Terraformación de Marte
La terraformación de Marte es un proceso hipotético con el cual el clima, la superficie y las cualidades conocidas del planeta Marte, podrían ser deliberadamente acondicionadas con el objetivo de hacerlo habitable por seres humanos y otro tipo de vida terrestre. Así mismo esto daría las condiciones de seguridad y sostenibilidad a una posible colonia humana en grandes porciones del planeta.
Basándose en experiencias que se han observado en la Tierra, se cree que el entorno puede ser modificado deliberadamente. Sin embargo, la factibilidad de crear una biosfera en otro medio planetario aún es incierta. Algunos de los métodos y mecanismos propuestos no pueden ser llevados a cabo sin una especializada capacidad tecnológica, y suponen una problemática de recursos económicos (la cantidad necesaria se encuentra más allá de lo que cualquier gobierno o sociedad está dispuesto a destinar para este propósito).
Se debate entre los científicos sobre si siquiera sería posible terraformar Marte, o lo estable que sería el clima una vez terraformado. Es posible que en una escala de tiempo geológica -decenas o cientos de millones de años- Marte pudiera perder su agua y atmósfera de nuevo, posiblemente debido a los mismos procesos que lo llevaron a su estado actual.
Terraformar Marte requeriría dos grandes cambios interrelacionados: construir la atmósfera y calentarla. Dado que una atmósfera más densa de dióxido de carbono y algunos otros gases de efecto invernadero atraparían la radiación solar los dos procesos se reforzarían el uno en el otro. En todo caso se han sugerido múltiples posibilidades para terraformar el planeta rojo.
En un futuro no muy lejano, el crecimiento de la población, el calentamiento global, y la necesidad de recursos naturales posiblemente creará en los humanos presión para plantearse la colonización de nuevos hábitats. Aunque son opciones posibles la superficie de los océanos de la Tierra, las profundidades marinas, se considera además el espacio orbital terrestre próximo al planeta, la luna y los planetas cercanos, así como la creación de minas en el sistema solar para poder extraer energía y materiales.. Mediante la terraformación, los humanos podrían convertir a Marte en un planeta habitable mucho antes de que se llegue a una necesidad extrema. Marte se encuentra en el límite de la zona habitable, por lo que podría darle a la humanidad algunos miles de años adicionales para poder desarrollar una tecnología espacial superior, y así poder asentarse en los bordes del sistema solar y en un futuro en otros sistemas planetarios.
Se cree que una vez Marte tuvo un ambiente relativamente similar al de la Tierra a principios de su historia, con una densa atmósfera y abundante agua que se fue perdiendo a lo largo de millones de años; incluso se ha sugerido que ese proceso podría ser cíclico.
La similitud nos la da el grosor de la atmósfera marciana, así como la presencia evidente de agua en estado líquido en el planeta en algún momento de su pasado. La atmósfera, tras millones de años, ha disminuido debido al escape de gases al espacio, aunque también se ha condensado parcialmente en forma sólida. Aunque parece que el agua existió en la superficie marciana, ahora solo se encuentra en los polos y justo debajo de la superficie del planeta en forma de permafrost. El mecanismo exacto de esta pérdida no está todavía claro, aunque se han propuesto muchas teorías. La falta de una magnetósfera rodeando Marte puede haber permitido que el viento solar erosionara la atmósfera, la relativa baja gravedad de Marte ayudaría a acelerar la pérdida de los gases ligeros en el espacio. La falta evidente de placas tectónicas es otro factor bastante plausible, ya que una falta de actividad tectónica, en teoría, haría que el reciclaje de los gases atrapados en los sedimentos del suelo revirtiéndolos a la atmósfera fuese mucho más lento. La ausencia de un campo magnético y actividad geológica pueden ser el resultado del menor tamaño de Marte, permitiendo que su interior se enfriara más deprisa que la Tierra, aunque los detalles de tales procesos son todavía desconocidos. Sin embargo, ninguno de esos procesos es probable que sea significativo a lo largo de la vida de la mayoría de especies animales, o incluso en la escala de tiempo de la civilización humana, y la lenta pérdida de la atmósfera es posible que pudiese ser contrarrestada mediante actividades artificiales de terraformación.
Marte, de por sí, ya contiene muchos de los minerales que podrían teóricamente utilizarse para la terraformación. Adicionalmente, las investigaciones recientes han descubierto grandes cantidades de hielo en forma de permafrost justo por debajo de la superficie marciana hasta la latitud 60, además de en la superficie de los polos, donde está mezclado con hielo seco. También se han creado hipótesis de que hay grandes cantidades de hielo en las capas inferiores de su superficie. Al llegar el verano marciano el dióxido de carbono (CO2) congelado de los polos regresa a la atmósfera, y la pequeña cantidad de agua residual es barrida de allí por vientos que se acercan a las 250 millas por hora (402 km/h). Este suceso estacional transporta grandes cantidades de polvo y vapor de agua a la atmósfera, dando lugar a nubes tipo cirro muy semejantes a las terrestres.
El oxígeno sólo está presente en la atmósfera en cantidades mínimas, pero se encuentra presente en grandes cantidades en óxidos metálicos en la superficie marciana. También hay algo de oxígeno presente en el suelo en la forma de nitratos. El análisis de las muestras de suelo obtenidas por el Phoenix Lander nos indicaba la presencia de perclorato, que se utiliza para liberar el oxígeno en los generadores de oxígeno químicos. Adicionalmente, la electrólisis se podría emplear para separar el agua del planeta en oxígeno e hidrógeno si existiese la electricidad suficiente.
La terraformación de Marte implicaría dos cambios entrelazados: creación de una atmósfera y mantener el planeta cálido. La atmósfera marciana es relativamente delgada, lo que hace que la presión en la superficie sea muy baja (0.6 kPa), comparados con la de la Tierra (101.3 kPa). La atmósfera de Marte consiste de un 95% de dióxido de carbono (CO2), 3% de nitrógeno, 1.6% de argón, y sólo contiene pequeñas cantidades de oxígeno, agua, y metano. Debido a que su atmósfera está formada principalmente de CO2, un conocido gas que produce el efecto invernadero, una vez el planeta comenzara a calentarse y a derretirse las reservas de los polos, una cantidad mayor de CO2 entraría en la atmósfera haciendo que este efecto invernadero aumentase. Cada uno de los dos procesos favorecería al otro, ayudando, de esta manera, a la terraformación. No obstante, se necesitarían aplicar ciertas técnicas de una manera controlada y a gran escala durante un tiempo lo suficientemente largo para conseguir cambios sostenibles y lograr convertir esta teoría en realidad.
Puesto que el amoníaco es un potente gas de efecto invernadero, y es posible que naturalmente se hayan acumulado grandes cantidades de este compuesto congelado en objetos del tamaño de asteroides orbitando el sistema solar exterior, sería imaginable trasladarlos y enviarlos a la atmósfera de Marte. El choque de un cometa en la superficie del planeta causaría una destrucción que podría llegar a ser contraproducente. En cambio, mediante el aerofrenado, si fuese posible, sería posible que la masa congelada del cometa se fuese vaporizando y convirtiendo en parte de la atmósfera que atraviesa. Un bombardeo de pequeños asteroides aumentaría tanto la masa del planeta como su temperatura y atmósfera.
La importación de hidrógeno podría llevarse a cabo mediante ingeniería atmosférica e hidrosférica. Dependiendo del nivel de dióxido de carbono en la atmósfera, la importación y reacción con el hidrógeno produciría calor, agua y grafito mediante la reacción Bosch. Añadir agua y calor al ambiente sería la clave para convertir el seco y frío mundo en adecuado para la vida terrestre. Alternativamente, haciendo reaccionar hidrógeno con el dióxido de carbono mediante la reacción de Sabatier se produciría metano y agua. El metano podría liberarse a la atmósfera donde complementaría el efecto invernadero. Presumiblemente, el hidrógeno podría obtenerse, en cantidades, de los gigantes gaseosos o extraerlo de objetos presentes en el sistema solar exterior que tienen compuestos ricos en hidrógeno, aunque la cantidad de energía necesaria para transportar la cantidad necesaria sería grande.
El densificar la atmósfera marciana no sería suficiente para hacer el planeta habitable para la vida terrestre, a menos que contuviera la mezcla apropiada de gases. Conseguir una mezcla adecuada de gas inerte, oxígeno, dióxido de carbono, vapor de agua y trazas de otros gases requeriría, o bien el procesamiento directo de la atmósfera, o alterarla por medio de vida vegetal y otros organismos. La ingeniería genética podría permitir que esos organismos procesaran la atmósfera más eficientemente y sobrevivieran en el ambiente hostil.
La manera más importante para poder crear una atmósfera en Marte es mediante la importación de agua. Obteniéndola del hielo de los asteroides, o de las lunas de Júpiter o las de Saturno. Añadir agua y calor al medio ambiente marciano es un punto vital para hacer que este planeta frío y seco sea apropiado para sostener vida.
Una fuente importante de agua cercana es el planeta enano Ceres, el cual, de acuerdo con los estudios, ocupa entre el 25 y el 33% del cinturón de asteroides. La masa de Ceres es de aproximadamente 9.43 x 1020 kg. Las estimaciones sobre la cantidad de agua que pueda tener este planeta varían considerablemente, pero el 20% es una cantidad típica de entre las dadas. Además, se piensa que gran cantidad de esta agua se encuentra a nivel superficial o casi superficial del planetoide. Usando las estimaciones que acabamos de ofrecer, la masa de agua de Ceres equivale aproximadamente a 1.886 x 1020 kg. La masa total de Marte es de aproximadamente 6.4185 x 1023 kg. Por lo tanto, y haciendo cálculos estimados, el agua que podría haber en Ceres equivaldría a un 0.03 % de la masa total de Marte. El transporte de una cantidad importante de esta agua, o agua en general desde cualquiera de las lunas heladas, sería todo un reto. Por otro lado, cualquier intento de perturbar la órbita de Ceres para añadir al planetoide al planeta Marte (similar a la estrategia de usar tracción gravitacional para desviar los asteroides), aumentando, de esta manera, la masa marciana una fracción ínfima, pero al mismo tiempo añadiendo una cantidad importante de calor (ya que Ceres no es un cuerpo celeste pequeño), podría causar una perturbación en la órbita marciana además de cambios geológicos prolongados, como el restablecimiento del equilibrio hidrostático, causado incluso por el más suave de los impactos.
Otro método, mucho más complicado, sería utilizar el amoníaco como un potente gas de efecto invernadero (ya que es posible que la naturaleza tenga grandes reservas del mismo congelado en asteroides orbitando las afueras del sistema solar); podría ser posible mover estos asteroides (por ejemplo usando grandes bombas nucleares para explotarlas y hacer que se muevan en la dirección correcta) y enviarlos hacia la atmósfera marciana. Ya que el amoniaco (NH3) tiene mucho nitrógeno quizás podría solventar el problema de tener un gas inerte en la atmósfera. Repetidos pequeños impactos también podría contribuir a incrementar la temperatura y la masa de la atmósfera.
La necesidad de un gas inerte es un desafío que tendrán que abordar los constructores de la atmósfera. En la Tierra, el nitrógeno es el componente atmosférico principal, constituyendo el 79% de la misma. Marte requeriría un gas inerte similar, aunque no necesariamente en tanta cantidad. De todas formas, obtener cantidades significativas de nitrógeno, argón u otros gases no volátiles podría ser complicado.
Otra manera sería importar metano u otros hidrocarburos, (que son comunes en la atmósfera de Titán y en su superficie). El metano podría ser ventilado hacia la atmósfera donde actuaría como componente del efecto invernadero.
El metano (y otros hidrocarburos) también puede ser útil para producir un rápido aumento de la presión de la atmósfera marciana insuficiente. Además, estos gases pueden ser utilizados para la producción (en el próximo paso de la terraformación de Marte) de agua y CO2 de la atmósfera marciana, por la reacción:
Esta reacción probablemente podría iniciarse por el calor o por la irradiación solar UV marciana. Grandes cantidades de los productos resultantes (CO2 y agua) son necesarios para iniciar los procesos fotosintéticos.
La importación de hidrógeno también se puede hacer para la ingeniería de la atmósfera y la Hidrosfera. Por ejemplo, el hidrógeno podría reaccionar con el óxido de hierro (III), en la superficie marciana, que le daría el agua como un producto:
Dependiendo del nivel de dióxido de carbono en la atmósfera, la importación y la reacción del hidrógeno se produce calor, el agua y grafito a través de la reacción de Bosch. Alternativamente, el hidrógeno reacciona con la atmósfera de dióxido de carbono a través de la reacción de Sabatier produciría metano y agua.
Debido a que se requeriría una estabilidad climática a largo plazo para sostener a una población humana, se ha sugerido el uso de gases de efecto invernadero con flúor especialmente potentes, posiblemente incluyendo hexafluoruro de azufre o halocarbonos como clorofluorocarbonos (o CFC) y perfluorocarbonos (o PFC). Estos gases se proponen para su introducción porque producen un efecto invernadero muchas veces más fuerte que el CO2. Esto posiblemente se puede hacer enviando cohetes con cargas útiles de CFC comprimidos en los cursos de colisión con Marte. Cuando los cohetes se estrellaran contra la superficie, soltarían sus cargas útiles en la atmósfera. Un bombardeo constante de estos "cohetes CFC" tendría que ser sostenido por un poco más de una década mientras Marte cambia químicamente y se hace más cálido. Sin embargo, su vida útil debido a la fotólisis requeriría una reposición anual de 170 kilotones, y destruirían cualquier capa de ozono.
Para sublimar los glaciares de CO2 del sur polar, Marte requeriría la introducción de aproximadamente 0.3 microbars de CFCs en la atmósfera de Marte. Esto equivale a una masa de aproximadamente 39 millones de toneladas métricas. Esto es aproximadamente tres veces la cantidad de CFC fabricados en la Tierra de 1972 a 1992 (cuando la producción de CFC fue prohibida por un tratado internacional). Las prospecciones mineralógicas de Marte estiman la presencia elemental de flúor en la composición masiva de Marte a 32 ppm en masa frente a 19,4 ppm para la Tierra.
Una propuesta para extraer minerales que contienen flúor como fuente de CFC y PFC es apoyada por la creencia de que debido a que estos minerales se espera sean al menos tan comunes en Marte como en la Tierra, este proceso podría sostener la producción de cantidades suficientes de invernadero óptimo (CF3SCF3, CF3OCF2OCF3, CF3SCF2SCF3, CF3OCF2NFCF3, C12F27N) para mantener a Marte a temperaturas "confortables", como un método para mantener una atmósfera similar a la Tierra producida previamente por otros medios.
Espejos hechos de mylar aluminizado extremadamente fino podrían ser colocados en órbita alrededor de Marte para incrementar la insolación total que recibe. Esto aumentaría la temperatura directamente, y también vaporizaría agua y dióxido de carbono para aumentar el efecto invernadero en el planeta.
Aunque generar halocarbonos en Marte podría contribuir a añadir masa a la atmósfera, la función principal sería la de capturar la radiación solar incidente. Los halocarbonos (como los CFCs y PFCs) son potentes gases de efecto invernadero, y son estables en la atmósfera por periodos de tiempo prolongados. Podrían ser producidos por bacterias aerobias modificadas genéticamente o por artilugios mecánicos repartidos sobre la superficie del planeta.
El modificar el albedo de la superficie marciana también sería una forma de aprovechar de forma más eficiente la luz solar incidente. El alterar el color de la superficie con un polvo oscuro como el hollín, formas de vida microbianas oscuras o líquenes serviría para transferir una gran cantidad de radiación solar a la superficie en forma de calor antes de que se reflejara de nuevo al espacio. El usar formas de vida es particularmente atractivo ya que podrían propagarse ellas mismas.
Se ha sugerido el bombardeo nuclear de la corteza y los casquetes polares como un método rápido y sucio de calentar el planeta. Si se detona un ingenio nuclear en las regiones polares, el intenso calor derretiría grandes cantidades de agua y dióxido de carbono congelados. Los gases producidos harían más densa la atmósfera y contribuirían al efecto invernadero. Adicionalmente, el polvo levantado por la explosión nuclear cubriría el hielo y reduciría su albedo, permitiendo que se fundiese más rápidamente bajo los rayos del sol. La detonación de un ingenio nuclear bajo la superficie calentaría la corteza y ayudaría a la desgasificación del dióxido de carbono atrapado en las rocas. Aunque los ingenios nucleares resultan atractivos en el sentido de que hacen uso de armas peligrosas y obsoletas en la Tierra y añade calor al planeta rápidamente y de forma económica, conlleva las connotaciones negativas de destrucción masiva al ambiente nativo y potenciales efectos perniciosos de la desintegración nuclear.
Durante el Taller Planetario de Ciencias 2050 a finales de febrero de 2017, el científico de la NASA Jim Green propuso lanzar un escudo magnético entre el planeta y el Sol para protegerlo de las partículas solares de alta energía, se localizará en un punto de Lagrange L1 (un punto relativamente estable entre Marte y el Sol) aproximadamente a 320 R
(radios de Marte). El escudo permitiría al planeta restaurar su atmósfera, mejorando rápidamente su habitabilidad. Las simulaciones indican el planeta sería capaz de lograr la mitad de la presión atmosférica de la Tierra en cuestión de años, y no de siglos o milenios. Sin los vientos solares afectando al planeta, el dióxido de carbono congelado en las capas de hielo de cada polo comenzaría a sublimar y calentar el ecuador. Las capas de hielo empezarían a fundirse para formar un océano.