Principal HabitabilitéDes couvertures d'aérogel de silice pourraient rendre certaines parties de Mars habitables

Des couvertures d'aérogel de silice pourraient rendre certaines parties de Mars habitables

Habitabilité : Des couvertures d'aérogel de silice pourraient rendre certaines parties de Mars habitables

L'idée de terrasser Mars pour le rendre plus habitable est un rêve visionnaire et de science-fiction. Mais si la formation de Mars sur la planète est hors de portée, l’idée persiste. Mais à présent, un matériau appelé aérogel de silice pourrait rendre l’idée même de former un terra de Mars légèrement moins impossible.

Des personnalités remarquables, de Carl Sagan à Elon Musk, ont proposé de réchauffer Mars et de lui donner une atmosphère. Le problème réside dans le CO2 et l’eau gelés dans les calottes polaires de la planète. Sagan a déclaré que si ces bouchons pouvaient être vaporisés d'une manière ou d'une autre, alors l'effet de serre au CO2 ferait le reste. Musk a dit, d'une manière légère et plaisante, que des bombes atomiques posées sur les pôles feraient l'affaire.

Des travaux scientifiques sérieux sont en cours pour explorer cette idée, du moins en théorie. La question centrale est de savoir si Mars a suffisamment de CO2 et d’eau pour créer une densité atmosphérique semblable à celle de la Terre.

La calotte glaciaire polaire nord de Mars, capturée par Mars Global Surveyor de la NASA. Crédit: NASA / JPL-Caltech / MSSS
La calotte glaciaire polaire nord de Mars, capturée par Mars Global Surveyor de la NASA. Crédit: NASA / JPL-Caltech / MSSS

En 2018, des scientifiques de l'Université du Colorado ont étudié la question. Leur conclusion? Terraformer Mars n'est pas possible avec notre technologie actuelle, ce que la plupart des gens pensaient déjà comme vrai.

«Nos résultats suggèrent qu'il ne reste pas assez de CO 2 sur Mars pour générer un réchauffement significatif sous l'effet de serre si le gaz devait être rejeté dans l'atmosphère. de plus, la majeure partie du gaz carbonique n'est pas accessible et n'a pas pu être facilement mobilisée. En conséquence, la terraformation de Mars n’est pas possible avec la technologie actuelle », a déclaré Bruce Jakosky, professeur au Laboratoire de physique de l’atmosphère et de l’espace de l’Université du Colorado à Boulder.

Mais c'était il y a un an et la technologie évolue constamment.

Dans une nouvelle étude sur Nature Astronomy, un trio de chercheurs du Jet Propulsion Laboratory de la NASA, de l'Université Harvard et de l'Université d'Edimbourg, suggère que Mars pourrait être rendue habitable si nous modifions notre pensée et utilisions les nouvelles technologies. Plutôt que de rêver de rendre la totalité de la planète rouge habitable, ce que les scientifiques appellent Modification globale de l'atmosphère (GAM, Global Atmospheric Modification (GAM)), si de petites régions pouvaient être transformées?

La clé derrière leur pensée est l’aérogel de silice.

"Cette approche régionale visant à rendre Mars habitable est bien plus réalisable qu'une modification atmosphérique globale."

Robin Wordsworth, Harvard École de génie et de sciences appliquées John A. Paulson

L'aérogel de silice n'est pas ce que vous pourriez penser. Plutôt qu'un gel, c'est un matériau solide, rigide et sec. Il est créé en extrayant le liquide d'un gel avec un processus appelé séchage surcritique, le même processus utilisé pour fabriquer du café décaféiné.

Les chercheurs à l'origine de cette nouvelle étude ont utilisé des modèles et des expériences pour montrer qu'une fine couche d'aérogel de 2 à 3 cm (0, 8 à 1, 2 pouce) permettait à la lumière du soleil de pénétrer, mais retiendrait la chaleur. Le gel laisserait également suffisamment de lumière du soleil pour la photosynthèse et réchaufferait en permanence la zone qu’il recouvrait, laissant ainsi fondre la glace, l’eau et le CO2 gelé. Mieux encore, il n'aurait pas besoin d'une source de chaleur énergivore pour le faire.

Une fine couche translucide de matériau à faible conductivité thermique transmet la lumière visible, mais bloque les rayons UV et infrarouge, reproduisant directement les effets radiatifs de l’atmosphère terrestre. La profondeur de la région habitable dans le sous-sol augmente avec le temps en raison de la diffusion thermique. Tav est la température moyenne de la surface. Crédit d'image: R. Wordsworth et. Al. 2019.
Une fine couche translucide de matériau à faible conductivité thermique transmet la lumière visible, mais bloque les rayons UV et infrarouge, reproduisant directement les effets radiatifs de l'atmosphère terrestre. La profondeur de la région habitable dans le sous-sol augmente avec le temps en raison de la diffusion thermique. T av est la température moyenne de la surface. Crédit d'image: R. Wordsworth et. Al. 2019.

«Cette approche régionale visant à rendre Mars habitable est bien plus réalisable qu'une modification atmosphérique globale», a déclaré Robin Wordsworth, professeur adjoint en sciences et ingénierie de l'environnement à l'école d'ingénierie et des sciences appliquées de Harvard John A. Paulson (SEAS) et au département de la Terre. et science planétaire. "Contrairement aux idées précédentes visant à rendre Mars habitable, c'est quelque chose qui peut être développé et testé systématiquement avec les matériaux et la technologie que nous avons déjà", a-t-il déclaré dans un communiqué de presse.

“Petites îles d'habitabilité”

"Mars est la planète la plus habitable de notre système solaire, à part la Terre", a déclaré Laura Kerber, chercheuse au Jet Propulsion Laboratory de la NASA. «Mais le monde reste hostile à de nombreux types de vie. Un système permettant de créer de petits îlots d'habitabilité nous permettrait de transformer Mars de manière contrôlée et évolutive. "

L'idée de l'île de l'habitabilité, l'aérogel de silice, a été inspirée par quelque chose qui se produit déjà aux pôles de Mars.

Contrairement à la Terre, le CO2 sur Mars est gelé, piégé aux pôles. Alors qu'ici sur Terre, les pôles sont de la glace d'eau, les pôles martiens sont une combinaison de glace d'eau et de glace de CO2. Mais même s'il est gelé, ce CO2 permet toujours à la lumière du soleil de pénétrer tout en retenant la chaleur.

Des images des pôles de Mars montrent comment cela se produit.

Dans cette image de glace sur Mars, le CO2 a piégé la chaleur du soleil. Cela crée de petites poches de chaleur en été, qui se traduisent par des taches noires fondues dans la glace.

Dans l'atmosphère terrestre, le CO2 laisse pénétrer la lumière solaire, mais la piège dans l'atmosphère, réchauffant ainsi la planète. La même chose se produit sur Mars, où tout le CO2 est gelé. Les calottes polaires sur Mars sont une combinaison de glace d'eau et de CO2 gelé. Tout comme sa forme gazeuse ici sur Terre, le CO2 congelé permet à la lumière du soleil de pénétrer tout en piégeant la chaleur. En été, cet effet de serre à l'état solide crée des poches de réchauffement sous la glace, représentés ici par des points noirs sur la glace. Crédit d'image: NASA

«Nous avons commencé à réfléchir à cet effet de serre à l'état solide et à la manière dont il pourrait être utilisé pour créer des environnements habitables sur Mars dans le futur», a déclaré Wordsworth. «Nous avons commencé à réfléchir aux types de matériaux qui pourraient minimiser la conductivité thermique tout en transmettant le plus de lumière possible.»

Il s'avère que l'aérogel de silice convient parfaitement. Il a été inventé pour la première fois en 1931 et fait partie des matériaux les plus isolants jamais fabriqués. C'est parce que c'est un matériau très poreux qui est presque entièrement constitué d'air. Il s'agit d'environ 99, 8% d'air, un peu comme une fenêtre thermique.

Les aérogels de silice sont poreux à 97%, ce qui signifie que la lumière se déplace à travers le matériau, mais les nanocouches interconnectées de dioxyde de silicium piègent le rayonnement infrarouge et ralentissent considérablement la conduction de la chaleur. Ces aérogels sont utilisés dans plusieurs applications d'ingénierie, notamment les rovers d'exploration Mars de la NASA. Ils sont habitués à garder les composants électroniques sensibles au chaud.

"L'aérogel de silice est un matériau prometteur car son effet est passif", a déclaré Kerber. "Il ne faudrait pas de grandes quantités d'énergie ou l'entretien des pièces mobiles pour garder une zone chaude pendant de longues périodes."

Les chercheurs ont mis en place des expériences pour imiter les conditions sur Mars. Ils ont expérimenté deux types d'aérogel de silice: les particules et les carreaux. Ils ont constaté que les deux étaient efficaces pour élever la température. Les deux étaient également efficaces pour bloquer les rayons UV dangereux.

Les différences de température entre la surface et le haut de la couche sont indiquées, pour les particules d'aérogel (à gauche) et les carreaux (à droite), en fonction de l'épaisseur de la couche. Les couleurs indiquent les données pour différents flux de lumière visible incidente. Les barres d'erreur indiquent les écarts-types estimés des mesures. Crédit d'image: R. Wordsworth et. al., 2019.
Les différences de température entre la surface et le haut de la couche sont indiquées, pour les particules d'aérogel (à gauche) et les carreaux (à droite), en fonction de l'épaisseur de la couche. Les couleurs indiquent les données pour différents flux de lumière visible incidente. Les barres d'erreur indiquent les écarts-types estimés des mesures. Crédit d'image: R. Wordsworth et. al., 2019.
Tracé des transmissions UVA et UVB (à gauche) et UVC (à droite) par des couches d'aérogel de silice (particules et carreaux) d'épaisseur variant de 1 cm à 3 cm. Les particules et les carreaux atténuent efficacement les UVC, la transmission des UVC à travers des couches de carreaux de 2 cm d'épaisseur ou plus tombant en dessous de 0, 5%. Crédit d'image: R. Wordsworth et. al., 2019.
Tracé des transmissions UVA et UVB (à gauche) et UVC (à droite) par des couches d'aérogel de silice (particules et carreaux) d'épaisseur variant de 1 cm à 3 cm. Les particules et les carreaux atténuent efficacement les UVC, la transmission des UVC à travers des couches de carreaux de 2 cm d'épaisseur ou plus tombant en dessous de 0, 5%. Crédit d'image: R. Wordsworth et. al., 2019.

Leurs résultats montrent qu’une couche d’aérogel de 2 cm ou plus réduisait le rayonnement UVC à moins de 0, 5%. Les UVC sont des rayons UV de haute énergie et peuvent être particulièrement nocifs. Sur Terre, presque aucun rayonnement UVC mesurable n’atteint la surface en raison de l’ozone, de l’oxygène moléculaire et de la vapeur d’eau présents dans la haute atmosphère.

"Répandu sur une surface suffisamment grande, vous n'auriez besoin d'aucune autre technologie ou physique, vous auriez juste besoin d'une couche de ce matériau à la surface et en dessous vous auriez de l'eau liquide permanente", a déclaré Wordsworth. "Il y a toute une série de questions d'ingénierie fascinantes qui se dégagent de cela."

Il est assez facile d'imaginer une sorte de structure de dôme en aérogel de silice. Il serait assez chaud pour être habitable et bloquerait également les UV. Ce pourrait être un peu comme une serre sur Terre, où l’eau demeurerait liquide et où les plantes pourraient être cultivées.

De toute évidence, il reste beaucoup de travail et de recherche à faire. Wordsworth et les autres chercheurs ont l'intention de tester des aérogels de silice sur des sites de type Mars, ici sur Terre. Ils ciblent les vallées sèches du Chili et de l'Antarctique.

Wordsworth est clair sur une chose: l’ingénierie du climat de Mars n’est pas seulement une question technique et technique. C'est aussi une question d'éthique et de philosophie.

S'il y a déjà des microbes vivant sur Mars, peut-être même quelque part sous la surface, qu'en est-il? Devrions-nous le faire? Avons-nous le droit?

«Si vous voulez permettre la vie sur la surface martienne, êtes-vous sûr qu'il n'y a pas encore de vie là-bas? Si c'est le cas, comment pouvons-nous naviguer dans cette situation? Demanda Wordsworth. "Au moment où nous décidons de nous engager à avoir des humains sur Mars, ces questions sont inévitables."

Sources:

  • Document de recherche: Favoriser l'habitabilité martienne avec un aérogel de silice via l'effet de serre à l'état solide
  • Communiqué de presse: Un moyen concret de rendre Mars habitable
  • Communiqué de presse: La terraformation sur Mars n'est pas possible avec la technologie actuelle
  • Wikipedia: aérogel
  • Univers Today: Faut-il terraformer Mars?
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