Ученые определили, в каких местах на Марсе деревья смогут впервые зацвести.

В настоящее время SpaceX тестирует многоразовый носитель, основная цель которого — содействие колонизации и терраформирования Марса. В команде SpaceX работают ученые, которые ранее обсуждали наиболее простые и эффективные методы терраформирования четвертой планеты (с использованием суперпарниковых газов). Однако этот процесс будет долгим и займет столетия. Хотя поднять температуру Красной планеты до уровня, сравнимого с земным, можно будет почти мгновенно после достижения необходимых концентраций суперпарниковых газов в марсианской атмосфере, насыщение кислородом займет, в лучшем случае, многие века. Наиболее эффективно фотосинтезируют деревья в условиях нехватки влаги, так как их потребление воды на единицу биомассы значительно ниже.

Сложность заключается в том, что современная газовая оболочка Марса разреженнее в 170 раз по сравнению с земной на уровне моря. На Земле такое давление наблюдается на высоте 35 километров, в то время как деревья для нормального роста требуют более высокого давления. Поэтому ученые из США, Польши и Швейцарии попытались выяснить, при каких условиях на четвертой планете смогут расти деревья. Результаты их исследований были представлены на конференции по астробиологии и будущему жизни, прошедшей в Институте Луны и планет в Хьюстоне, США, в октябре 2024 года.

На данный момент давление на поверхности Марса составляет 0,61 килопаскалей. Авторы доклада подчеркивают, что земные деревья, согласно лабораторным экспериментам, могут расти при давлении от 10 килопаскалей, что в 16 раз выше текущего марсианского, но в 10 раз ниже современного земного. Также им необходима определенная температура. При этом около одного процента этого давления (0,1 килопаскаля) должно быть кислородом, поскольку ночью высшие растения на Земле не могут существовать без него.

Длительность вегетационного сезона должна составлять не менее 110 сол (местных суток, 24 часа 40 минут) из 669 солов, которые составляют марсианский год. Во время вегетации минимальные ночные температуры не должны опускаться ниже -6°C, средние — ниже +6°C, а максимальные температуры не должны превышать +40°C.

Эти условия могут быть достигнуты при поглощении солнечного излучения атмосферой Марса на уровне 0,27 от максимума. Это вполне возможно при активном ввозе большого количества суперпарниковых газов. Моделирование показывает, что необходимые температурные и атмосферные условия будут впервые достигнуты в неожиданном месте — на Равнине Эллады.

Эта впадина имеет диаметр до 2300 километров и глубину на семь километров ниже средней высоты поверхности Марса. Она расположена вне тропиков, то есть в самой теплой части планеты. На ее дне атмосферное давление даже сейчас составляет 1,24 килопаскаля, что в два раза выше стандартного марсианского. Летом там иногда образуется легкий туман, а зимой стабильно выпадает водяной иней, что делает ее хорошо видимой на поверхности планеты. Более того, давление там превышает так называемую тройную точку воды, что позволяет существовать жидкой воде на поверхности, в то время как на остальной части планеты она быстро испаряется из-за слишком низкого давления. На дне равнины необходимые для деревьев параметры давления будут достигнуты вдвое быстрее, чем на остальной поверхности Марса.

Выводы авторов работы показывают, что экватор — не лучшее место для первых экспериментальных негерметичных и неотапливаемых (а значит, недорогих) теплиц на поверхности Марса. Однако к ним можно добавить, что исследования четвертой планеты с помощью радаров показали наличие залежей водного льда толщиной от 200 до 450 метров на Равнине Эллады. Это означает, что с началом терраформирования там будет формироваться жидкая вода в значительных количествах, что может запустить местный гидрологический цикл с осадками.

Следует отметить, что в своих расчетах ученые использовали значительные обобщения. Например, для упрощения расчетов поверхность Марса была разбита на участки размером 190 на 190 километров. Это позволяет оценить ситуацию для больших равнин, но искажает ее в контексте оценки пригодности для деревьев в пересеченной местности.

Например, долины Маринер достигают глубины 11 километров (дно каньона Мелас). Считается, что в древности здесь находилось сверхглубокое озеро. Длина каньона составляет 547 километров, но ширина значительно меньше, поэтому в участок 190 на 190 километров его расчеты не попали. Учитывая, что Мелас находится на 10-м градусе южной широты, а его дно, в самой низкой точке, на четыре километра ниже, чем у Равнины Эллады, температурный и атмосферный режим, пригодный для роста деревьев, должен сложиться значительно раньше, чем при достижении уровня оптического поглощения атмосферой в 0,27 от полного поглощения.

Рост атмосферного давления на четвертой планете должен происходить естественно с повышением температуры. Дело в том, что значительная часть местного углекислого газа связана в сухом льде на полюсах, а большое количество азота — в перхлоратах, которые встречаются в местных грунтах. Эти перхлораты стабильны только при очень низких температурах, а с их повышением распадаются, высвобождая азот.

Стоит отметить, что увеличение давления кислорода на Марсе до 0,1 килопаскаля — это отдельная, достаточно сложная задача, в решении которой могут помочь другие фотосинтезирующие организмы с Земли, о которых Naked Science уже писал ранее. В отличие от деревьев, они (согласно лабораторным экспериментам) могут выжить в марсианских условиях уже сейчас, хотя и в довольно ограниченном количестве мест.