Hogyan csináljunk mágneses teret a Mars köré?

Csillagvizsgáló Svábhegyi

A Mars meghódítása egy olyan cél az emberiség előtt, amelynek megvalósítása már csak idő kérdése. A jelenlegi tendenciákat tekintve még az is könnyen előfordulhat, hogy már az előttünk álló évtizedben ember lép a vörös bolygó felszínére. A Marsra szállást a legnagyobb erőforrásokkal üldöző SpaceX vállalat pedig nem is állna meg ennél a történelmi jelentőségű pillanatnál, hiszen a cég alapítója és elsőszámú vezetője, Elon Musk szeme előtt egy önfenntartó marsi város kiépítése lebeg. Ha pedig egy város megveti a lábát egy területen, ott garantáltan több is követni fogja, az emberiség pedig ténylegesen interplanetáris fajjá nőheti ki magát a következő évszázadra – hogyan aztán nekiláthasson a Mars terraformálásának.

Az nehezen állítható, hogy a Mars lakhatási szempontból egyhamar vetélytársa lenne a jó öreg Földnek. Bár a vörös bolygó szépsége, a helyszín kuriózuma és elszigeteltsége vitathatatlanul tömegeket fog majd vonzani, a marsi élet rengeteg kötöttséggel is jár majd. Ezekhez az emberi szervezet és psziché csak részben tud hozzászokni, komfortossá pedig aligha válhat a Marsra költözők számára. A bolygó túlnyomó részén tartósan -50°Calatti hőmérséklet ugyan a megfelelő öltözékkel még elviselhető, ám a rendkívül alacsony, 0,01 atm légnyomás mellett elengedhetetlen a szkafander állandó használata. A természetes környezetben tehát nem lehet majd szabadon mozogni, az élet döntő része így kezdetben mindenképp szűkös lakómodulokra korlátozódik.

A szkafander nem csak az oxigén hiánya miatt nélkülözhetetlen egy marsi sétához. (Forrás: NASA)

A földi gravitáció egyharmadának megfelelő nehézkedéshez ugyanakkor viszonylag könnyen hozzá lehet szokni, a lakómodulok pedig ezen felül biztosítani tudnak mindent, ami a komfortos életvitelhez szükséges: oxigént, légnyomást, hőmérsékletet, megvilágítást. Igaz, az első épületek szinte biztosan nem bírnak majd olyan formatervezett kialakítással és szédítő látvánnyal, mint amit a jelenlegi illusztrációk sejtetnek. Sőt, az is könnyen elképzelhető a Mars első telepeseinek egyenesen a felszín alá kell költözniük. Mindennek az oka a bolygó mágneses terében keresendő – pontosabban annak hiányában.

Élet a Marson, ahogy a SpaceX hirdeti – nem biztos azonban, hogy a kupolavárosok hosszútávú tartózkodásra javallottak. (Forrás: SpaceX)

A bolygók mágneses teréért a magjukban fellépő dinamóhatás a felelős, amely során a töltött részecskék mozgása mágneses indukciót hoz létre. A kőzetbolygók esetében ezt a magjukban található, rendkívül forró, olvadt fém (elsősorban vas és nikkel) mozgása okozza. A Föld felszínén ez a folyamat 0,3-0,6 Gauss-t eredményez, ami egy tipikus hűtőmágnes erősségének mindössze 1/100-ad része. Kevésnek tűnhet, de több ezer km-re a bolygónk dinamójától több mint tisztességes. Főként, hogy ellátja a legfontosabb feladatát (legalábbis az emberiség szempontjából), és védelmet nyújt számunkra a kívülről érkező kozmikus sugárzással szemben.

A kozmikus sugárzás neve kissé megtévesztő, valójában rendkívül nagy energiájú részecskékről van szó. A legextrémebb esetekben olyan, a Naprendszeresen kívülről érkező protonokat is találtak a kutatók, amelyek energiája még a világ legnagyobb részecskegyorsítóján, a CERN Nagy Hadronütköztetőjén is nagyságrendekkel túltesznek. Ezek a részecskék azonban rendkívül ritkák, valós veszélyt egyáltalán nem jelentenek számunkra. Ugyanakkor a Nap koronájából folyamatosan érkező napszél, valamint a felszíni aktivitásokból (pl. flerek, koronaanyag-kidobódások) származó részecskezáporok képesek ionizálni a földi légkör felső rétegeit. Normál esetben ez mindössze a sarki fény néven ismert látványos jelenséggel jár; minden egyéb kellemetlenséget pedig megakadályoz a Föld mágneses tere, amely védőburokként tart ellent a Napból érkező töltött részecskék záporának.

Koronaanyag-kidobódás a SOHO napfigyelő szonda felvételén. (Forrás: ESA/NASA/SOHO)

A mágneses tér szerepe az élő szervezetek hosszútávú védelme szempontjából is kritikus, ennek hiányában a Napból kiáramló töltött részecskék folyamatosan pusztítanák az atmoszféra felső tartományát. Ebben a régióban az állandó ionizáció ugyanis elősegíti, hogy a légköri molekulák elszökjenek a Napból érkező mágneses mező mentén – mintha a napszél egyszerűen lefújná a bolygó atmoszféráját.

A napszél erodálja a Mars külső légkörét, ugyanakkor a mágneses mező miatt nem fér a Föld felső atmoszférájához.. (Forrás: NASA/GSFC)

A Föld légköre tehát védett az ilyen hosszú távú hatásoktól, még a mostanság mind gyakrabban hivatkozott mágneses pólusváltások idején is. Ugyanakkor nem minden bolygó volt ilyen szerencsés. Ahogy arról a Spirit, az Opportunity és a Curiosity roverek kőzetvizsgálatai alapján mostanra tudományos konszenzus alakult ki, a Mars felszínét folyók, tavak és tengerek formálták bő négy milliárd évvel ezelőtt, a bolygó atmoszférája pedig jóval sűrűbb volt a jelenleginél. A légkör eltűnése összefüggésben állhat a Mars mágneses terének gyengülésével. Az eredmény: a földi légköri nyomás mindössze 1%-t kitevő atmoszféra, amely, ha lassan is, de tovább fogyatkozik.

A mágneses tér is jelentheti a különbséget egy halott és egy élő bolygó között. (Forrás: NASA’s Goddard Space Flight Center)

Globális mágneses tér és szigetelő hatású légkör hiányában ráadásul a jövő marsi telepesei ki lesznek téve a napkitörésekből származó részecskezáporok káros következményeinek. Ezek az ionizáló részecskezáporok épp úgy hatnak a szervezetünkre, mint a radioaktív eredetű sugárzások: alacsony dózisokban még „csak” növelik a daganatos megbetegedések kockázatot, magas dózis esetén azonban a negatív hatások akár garantáltak is lehetnek. A jelenlegi becslések szerint a komoly egészségügyi kockázatok elkerülése érdekében a közeljövő marsi küldetései legfeljebb három évig tarthatnak. Az első emberes küldetések során ez a korlátozás nem is jelentene különösebb problémát, ha azonban a SpaceX belátható időn belül bele akar vágni az önfenntartó marsi bázis kiépítésébe, a kolóniák lakóinak huzamosabb ideig a vörös bolygón kell maradniuk. Ebben az esetben pedig csak a Mars felszíni kőzetrétegei nyújthatnak teljesértékű védelmet, például egykori vulkanikus kürtőkbe épített bázisok esetén.

Hosszú távon azonban – és itt ténylegesen több száz éves viszonylatot kell érteni – akár még a Mars globális jellemzőinek többsége megváltoztatható, hogy egy második Földként szolgálhasson az emberiség otthonául. Bár a Mars terraformálása jelenleg még egy vad science-fiction gondolatnak (és egy klassz társasjátéknak!) tűnik, a kihívás inkább az erőforrások, mintsem a szükséges technológia tekintetében tűnik monumentálisnak. Az élhető légkör vagy a nagy mennyiségű víz előállítására már eddig is számos koncepció született, a mágneses tér azonban jóval keményebb kihívásnak tűnt. Egy közelmúltban publikált tanulmány azonban több elképzelést is megvizsgált a Mars globális mágneses terének kialakítására, és ez alapján nem tűnik reménytelennek az ügy.

A tanulmány szerzői négy különböző koncepciót vizsgáltak meg: a bolygó magjának újraindítását, egy bolygót körülvevő folytonos vezető-gyűrűt, egy különálló állomásokból felépülő óriás részecskegyorsítót és egy ionizált részecskékből álló „természetes” gyűrűt. (Forrás: Ruth Bamford)

A kutatók úgy találták, hogy a bolygó kis méretű, mára gyakorlatilag kihűlt vasmagját nem tudnánk újraindítani, míg a felszínre vagy az űrbe telepített mágneses generátorok olyan megastruktúrák kiépítését igényelnék, amelyekhez szinte felbecsülhetetlen mértékű erőforrások szükségesek. Szerencsére más módja is létezik az oltalmazó mágneses tér kialakításának.

Egy innovatív elképzelés szerint egy bolygót körbe ölelő plazmagyűrű kialakítása minden más módszerrel összehasonlítva jóval egyszerűbb, mivel a forrása akár a bolygó egyik holdja is lehet. Még csak nem is lenne példa nélküli a Naprendszerben: az Io vulkanikus aktivitásából hátramaradó ionizált részecskék gyűrűje is hozzájárul a Jupiter körül kialakult erős mágneses térhez.

A Phobos ionizált részecskéinek gyorsításából születő plazmagyűrű illusztrációja. (Forrás: Ruth Bamford)

A Phobos a Mars két holdja közül a nagyobbik, igaz, 13x11x9 km-es kiterjedésével aprócskának számít a holdak mezőnyében. A mintegy tízbillió tonnányi szikla azonban akár több milliárd évre elegendő anyagot tudna szolgáltatni egy bolygó körüli, kb. 8000 km sugarú plazmagyűrűhöz. A tanulmány által felvázolt koncepció szerint ehhez elegendő lenne ionizálni a Phobos felszínét (pl. nukleáris erőművek vagy nagy energiájú lézerek segítségével), majd a „lemorzsolt” részecskéknek a hold mozgási irányával ellentétesen kezdősebességet adni. A minimális szökési sebesség miatt a leszakadó részecskék pedig fokozatosan lemaradva eloszlanának a hold pályájának közelében (hasonlatosan egy üstökös csóvájához.) Mivel a Phobos rendkívül közel kering a Marshoz, mindössze nyolc óra alatt megkerüli bolygót, így a felszínéről folyamatosan szinten lehetne tartani a plazmagyűrű vastagságát – keringésenként ehhez kb. 15 kg phobosi sziklaanyagot kellene atomjaira bontani és ionizálni.

A Phobos a Viking-1 űrszonda felvételén. A hold bal oldalán az égitest kinézetét meghatározó Stickney kráter látható. (Forrás: Viking Project, JPL, NASA; Mosaic Processing: Edwin V. Bell II (NSSDC/Raytheon ITSS)

A tanulmány szerzői természetesen tisztában vannak vele, hogy a fenti koncepció optimista becslések szerint is még sok évtizednyire van a megvalósítástól, de érvelésük szerint jóval kisebb energiabefektetést, technológiai fejlesztést és nem utolsó sorban anyagi ráfordítást igényelne, mint bármely másik terv a mágneses terv kiépítésére. Mert bár még csak az ötletelés korszakánál járunk, amint az emberes marsutazás realitássá válik, a bolygó terraformálásának az igénye is természetesen meg fog jelenni – mindez pedig csak idő kérdése.

A vörös bolygó kékbe borulásához a láthatatlan mágneses tér is elengedhetetlen lesz. (Forrás: NASA)

Szerző: Dr. Barna Barnabás, Tudományos munkatárs / bemutató csillagász
SZTE TTIK Fizikai Intézet / Szegedi Csillagvizsgáló

A borítókép forrása: NASA/GSFC