L'idea di terraformare Marte – alias “Earth's Twin” – è un'idea affascinante. Tra lo scioglimento delle calotte polari, lentamente creando un'atmosfera, e poi ingegnerizzare l'ambiente per avere fogliame, fiumi, e corpi d'acqua in piedi, ce n'è abbastanza per ispirare chiunque! Ma quanto tempo richiederebbe un simile sforzo, quanto ci costerebbe, ed è davvero un uso efficace del nostro tempo e delle nostre energie?

Queste sono state le domande affrontate da due paper presentati al "Planetary Science Vision 2050 Workshop" della NASA la scorsa settimana (lun. 27 feb. – mer. 1 mar.). Il primo, intitolato "The Terraforming Timeline", presenta un piano astratto per trasformare il Pianeta Rosso in qualcosa di verde e abitabile. Il secondo, intitolato "Mars Terraforming - the Wrong Way", rifiuta del tutto l'idea della terraformazione e presenta un'alternativa.

Il primo documento è stato prodotto da Aaron Berliner dell'Università della California, Berkeley, e Chris McKay della Divisione di Scienze Spaziali del NASA Ames Research Center. Nella loro carta, i due ricercatori presentano una linea temporale per la terraformazione di Marte che include una fase di riscaldamento e una fase di ossigenazione, così come tutti i passaggi necessari che avrebbero preceduto e seguito.

Come affermano nell'Introduzione del loro articolo:

"La terraformazione di Marte può essere suddivisa in due fasi. La prima fase sta riscaldando il pianeta dall'attuale temperatura superficiale media di -60° C a un valore vicino alla temperatura media della Terra a +15° C, e ricreando una densa atmosfera di CO². Questa fase di riscaldamento è relativamente facile e veloce, e potrebbero volerci circa 100 anni. La seconda fase sta producendo livelli di O² nell'atmosfera che consentirebbero agli esseri umani e ad altri grandi mammiferi di respirare normalmente. Questa fase di ossigenazione è relativamente difficile e richiederebbe 100, 000 anni o più, a meno che non si postuli una svolta tecnologica."

Prima che questi possano iniziare, Berliner e McKay riconoscono che devono essere prese alcune misure di "pre-terraformazione". Questi includono lo studio dell'ambiente di Marte per determinare i livelli di acqua sulla superficie, il livello di anidride carbonica nell'atmosfera e sotto forma di ghiaccio nelle regioni polari, e la quantità di nitrati nel suolo marziano. Come spiegano, tutti questi sono fondamentali per la praticità di creare una biosfera su Marte.

Finora, le prove disponibili puntano verso tutti e tre gli elementi esistenti in abbondanza su Marte. Mentre la maggior parte dell'acqua di Marte è attualmente sotto forma di ghiaccio nelle regioni polari e nelle calotte polari, c'è abbastanza per sostenere un ciclo dell'acqua - completo di nuvole, piovere, fiumi e laghi. Nel frattempo, alcune stime sostengono che ci sia abbastanza CO² sotto forma di ghiaccio nelle regioni polari per creare un'atmosfera pari alla pressione a livello del mare sulla Terra.

Anche l'azoto è requisito fondamentale per la vita e costituente necessario di un'atmosfera respirabile, e dati recenti del Curiosity Rover indicano che i nitrati rappresentano circa lo 0,03% in massa del suolo su Marte, che è incoraggiante per la terraformazione. Oltre a ciò, gli scienziati dovranno affrontare alcune questioni etiche relative al modo in cui la terraformazione potrebbe avere un impatto su Marte.

Ad esempio, se al momento c'è vita su Marte (o vita che potrebbe essere rianimata), questo rappresenterebbe un innegabile dilemma etico per i coloni umani, specialmente se questa vita è collegata alla vita sulla Terra. Come spiegano:

"Se la vita su Marte è collegata alla vita sulla Terra, probabilmente a causa dello scambio di meteoriti, allora la situazione è familiare, e questioni su quali altri tipi di vita terrestre introdurre e quando devono essere affrontati. Però, se la vita marziana non è correlata alla vita terrestre e rappresenta chiaramente una seconda genesi della vita, poi vengono sollevate importanti questioni tecniche ed etiche".

Per interrompere la Fase Uno - "La fase di riscaldamento" - in modo succinto, gli autori affrontano un problema a noi familiare oggi. Essenzialmente, stiamo alterando il nostro clima qui sulla Terra introducendo CO² e "gas super-serra" nell'atmosfera, che sta aumentando la temperatura media della Terra a un ritmo di molti gradi centigradi al secolo. E mentre questo non è stato intenzionale sulla Terra, su Marte potrebbe essere riutilizzato per riscaldare deliberatamente l'ambiente.

"La tempistica per il riscaldamento di Marte dopo uno sforzo mirato di produzione di super gas serra è breve, solo 100 anni o giù di lì, " affermano. "Se tutto l'incidente solare su Marte dovesse essere catturato con un'efficienza del 100%, quindi Marte si riscalderebbe a temperature simili alla Terra in circa 10 anni. Però, l'efficienza dell'effetto serra è plausibilmente di circa il 10%, quindi il tempo necessario per riscaldare Marte sarebbe di circa 100 anni".

Una volta creata questa atmosfera densa, il passo successivo prevede la conversione in qualcosa di traspirante per l'uomo, dove i livelli di O² sarebbero l'equivalente di circa il 13% della pressione dell'aria a livello del mare qui sulla Terra e i livelli di CO² sarebbero inferiori all'1%. Questa fase, nota come "Fase di Ossigenazione", impiegherebbe molto più tempo. Di nuovo, si rivolgono a un esempio terrestre per mostrare come potrebbe funzionare un tale processo.

Qui sulla Terra, essi sostengono, gli alti livelli di ossigeno gassoso (O²) e bassi livelli di CO² sono dovuti alla fotosintesi. Queste reazioni si basano sull'energia del sole per convertire l'acqua e l'anidride carbonica in biomassa, che è rappresentata dall'equazione H²O + CO² =CH²O + O². Come illustrano, questo processo richiederebbe tra 100, 000 e 170, 000 anni:

"Se tutta la luce solare incidente su Marte fosse sfruttata con un'efficienza del 100% per eseguire questa trasformazione chimica, ci vorrebbero solo 17 anni per produrre alti livelli di O². Tuttavia, la probabile efficienza di qualsiasi processo in grado di trasformare H²O e CO² in biomassa e O² è molto inferiore al 100%. L'unico esempio che abbiamo di un processo che può alterare globalmente la CO² e l'O² di un'intera pianta è la biologia globale. Sulla Terra l'efficienza della biosfera globale nell'utilizzo della luce solare per produrre biomassa e O2 è dello 0,01%. Quindi la scala temporale per produrre un'atmosfera ricca di O² su Marte è 10, 000 x 17 anni, o ~ 170, 000 anni."

Però, tengono conto della biologia sintetica e di altre biotecnologie, che affermano potrebbe aumentare l'efficienza e ridurre i tempi a un solido 100, 000 anni. Inoltre, se gli esseri umani potessero utilizzare la fotosintesi naturale (che ha un'efficienza comparativamente elevata del 5%) su tutto il pianeta – cioè piantando fogliame su tutto Marte – allora il lasso di tempo potrebbe essere ridotto anche a pochi secoli.

Finalmente, delineano i passaggi che devono essere presi per far girare la palla. Questi passaggi includono l'adattamento delle missioni robotiche attuali e future per valutare le risorse marziane, modelli matematici e informatici che potrebbero esaminare i processi coinvolti, un'iniziativa per creare organismi sintetici per Marte, un mezzo per testare le tecniche di terraformazione in un ambiente limitato, e un accordo planetario che stabilisca restrizioni e protezioni.

Citando Kim Stanley Robinson, autore della Trilogia di Marte Rosso, (il lavoro seminale della fantascienza sulla terraformazione di Marte) lanciano un invito all'azione. Affrontare quanto tempo impiegherà il processo di terraformazione di Marte, affermano che "potremmo anche iniziare ora".

A questa, Valeriy Yakovlev - un astrofisico e idrogeologo del Laboratorio di qualità dell'acqua a Kharkov, Ucraina – offre una visione dissenziente. Nel suo giornale, "Mars Terraforming - il modo sbagliato", sostiene la creazione di biosfere spaziali nell'orbita terrestre bassa che farebbero affidamento sulla gravità artificiale (come un cilindro di O'Neill) per consentire agli umani di abituarsi alla vita nello spazio.

Guardando a una delle più grandi sfide della colonizzazione spaziale, Yakovlev sottolinea come la vita su corpi come la Luna o Marte potrebbe essere pericolosa per i coloni umani. Oltre ad essere vulnerabile alle radiazioni solari e cosmiche, i coloni avrebbero dovuto affrontare una gravità sostanzialmente inferiore. Nel caso della Luna, questo sarebbe circa 0,165 volte quello che gli umani sperimentano qui sulla Terra (ovvero 1 g), mentre su Marte sarebbe circa 0,376 volte.

Gli effetti a lungo termine di questo non sono noti, ma è chiaro che includerebbe la degenerazione muscolare e la perdita ossea. Guardando più lontano, non è del tutto chiaro quali sarebbero gli effetti per quei bambini nati in entrambi gli ambienti. Affrontare i modi in cui questi potrebbero essere mitigati (che includono medicine e centrifughe), Yakovlev sottolinea come molto probabilmente sarebbero inefficaci:

"La speranza per lo sviluppo della medicina non cancellerà il degrado fisico dei muscoli, ossa e l'intero organismo. La riabilitazione in centrifughe è una soluzione meno opportuna rispetto alla nave-biosfera dove è possibile fornire un'imitazione sostanzialmente costante della normale gravità e il complesso di protezione da eventuali influenze dannose dell'ambiente spaziale. Se il percorso dell'esplorazione spaziale è quello di creare una colonia su Marte e inoltre i successivi tentativi di terraformare il pianeta, porterà alla perdita ingiustificata di tempo e denaro e aumenterà i rischi noti della civiltà umana".

Inoltre, indica le sfide della creazione dell'ambiente ideale per gli individui che vivono nello spazio. Oltre alla semplice creazione di veicoli migliori e allo sviluppo dei mezzi per procurarsi le risorse necessarie, c'è anche la necessità di creare l'ambiente spaziale ideale per le famiglie. Essenzialmente, ciò richiede lo sviluppo di alloggi ottimali in termini di dimensioni, stabilità, e conforto.

Alla luce di questo, Yakolev presenta quelle che considera le prospettive più probabili per l'uscita dell'umanità nello spazio da qui al 2030. Ciò includerà la creazione delle prime biosfere spaziali con gravità artificiale, che porterà a sviluppi chiave in termini di tecnologia dei materiali, sistemi di supporto vitale, e i sistemi robotici e le infrastrutture necessarie per installare e riparare gli habitat in Low Earth Orbit (LEO).

Questi habitat potrebbero essere mantenuti grazie alla creazione di veicoli spaziali robotici in grado di raccogliere risorse da corpi vicini, come la Luna e gli oggetti vicini alla Terra (NEO). Questo concetto non solo eliminerebbe la necessità di protezioni planetarie, ovvero le preoccupazioni sulla contaminazione della biosfera di Marte (assumendo la presenza di vita batterica), consentirebbe anche agli esseri umani di abituarsi allo spazio in modo più graduale.

Come ha detto Yakovlev a Universe Today via e-mail, i vantaggi per gli habitat spaziali possono essere suddivisi in quattro punti:

"1. Questo è un modo universale di dominare gli spazi infiniti del Cosmo, sia nel Sistema Solare che al di fuori di esso. Non abbiamo bisogno di superfici per l'installazione di case, ma risorse che i robot consegneranno da pianeti e satelliti. 2. La possibilità di creare un habitat il più vicino possibile alla culla della terra permette di sfuggire all'inevitabile degrado fisico sotto una gravità diversa. È più facile creare un campo magnetico protettivo.

"3. Il trasferimento tra mondi e fonti di risorse non sarà una spedizione pericolosa, ma una vita normale. Va bene per i marinai senza le loro famiglie? 4. La probabilità di morte o di degrado dell'umanità a causa della catastrofe globale è significativamente ridotta, poiché la colonizzazione dei pianeti include la ricognizione, consegna della merce, trasporto navetta di persone – e questo è molto più lungo della costruzione della biosfera nell'orbita della Luna. Il dottor Stephen William Hawking ha ragione, una persona non ha molto tempo."

E con gli habitat spaziali in atto, potrebbe iniziare una ricerca molto cruciale, compresa la ricerca medica e biologica che coinvolgerebbe i primi bambini nati nello spazio. Faciliterebbe inoltre lo sviluppo di navette spaziali affidabili e tecnologie di estrazione delle risorse, che tornerà utile per l'insediamento di altri corpi - come la Luna, Marte, e persino pianeti extrasolari.

In definitiva, Yakolev pensa che anche le biosfere spaziali potrebbero essere realizzate in un lasso di tempo ragionevole – cioè tra il 2030 e il 2050 – che semplicemente non è possibile con la terraformazione. Citando la crescente presenza e il potere del settore spaziale commerciale, Yakolev credeva anche che molte delle infrastrutture necessarie fossero già in atto (o in fase di sviluppo).

"Dopo aver superato l'inerzia del pensiero +20 anni, la biosfera sperimentale (come l'insediamento in Antartide con gli orologi), tra 50 anni crescerà la prima generazione di bambini nati nel Cosmo e la Terra diminuirà, perché entrerà nelle leggende nel suo insieme… Di conseguenza, la terraformazione sarà annullata. E la successiva conferenza aprirà la strada alla vera esplorazione del Cosmo. Sono orgoglioso di essere sullo stesso pianeta di Elon Reeve Musk. I suoi missili saranno utili per sollevare i progetti per la prima biosfera dalle fabbriche lunari. Questo è un modo vicino e diretto per conquistare il Cosmo".

Con scienziati e imprenditori della NASA come Elon Musk e Bas Landorp che cercano di colonizzare Marte nel prossimo futuro, e altre società aerospaziali commerciali che sviluppano LEO, le dimensioni e la forma del futuro dell'umanità nello spazio sono difficili da prevedere. Forse decideremo insieme un percorso che ci porti sulla Luna, Marte, e oltre. Forse vedremo i nostri migliori sforzi diretti nello spazio vicino alla Terra.

O forse ci vedremo andare in più direzioni contemporaneamente. Considerando che alcuni gruppi sosterranno la creazione di habitat spaziali in LEO (e in seguito, altrove nel Sistema Solare) che si basano sulla gravità artificiale e su astronavi robotiche che estraggono asteroidi per materiali, altri si concentreranno sulla creazione di avamposti sui corpi planetari, con l'obiettivo di trasformarli in "nuove Terre".

Fra loro, possiamo aspettarci che gli umani inizieranno a sviluppare un certo grado di "competenza spaziale" in questo secolo, che sarà sicuramente utile quando inizieremo a spingere ulteriormente i confini dell'esplorazione e della colonizzazione.