Термин «терраформирование» (англ.terraforming) был придуман Джеком Уильямсоном в научно-фантастической повести "Collision Orbit", опубликованной в 1942 году в журнале Astounding Science Fiction[2] и входившей в его серию произведений Seetee[англ.], хотя идея преобразования планет под земные условия обитания присутствовала уже в более ранних произведениях других писателей-фантастов. В англоязычной литературе используется и более широкий термин в отношении преобразования планет – планетарная инженерия[англ.] (Planetary engineering). О возможном преобразовании планет на примере Венеры из числа учёных писал астроном Карл Саган в своей работе The Planet Venus (1961 г.)[3].
Причины, которые могут привести к необходимости заселения других планет
Практическое значение терраформирования обусловлено необходимостью обеспечить нормальное существование и развитие человечества. С течением времени рост населения Земли, экологические и климатические изменения могут создать ситуацию, когда недостаток пригодной для обитания территории поставит под угрозу дальнейшее существование и развитие земной цивилизации. Такую ситуацию, например, создадут неизбежные изменения размеров и активности Солнца, которые чрезвычайно изменят условия жизни на Земле. Поэтому человечество будет естественным образом стремиться к перемещению в более комфортный пояс.
Возможность переселения во внеземные колонии со временем может привести к формированию культурных традиций, когда переселение людей в колонии будет происходить постоянно на протяжении многих поколений. Культурные традиции могут быть изменены прогрессом медицины, что может привести к значительному увеличению продолжительности жизни человека. Это, в свою очередь, может привести к «конфликту поколений», когда представители более молодых поколений и более старших начнут бороться между собой за жизненные ресурсы. Вообще, возможность решения политических конфликтов путём эмиграции диссидентов в колонии может значительно изменить политическую структуру многих демократических государств. В таком случае, процесс создания новых колоний будет подобен процессу строительства «элитных» микрорайонов, когда колонии создаются коммерческими структурами в надежде на окупаемость; или наоборот, строительству государственного жилья для малоимущих слоёв населения для уменьшения уровня преступности в трущобах и уменьшения влияния политической оппозиции в них. Рано или поздно «недвижимость» в Солнечной системе будет поделена, и процесс переселения не будет ограничиваться существующими в Солнечной системе планетарными объектами, но будет направлен в сторону других звёздных систем. Вопрос об осуществимости подобных проектов упирается в технологичность и выделение достаточных ресурсов. Как и в любых других сверхпроектах (как, например, строительство огромных ГЭС или железных дорог «от моря до моря», или, скажем, Панамского канала), риск и размер инвестиций слишком велик для одной организации и с большой вероятностью потребует вмешательства государственных структур и привлечения соответствующих инвестиций. Время реализации проектов по терраформированию околоземного пространства в лучшем случае может измеряться десятилетиями или даже столетиями[4].
Биологически сопоставимая планета, то есть планета в состоянии, подобном земному, миллиарды лет назад.
Легко терраформируемая планета. Терраформирование планеты такого типа возможно провести с минимальными затратами. Например, планету с температурой, превышающей оптимум для биосферы Земного типа, можно охладить путём распыления пыли в атмосфере по принципу «ядерной зимы». А планету с недостаточно высокой температурой, наоборот, нагреть путём осуществления направленных ядерных ударов в залежи гидратов, что привело бы к выбросу в атмосферу парниковых газов.
Далеко не всякая планета может быть пригодна не только к заселению, но и к терраформированию. К примеру, в Солнечной системе непригодными к терраформированию являются газовые гиганты, поскольку они не имеют твёрдой поверхности, а также обладают высокой гравитацией (например, у Юпитера — 2,4 g, то есть 23,54 м/с) и сильным радиационным фоном (при сближении с Юпитером космический аппарат «Галилео» получил дозу радиации, в 25 раз превышающую смертельную дозу для человека). В Солнечной системе наиболее подходящими условиями для поддержания жизни после терраформирования обладает прежде всего Марс[6]. Остальные планеты либо малопригодны к терраформированию, либо встречают значительные трудности в преобразовании климатических условий.
Пригодность планет к терраформированию зависит от физических условий на их поверхности. Основными из этих условий являются:
Ускорение свободного падения на поверхности планеты[7]. Гравитация терраформируемой планеты должна быть достаточной для удержания атмосферы с соответствующим газовым составом и влажностью. Планеты, имеющие слишком малые размеры и, следовательно, массу, совершенно непригодны, так как будет происходить быстрая утечка атмосферы в космическое пространство. Кроме того, определённая степень притяжения необходима для нормального существования на планете живых организмов, их размножения и устойчивого развития. Слишком высокая гравитация также может сделать планету непригодной для терраформирования ввиду невозможности комфортного существования на ней людей.
Объём принимаемой солнечной энергии[8]. Для проведения работ по терраформированию планет необходим достаточный объём солнечной энергии для прогрева поверхности и атмосферы планеты. Прежде всего, освещённость планеты Солнцем (равно как и любой другой родительской звездой) должна быть достаточной для прогрева атмосферы планеты как минимум до достижения искусственного парникового эффекта для поддержания температур на поверхности, достаточных для устойчивого нахождения воды в жидком состоянии. Освещённость также необходима для осуществления воспроизводства энергии с помощью фото- или термопреобразователей и выполнения задач по терраформированию. С точки зрения освещённости зона, в которой есть необходимый объём солнечной энергии и в которой находятся подходящие планеты, достигает орбиты Сатурна, а следовательно в более глубоких областях космоса терраформирование в настоящее время невозможно. В будущем, при расширении Солнца, уровень энергии, достаточный для кратковременного (несколько сотен миллионов лет) поддержания жизни, окажется в пределах орбиты Плутона или же даже в ближних областях Пояса Койпера.Кратер Тихо на Луне, диаметр — 85 км
Наличие воды. Необходимое для поддержания заселения планеты растениями и животными количество воды — это одно из неизменных условий для возможностей заселения и успешного терраформирования. В Солнечной системе не так много планет, располагающих достаточными объёмами воды, и в этой связи кроме Земли может быть упомянут лишь Марс и спутники Юпитера (Европа, Ганимед, Каллисто) и Сатурна. В иных случаях необходимо либо завезти воду на планету с помощью технических средств, либо отказаться от терраформирования. Планеты с чрезмерным количеством воды, а также покрытые сплошным слоем льда упомянутые выше спутники Юпитера и Сатурна также могут быть малопригодны для заселения по той причине, что колонистам пришлось бы доставлять все необходимые элементы таблицы Менделеева с собой, так как все полезные ископаемые будут погребены под многокилометровым слоем льда.
Характеристика поверхности[10]. Очевидно, что на планетах типа «газовый гигант» создать твёрдую поверхность практически невозможно. Технологический уровень для этого должен быть на порядок выше, чем для «размораживания» землеподобной планеты путём распыления сажи по поверхности. То же самое относится к планете с аммиачнымиледниками глубиной несколько сотен километров или к планете с высокой вулканической активностью. Проблемы, связанные с постоянными извержениями расплавленных пород, землетрясениями или приливными волнами (аналогичными цунами на Земле), также создадут существенные проблемы при терраформировании.
Наличие у планеты магнитного поля. В последнее время появились данные, что при отсутствии магнитного поля солнечный ветер активно взаимодействует с верхними слоями атмосферы. При этом молекулы воды расщепляются на водород и гидроксильную группу OH. Водород покидает планету, которая полностью обезвоживается. Подобный механизм действует на Венере.
Астероидная ситуация[11]. В планетной системе, где астероидная ситуация отличается от нашей в худшую сторону, то есть где астероидный пояс находится в опасной близости от предполагаемого места заселения, планета может находиться под угрозой частых столкновений с астероидами, которые могут нанести существенный ущерб поверхности планеты и тем самым вернуть её в прежнее состояние (до терраформирования). Это означает, что в такой системе терраформаторы должны будут создать средства «регулировки астероидного движения», что потребует достаточно высокого технологического уровня.
«Условия пригодности для обитания флоры и фауны» по МакКею[12].
Ограничение содержания CO2 для избежания интоксикации
Парциальное давление N2
> 30 кПа
Буферное содержание
В 2005 году возле звезды Глизе 581 была открыта планетная система. Главная «достопримечательность» системы — первая открытая человечеством экзопланетаобитаемой зоны (англ.habitable zone) (Глизе 581 g), т. e. обладающая физическими характеристиками, делающими экзопланету потенциально обитаемой (в частности для данной планеты ускорение свободного падения — 1,6 g, температура — 3 — 40 °С и прочее). У звезды открыто шесть экзопланет. Четвёртая планета — ближайшая к звезде и самая маленькая по массе — открыта 21 апреля 2009 года. Её минимальная масса — 1,9 масс Земли, период обращения вокруг звезды — 3,15 дня[13].
