MOXIE, инструментът на борда на марсохода Perseverance, приключи работата си, след три години работа. MOXIE проведе 16 експеримента и успя да извлече годен за дишане кислород на Червената планета. Това постижение прави възможно по-добра и сигурна подготовката за първите пилотирани експедиции до Марс.

Нови инструменти за колонизиране на Марс
MOXIE е революционен, широкомащабен реактор за производство на кислород, разработен от Масачузетския технологичен институт, който ще бъде част и от бъдещи технически разработки, които да осигуряват на екипажите, посещаващи други планети, не само кислород, но и редица ключови за организма елементи.

Тези иновативни инструменти са известни като Инструменти за използваеми ресурси (In situ Resource Utilization – ISRU ). Развитието на ISRU, с оглед предстоящата мисия до Марс, ще бъде от още по-голямо значение през следващите десетилетия.

За какво ще ни послужат ISRU?
На различните космически обекти, които възнамеряваме да посетим, като Луната и Марс, има минерали, от които можем да извлечем необходимите за изследванията ни ресурси, без да се налага да се връщаме на Земята. Някои от най-важните елементи, задължителни за провеждане на експерименти, са кислород, вода и метан.

Извличането на определени химични елементи от минерали не винаги е лесно. Процесите изискват контрол на променливите в отделните фази и провокиране на химични реакции, които в много случаи отделят вредни елементи.

Когато става дума за жизненоважни ресурси, като въздуха за дишане, възможността да ги генерираме на Марс от самата атмосфера намалява рисковете за учените, които ще ги провеждат, като едновременно с това ще бъдат независими от Земята, отдалечена на милиони километри.

Предизвикателството кислород
Едно от основните предизвикателства пред бъдещите космически изследвания е ефективното производство на кислород и рециклирането на въглероден диоксид. Това е ключова и сложна тема. Кислородът е необходим както за дишането на астронавтите, така и за горенето на ракетното гориво. Освен това кислородът е нужен и за киселинните процеси, задължителни за поддържане на екосистеми в бъдещите марсиански бази.

Генерирането на кислород на Марс е сравнително по-лесна задача, отколкото на други планети, защото 96% от атмосферата му е въглероден диоксид.

Извличане на кислород от марсианската атмосфера
Наличието на кислород в атмосферата е предимство, дори само като съставка на въглеродния диоксид. На Луната, например, която няма атмосфера, за извличане на кислород е нужно загряване, дори топене на твърди минерали.

Инструментите за генериране на кислород трябва да бъдат ефективни, за да извличат достатъчно количество кислород. Защото, за да закараме, например, четирима астронавти на Марс, за всеки 7 тона ракетно гориво ще са ни нужни 25 тона кислород.

А за едногодишен престой на Марс на един астронавт са нужни около един метричен тон кислород. Добрата новина е, че MOXIE може да използва повторно въглеродния диоксид от човешкото дишане, да го рециклира и да го трансформира обратно в идеално годен за дишане кислород.

Как работи MOXIE
MOXIE е миниатюрен инструмент в малка, златиста кутия с размери 24 x 24 x 31 cm³, която е инсталирана на борда на марсохода Perseverance. През тези три години работа MOXIЕ демонстрира ефективността на технологията си. Чрез електролиза инструментът превръща въглеродния диоксид от марсианската атмосфера в идеално годен за дишане молекулярен кислород.

MOXIE събира въглероден диоксид, компресира го и го филтрира, за да елиминира всякакви замърсители. След това го загрява, отделяйки кислорода от въглеродния окис (CO). В последната фаза отделеният кислород допълнително се загрява в керамичен депозит, което слива кислородните атоми, създавайки молекулярен кислород, годен за дишане. А произведеният въглероден окис се изхвърля в атмосферата на Марс.

С MOXIE на борда си, марсоходът Perseverance изследва повърхността на Червената планета в продължение на три години. Много от експериментите, които проведе са от ключово значение за бъдещата пилотирана мисия до Марс, но без съмнение, най-вълнуващото му постижение е производството, за първи път в историята, на годен за дишане кислород в свят, отдалечен на 54,6 милиона километра от Земята.

Автор: Дейвид Кичън
(Доцент по геология, Университет на Ричмънд, САЩ)

Когато високите температури, екстремните промени на времето и катастрофалните горски пожари попаднат в заглавията, обществото иска бързи решения за изменението на климата. Правителството на САЩ наскоро обяви отпускането 3,5 милиарда щатски долара за проекти за премахване на въглеродния диоксид от атмосферата на Земята. Политически структури също вече настояват за по-динамично геоинженерство – агресивна и широкомащабна манипулация на природните системи на Земята.

Основният проблем е известен от десетилетия: превозните средства и електроцентралите, работещи с изкопаеми горива, обезлесяването и неустойчивите селскостопански практики изхвърлят повече въглероден диоксид в атмосферата, отколкото системите на Земята могат естествено да премахнат. И това затопля планетата.

Геоинженерството, теоретично, има за задача да възстанови този баланс или чрез премахване на излишния въглероден диоксид от атмосферата, или чрез отразяване на слънчевата енергия далеч от Земята.

Но промяната на сложната и взаимосвързана климатична система може да има непредвидени последици. Промените, които помагат на един регион, могат да навредят на друг и ефектите да са неясни и дори неадекватни.

Като геолог и климатолог смятам, че тези последствия все още не са достатъчно разбрани. Освен потенциалните физически последици, държавите нямат законови и социални структури, за да управляват както самите процеси, така и последствията, ако не дай боже нещата се объркат. Подобни опасения бяха подчертани от Междуправителствения план по изменение на климата на Програмата на ООН за околната среда.

Службата за научна и технологична политика на Белия дом също обсъди тези опасения в своя изследователски план за проучване на потенциални интервенции в областта на климата от юли 2023 г..

Повишаващите се температури пораждат страхове, че геоинженерството може да е неизбежно. Видео: НАСА.

Рискове от управлението на слънчевата радиация
Когато хората чуят думата „геоинженерство“, си представят управление на слънчевата радиация. Тези технологии, много от които все още са теоретични, имат за цел да отразяват слънчевата енергия далеч от земната повърхност.

Идеята за стратосферното аерозолно инжектиране, например, е да се наситят горните слоеве на атмосферата с милиарди фини частици, които отразяват слънчевата светлина обратно в космоса. Изтъняването на перестите облаци високо в атмосферата има за цел да намали въздействието им да задържат топлината – така влагата в тях замръзва в по-големи и тежки кристали, които лесно биха се откъснали и превърнали в дъжд. Предлага се и допълнително добавяне на влага в тези облаци чрез впръскване на морска вода. Изсветляването на облаците в по-ниските атмосферни слоеве също е начин за отблъскване на слънчевата светлина.

Някои учени предлагат да се отиде по-далеч и да се инсталират масиви космически огледала, които биха могли да намалят глобалната температура, като отразяват слънчевата енергия, преди да достигне атмосферата.

Въпреки че теоретично тези методи вероятно ще охладят планетата, манипулацията на слънчевата радиация може да има драстични странични ефекти и нарушение на модела на глобалната атмосферна циркулация, което да провокира непознати екстремни метеорологични аномалии. А и всичко това по никакъв начин не намалява пораженията от вече наличните излишни парникови газове, включително окисляването на океана. Проучване от 2022 г., публикувано в списание Nature, прогнозира, че инжектирането на стратосферни аерозоли може да промени моделите на глобалните валежи и да намали селскостопанската производителност.

Изсветляването на облаците, макар и ефективно на теория, също се нуждае от повече изследвания, за да се уверим, че увеличавайки отразяващите облаци, разположени ниско в атмосферата, не увеличаваме и облаците от високите нива, които затоплят планетата.

Космическите огледала, поставени между Слънцето и Земята, теоретично биха могли да блокират до 2% от входящата слънчева радиация и да стабилизират глобалната температура. Но технологията е на най-малко 20 години от внедряване и ще струва трилиони долари. По-важното е, че общото глобално въздействие от „засенчване“ на земната повърхност е до голяма степен неизвестно. Това ще намали температурите на океана и въздуха, но вероятно и ще деструктурира валежите, снежната покривка, моделите на бурите и дори мусоните. Необходими са много повече изследвания, за да се изяснят всички неизвестни.

Потенциални климатични интервенции, манипулиращи слънчевата радиация. Челси Томпсън, NOAA/CIRES

Премахване на въглероден диоксид от въздуха
Технологиите за отстраняване на въглеродния диоксид обикновено носят по-малък риск от манипулирането на слънчевата енергия.

Улавянето на въглеродния диоксид от електроцентралите и фабриките и съхранението му под земята в дълбоки геоложки резервоари е практика с доказан потенциал, но се пораждат опасения, че течове могат да замърсят водни системи и депозити, заплашвайки общественото здраве и в крайна сметка да не задържат въглерода извън атмосферата.

Технологията е скъпа и зависи от близостта на подходящи резервоари за съхранение.

Директното улавяне на въглерод от въздуха все още е в начален стадий, но предлага реално и бързо намаляване на съществуващите нива на въглероден диоксид в атмосферата. Тази технология също е скъпа, над 600 долара за метричен тон въглероден диоксид.

Има и естествени начини за редуциране на въглерода. Засаждането на дървета, например, може да премахне въглерода директно от атмосферата. Но дори и да презалесим цялата налична за презалесяване земя, това пак няма да е достатъчно, за да се преобърнат настоящите тенденции на глобалното затопляне.

Подхранването на океаните е друг геоинженерен хак за улавяне на въглерод, но изследванията са на ранен етап. Технологията се състои в добавяне на хранителни вещества като желязо, стимулиращи растежа на фитопланктона, който използва въглерод от атмосферата за развитието на черупките и тъканите си. Но подобно подхранване може да има и непредвидени ефекти върху хранителната верига, които да навредят на други морски екосистеми.

Правната празнота
Освен безопасността, друг важен въпрос е отговорността.

Има голям шанс геоинженерството, предназначено да помогне на един регион, да навреди на други. Това е така, защото океанските и климатичните системи са глобално взаимосвързани.

Кой трябва да вземе решение кои проекти са правилни, надеждни и безопасни и могат да продължат с изследванията? В момента това е правна празнота.

Няма регулаторна рамка, която да определя кой носи отговорност, ако нещо се обърка. Мултинационални съюзи, дадена държава, корпорации и дори отделни богаташи могат да задвижват проекти, без да се консултират с никого. В случай на вреда или бедствие, няма ясени правила за отговорности и обезщетения.

Постигане на точния баланс
Нищо от това не означава обаче, че светът трябва да отхвърли геоинженерството.

Техниките за отстраняване на въглероден диоксид, като засаждане на дървета и заключване на въглерод в почвата (задържане на повече органичен въглерод в плодородните почви), могат да стабилизират редица екосистеми, да увеличат видовото разнообразие и да повишат селскостопанската производителност. Тези позитивни практики и трябва да бъдат част от глобалния отговор за климата.

Някои форми на стратосферно аерозолно инжектиране могат да забавят редукцията на озона. Но първо са необходими по-прецизни изследвания, прозрачно глобално управление и стабилни правни и етични рамки за управление на рисковете.

Всички технологии трябва да бъдат допълнени от задълбочени и продължителни усилия за намаляване на емисиите и трансформиране на енергийната система, за да се избегнат глобалните въздействия от покачването на морското равнище, високите температури, сушите, бурите, наводненията, пожарите, глада, изчезването на видове и нарастващото човешка популация.

Както Райли Дюрън, инженер от НАСА, каза в интервю за космическата агенция: „Геоинженерството не е лек. В най-добрия случай това е лейкопласт или турникет, а в най-лошия – може да е самонараняване.“

Тази статия е публикувана в The Conversation и е възпроизведена тук под лиценз Creative Commons. Щракнете тук, за да прочетете оригиналната версия (на английски език).

Полярните мезосферни облаци не са като нормалните облаци, които всички ние познаваме. Наблюдавани са за първи път през 1885 г. и оттогава учените ги изучават, за да разберат по-добре мезосферата и връзката ѝ с климата. Има твърдения, които предполагат и извънземен произход на тези облаци.

Полярните мезосферни облаци се образуват на височина от 80 километра в мезосферата, поради замръзване (-130°C) на издигналите се водни изпарения в ледени кристали.

Известни са също и като нощни, светещи облаци, тъй като се наблюдават предимно привечер и на зазоряване през летните месеци, на ширини между 50° и 70° северно и южно от екватора.

Светят все повече и повече
В последните десетилетия полярните мезосферни облаци се появяват все по-често и са по-ярки.

Смята се, че една от причините за това е изменението на климата. В свое проучване Институтът за атмосферна физика Лайбниц твърди, че докато в прединдустриалната ера светещите, нощни облаци са наблюдавани веднъж на няколко века, днес те се появяват по няколко пъти в годината. Авторите на изследването смятат, че причината може би е увеличаването на метана в мезосферата.

Извънземен произход
Когато метеор преминава през атмосферата, оставя след себе си диря от прах на 100 км над земята, където въздушно налягане почти липсва. Именно на тези височини се образуват нощните, светещи облаци – замръзналите водни изпарения се прилепят към метеоритния прах, образувайки малки кристали с белезникав, електриково син цвят.

Джеймс Ръсел, експерт в мисията Aeronomy of Ice in the Mesosphere (AIM) на НАСА, казва: „Открихме фрагменти от метеорен прах в състава на нощните светещи облаци. А това подкрепя теорията, че метеоритният прах е нуклеиращия агент, около който се образуват облаците”.