Videnskab
 science >> Videnskab >  >> Astronomi

Undersøgelse finder, at minimumsantallet af Marsbosættere for at overleve er 110

Vi ved, at der er vand tilgængeligt på Mars, i polarområderne, og under overfladen. Dette er tidligere og senere HiRISE-billeder af et frisk meteoritkrater på 12 meter, eller 40 fod, på tværs placeret i Arcadia Planitia på Mars. De viser, hvordan vandis udgravet ved krateret falmede med tiden. Billederne, hver 35 meter, eller 115 fod på tværs, blev taget i november 2008 og januar 2009. Kredit:NASA/JPL-Caltech/University of Arizona

Så du vil kolonisere Mars. Godt, Mars er langt væk, og for at en koloni kan fungere så langt fra jordisk støtte, tingene skal tænkes meget omhyggeligt ud. Inklusiv hvor mange mennesker der skal til for at få det til at fungere.

En ny undersøgelse fastlægger minimumsantallet af nybyggere til 110.

Undersøgelsen har titlen "Minimum antal bosættere for overlevelse på en anden planet." Forfatteren er Jean-Marc Salotti, professor ved Bordeaux Institut National Polytechnique. Hans papir er udgivet i Videnskabelige rapporter .

Naturligvis, der er meget at tænke på, når det kommer til at etablere enhver form for vedvarende tilstedeværelse på en anden planet. Hvordan vil folk organisere sig? Hvilket udstyr vil de medbringe? Hvordan vil de udvinde in-situ ressourcer? Hvilken slags færdigheder er der brug for?

Disse spørgsmål er blevet behandlet før, selvfølgelig, og i denne rapport, Salotti siger, at "brugen af ​​in situ ressourcer og forskellige sociale organisationer er blevet foreslået, men der er stadig en dårlig forståelse af problemets variabler."

Denne undersøgelse fokuserer mest på ét spørgsmål:Hvor mange mennesker vil det tage? Salotti skriver:"Jeg viser her, at en matematisk model kan bruges til at bestemme minimumsantallet af nybyggere og levemåden for overlevelse på en anden planet, ved at bruge Mars som eksempel."

SpaceX’s interplanetariske transitsystem vil gøre det muligt at rejse til Mars og andre destinationer i vores solsystem. Eller det påstår de. Kredit:SpaceX

Der er gået mange tanker i at kolonisere Mars. SpaceX siger, at deres foreslåede interplanetariske rumfartøj kan transportere 100 mennesker til Mars. Musk har talt om at bygge en flåde af dem, så der er en konstant strøm af ressourcer til Mars. "Imidlertid, "Salotti skriver, "Dette er et optimistisk skøn over kapaciteten, gennemførligheden af ​​genanvendeligheden er fortsat usikker, og kvalificeringen af ​​køretøjet til at lande på Mars og genstarte fra Mars kan være meget vanskeligt og tage flere årtier."

En lignende dynamik svæver over andre dele af Mars-koloniens diskussion. Mange forskere har tænkt på in-situ ressourceudnyttelse, for eksempel. Gasser kan udvindes fra atmosfæren, og mineraler fra jorden. In-situ ressourceudvinding kunne give organiske forbindelser, jern og endda glas. Selv hvis vi giver mulighed for gennemførligheden af ​​disse ideer, "implementeringens kompleksitet er dårligt forstået, og antallet af varer, der skal sendes hvert år, vil stadig udgøre en enorm udfordring, " skriver Salotti.

Problemet med en koloni er forvirrende komplekst.

Salotti arbejdede på en matematisk model, som han mener kunne tjene som et godt udgangspunkt for at tænke på en selvbærende koloni. Centralt i hans idé er det, han kalder delefaktoren, "hvilket tillader en vis reduktion af tidsbehovet pr. individ, hvis, for eksempel, aktiviteten vedrører konstruktion af et objekt, der kan deles af flere personer."

Udgangspunktet for forliget er afgørende for det øvrige arbejde. Hvilke ressourcer vil være på plads? Hvis der er en stor mængde ressourcer og teknologiske værktøjer i begyndelsen, det vil påvirke resten af ​​beregningerne. Men på nogle måder, udgangspunktet er måske ikke så kritisk, for to faktorer.

Kompleksiteten, bekostning og gennemførlighed af interplanetariske rejser er én. Og levetiden for det udstyr, som nybyggere starter med, er en anden. Hvert stykke udstyr har en levetid.

"For enkelhedens skyld, "Salotti skriver, "det antages her, at den oprindelige mængde ressourcer og værktøjer sendt fra Jorden vil være ret begrænset, og som en konsekvens, vil ikke have meget indflydelse på overlevelse." I det væsentlige, Det ville ikke være så nyttigt at bygge en model, der er afhængig af let genforsyning fra Jorden.

Så forudsat at koloniens oprindelige tilstand er levedygtig, Salotti går videre til to variabler, som vil have en enorm effekt på overlevelse:

  • Tilgængeligheden af ​​lokale ressourcer. I bund og grund, det betyder vand, ilt og kemiske grundstoffer. Disse ressourcer skal være nemme at udnytte.
  • Produktionskapacitet. Tænk på det som en liste over ting, der skal produceres, som værktøj, og hvis nok af dem kan produceres inden for den passende tidsramme.

Det, Salotti arbejder frem til her, er en ligning. Ting som ressourcetilgængelighed og produktionskapacitet er variabler i den ligning.

Men Salottis idé kredser altid tilbage til begrebet "delefaktoren".

Forestil dig et isoleret individ i en koloniserende situation på Mars. De skulle selv udføre alle opgaver. De ville være nødt til at bygge og eller vedligeholde deres egne systemer for at erhverve drikkevand, ilt, og at generere strøm. Der ville ikke være tid nok i hver dag. Byrden for en enkelt person ville være enorm.

Kunstnerens indtryk af SpaceX's foreslåede Mars Base Alpha. Kredit:SpaceX

Men i en større koloni, deres teknologi til ting som at få drikkevand, ilt og til at generere strøm bruges af flere mennesker. Det skaber mere efterspørgsel, men det spreder også byrden. Den indsats, det kræver at bygge og vedligeholde alle disse systemer, er nu spredt ud på flere mennesker. At, i det væsentlige, er Salottis delefaktor.

Det bliver bedre.

Efterhånden som antallet af mennesker stiger, der er plads til mere specialisering. Forestil dig en koloni på kun 10 mennesker. Hvor mange af dem har brug for at kunne reparere og vedligeholde drikkevandssystemet? Eller iltsystemet? Disse systemer kan ikke tillades at fejle, så der ville være pres for en stor procentdel af disse mennesker for at kunne betjene og forstå disse systemer.

Salotti skriver, "If each settler was completely isolated and no sharing was possible, each individual would have to perform all activities and the total time requirement would be obtained by a multiplication by the number of individuals."

But if there are 100 people, how many people need to understand those systems? Not everyone. So that allows others to specialize in something else.

"…a greater number of individuals makes it possible to be more efficient through specialization and to implement other industries, allowing the use of more efficient tools."

This figure from the study sums it all up. It shows that the annual working time capacity is greater than the annual working time requirement if the initial number of individuals is greater than 110. Credit:Salotti, 2020

Salotti argues that this sharing factor can be calculated and estimated with mathematical functions. Math-interested people can check out that part of the paper for themselves.

There are some constraints and starting points for the sharing factor, selvfølgelig. "The sharing factor depends on the needs, the processes, the resources and environmental conditions, which may be different depending on the planet, " Salotti writes.

This leads us to Salotti's description of "survival domains." Salotti outlines five domains that need to be considered in these calculations:

  • ecosystem management
  • energy production
  • industri
  • bygninger
  • human factors/social activities

These are mostly self-explanatory, but human factors refers to things like raising and education children, and some amount of cultural activities like sports, games and perhaps music.

Now Salotti turns to Mars, the primary planet when it comes to this kind of futuristic figuring, and the planet that Salotti addresses in his paper.

The five survival domains that need to be considered in a colony. Credit:Salotti 2020

Salotti doesn't start from scratch when it comes to Mars. There's already been a lot of scientific thinking into building a sustained human presence on that planet. "The specific utilization of Martian resources for life support, agriculture and industrial production has been studied in different workshops and published in reports and books, " Salotti explains.

Naturligvis, this is a complex problem, and some assumptions have to be made in order to think about it. For any solution to have merit, those assumptions have to be honest. No place for science fiction here.

The basic assumption Salottti uses is that for whatever reason, the flow of supplies from Earth has been interrupted, and the colony must sustain itself. He borrows a scenario from a contest organized by the Mars Society, where participants were asked to define a realistic scenario for setting Mars.

I bund og grund, Salotti's equation comes down to time. How much time is required for survival vs. how much time is available. For Salotti, the effective number of people required to balance the time equation is 110 on Mars. "It is based on the comparison between the required working time to fulfill all the needs for survival and the working time capacity of the individuals, " he writes in the conclusion.

Naturally, work of this nature makes some assumptions, which are spelled out in the paper. "This is obviously a rough estimate with numerous assumptions and uncertainties, " he writes. But that doesn't diminish its usefulness.

If there's ever going to be a human colony on Mars at some point in the future, then we need to develop working models to guide our thinking and our planning. We have a lot of sci-fi talk and flowery announcements from people with large Twitter followings, but that's not real work. "Så vidt vi ved, it is nevertheless the first quantitative assessment of the minimum number of individuals for survival based on engineering constraints, " Salotti says.

Working time requirement distribution for 1 (left) and 110 individuals (right). Credit:Salotti, 2020

"Our method allows simple comparisons, opening the debate for the best strategy for survival and the best place to succeed, " slutter han.

Let the debate begin.