karbonater , vilket
drar
bort atmosfären och binder den till planetarisk yta. På jorden motverkas denna process när plattektoniken arbetar för att orsaka vulkanutbrott som släpper ut koldioxid tillbaka till atmosfären. På Mars fungerade avsaknaden av sådan tektonisk aktivitet för att förhindra återvinning av gaser instängda i sediment.

För det andra kan avsaknaden av en magnetosfär runt Mars ha gjort det möjligt för solvinden att gradvis erodera atmosfären. Konvektion inom kärnan av Mars, som till största delen är gjord av järn , genererade ursprungligen ett magnetfält . Dynamon upphörde dock att fungera för länge sedan, och Mars magnetfält har i stort sett försvunnit, förmodligen på grund av "förlust av kärnvärme, stelning av större delen av kärnan och/eller förändringar i mantelns konvektionsregim." Resultat från NASA MAVEN -uppdraget visar att atmosfären avlägsnas främst på grund av Coronal Mass Ejection- händelser, där utbrott av höghastighetsprotoner från solen påverkar atmosfären. Mars har fortfarande en begränsad magnetosfär som täcker cirka 40 % av dess yta. Istället för att enhetligt täcka och skydda atmosfären från solvinden, tar magnetfältet dock formen av en samling mindre, paraplyformade fält, huvudsakligen samlade runt planetens södra halvklot.

Slutligen, mellan cirka 4,1 och 3,8 miljarder år sedan, orsakade asteroidnedslag under det sena tunga bombardementet betydande förändringar i ytmiljön för objekt i solsystemet. Mars låga gravitation tyder på att dessa nedslag kunde ha kastat ut mycket av Mars atmosfär i djupa rymden.

Terraforming av Mars skulle innebära två stora sammanflätade förändringar: att bygga upp atmosfären och värma upp den. En tjockare atmosfär av växthusgaser som koldioxid skulle fånga in inkommande solstrålning . Eftersom den höjda temperaturen skulle tillföra växthusgaser till atmosfären, skulle de två processerna förstärka varandra. Enbart koldioxid skulle inte räcka för att hålla en temperatur över vattnets fryspunkt, så en blandning av specialiserade växthusmolekyler kan tillverkas.

Venus

Rätt färg bild av Venus. För att terraforma måste denna täta atmosfär tas bort.

Terraforming Venus kräver två stora förändringar: att ta bort det mesta av planetens täta 9 MPa (1 300 psi; 89 atm) koldioxidatmosfär och sänka planetens 450 °C (842 °F) yttemperatur. Dessa mål är nära relaterade till varandra eftersom Venus extrema temperatur kan bero på växthuseffekten som orsakas av dess täta atmosfär.

Konstnärens föreställning om en terraformerad Venus

Venus atmosfär innehåller för närvarande lite syre, så ett ytterligare steg skulle vara att injicera andningsbar O 2 i atmosfären. Ett tidigt förslag till en sådan process kommer från Carl Sagan , som föreslog injektion av flytande, fotosyntetiska bakterier i den venusiska atmosfären för att reducera CO 2 till organisk form och öka atmosfärens koncentration av O 2 i atmosfären. Detta koncept var dock baserat på en bristfällig 1960-talsförståelse av Venus atmosfär som mycket lägre tryck; i verkligheten är det venusiska atmosfärstrycket (93 bar) mycket högre än tidiga uppskattningar. Sagans idé är därför ohållbar, vilket han senare medgav.

Ett ytterligare steg noterat av Martin Beech inkluderar insprutning av vatten och/eller väte i planetatmosfären; detta steg följer efter att CO 2 har bindits och massan av atmosfären minskats. För att kombinera väte med O 2 som produceras på annat sätt krävs uppskattningsvis 4*10 19 kg väte; detta kan behöva utvinnas från en annan källa, som Uranus eller Neptunus.

Merkurius

En konstnärs uppfattning om det terraformade Merkurius

Merkurius är för varmt, kan det faktiskt vara en av de enklaste kropparna i solsystemet att terraformera. Merkurius magnetfält är bara 1,1 % av jordens, men man tror att Merkurius magnetfält borde vara mycket starkare, upp till 30 % av jordens, om det inte skulle undertryckas av vissa solvindseffekter. Det är tänkt [ av vem? ] att Merkurius magnetfält undertrycktes efter att ha "stoppat" någon gång i det förflutna (möjligen orsakat av Caloris-bassängens nedslag) och, om det gavs en tillfällig "hjälpande hand" genom att skärma Merkurius från solvinden genom att placera en konstgjord magnetisk sköld vid Merkurius -Sun L 1 (liknande förslaget för Mars), då skulle Merkurius magnetfält "blåsa upp" och växa i intensitet 30 gånger starkare vid vilken punkt Merkurius magnetfält skulle vara självuppehållande förutsatt att fältet inte fick "stoppa" av ännu en himmelsk händelse. [ citat behövs ]

är nästan identisk i styrka med Mars på grund av dess ökade densitet och kan, med en nu förstärkt magnetosfär , hålla en kväve- / syreatmosfär i miljontals år.

För att tillhandahålla denna atmosfär skulle 3,5×10 17 kilo vatten kunna levereras genom en liknande process som föreslagits för Venus genom att skjuta upp en ström av kinetiska impactorer vid Hyperion (Saturnus måne) som får det att kastas ut och kastas in i det inre solsystemet . När detta vatten väl har levererats kan kvicksilver täckas av ett tunt lager av dopat titandioxidfotokatalysatordamm som skulle splittra vattnet i dess beståndsdelar syre- och vätemolekyler , varvid vätet snabbt förloras till rymden och en 0,2-0,3 bar . atmosfär av rent syre som lämnas kvar på mindre än 70 år (förutsatt en effektivitet på 30-40%). [ citat behövs ] Vid detta tillfälle skulle atmosfären vara andningsbar och kväve kan tillsättas efter behov för att möjliggöra växttillväxt i närvaro av nitrater .

Temperaturhantering kanske inte krävs, trots en jämviktsmedeltemperatur på ~159 Celsius. Miljontals kvadratkilometer vid polerna har en medeltemperatur på 0-50 Celsius, eller 32-122 Fahrenheit (ett område lika stort som Mexiko vid varje pol med beboeliga temperaturer). Den totala beboeliga arealen kommer sannolikt att bli ännu större med tanke på att det tidigare nämnda fotokatalysatordammet skulle höja albedon från 0,12 till ~0,6, vilket sänker den globala medeltemperaturen till tiotals grader och potentiellt ökar den beboeliga arean. Temperaturen kan hanteras ytterligare med användning av solskydd. [ citat behövs ]

Kvicksilver har potential att vara den snabbaste himlakroppen att terraformera åtminstone delvis, vilket ger den en tunn men andningsbar atmosfär med tryck som kan överlevas av människor, ett starkt magnetfält, med åtminstone en liten andel av dess land vid överlevbara temperaturer närmare nord- och sydpolen förutsatt att vattenhalten kunde begränsas för att undvika en skenande växthuseffekt .

Måne

Konstnärens föreställning om månen terraformerad sett från jorden

Även om gravitationen på jordens måne är för låg för att hålla en atmosfär under geologiska tidsperioder, om den ges en sådan, skulle den behålla den under tidsrymd som är långa jämfört med mänskliga livslängder. Landis och andra har alltså föreslagit att det skulle vara möjligt att terraforma månen, även om inte alla håller med om det förslaget. Landis uppskattar att en 1 PSI atmosfär av rent syre på månen skulle kräva i storleksordningen tvåhundra biljoner ton syre, och föreslår att det skulle kunna produceras genom att reducera syret från en mängd månsten som motsvarar en kub cirka femtio kilometer på en kant. Alternativt föreslår han att vattenhalten i "femtio till hundra kometer" lika stor som Halleys komet skulle göra jobbet, "förutsatt att vattnet inte stänker iväg när kometerna träffar månen." På samma sätt beräknar Benford att terraformning av månen skulle kräva "ungefär 100 kometer lika stora som Halleys."

Jorden

Det har nyligen föreslagits [ när? ] att på grund av effekterna av klimatförändringar kan ett interventionistiskt program utformas för att återställa jorden till förindustriella klimatparametrar. För att uppnå detta har flera lösningar föreslagits, såsom hantering av solstrålning , lagring av koldioxid med geoengineeringsmetoder och design och frisättning av klimatförändrande genetiskt modifierade organismer.

Andra kroppar i solsystemet

Andra möjliga kandidater för terraforming (möjligen endast partiell eller paraterraforming) inkluderar stora månar av Jupiter eller Saturnus ( Titan , Callisto , Ganymede , Europa , Enceladus ) och dvärgplaneten Ceres .

Andra möjligheter

Biologisk terraformning

Många förslag för planetarisk ingenjörskonst involverar användningen av genetiskt modifierade bakterier.

När syntetisk biologi mognar under de kommande decennierna kan det bli möjligt att bygga designerorganismer från grunden som direkt tillverkar önskade produkter effektivt. Lisa Nip, Ph.D. kandidat vid MIT Media Labs Molecular Machines-grupp, sa att genom syntetisk biologi kunde forskare genetiskt modifiera människor, växter och bakterier för att skapa jordliknande förhållanden på en annan planet.

Gary King, mikrobiolog vid Louisiana State University som studerar de mest extrema organismerna på jorden, noterar att "syntetisk biologi har gett oss en anmärkningsvärd verktygslåda som kan användas för att tillverka nya typer av organismer speciellt anpassade för de system vi vill planera för" och skisserar utsikterna för terraforming, och säger "vi kommer att vilja undersöka våra utvalda mikrober, hitta generna som kodar för de överlevnads- och terraformningsegenskaper som vi vill ha (som strålnings- och torkaresistens), och sedan använda den kunskapen för att genetiskt konstruera specifikt Mars- designade mikrober". Han ser projektets största flaskhals i förmågan att genetiskt justera och skräddarsy rätt mikrober, och uppskattar att detta hinder kan ta "ett decennium eller mer" att lösa. Han noterar också att det vore bäst att utveckla "inte en enda sorts mikrob utan en svit av flera som fungerar tillsammans".

DARPA forskar på användningen av fotosyntetiserande växter, bakterier och alger som odlas direkt på Mars yta och som kan värma upp och förtjocka dess atmosfär. Under 2015 skapade byrån och några av dess forskningspartners en programvara som heter DTA GView − en " Google Maps of genomes ", där genom från flera organismer kan dras upp i programmet för att omedelbart visa en lista över kända gener och var de finns lokaliserad i genomet. Enligt Alicia Jackson, biträdande chef för DARPAs Biological Technologies Office , har de utvecklat en "teknisk verktygslåda för att förvandla inte bara fientliga platser här på jorden, utan för att gå ut i rymden inte bara för att besöka, utan för att stanna".

Paraterraforming

Även känt som "världshus"-konceptet, innebär para-terraforming byggandet av en beboelig inneslutning på en planet som omfattar större delen av planetens användbara yta. Inneslutningen skulle bestå av ett genomskinligt tak som hölls en eller flera kilometer ovanför ytan, trycksatt med en andningsbar atmosfär och förankrat med spänntorn och kablar med jämna mellanrum. Världshuskonceptet liknar konceptet med en kupolformad livsmiljö , men en som täcker hela (eller större delen) av planeten.

Att anpassa människor

Det har också föreslagits att i stället för eller förutom att terraforma en fientlig miljö kan människor anpassa sig till dessa platser genom användning av genteknik, bioteknik och cybernetiska förbättringar .

frågor

Etiska problem

Det pågår en filosofisk debatt inom biologi och ekologi om huruvida terraformning av andra världar är en etisk strävan. Ur en kosmocentrisk etiks synvinkel innebär detta att balansera behovet av att bevara mänskligt liv mot det inneboende värdet av existerande planetekologier. Lucianne Walkowicz har till och med kallat terraforming för en "planetärisk gruvdrift ".

På den proterraformerande sidan av argumentet finns de som Robert Zubrin , Martyn J. Fogg , Richard LS Taylor och den avlidne Carl Sagan som anser att det är mänsklighetens moraliska skyldighet att göra andra världar lämpliga för mänskligt liv , som en fortsättning på historien om livsförvandling av miljöerna runt den på jorden. De påpekar också att jorden så småningom skulle förstöras om naturen tar sin gång , så att mänskligheten står inför ett mycket långsiktigt val mellan att terraforma andra världar eller att tillåta allt jordiskt liv att dö ut . Att terraforma totalt karga planeter, hävdas det, är inte moraliskt fel eftersom det inte påverkar något annat liv.

Det motsatta argumentet hävdar att terraforming skulle vara en oetisk inblandning i naturen , och att med tanke på mänsklighetens tidigare behandling av jorden, kan andra planeter ha det bättre utan mänsklig inblandning. [ citat behövs ] Ytterligare andra slår en medelväg, som Christopher McKay , som hävdar att terraforming är etiskt sunt bara när vi helt har försäkrat att en främmande planet inte hyser eget liv; men att om det gör det, bör vi inte försöka omforma det till vårt eget bruk, utan vi bör konstruera dess miljö för att artificiellt vårda det främmande livet och hjälpa det att trivas och utvecklas tillsammans, eller till och med samexistera med människor. Även detta skulle ses som en typ av terraforming till de strängaste ekocentristerna, som skulle säga att allt liv har rätt, i sin hembiosfär, att utvecklas utan inblandning utifrån.

Ekonomiska problem

Den initiala kostnaden för sådana projekt som planetarisk terraforming skulle vara enorm, och infrastrukturen för ett sådant företag skulle behöva byggas från grunden. Sådan teknik har ännu inte utvecklats, än mindre ekonomiskt genomförbar för tillfället. John Hickman har påpekat att nästan inget av de nuvarande systemen för terraforming innehåller ekonomiska strategier , och de flesta av deras modeller och förväntningar verkar mycket optimistiska.

Politiska frågor

Nationell stolthet, rivalitet mellan nationer och politiken för PR har tidigare varit de främsta motiven för att forma rymdprojekt. Det är rimligt att anta [ av vem? ] att dessa faktorer också skulle vara närvarande vid planetarisk terraforming. [ citat behövs ]

I populärkulturen

Terraforming är ett vanligt begrepp inom science fiction , allt från tv , filmer och romaner till videospel .

Ett besläktat koncept från science fiction är xenoforming – en process där utomjordingar förändrar jorden eller andra planeter för att passa deras egna behov, som redan föreslagits i klassikern The War of the Worlds (1898) av HG Wells .

Se även

Anteckningar

externa länkar