COMMENT TERRAFORMONS-NOUS MARS?

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Dans le cadre de notre série continue «Guide définitif de la terraformation», Space Magazine est heureux de présenter notre guide de la terraformation de Mars. À l'heure actuelle, plusieurs plans prévoient de placer des astronautes et des colons sur la planète rouge. Mais si nous voulons vraiment y vivre un jour, nous allons devoir faire une rénovation planétaire complète. Que faudra-t-il?

Malgré un climat très froid et très sec - sans parler d'une petite atmosphère à proprement parler - la Terre et Mars ont beaucoup en commun. Ceux-ci incluent des similitudes de taille, d'inclinaison, de structure, de composition et même la présence d'eau sur leurs surfaces. Pour cette raison, Mars est considéré comme un candidat de choix pour l'établissement humain; une perspective qui comprend la transformation de l'environnement pour qu'il soit adapté aux besoins humains (aka. terraformation).

Cela étant dit, il existe également de nombreuses différences clés qui rendraient la vie sur Mars, une préoccupation croissante chez de nombreux humains (en vous regardant, Elon Musk et Bas Lansdorp!), Un défi important. Si nous devions vivre sur la planète, nous devions dépendre assez fortement de notre technologie. Et si nous allions modifier la planète grâce à l'ingénierie écologique, cela prendrait beaucoup de temps, d'efforts et de mégatonnes de ressources!

Les défis de la vie sur Mars sont assez nombreux. Pour commencer, il y a l'atmosphère extrêmement mince et irrespirable. Alors que l'atmosphère terrestre est composée de 78% d'azote, 21% d'oxygène et de traces d'autres gaz, l'atmosphère de Mars est composée de 96% de dioxyde de carbone, 1,93% d'argon et 1,89% d'azote, ainsi que de traces d'oxygène et d'eau.

La pression atmosphérique de Mars varie également de 0,4 à 0,87 kPa, ce qui équivaut à environ 1% de la Terre au niveau de la mer. La faible atmosphère et la plus grande distance du Soleil contribuent également à l'environnement froid de Mars, où les températures de surface sont en moyenne de 210 K (-63 ° C / -81,4 ° F). Ajoutez à cela le fait que Mars n'a pas de magnétosphère, et vous pouvez voir pourquoi la surface est exposée à beaucoup plus de rayonnement que la Terre.

Sur la surface martienne, la dose moyenne de rayonnement est d'environ 0,67 millisieverts (mSv) par jour, ce qui représente environ un cinquième de ce à quoi les gens sont exposés ici sur Terre au cours d'une année. Par conséquent, si les humains voulaient vivre sur Mars sans avoir besoin de protection contre les radiations, de dômes sous pression, d'oxygène en bouteille et de combinaisons de protection, de sérieux changements devraient être apportés. Fondamentalement, il faudrait réchauffer la planète, épaissir l'atmosphère et modifier la composition de cette atmosphère.

Exemples en fiction:

En 1951, Arthur C. Clarke a écrit le premier roman dans lequel la terraformation de Mars était présentée dans une fiction. Titré Les sables de Mars, l'histoire implique des colons martiens qui chauffent la planète en convertissant le Phobos de la lune de Mars en un deuxième soleil et en cultivant des plantes qui décomposent les sables martiens afin de libérer de l'oxygène.

En 1984, James Lovelock et Michael Allaby ont écrit ce que beaucoup considèrent comme l'un des livres les plus influents sur la terraformation. Titré L'écologisation de Mars, le roman explore la formation et l’évolution des planètes, l’origine de la vie et la biosphère terrestre. Les modèles de terraformation présentés dans le livre préfiguraient en fait de futurs débats concernant les objectifs de la terraformation.

En 1992, l'auteur Frederik Pohl a publié Exploitation minière de l'Oort, une histoire de science-fiction où Mars est terraformée à l'aide de comètes détournées du nuage d'Oort. Tout au long des années 1990, Kim Stanley Robinson a sorti son célèbre Mars Trilogy – Mars rouge, Mars vert, Mars bleu - qui se concentre sur la transformation de Mars au cours de nombreuses générations en une civilisation humaine florissante.

En 2011, Yu Sasuga et Kenichi Tachibana ont produit la série manga Terra Formars, une série qui se déroule au 21e siècle où les scientifiques tentent de réchauffer lentement Mars. Et en 2012, Kim Stanley Robinson a publié 2312, une histoire qui se déroule dans un système solaire où plusieurs planètes ont été terraformées - dont Mars (qui a des océans).

Méthodes proposées:

Au cours des dernières décennies, plusieurs propositions ont été faites sur la façon dont Mars pourrait être modifié pour convenir aux colons humains. En 1964, Dandridge M. Cole publie «Islands in Space: The Challenge of the Planetoids, the Pioneering Work», dans lequel il préconise de déclencher un effet de serre sur Mars. Cela consistait à importer des glaces à l'ammoniac du système solaire extérieur, puis à les impacter à la surface.

L'ammoniac (NH³) étant un puissant gaz à effet de serre, son introduction dans l'atmosphère martienne aurait pour effet d'épaissir l'atmosphère et d'élever les températures mondiales. L'ammoniac étant principalement composé d'azote en poids, il pourrait également fournir le gaz tampon nécessaire qui, combiné à l'oxygène gazeux, créerait une atmosphère respirable pour l'homme.

Une autre méthode concerne la réduction de l'albédo, où la surface de Mars serait recouverte de matériaux sombres afin d'augmenter la quantité de lumière solaire qu'elle absorbe. Cela pourrait être quelque chose de la poussière de Phobos et Deimos (deux des corps les plus sombres du système solaire) aux lichens et aux plantes extrémophiles qui sont de couleur sombre. L'un des plus grands partisans de cette initiative était le célèbre auteur et scientifique Carl Sagan.

En 1973, Sagan a publié un article dans la revue Icarus intitulé "Planetary Engineering on Mars", où il a proposé deux scénarios pour assombrir la surface de Mars. Ceux-ci comprenaient le transport de matériaux à faible albédo et / ou la plantation de plantes sombres sur les calottes glaciaires polaires pour s'assurer qu'elles absorbaient plus de chaleur, fondaient et convertissaient la planète en des «conditions similaires à la Terre».

En 1976, la NASA a officiellement abordé la question de l'ingénierie planétaire dans une étude intitulée «Sur l'habitabilité de Mars: une approche de l'écosynthèse planétaire». L'étude a conclu que les organismes photosynthétiques, la fonte des calottes polaires et l'introduction de gaz à effet de serre pouvaient tous être utilisés pour créer une atmosphère plus chaude, riche en oxygène et en ozone.

En 1982, le planétologue Christopher McKay a écrit «Terraforming Mars», un article Journal de la British Interplanetary Society. Dans ce document, McKay a discuté des perspectives d'une biosphère martienne autorégulée, qui comprenait à la fois les méthodes requises pour le faire et son éthique. C'était la première fois que le mot terraformation était utilisé dans le titre d'un article publié et deviendrait désormais le terme préféré.

Cela a été suivi en 1984 par le livre de James Lovelock et Michael Allaby, L'écologisation de Mars. Dans ce document, Lovelock et Allaby ont décrit comment Mars pourrait être réchauffé en important des chlorofluorocarbures (CFC) pour déclencher le réchauffement climatique.

En 1993, le fondateur de la Mars Society, le Dr Robert M. Zubrin et Christopher P. McKay du NASA Ames Research Center ont co-écrit «Exigences technologiques pour la terraformation de Mars». Dans ce document, ils ont proposé d'utiliser des miroirs orbitaux pour chauffer directement la surface martienne. Placés à proximité des pôles, ces miroirs pourraient sublimer le CO₂ calotte glaciaire et contribuer au réchauffement climatique.

Dans le même document, ils ont fait valoir la possibilité d'utiliser des astéroïdes récoltés dans le système solaire, qui seraient redirigés vers la surface, soulevant la poussière et réchauffant l'atmosphère. Dans les deux scénarios, ils préconisent l'utilisation de fusées nucléaires-électriques ou nucléaires-thermiques pour transporter tous les matériaux / astéroïdes nécessaires en orbite.

L'utilisation de composés fluorés - «super-gaz à effet de serre» qui produisent un effet de serre des milliers de fois plus fort que le CO² - a également été recommandée comme stabilisateur climatique à long terme. En 2001, une équipe de scientifiques de la Division des sciences géologiques et planétaires de Caltech a fait ces recommandations dans le document «Garder Mars au chaud avec de nouveaux super gaz à effet de serre».

Lorsque cette étude a indiqué que les charges utiles initiales de fluor devraient provenir de la Terre (et être réapprovisionnées régulièrement), elle a affirmé que les minéraux contenant du fluor pouvaient également être extraits sur Mars. Ceci est basé sur l'hypothèse que de tels minéraux sont tout aussi communs sur Mars (étant une planète terrestre), ce qui permettrait un processus auto-entretenu une fois les colonies établies.

Il a également été suggéré d'importer du méthane et d'autres hydrocarbures du système solaire extérieur - qui sont abondants sur la lune de Saturne Titan. Il existe également la possibilité d’une utilisation in situ des ressources, grâce à la découverte par le rover Curiosity d’un «pic décuplé» de méthane qui pointait vers une source souterraine. Si ces sources pouvaient être exploitées, le méthane n'aurait peut-être même pas besoin d'être importé.

Des propositions plus récentes incluent la création de biodomes scellés qui emploieraient des colonies de cyanobactéries productrices d'oxygène et d'algues sur le sol martien. En 2014, le programme de la NASA Institute for Advanced Concepts (NAIC) et Techshot Inc. ont commencé à travailler sur ce concept, qui a été nommé «Mars Ecopoiesis Test Bed». À l'avenir, le projet prévoit d'envoyer de petites boîtes d'algues et de cyanobactéries photosynthétiques extrémophiles à bord d'une mission mobile pour tester le processus dans un environnement martien.

Si cela réussit, la NASA et Techshot ont l'intention de construire plusieurs grands biodomes pour produire et récolter de l'oxygène pour les futures missions humaines vers Mars - ce qui réduirait les coûts et prolongerait les missions en réduisant la quantité d'oxygène qui doit être transportée. Bien que ces plans ne constituent pas une ingénierie écologique ou planétaire, Eugene Boland (scientifique en chef de Techshot Inc.) a déclaré qu'il s'agit d'un pas dans cette direction:

«L'écopoïèse est le concept d'initier la vie dans un nouvel endroit; plus précisément, la création d'un écosystème capable de soutenir la vie. C'est le concept d'initier la «terraformation» à l'aide de moyens physiques, chimiques et biologiques, y compris l'introduction d'organismes pionniers qui construisent un écosystème… Ce sera le premier grand pas des études en laboratoire vers la mise en œuvre de planètes expérimentales (par opposition à analytiques) in situ des recherches les plus intéressantes pour la biologie planétaire, l'écopoïèse et la terraformation. »

Des bénéfices potentiels:

Au-delà de la perspective d'aventure et de l'idée de l'humanité se lançant à nouveau dans une ère d'exploration audacieuse de l'espace, il existe plusieurs raisons pour lesquelles la terraformation de Mars est proposée. Pour commencer, on craint que l’impact de l’humanité sur la planète Terre ne soit pas durable, et que nous devrons nous développer et créer un «lieu de sauvegarde» si nous voulons survivre à long terme.

Cette école de cite cependant des choses comme la croissance démographique de la Terre - qui devrait atteindre 9,6 milliards d’habitants au milieu du siècle - ainsi que le fait qu’en 2050, environ les deux tiers de la population mondiale devraient vivre dans les grandes villes. En plus de cela, il y a la perspective d'un changement climatique grave qui, selon une série de scénarios calculés par la NASA, pourrait rendre la vie intenable sur certaines parties de la planète d'ici 2100.

D’autres raisons soulignent comment Mars se situe dans la «zone des Boucles d’or» de notre Soleil (alias «zone habitable)» et était autrefois une planète habitable. Au cours des dernières décennies, des missions de surface comme le Mars Science Laboratory (MSL) de la NASA et son Curiosité rover a découvert une multitude de preuves qui indiquent que l'eau qui coulait sur Mars dans le passé profond (ainsi que l'existence de molécules organiques).

De plus, la NASA Atmosphère de Mars et mission d'évolution volatile (MAVEN) (et d'autres orbites) ont fourni des informations détaillées sur l'atmosphère passée de Mars. Ce qu'ils ont conclu, c'est qu'il y a environ 4 milliards d'années, Mars avait une eau de surface abondante et une atmosphère plus épaisse. Cependant, en raison de la perte de la magnétosphère de Mars - qui peut avoir été causée par un impact important ou un refroidissement rapide de l'intérieur de la planète - l'atmosphère a été lentement éliminée.

Ergo, si Mars était autrefois habitable et "semblable à la Terre", il est possible que ce soit à nouveau un jour. Et si en effet l'humanité cherche un nouveau monde sur lequel s'installer, il est logique que ce soit celui qui a autant de points communs avec la Terre que possible. En outre, il a également été avancé que notre expérience de la modification du climat de notre propre planète pourrait être mise à profit sur Mars.

Pendant des siècles, notre dépendance à l’égard des machines industrielles, du charbon et des combustibles fossiles a eu un effet mesurable sur l’environnement terrestre. Et considérant que cela a été une conséquence involontaire de la modernisation et du développement ici sur Terre; sur Mars, la combustion de combustibles fossiles et la libération régulière de pollution dans l'air auraient un effet positif.

Les autres raisons incluent l'élargissement de notre base de ressources et le fait de devenir une société «post-pénurie». Une colonie sur Mars pourrait permettre des opérations minières sur la planète rouge, où les minéraux et la glace d'eau sont abondants et pourraient être récoltés. Une base sur Mars pourrait également servir de passerelle vers la ceinture d'astéroïdes, ce qui nous donnerait accès à suffisamment de minéraux pour nous durer indéfiniment.

Défis:

Sans aucun doute, la perspective de terraformer Mars s'accompagne de son lot de problèmes, tous particulièrement décourageants. Pour commencer, il y a la quantité considérable de ressources qu'il faudrait pour convertir l'environnement de Mars en quelque chose de durable pour les humains. Deuxièmement, on craint que toute mesure prise puisse avoir des conséquences imprévues. Et troisièmement, il y a le temps qu'il faudrait.

Par exemple, lorsqu'il s'agit de concepts qui appellent à l'introduction de gaz à effet de serre pour déclencher le réchauffement, les quantités requises sont assez stupéfiantes. L'étude Caltech de 2001, qui préconisait l'introduction de composés fluorés, a indiqué que la sublimation des glaciers CO² du pôle sud nécessiterait l'introduction d'environ 39 millions de tonnes métriques de CFC dans l'atmosphère de Mars - soit trois fois les quantités produites sur Terre entre 1972 et 1992.

La photolyse commencerait également à décomposer les CFC dès leur introduction, ce qui nécessiterait l'ajout de 170 kilotonnes par an pour reconstituer les pertes. Enfin, l'introduction de CFC détruirait également le Martien de l'ozone produit, ce qui minerait les efforts de protection contre les rayonnements à la surface.

En outre, l'étude de faisabilité de la NASA de 1976 a indiqué que s'il était possible de terraformer Mars en utilisant des organismes terrestres, elle a également reconnu que les délais demandés seraient considérables. Comme il l'indique dans l'étude:

«Aucune limitation fondamentale et insurmontable de la capacité de Mars à soutenir une écologie terrestre n'est identifiée. L'absence d'une atmosphère contenant de l'oxygène empêcherait l'habitation spontanée de Mars par l'homme. La forte irradiation de surface ultraviolette actuelle est une barrière majeure supplémentaire. La création d'une atmosphère adéquate contenant de l'oxygène et de l'ozone sur Mars peut être possible grâce à l'utilisation d'organismes photosynthétiques. Cependant, le temps nécessaire pour créer une telle atmosphère pourrait être plusieurs millions d'années.”

L'étude poursuit en déclarant que cela pourrait être considérablement réduit en créant des organismes extrémophiles spécifiquement adaptés à l'environnement martien difficile, en créant un effet de serre et en faisant fondre les calottes polaires. Cependant, le temps qu'il faudrait pour transformer Mars serait probablement de l'ordre de plusieurs siècles ou millénaires.

Et bien sûr, il y a le problème des infrastructures. La récolte des ressources d'autres planètes ou lunes du système solaire nécessiterait une grande flotte de transporteurs spatiaux, et ils devraient être équipés de systèmes d'entraînement avancés pour faire le voyage dans un laps de temps raisonnable. Actuellement, aucun tel système d'entraînement n'existe, et les méthodes conventionnelles - allant des moteurs ioniques aux propulseurs chimiques - ne sont ni assez rapides ni assez économiques.

Pour illustrer, la NASA Nouveaux horizons mission a pris plus de 11 ans pour obtenir son rendez-vous historique avec Pluton dans la ceinture de Kuiper, en utilisant des fusées conventionnelles et la méthode d'assistance à la gravité. Pendant ce temps, le Aube mission, qui reposait sur la propulsion ionique, a mis près de quatre ans pour atteindre Vesta dans la ceinture d'astéroïdes. Aucune de ces méthodes n'est pratique pour faire des voyages répétés vers la ceinture de Kuiper et ramener des comètes et des astéroïdes glacés, et l'humanité n'a nulle part près du nombre de navires dont nous aurions besoin pour ce faire.

D'un autre côté, emprunter la route in situ - qui impliquerait des usines ou des opérations minières à la surface pour libérer du CO², du méthane ou des minéraux contenant des CFC dans l'air - nécessiterait plusieurs roquettes à charge utile élevée pour amener toutes les machines au Planète rouge. Le coût de cette opération éclipserait tous les programmes spatiaux à ce jour. Et une fois assemblées à la surface (soit par des robots ou des travailleurs humains), ces opérations devraient être exécutées en continu pendant des siècles.

Il y a aussi plusieurs questions sur l'éthique de la terraformation. Fondamentalement, la modification d'autres planètes afin de les rendre plus adaptées aux besoins humains soulève la question naturelle de ce qui arriverait à toutes les formes de vie qui y vivent déjà. Si en fait Mars a une vie microbienne indigène (ou des formes de vie plus complexes), ce que de nombreux scientifiques soupçonnent, alors la modification de l'écologie pourrait avoir un impact ou même effacer ces formes de vie. Bref, les futurs colons et ingénieurs terrestres commettraient effectivement un génocide.

Compte tenu de tous ces arguments, il faut se demander quels seraient les avantages de la terraformation de Mars. Alors que l'idée d'utiliser les ressources du système solaire a du sens à long terme, les gains à court terme sont beaucoup moins tangibles. Fondamentalement, les ressources récoltées dans d'autres mondes ne sont pas économiquement viables lorsque vous pouvez les extraire ici chez vous pour beaucoup moins. Et étant donné le danger, qui voudrait y aller?

Mais comme l'ont montré des entreprises comme MarsOne, il y a beaucoup d'êtres humains qui sont prêts à faire un voyage à sens unique vers Mars et à agir comme la «première vague» de la Terre d'explorateurs intrépides. En outre, la NASA et d'autres agences spatiales ont exprimé très clairement leur désir d'explorer la planète rouge, qui comprend des missions habitées d'ici les années 2030. Et comme le montrent différents sondages, le soutien du public est à l'origine de ces efforts, même si cela signifie une augmentation drastique des budgets.

Alors pourquoi faire ça? Pourquoi terraformer Mars pour un usage humain? Parce que c'est là? Sûr. Mais plus important encore, car nous pourrions en avoir besoin. Et la pulsion et l'envie de la coloniser sont également là. Et malgré la difficulté inhérente à chacune, il ne manque pas de méthodes proposées qui ont été pesées et jugées réalisables.Au final, il suffit de beaucoup de temps, beaucoup d'engagement, beaucoup de ressources et beaucoup de veillez à ne pas nuire irrévocablement aux formes de vie qui existent déjà.

Mais bien sûr, si nos pires prédictions venaient à se réaliser, nous pourrions finalement trouver que nous n'avons pas d'autre choix que de faire une maison ailleurs dans le système solaire. Au fur et à mesure que ce siècle progresse, ce pourrait très bien être Mars ou le buste!

Nous avons écrit de nombreux articles intéressants sur la terraformation ici au Space Magazine. Voici le guide définitif de la terraformation, pourrions-nous terraformer la Lune?, Devrions-nous terraformer Mars?, Comment terraformons-nous Vénus?, Et l'équipe étudiante veut terraformer Mars en utilisant des cyanobactéries

Nous avons également des articles qui explorent le côté le plus radical de la terraformation, comme Pouvons-nous terraformer Jupiter?, Pouvons-nous terraformer le soleil?

Astronomy Cast a également de bons épisodes sur le sujet, comme l'épisode 96: Humans to Mar, Part 3 - Terraforming Mars

Pour plus d'informations, consultez Terraforming Mars à NASA Quest! et Journey to Mars de la NASA.

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