Mars rozgrzewa nasze emocje już od kilkudziesięciu lat, ale kiedy w końcu poleci tam człowiek?

Mars latem był już źródłem emocji przy okazji startu misji łazika Perseverance. Niedawno, bo 6 października, Mars znalazł się najbliżej Ziemi w tym roku, a w tym tygodniu (dokładnie 13 października tuż około północy) znajdzie się w opozycji, czyli ustawi się dokładnie po przeciwnej stronie Ziemi co Słońce. Okolice opozycji (która nastepuje tuż po lub przed maksymalnym zbliżeniem) to najlepszy moment dla obserwacji gołym okiem jak i przez amatorskie teleskopy. 

Wyjaśnienie zagadnienia opozycji Marsa

Październik 2020 to także moment, w którym Mars świeci najjaśniej na niebie od 2018 roku. Jest obecnie podobnie jasny jak Jowisz, który jest gwiazdą tegorocznego nocnego nieba wraz z pobliskim Saturnem. Za dwa lata Mars znów znajdzie się w opozycji, ale będzie trochę słabiej błyszczał na niebie. Zbliżona do tegorocznej konfiguracja Słońce-Ziemia-Mars nastapi dopiero za kilkanaście lat.

Marsa oglądać na niebie w 2020 roku najlepiej w październiku

Pogoda w tym roku w okolicach opozycji Marsa nas nie rozpieszcza, ale nie ma się co martwić, bo z każdym kolejnym dniem planeta będzie coraz wyżej na wschodnim niebie, więc warunki do jego obserwacji będą się poprawiać. Jasność zacznie stopniowo maleć, ale wciąż Marsa będzie spora.

Około godziny 21 w dniu 13 października Mars będzie widoczny w kierunku wschodnio-południowym na wysokości około 20 stopni nad horyzontem. Pomylić go z gwiazdami w okolicy nie sposób (źródło: Stellarium)

W drugiej połowie października Marsa szukajcie na południowo wschodnim niebie. O godzinie 20:00 Mars będzie już ponad 30 stopni ponad horyzontem, powinniście go dostrzec nawet w mieście pomiędzy budynkami. Na dodatek 29 października po raz drugi w tym miesiącu do Marsa zbliży się Księżyc, co ułatwi odszukanie Czerwonej Planety. W pierwszych dniach października tarcza Księżyca przesłoniła Marsa, ale tego zjawiska nie mogliśmy oglądać z Polski.

Ile czasu potrzebuje sygnał radiowy, by dotrzeć na Marsa, gdy ten jest w opozycji

W tym roku najmniejsza odległość Mars-Ziemia to około 62 milionów kilometrów. Oznacza to, że sygnał wysłany teraz z Ziemi na Marsa dotrze po niespełna 3,5 minuty, a po 7 minutach możemy liczyć na odpowiedź. To 8 razy szybciej niż w chwili, gdy Mars i Ziemia znajdują się prawie po przeciwnych stronach Słońca. Dla ścisłości, gdy są dokładnie po przeciwnych mamy ciszę radiową, gdyż Słońce stanowi przeszkodę na drodze wiązki radiowej.

Łazik Curiosity widziany z orbity Marsa

Czy jednak jest po co wysyłać komunikaty na Marsa? Oczywiście, że jest, bo obecnie na Czerwonej Planecie swoje badania prowadzi łazik Curiosity, lądownik InSight, a po orbicie krąży kilka sond. Jednak elektronice nie przeszkadza za bardzo opóźnienie. Za to gdy na Marsie pojawią się ludzie, to właśnie moment opozycji będzie najprzyjemniejszym do rozmów pomiędzy planetami. No właśnie, dlaczego wciąż się tam nie pojawili? Jakie są ku temu przeszkody? Kiedy człowiek ma szansę wylądować na Marsie?

Mars podobny, a jednak bardzo inny od Ziemi

Mars to czwarta planeta od Słońca w naszym Układzie Słonecznym, kolejna po Ziemi. Jest mniejsza niż Ziemia, ale jej powierzchnia jest taka sama jak powierzchnia lądów na Ziemi. Doba na Marsie trwa prawie tyle samo co u nas, jest o kilka minut dłuższa. Mars tak jak Ziemia ma pory roku, jego oś obrotu jest nachylona podobnie jak ziemska względem płaszczyzny Układu Słonecznego (inaczej płaszczyzny ekliptyki). Rok marsjański, czyli okres jego obiegu wokół Słońca, to mniej więcej dwa lata.

Na Marsie jest podobnie jak na ziemskiej kamienistej pustyni, dlatego też takie miejsca doskonale nadają się na testy sprzętu, który tam poleci, czy jako plany zdjęciowe do filmów fantastyczno-naukowych. Na Marsie wieje wiatr, są burze piaskowe, a na niebie można dostrzec chmury.

Zdjęcie powierzchni Marsa zrobione przez łazik Curiosity

Mars wydaje się bardzo podobny do Ziemi pod wieloma względami, gdy mówimy o nim ogólnikowo. Zagłębiając się jednak w temat, dostrzegamy różnice, które pobyt człowieka na Marsie czynią wyzwaniem. Jako planeta o sile grawitacji 3 razy mniejszej niż ziemska, ciśnieniu atmosfery wynoszącym tylko 0,6 % ziemskiego, średniej temperaturze około -63 stopni C (niższej niż na Antarktydzie zimą) i ze szczątkowym polem magnetycznym, Mars jest miejscem bardzo nieprzyjaznym.

Mars to oprócz Księżyca i być może Wenus, najlepsze dziś miejsce po Ziemi do zamieszkania

A jednak ze wszystkich obiektów w Układzie Słonecznym, to na powierzchni Marsa mamy największe szanse postawić stopę, jako drugiej poza Ziemią planecie. Wenus stwarza nadzieje dla przeżycia, ale tylko w chmurach (tutaj jest nawet ciekawiej niż na Marsie). Inne interesujące ciała niebieskie, księżyce Jowisza i Saturna, a nawet takie planetoidy jak Ceres, są dużo, dużo dalej.

Księżyc będziemy niewątpliwie eksplorować, zamieszkają na nim kiedyś ludzie, ale to Mars jest miejscem, które człowiek od dawna postrzega jako pierwszy przystanek ludzkości w drodze do kolonizacji Układu Słonecznego. Nie sięgajmy na razie myślami dalej. Pokonanie tylko tego pierwszego etapu wymaga ogromnego postępu technologicznego i najeżone jest licznymi pułapkami.

Część krateru Jezero na Marsie, miejsce gdzie ma wylądować łazik Perseverance w lutym 2021 roku. Widok z orbity

W myślach, w filmach, robiliśmy to już wielokrotnie i teoretycznie powinniśmy czuć się rozczarowani, że wciąż nic z tego nie wyszło. To jednak nic dziwnego, entuzjazm lat 60 i 70. XX wieku uleciał w kolejnych dekadach pod natłokiem problemów, które dotknęły ludzkość. Wśród nich jest przeludnienie. Dziś chętnie je ignorujemy, bo jakoś przecież świat sobie radzi. Strategia „jakoś” może sprawdzać się jeszcze przez wiele lat, ale kiedyś Ziemia powie nam stanowczo „nie”. Pierwsze sygnały takiego buntu natury widać zresztą już dziś.

Remedium na przeludnienie może być właśnie wyprowadzka choćby części z nas na inne planety w Układzie Słonecznym. Dlatego już nie zastanawiamy się czy, ale kiedy polecimy na Marsa. Pierwsze próby będą nieporadne, ale nawet one wymagają spełnienia wielu warunków.

Lot załogowy na Marsa - kwestie i problemy z tym związane

• Ile czasu potrwa lot? - to już w zasadzie wiemy, sondy badawcze docierają na Marsa w ciągu pół roku i można założyć, że pojazd załogowy również w takim czasie tam trafi. Oczywiście będzie to inna skala, wymagająca znacznie większych nakładów energetycznych przy starcie, ale z tym powinniśmy sobie poradzić. Znaczne skrócenie czasu podróży na razie wydaje się poza naszymi możliwościami.
• Jak wylądujemy? - Mars ma bardzo rzadką atmosferę, ale wciaż stawiającą opór lądującym pojazdom. Dotychczas przetestowaliśmy kilka sposobów lądowania, z uzyciem spadochronów, z dodatkowym wparcie manewrowych silników rakietowych lub w postaci bańki otoczonej nadmuchanymi balonami, która amortyzują uderzenie w powierzchnię. I wciąż każde udane lądowanie, tak jak na Ziemi, jest wielkim sukcesem. A przecież gdy w pojeździe będzie człowiek, ryzyko wzrośnie po stokroć.  
• Jak długo chcemy pozostać na Marsie? - to ważne pytanie. W czasach misji Apollo zakładano, że na Marsa można polecieć i wrócić tak jak z Księżyca. Jedynie lot byłby dłuższy. Dziś wiemy, że lepiej efektywniej wykorzystać czas przeznaczony na misję, pozostając na Marsie co najmniej kilka miesięcy. Natychmiastowy powrót nie jest zresztą dobrym pomysłem ze względu na niekorzystną konfigurację Ziemi i Marsa tuż po przylocie astronautów. No chyba że dysponowalibyśmy technologią, która pozwala szybko przemierzać Kosmos i opuścić Marsa kiedy zechcemy, ale wtedy i pytanie o czas lotu będzie bezpodstawne.
• W jaki sposób chcemy wrócić? - to problem technologiczno-logistyczny. Jeśli chcemy zabrać ze sobą paliwo na powrót, to będzie trzeba znacznie więcej energii włożyć w początkowej fazie misji. Jeśli to paliwo będzie na nas czekać na Marsie, sytuacja robi się przyjemniejsza. Dodatkowo, czekać może na nas tam pojazd powrotny, który można dostarczyć bezzałogowo, a to zawsze mniej problemów niż misja załogowa.
• Czy misja będzie lądowa czy orbitalna, z krótkimi wypadami na powierzchnię planety? - to pytanie zahacza dziś trochę o sferę fantastyki. Lądowania i starty, nawet w przypadku Marsa, który ma dużo słabszą grawitację niż Ziemia, są na tyle skomplikowane, że pierwsi ludzie na Marsie nie pozwolą sobie na luksus ciągłego skakania z powierzchni na orbitę i z powrotem. Konieczne jest zapewnienie im wygodnych warunków mieszkalnych na powierzchni. Rozważane dziś pomysły zakładają zamieszkanie w tradycyjnych kapsułach na powierzchni, specjalnych namiotach częściowo okopanych lub otoczonych innymi materiałami w celu ochrony przed promieniowaniem, ale też eksplorację jaskiń lawowych, które stanowią naturalną ochronę.
• Jak poradzimy sobie z problemami zdrowotnymi, które mogą pojawić się w trakcie lotu? - badania na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej pokazały, że podatność człowieka na choroby rośnie w przestrzeni kosmicznej. Do tego dochodzi promieniowanie kosmiczne, które w głębokim Kosmosie dodatkowo narazi nasze organizmy na nieprzewidziane dziś jeszcze dolegliwości. Problemy będą nie tylko natury fizycznej. Skaleczenie okaże się nieistotne w porównaniu z rozchwianiem emocjonalnym astronauty. Nikt jeszcze nie był tak długo i daleko od Ziemi w Kosmosie. Częściową pomocą będą rozwijane sposoby zdalnego diagnozowania, leczenia i terapii, ale astronauci musza też samodzielnie posiąść jak najszerszą wiedzę medyczną. Załodze przyda się doświadczony lekarz.
• Jak zagwarantujemy sobie bezpieczeństwo elektroniki? – komputery wykorzystywane na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej, choć w Kosmosie, to są jednak wciąż bardzo blisko Ziemi chronione częściowo przez jej pole magnetyczne. Lecąc na Marsa wystawimy się na dużo gorsze warunki, a to wymaga wyjątkowo odpornych na promieniowanie kosmiczne procesorów czy pamięci. Dziś w sondach instaluje się procesory o wydajności porównywalnej z tą z początku lat 90, bo te konstrukcje są najlepiej przetestowane i odporne na zakłócenia. Człowiekowi do pracy to raczej nie wystarczy, podobnie jak kilka GB pamięci.
• Ile osób wyślemy w taką misję? - w filmie „W nieznane” na Marsa leci jeden człowiek, w propagandowym Koziorożcu 1 trójka astronautów, a w Marsjaninie załoga liczy 6 osób. Załoga złożona z 4 czy 6 osób pozwoli dobrze rozdzielić obowiązki, zagwarantuje też wygodę doboru specjalistów z najważniejszych dziedzin. Poza tym to już grupa zdolna wytworzyć w trakcie misji społeczne relacje, które pozwolą uniknąć destrukcyjnych konfliktów.
• Czy misja będzie eksperymentem czy od razu zaplanowaną kolonizacją? - Elon Musk wyobraża sobie flotę nawet setek pojazdów Starship, które zawiozą ludzi oraz zasoby, które posłużą na Marsie do produkcji urządzeń takich jak drukarki 3D, ale też leków. Sugeruje też, że ludzie, którzy polecą na Marsa mogą tam zostać już na zawsze dożywając swoich dni eksplorując Czerwoną Planetę. Bardziej realistyczna wydaje się jednak misja eksperymentalna, skoro dziś start nawet jednego pojazdu z Ziemi to wielkie przedsięwzięcie.
• Czy będzie nas stać na taki lot? - chyba najbardziej przyziemne ze wszystkich pytań, dotyczących lotu na Marsa. Trzeba pamiętać, że to nie tylko cena aktualnej misji, a dziś to także koszty testów, które doprowadzą do zbudowania odpowiednich rakiet, pojazdów załogowych, lądowników. Koszty badań medycznych, rozwoju technologii materiałowych i rzeczy, które zwykłym ludziom nawet nie przychodzą do głowy. Misja taka jak Mars 2020 kosztować ma około 2,5 miliarda dolarów, a przecież to tylko łazik wielkości samochodu. Lot załogowy to inwestycja o co najmniej rząd wielkości większa.

Listę pytań związanych z lotem na Marsa można ciągnąć w nieskończoność

Pobyt na Marsie stworzy kolejne wyzwania. Już dziś zastanawiamy się nad sposobem efektywnej produkcji energii, paliwa, tlenu, żywności dla astronautów (szykuje się dieta bezmięsna), znalezieniem optymalnych narzędzi (mechanicznych jak i elektronicznych), które przyjdzie używać pierwszym ludziom na Marsie. Nie mówiąc już o potrzebie zaprojektowania wygodnych kombinezonów czy pozyskiwania wody. Tej podobno jest dużo, szczególnie w okolicach południowego bieguna pod pokrywą lodową, ale sama woda to jeszcze nie wszystko. Trzeba ją przysposobić do spożywania, a potem zadbać, by mimo wszystko jak najmniej jej marnować.

Technologiami odzyskiwania wody już dysponujemy, trafiły one z kosmosu na Ziemię do antarktycznej stacji badawczej, a niedawno nawet na zawody tenisowe na kortach Rolanda Garrosa.

Ciekawe, czy astronauta w trakcie pobytu na Marsie będzie mógł wziąć sobie urlop, albo pójść na L4? To takie niby głupie pytania, ale przecież głupie są tylko odpowiedzi

Z każdą kolejną powierzchniową misją na Marsa, coraz bardziej koncentrujemy się na eksperymentach, które pomogą w pierwszej załogowej misji. Dla przykładu łazik Perseverance na pokładzie ma próbki materiałów, z których powstaną kombinezony dla marsjańskich eksploratorów. Jest wyposażony w MOXIE, eksperymentalne urządzenie do produkcji tlenu. Z kolei badania prowadzone na MSK pomagają poznać wpływ długiego pobytu w Kosmosie na nasze zdrowie i funkcjonowanie.

Na Marsie trochę jak na Dzikim Zachodzie

Pierwsi ludzie, którzy staną na Marsie już się urodzili, a nawet można założyć, że będą to uczestnicy obecnych programów przygotowujących do pierwszej misji na Czerwoną Planetę. Te osoby od dawna żyją z myślą o tym, że to właśnie one będą członkami pierwszej załogi. Podporządkowują temu swoją edukację, rozwój fizyczny i emocjonalny.

Do Ameryki ze Starego Świata płynęły żaglowce, na Marsa polecimy czymś nowocześniejszym, ale niekoniecznie wygodniejszym (wizualizacja SLS)

W swojej książce "Czas Marsa" z 1996 roku Robert Zubrin przedstawia Czerwoną Planetę jako świat pogranicza. Taki Dziki Zachód XXI wieku. Miejmy nadzieję, że nie zabierzemy ze sobą na Marsa tego co w nas najgorsze. Jednak porównanie jest celne. To właśnie potrzeby pierwszych osiedleńców, podobnie jak potrzeby ludzi zdobywających Dziki Zachód, przyczynią się do gwałtownego skoku technologicznego. Mars, którego kiedyś zasiedlą ludzie, z założenia będzie światem nowocześniejszym niż to co mamy dziś na Ziemi. Marsjanie nie będą obciążeni balastem konsekwencji szkodliwych działań przodków, gdy postarają się budować nowy świat odpowiedzialnie.

Polecieć na Marsa tylko po to, by powiedzieć „zrobiliśmy to”, dziś nam się nie opłaca. Należy wierzyć, że będzie to zaczątek większego programu eksploracji Czerwonej Planety.

O ile do tego dojdzie, bo wciąż czeka nas ten pierwszy raz - lądowanie człowieka na Marsie. Losy pierwszych osadników ciekawie opowiedziano w fabularyzowanej popularnonaukowej opowieści Mars, którą można obejrzeć na Netflixie. To film sprzed kilku lat, wciąż jednak aktualny.

Kiedy człowiek poleci na Marsa? Realna data wciąż bardzo odległa

Wszystko to wciąż jednak tylko gdybanie, stawianie sobie nowych wyzwań w miarę jak rozwiązujemy wcześniejsze. Ale kiedy wreszcie spełni się sen sporej części ludzkości? Zobaczmy w na jakim etapie przygotowań jesteśmy obecnie.

Tak wygląda Hermes, tranzytowy pojazd załogowy z filmu Marsjan - obecne projekty lotu na Marsa znacząco odbiegają od takiej wizji

Dziś już wiemy, że plany, by człowiek postawił stopę na czerwonym marsjańskim piasku przed 2030 rokiem są kompletnie nierealne. Boleśnie przekonał się o tym Bas Lansdorp, pomysłodawca projektu Mars One, który zapisał się w naszej pamięci jedynie jako atrakcyjne wizualizacje.

Koszty projektu, oceniane na ponad 120 miliardów dolarów, wydają się ogromne, choć bledną przy wydatkach na wojenne zabawy światowych mocarstw, a w porównaniu z kosztami walki w tegoroczną pandemią, wydadzą się śmiesznie niskie. Dla porównania, Międzynarodowa Stacja Kosmiczna, która wciąż wzbogaca się o nowe moduły badawcze, ale jest traktowana już jako ukończone dzieło, kosztowała w ciągu ponad 20 lat około 150 miliardów dolarów.

Dziś najlepsze wizualizacje pobytu człowieka na Marsie to filmy fantastyczno-naukowe

Musiałby nastąpić niesamowity technologiczny i ekonomiczny zryw ludzkości, pojawić nagła potrzeba realizacji takiej misji, by wczesne terminy okazały się realne. Trzeba by wielokrotnie przyśpieszyć testy naziemne i orbitalne.

Nawet rok 2033, który jest przytaczany w filmie Mars i innych produkcjach, dziś oceniany jest jako bardzo optymistyczny. Obecnie większość analityków skłania się ku przekonaniu, że wcześniej niż około 2037 - 2039 roku na Marsa człowiek nie poleci. Poza tym nie można wybierać sobie daty startu ot tak. Musi ona mieścić się w sprzyjającym naszym technologiom napędowym oknie startowym, które pojawia się co dwa lata.

Start łazika Perseverance latem 2020 roku w podróż na Marsa

Mimo tak niepomyślnych rokowań dla załogowej misji, już w najbliższej dekadzie możemy spodziewać się prób wysłania testowych pojazdów na Marsa. Takie marzenia ma SpaceX, które jest na wznoszącej fali po sukcesie pierwszej załogowej misji na Stację Kosmiczną.

Na razie SpaceX w drodze na Marsa jest na etapie lotów testowych modułem rakietowym przypominającym silos, ale nie śmiejcie się, to naprawdę kawał dobrej roboty

Drugim pod względem szans jest Blue Origin Jeffa Bezosa. Boeing sporo stracił i na razie odstaje od czołówki. NASA jest traktowana przez analityków jako instytucja, która ma jeszcze mniejsze szanse na wykonanie załogowego lotu na Marsa jako pierwsza niż SpaceX i Blue Origin. Poza tym NASA musiałaby zmienić swoją politykę, która obecnie nakierowana jest na realizację projektu Artemis. Czyli lotu ludzi, w tym pierwszej kobiety, na Księżyc w 2024 roku z pomocą rakiety SLS i pojazdu Orion.

Mars śmiertelnie niebezpieczny i wciąż zaskakujący

Elon Musk już kilka lat temu stwierdził, że życie mu miłe i nie będzie pchał się do lotu na Marsa. Wciąż tak uważa, a nawet jest jeszcze bardziej przekonany, że pierwsi astronauci, którzy dotrą na Marsa dość szybko umrą. Przyczynić mają się do tego niekorzystne warunki w trakcie podróży, a także niebezpieczne dla zdrowia wyzwania jakim pierwsi Marsjanie z Ziemi muszą stawić czoła. W tym budowa i przygotowanie infrastruktury dla większej liczby osadników.

Mars tymczasem, jak i sami jego badacze, nie przestają nas zadziwiać. Choćby w kwestii metanu, który wykryto w 2004, a dekadę później zanotowano kilkakrotnie jego chwilowe lokalne wzrosty stężenia. Metan, jak wiadomo, może świadczyć o aktywności biologicznej, ale do dziś nie potwierdzono skąd się wziął mimo iż wysłana kilka lat temu przez ESA misja Trace Gas Orbiter miała rozprawić się z tą zagadką.

Gdyby Mars był zalany wodą, stanowiłby bardzo ciekawy obiekt. Jego północna półkula byłaby pokryta w większości oceanem, a południowa lądami

Zagadkowe jest także pochodzenie dolin rzecznych. Badania geologiczne tysięcy takich miejsc na Marsie, wspierają zarówno pogląd, że mogła je stworzyć płynąca woda, jak i teorię, że powstały one w wyniku przemieszczania się lodowców. Dziś nie jesteśmy w stanie wykluczyć żadnego z tych punktów widzenia, ale wizja mokrego i ciepłego etapu w zamierzchłej historii Marsa wymaga na pewno weryfikacji.

Do roku 2040 nasza wiedza o Marsie zmieni się na pewno diametralnie i tu pojawia się problem, bo załogowa misja międzyplanetarna to działanie podlegające wieloletniemu planowaniu w przód, a nie realizowane ad hoc. Choć postęp to też nasz sprzymierzeniec, bo to czego dziś się nie da zrobić, uda się jutro.

Tymczasem Mars, a dokładnie badania NASA dotyczące panujących tam warunków atmosferycznych, już teraz, jak niegdyś lot człowieka na Księżyc, są pożywką dla zwolenników teorii spiskowych. Ale to już inna historia.

Źródło: inf. własna, foto: NASA, ESA, SpaceX

Więcej na temat eksploracji Kosmosu:

• Jakie dystanse pokonują łaziki na Marsie i Księżycu? Jak szybko? - kosmiczny ranking
• 60 lat minęło, a my wciąż lądujemy na wodzie - o załogowych lotach w Kosmos
• Tianwen-1 - Chiny powtarzają historię eksploracji Marsa w przyśpieszonym tempie