Miasta na Marsie powstaną z lodu. Eksperci z Harvarda wszystko zaplanowali

Pierwsze załogowe misje na Marsa z lądowaniem mogą się odbyć na przełomie lat 20. i 30. XXI wieku. Jeśli astronauci mają zostać dłużej, by prowadzić badania, będą potrzebowali ochronnych habitatów, w których będą mogli spać, pracować oraz chronić zdrowie i umysł. To pierwszy krok przed budową większych siedlisk, a w dalszej perspektywie - nawet miast. Naukowcy z Uniwersytetu Harvarda znaleźli materiał budulcowy, który może posłużyć do ich budowy. Jest to lód.

Szacuje się, że blisko powierzchni Marsa znajduje się ponad 5 mln km³ zamarzniętej wody, a głębiej może być jej jeszcze więcej. Jeśli będzie ona osiągalna dla maszyn, przyszli astronauci będą mogli zamieszkać w "krainie lodu". I nie jest to tylko swobodna spekulacja. Dokładne plany i prognozy przedstawili uczeni z Harvarda na dorocznym spotkaniu Amerykańskiej Unii Geofizycznej we wtorek, 16 grudnia. Zademonstrowali oni na podstawie różnych zadań modelowych, jak lód wodny może być formowany w izolujące i trwałe struktury, które uchronią Ziemian przed szkodliwym promieniowaniem na Marsie.

Jedną z głównych zalet tego rozwiązania jest oszczędność. Ludzie nie musieliby wysyłać na Marsa tylu materiałów budowlanych, a to mogłoby przyspieszyć habituację pierwszej obcej planety.

Lód nie jest jedynym materiałem budowlanym na Marsie. Drugim jest regolit. To warstwa pyłu, drobnych skał i minerałów, składających się głównie z bazaltu. Nie jest to jednak materiał idealny. Wydobycie z niego konkretnych pierwiastków, takich jak krzem i tlen, wymagałoby przesiania ogromnych jego ilości. Te po podgrzaniu mogłyby być przetwarzane w nowe materiały takie jak szkło.

Regolit marsjański jest ponadto toksyczny. Po pierwsze, zawiera nadchlorany, występujące na Ziemi rzadko, a na Marsie - powszechnie. Są toksyczne dla tarczycy i jako silne utleniacze mogą niszczyć sprzęt i odzież astronautów. Po drugie, pył marsjański jest ostry. Jego drobinki nie zostały wygładzone przez wodę jak piasek na Ziemi, dlatego są kanciaste i ostre. Gdy przedostaną się do płuc, mogą powodować schorzenia podobne do azbestozy lub innych rodzajów pylicy. Po trzecie, łaziki marsjańskie wykryły w regolicie metale ciężkie takie jak chrom, ołów i kadm. Istnieją sposoby na "oswojenie" regolitu, tak aby był bardziej przyjazny. Póki co jednak naukowcy wybrali znacznie bezpieczniejszy i szybszy w okiełznaniu lód.

Inspiracja do tego pochodzi zresztą z Ziemi. Słynne są choćby niebieskie jaskinie lodowe w Islandii. Powstają one w lodowcach takich jak Vatnajökull. Topniejąca woda wiosną i latem tworzy wewnątrz lodowca rzeki i tunele. Gdy zimą te przestrzenie zamarzają, tworzą się korytarze - co roku inne. Naukowcy mają jednak wobec Marsa nieco inne plany. Zamiast jaskiń mają to być lodowe kopuły o powierzchni ok. 1 hektara, wyposażone w oddzielne komory do życia i uprawy żywności.

Eksperci z Harvarda wykorzystali różne systemy modelowania do oceny przydatności takich struktur. Wyliczyli m.in., że już kilkumetrowa warstwa lodu będzie wystarczającym izolatorem, a w środku kopuły temperatura może zostać podniesiona do -20 °C z -120 °C panującej powszechnie na Marsie. To wystarczy, by lód był stabilny, a w środku kopuły może być jeszcze cieplej. Na schemacie badacze pokazali, jak może wyglądać rozkład temperatur w takiej kopule.

Zespół naukowców wymodelował również strukturalne właściwości lodu. Już z wcześniejszych badań wynikało, że gdy doda się do niego materiały organiczne takie jak hydrożele, wzrastają jego elastyczność i odporność na naprężenia. To czyni z takiego wzbogaconego domieszkami lodu o wiele lepszy budulec. Eksperci znaleźli też sposób, by zapobiec sublimacji lodu w atmosferze Marsa. Ten problem dałoby się rozwiązać dodaniem powłoki wodoodpornej, lecz tę należałoby prawdopodobnie sprowadzić z Ziemi.

A co ze światłem słonecznym? Naukowcy wymodelowali także ten aspekt. Wykazali przewagę lodu nad regolitem, bowiem w dużej mierze blokuje on promieniowanie UV, a jednocześnie przepuszcza światło widzialne i promieniowanie podczerwone. W takich kopułach astronauci byliby zatem chronieni przed szkodliwym promieniowaniem jonizującym Słońca, a jednocześnie mieliby dostęp do światła. To istotne dla zdrowia - także psychicznego. Światło słoneczne umożliwiłoby też fotosyntezę niezbędną w hodowli roślin.

Czy to nie jest zbyt piękne? Muszą być wszak jakieś wady. No i są. Do tworzenia takich struktur potrzebne są ogromne ilości lodu. A według wstępnych obliczeń naukowców z Uniwersytetu Harvarda dziennie można by przetwarzać tylko około 15 m² materiału z wykorzystaniem źródła energii zbliżone do Międzynarodowej Stacji Kosmicznej.

Innym problemem jest też osadzanie pyłu. Ten przywiera do wszystkiego z powodu dużej powierzchni, elektrostatyki i grawitacji. Jak twierdzi Adomas Valantinas, planetolog z Politechniki Federalnej w Zurychu, który badał zastosowania pyłu i lodu na Marsie, pył przyklejający się do lodu blokowałby jego przejrzystość i właściwości izolacyjne.

Ponadto aby wydobyć lód spod powierzchni Marsa, potrzebny byłby sprzęt wiertniczy, który należy dostarczyć z Ziemi. Wszystko to sprawia, że postawienie baz na Marsie, a następnie siedlisk i miast, stanowi ogromne wyzwanie pod względem logistycznym, jednak według ekspertów gra jest warta świeczki.

"Ważne jest, by myśleć o eksploracji kosmosu w perspektywie średnioterminowej, a także o tym, co można zrobić przez następnych parę lat" - tłumaczy Robin Wordsworth, współautor projektu. A jakie plany ma jego zespół? Przewiduje on choćby wykorzystanie samego ciepła odpadowego z elektrowni słonecznych lub jądrowych do obróbki lodu - ale te muszą wcześniej powstać na powierzchni, by zaspokajać potrzeby kolonizatorów.

Lód na Marsie jest postrzegany nie tylko jako materiał budowlany. Może on także zostać wykorzystany w uprawach hydroponicznych i hodowlach alg na pożywienie.

Źródła:

• Rafid Quayum, Robin Wordsworth, P22A-01 Ice as a Material for Extraterrestrial Habitat Construction, AGU25 (2025).
• Hannah Richter, Martian cities could be built from ice, Science (2025). doi: 10.1126/science.zeishtm