Da jeg var ni år,
begynte jeg å drømme om å reise til Mars. Jeg hadde lest «Den
røde planet» (originaltittel: «Red Planet») av Robert Heinlein,
og kunne ikke vente med å gå på skøyter på kanalen fra Syrtis
Minor til Syrtis Major. Det kunne bli enda mer spennende enn å gå
på Randsfjorden!
Det er blitt lenge
å vente. Gradvis ble Mars en helt annen planet enn vi trudde.
Kanalene er borte. I stedet ser vi et nakent landskap i alle
sjatteringer av oker, oppskåret av enorme raviner, arrete av
meteornedslag, frostsvidd i en atmosfære så tynn som Jordas
ytterste stratosfære, sandblåst av evig virvlende støvskyer. «Det
er ingen fjell på Mars», påsto Arthur C. Clarke i «The sands of
Mars». Nå viser veggkartet mitt en planet med Solsystemets høgeste
fjell, tre ganger så høgt som Mount Everest, og en fjellkjede med
flere topper som også overgår alt vi kan finne på Jorda.
Men drømmen om å
reise til Mars har jeg beholdt. Månelandinga i 1969 åpnet jo døra
til verdensrommet på vidt gap! Etter Vikinglanderne i 1976 fablet
jeg, bare halvt i spøk, om den dagen jeg skulle reise med kabelbanen
til toppen på Olympus Mons sammen med kompisen min, han Ingar. Der
skulle vi se ut over det djupfryste ørkenlandet under en
stjernestrødd himmel og knirke i kor: «Shake, rattle and roll!
Shake, rattle and roll!»
Det blir ikke noe
rock'n roll på Olympus Mons de nærmeste åra. Kanskje opplever jeg
at de første basene blir opprettet, bare femti år forsinket. Dermed
dukker en gammel idé opp igjen fra skrivebordsskuffen: Går det an å
terraforme Mars? Skaffe den en atmosfære til å puste i, et klima
som egner seg til utendørs opphold? Kort sagt, gjøre den mer lik
Jorda? - For skal vi ærlige, så frister ikke den sandblåste, golde
grushaugen til varig opphold for særlig mange, uansett hvor
fascinerende den er for oss romantikere. Det kommer ikke til å gå
godstog med forsyninger fra Jorda. Kolonister må dyrke sin egen mat,
bygge sine egne hus, ivareta sitt eget helsestell. Brygge sitt eget
øl! Ikke lett i 60 kuldegrader, i tilnærmet vakuum, mens kroppen
pepres av livsfarlig stråling: Et fint sted å besøke, men du har
egentlig ikke lyst til å bo der.
Jeg var lenge en
entusiastisk tilhenger av terraforming, og syslet med ideen på
skrivebordet: Hva skal en science fiction-forfatter med sin
fysikkutdannelse, hvis han ikke kan bruke den til å gjøre Mars
beboelig? Men etterhvert har jeg fått motforestillinger: Mars er en
unik verden. Bør vi ikke heller bevare denne vilt fremmede ødemarka
som varig kilde til undring og kunnskap? Vi kan bygge så mange
verdener vi vil andre steder i rommet - kunstige øyer med plass til
millioner av mennesker. (Lurer du på hvordan? Spør en ingeniør.
Les «Sabotørene» av meg; les «Ringworld» av Larry Niven. Skjønt
sistnevnte er ustabil i den opprinnelige utgaven – Niven er jo ikke
ingeniør.) Så kan vi la den urørte naturen på Mars fortsette å
være urørt. Skal vi reise dit, må vi gjøre det på planetens
premisser: Husk oksygen, strålevern og romdrakt.
Andre har bevart
entusiasmen. Kim Stanley Robinsons Mars-trilogi («Red Mars», «Green
Mars», «Blue Mars») beskriver kolonisering, terraforming og sosial
utvikling over en 200-årsperiode, der Mars framstår som et stadig
bedre sted å bo, mens Jorda visner i økologisk og sosialt
sammenbrudd. Han har fortsatt å skrive fortellinger i det samme
framtidsuniverset.
Hvordan foregår
terraforming i praksis? I prinsippet er svaret enkelt: Du må sørge
for at planeten har tilstrekkelige mengder drivhusgass, og du må
fylle opp atmosfæren med ei passelig blanding av oksygen og nitrogen
til du får et atmosfæretrykk omtrent som her hjemme, sånn at vi
kan puste i den. Tyngdekraften kan du ikke gjøre noe med: Har du
bodd noen år i en verden med 38 % av den tyngdekraften du er
konstruert for, bør du ikke reise tilbake til Jorda. Du
har ikke kropp til det lenger.
Fra bakken kan du
utvinne oksygen og kanskje nitrogen nok, bare du har tilstrekkelig tid og
energi. Men aller først trenger vi oppvarming.
Vi må altså øke
drivhuseffekten noe voldsomt.
Astronomene
opererer med noe de kaller «svartlegemetemperaturen»; det er den
gjennomsnittstemperaturen en planet ville ha hvis det ikke fantes en
drivhuseffekt. Å regne ut Jordas svartlegemetemperatur er en
standardoppgave de fleste som har studert termodynamikk på
universitetsnivå har vært gjennom. Regner du riktig, basert på
avstand til Sola (150 millioner kilometer), albedo (0,306) og
strålingsfluks fra Sola (1361 W/m2),
finner du at svaret er 18 kuldegrader. Gjennomsnittstemperaturen,
derimot, er 15 varmegrader. Forskjellen – 33 grader C – kommer av
drivhuseffekten. Den skyldes at varmestråling fra bakken fanges opp
av drivhusgasser i atmosfæren: Vanndamp, CO2
, metan
og diverse andre. Vanndamp er den aller viktigste; deretter følger
CO2.
Det er disse to gassene vi må satse på hvis vi skal terraforme
Mars.
La
oss først finne ut hvor stor drivhuseffekt vi allerede har på Mars.
Flere kilder oppgir at den er «neglisjerbar»; andre at den utgjør
inntil 10 grader. Usikkerheten skyldes at det er svært vanskelig å
beregne en middeltemperatur på et sted der det er langt mellom
termometrene, og der temperaturene varierer voldsomt mellom dag og
natt, mellom årstidene og mellom topografiske forhold. Men 0 kan den
ikke være, for Mars har en atmosfære som består nesten bare av CO2
. Trykket
er bare 0,6 % av
trykket på Jorda, men til gjengjeld består atmosfæren altså nesten
utelukkende av en drivhusgass.
Mars
har altså et partialtrykk fra CO2
på 6
millibar, mot bare 0,4 på Jorda! Drivhuseffekten burde være
formidabel der ute. Det ser det slett ikke ut til at den er. Hvordan
kan det ha seg?
Det
finns flere grunner som trekker nedover på Mars og oppover på
Jorda.
For
det første: Drivhuseffekten virker ikke linjært. Ifølge den
enkleste beregninga av drivhuseffekt øker
den logaritmisk med konsentrasjonen. Det betyr at hvis du dobler
konsentrasjonen av en drivhusgass, så øker temperaturen bare med
det samme som den økte med forrige gang du doblet konsentrasjonen:
Fra 10 til 20 millibar av en gitt gass øker temperaturen kanskje
med en halv grad. Da må du doble til 40 millibar for å få økningen
opp i én grad tilsammen. Og du må doble igjen, til 80 millibar, for
å få den opp i 1,5 grader. Og du må - -
For
det andre: Utstrålt varmeenergi fra overflata er proporsjonal med
absolutt temperatur opphøyd i fjerde potens, i samsvar med
Stefan-Boltzmanns strålingslov. Det betyr at en økning på 1 grad
gir relativt mye større tillegg i utstrålt energi på Mars enn den
gjør hos oss: Følgelig blir den temperaturendringen som kreves for
å oppnå termisk likevekt (det blir verken varmere eller kaldere) også mindre.
For
det tredje: Det er mindre energi som skal stråles ut! Mars befinner
seg 228 millioner kilometer fra Sola. Den mottar en strålingsfluks
som bare utgjør 43 % av den vi mottar på Jorda. Den har mye mindre
energi den trenger å stråle ut for å være i termisk likevekt.
For
det fjerde: På Jorda er vanndamp den viktigste drivhusgassen, og den
fungerer som multiplikator på virkningen av CO2.
Det foregår slik: Når lufta blir litt varmere, for eksempel på
grunn av at det blir mer CO2
i
atmosfæren, så stiger metningstrykket for vanndamp. Det blir mer
vanndamp i lufta. Vanndamp er en kraftig drivhusgass, så det fører
til en temperaturøkning som er større enn den opprinnelige
økningen. (CO2
ville ha
fungert på samme måte dersom forholda var slik at klimaet var
dominert av et verdenshav av CO2,
som gradvis gikk over i gassform når det ble varmere, og falt som
sommerregn eller tørris når det ble kaldere. På et sånt sted ville du ikke bo - gjett hvorfor.)
Det
betyr at når vi får global oppvarming på Jorda på grunn av CO2-utslipp,
så skyldes størstedelen av økningen egentlig at det blir mer
vanndamp i atmosfæren. I det temperaturområdet der vår planet
befinner seg vil en økning i gjennomsnittstemperatur på 1 grad –
uansett hva den skyldes! - gi en økning på ca 7 % vanndamp i
atmosfæren. Så blir det et nytt regnestykke å finne ut hvilken
temperaturøkning vi får av 7 % mer vanndamp. Deretter må du regne
ut hvor mye mer
vanndamp vi får i atmosfæren på grunn av denne økningen. Og
deretter - -
Alt
i alt ender de fleste som regner på sånne ting med å si at
økningen på grunn av vanndamp blir (minst) dobbelt så stor som
økningen på grunn av CO2.
Det finns forskere som er uenige: Meteorologen Roy Spencer hevder at
økt skydekke på grunn av mer luftfuktighet kansellerer denne
effekten. Blant klimaforskere har han ikke mange meiningsfeller.
Klimaskeptikerne omfavner ham.
Forskjellige
kilder sier at effekten av CO2
aleine,
altså før du regner med vanndamp som multiplikator, utgjør 10 til
20 % av temperaturøkningen. Det tilsvarer 3,3 grader til 6,6 grader.
Så er spørsmålet: Hvor stor effekt har 15 ganger så høgt CO2
-trykk
hatt på Mars?
Noen
kilder oppgir at gjennomsnittstemperaturen på Mars er 64
kuldegrader: De oppgir i virkeligheten svartlegemetemperaturen, og
det er jo ikke den vi er ute etter. (Regn sjøl. Du bruker en formel som står som en påle i fysikken.)
Eldre kilder oppgir ca 50 kuldegrader, hvilket ville tilsvare 14
grader oppvarming på grunn av drivhuseffekten. Jeg fester større
lit til American Chemical Society, som publiserer materiale til bruk
for framtidas kjemikere. De sier at observert gjennomsnittstemperatur
er 58 kuldegrader. I så fall er virkningen av drivhuseffekten en
temperaturøkning på 6 grader. (Se
https://www.acs.org/content/acs/en/climatescience/energybalance/planetarytemperatures.html
)
Det
finns dissidenter. Den flittige klimabloggeren Clive Best (som
beveger seg i utkanten av klimaskeptikernes pussige flokk) har utviklet
en egen modell for drivhuseffekten. Denne modellen har han brukt til
å finne en temperaturstigning på 2 grader på Mars! (Se
http://clivebest.com/blog/?p=4374
) Modellen hans består i at han deler opp atmosfæren i kuleskall,
det ene utapå det andre, og så følger han de stakkars fotonene fra
de forlater overflata og passerer det ene kuleskallet etter det andre
– eller fanges opp, re-emitteres, og sendes videre. Jeg har ikke
kunnskaper og tid til å finne feil ved modellen hans – men når
han bruker den på Venus, så finner han også der at CO2
svarer
for bare en liten del av drivhuseffekten. Hm.
Som
en forsiktig optimist holder jeg meg altså til American Chemical Society.
Fra regelen om at virkningen av en klimagass stiger logaritmisk med
konsentrasjonen finner jeg at for å øke temperaturen med 6 grader
til, må jeg seksdoble CO2
-konsentrasjonen
– altså til 3,6 millibar. Og for å øke den med enda 12 grader,
må jeg seksdoble den en gang til. Og enda en gang! (For nerder: ln(36) = 2*ln(6).)
Da
er jeg oppe i en middeltemperatur på 40 kuldegrader – fortsatt 55
grader kaldere enn her på Jorda. Samtidig er CO2
-konsentrasjonen
kommet opp i nesten 150 millibar – eller 15 % av et normalt
atmosfæretrykk.
To
ting er feil med dette tallet. For det første finns det ikke så mye
CO2
tilgjengelig
på Mars-overflata, ifølge en studie fra NASA-forskerne Jakosky og
Edwards. (se
https://lasp.colorado.edu/home/maven/files/2018/08/Inventory-of-CO2-available-for-terraforming-Mars.pdf
) De har reagert på et forslag fra Elon Musk (hvem ellers?) om å
teppebombe polkalottene på Mars med atombomber for å få tørrisen
til å fordampe, så vi kan få fortgang i arbeidet med terraforming.
I polkalottene er det ikke mer CO2
enn det
som skal til for å doble det nåværende atmosfæretrykket, sier de.
Kanskje finns det dobbelt så mye spredt i overflata på resten av
Mars, men det er heller ikke i nærheten av å være nok. Og kanskje
– kanskje - kan vi skrape sammen nok CO2
til
20 millibar – men bare for å få temperaturen opp i 40 minusgrader
trenger vi 7,5 ganger så mye!
Men
for det andre vil vi ha en atmosfære som folk kan puste i; det var
mye av vitsen. Allerede ved 6 % CO2
i lufta blir du forvirret og får dårlig syn, hørsel, motorikk. Ved
10 % besvimer du. Og ved 15 % går det verre. Vi kan altså ikke
bare kjøre på med stadig mer CO2,
sjøl om det kunne skaffes.
Her
på Jorda er det vanndampen som sørger for mesteparten av
drivhuseffekten, når vi først har fått sparket den i gang med CO2
. Kan den
komme oss til hjelp på Mars også? Noen optimister har regnet ut at
det skal være nok vann-is i polkalottene og i Mars-tundraen forøvrig
til at det kunne dekke overflata med flere meter vatn.
Vi
er fornuftige og begrenser CO2
-innholdet til 25 millibar, eller 2,5 % av 1 atmosfære. Da kan vi
fortsatt puste og overleve. - Ved 46 kuldegrader er
metningstrykket av vanndamp over is ca 0,06 millibar. Alt ut over
dette faller som dunlette snøkrystaller i den djupfryste
ørkensanden. Hadde dette vært Jorda, ville så mye vanndamp kanskje
ha gitt et tillegg i drivhuseffekten som tilsvarer 0,1 grad C.
Der
du sitter og leser på verandaen din, i passe tørt og behagelig
innlandsklima, ligger partialtrykket av vanndamp på 10-15 millibar.
Og slikt blir det jo drivhuseffekt av. Men 0,06 millibar? Give me a
break, som vi sier på nynorsk.
Vi kan bli desperate og vurdere metan.
Den finns (nesten) ikke på Mars; den må hentes – for eksempel fra
Titan, hvor det er store sjøer av den. Fraktkostnadene blir store,
men metan er en mye kraftigere drivhusgass enn CO2.
Luktfri er den også! Jeg siterer en instruktør ved Norges
Brannskole: «Hvis man går lenge i et område med metangass, kan man
svime av og i verste fall dø. Har du fått i deg metangass, vil du
kjenne at du blir tung i hodet og føler ubehag i kroppen. Sakte men
sikkert går ubehaget over i bevisstløs tilstand.» - Kanskje ikke
en særlig god idé dette heller, altså.
Mars har vært mye varmere. Det har
vært elver og hav der, store hav der det kan ha myldret av liv. For
to milliarder år sia kan det ha vært vel så trivelig på Mars som
her på Jorda. Hva skjedde?
Solvinden skjedde. Uten magnetfelt
hadde ikke Mars noe vern mot strømmen av ladete partikler. Med
lågere tyngdekraft enn Jorda klarte den heller ikke å holde på
lufta, vanndampen og hydrogenet. Derfor finns ikke lenger muligheten
til å gjenskape det frodige klimaet som en gang fantes. Vi må glede
oss over planeten slik den er nå: Vill, fremmed, et varig mysterium.
Jeg skriver dette mens Mars er i
opposisjon til Sola. Det betyr at den er i minsteavstand til vår
egen planet; bare 78 millioner kilometer. Når himmelen er klar, kan
jeg se den fra verandaen over åsen – en rødlig planet som gløder
rolig mellom de funklende stjernene. Nå som før lokker den på oss.
Vi kommer til å
reise dit. Men vi kommer ikke til å klare å omforme den til det
ugjenkjennelige etter vårt eget hode, for våre egne formål.
Mars er
uovervinnelig.