Terraforming: gezegenleri Dünya'ya benzetmek

Güneş Sistemi'nde insanın korumasız yaşayabileceği tek yer Dünya. Öteki gezegenler ya çok sıcak, ya çok soğuk, ya havasız, ya da üçü birden. Terraforming — Türkçede "Dünyalaştırma" da denir — bu durumu tersine çevirmeyi önerir: bir gezegenin atmosferini, sıcaklığını, yüzeyini ve ekolojisini kasıtlı olarak değiştirip onu yaşanabilir kılmak.

Fikir bilim kurguda doğdu, 1960'larda bilimsel yazına girdi ve bugün hem gezegen biliminin hem de etik tartışmaların konusu. Bu sayfada iki şeyi ayrı tutmaya çalışacağız: hangi adımların fiziksel olarak mümkün olduğu ve hangi rakamların bu adımları bugünkü teknolojiyle imkânsız kıldığı. Çünkü terraforming tartışmasında asıl bilgi, önerilerin kendisinde değil, önerilerin gerektirdiği miktarlarda.

Terim nereden geldi

Sözcüğü ilk kullanan bilim insanı değil, bir yazardı. Jack Williamson, 1942'de Astounding Science Fiction dergisinde yayımlanan "Collision Orbit" adlı öyküsünde "terraforming" terimini ortaya attı. Terim yirmi yıl boyunca kurguda kaldı.

Bilimsel yazına girişi Carl Sagan ile oldu. Sagan 1961'de Science dergisinde yayımladığı "The Planet Venus" makalesinde, Venüs'ün atmosferine alg ekerek karbondioksiti organik bileşiklere çevirmeyi ve sera etkisini azaltmayı önerdi. 1973'te ise Icarus dergisinde "Planetary Engineering on Mars" (Mars'ta gezegen mühendisliği) başlıklı yazısıyla Mars'ı yaşanabilir kılmanın yollarını tartıştı.

Sonrasında konu kurumsallaştı:

• 1975-1976: NASA Ames Araştırma Merkezi gezegen mühendisliğini resmî bir çalışmada ele aldı; "terraforming" yerine gezegensel ekosentez terimini kullandı.
• 1979: James Oberg, Ay ve Gezegen Bilimi Konferansı kapsamında ilk Terraforming Kolokyumu'nu düzenledi.
• 1982: Christopher McKay'in "Terraforming Mars" makalesi Journal of the British Interplanetary Society'de yayımlandı — terimi kullanan ilk hakemli dergi makalesi.
• 1984: James Lovelock ve Michael Allaby, The Greening of Mars kitabında Mars'ta sera etkisi yaratmak için kloroflorokarbon (CFC) gazlarının kullanılmasını önerdi.

Yaşanabilir olmak için ne gerekir

Bir gezegeni "yaşanabilir" yapan koşullar listesi uzun değil, ama her maddesi katı:

• Sıcaklık: Dünya'daki yaşam −20 °C ile 122 °C arasında var olabiliyor. Sınırı belirleyen esas olarak suyun sıvı kalabilmesi.
• Basınç: İnsanın basınç giysisi olmadan yaşaması için atmosfer basıncının Armstrong sınırının (6,3 kPa) üstünde olması gerekir; bu sınırın altında vücut sıvıları vücut sıcaklığında kaynar. Yüzeyde sıvı su bulunması için basıncın suyun üçlü noktası olan 611,7 pascalı geçmesi şart.
• Su: Bilinen bütün yaşam suya ihtiyaç duyar.
• Bileşim: Solunabilir atmosfer için oksijen gerekir; atmosfer aynı zamanda kozmik ışımaya karşı kalkan işlevi görür.
• Manyetosfer: Gezegenin manyetik alanı, atmosferi güneş rüzgârının aşındırmasından korur. Manyetik alanı olmayan bir gezegende kurulan atmosfer jeolojik zaman ölçeğinde yeniden kaybolur.
• Elementler: Yaşam için zorunlu altı element karbon, hidrojen, azot, oksijen, fosfor ve kükürt.

Mars: en yakın aday, en açık cevap

Mars, Güneş Sistemi'nde Dünya'ya en çok benzeyen gezegen ve terraforming tartışmasının merkezinde. Başlangıç noktası şöyle:

• Ortalama sıcaklık −63 °C (210 K)
• Yüzey basıncı 0,61 kPa, yani Dünya'nın deniz seviyesindeki basıncının yüzde 0,6'sı
• Atmosfer bileşimi yüzde 96 karbondioksit, yüzde 2,1 argon, yüzde 1,9 azot, yüzde 0,145 oksijen
• Yüzey kütleçekimi Dünya'nın yüzde 38'i; ışık düzeyi yaklaşık yüzde 60'ı
• Küresel bir manyetik alanı yok

Dünya benzeri koşullar için sıcaklığın yaklaşık 60 kelvin artırılması ve basıncın 100 kPa düzeyine çıkarılması gerekir.

Verileri göster

Mars ortalama sıcaklık	−63 °C
Mars yüzey basıncı	0,61 kPa
Venüs yüzey sıcaklığı	737 K (464 °C)
Venüs yüzey basıncı	9,2 MPa (92 bar)
İnsan için basınç sınırı	6 kPa

Önerilen yöntemler

Sera gazı salmak. Kükürt heksaflorür, kloroflorokarbonlar ya da perflorokarbonlar karbondioksitten binlerce kat güçlü ısıtıcılardır. Hesaplara göre güney kutbundaki karbondioksit buzullarını süblimleştirmek için atmosfere yaklaşık 0,3 mikrobar düzeyinde CFC katmak gerekir; bu kütle olarak yaklaşık 39 milyon ton eder. Sıcaklığı korumak içinse yılda 170 kiloton en uygun sera bileşiği eklemek gerekiyor.

Mühendislik aerosolleri. Son yıllarda yapılan çalışmalar, Mars'ın kendi minerallerinden üretilecek nano çubukların kütle başına flor bileşiklerinden 5.000 kattan fazla, sonraki araştırmalarda 10.000 kattan fazla etkili olabileceğini öne sürdü.

Yörüngesel aynalar. 125 kilometre yarıçapında bir ayna, yörüngeye girmeden ışıma basıncıyla dengede duran bir statit olarak konumlandırılıp karbondioksit buz tabakasını süblimleştirebilir.

Dışarıdan madde getirmek. Azot eksiğini kapatmak için amonyak içeren birkaç büyük asteroidin (toplam 40-400 milyar ton) Mars'a yönlendirilmesi önerildi. Sorun şu ki amonyak Mars atmosferinde kararlı değil; birkaç saat içinde ayrışıyor.

Suyun elektrolizi. Dünya atmosferindekine denk oksijen düzeyi üretmek için suyun hidrojen ve oksijene ayrıştırılması gerekir; bunun için füzyon ya da fisyonla 7 zettawatt-saat elektrik üretilmesi, sonuçta 120 trilyon ton hidrojen ve 880 trilyon ton oksijen elde edilmesi hesaplanmıştır.

2018: suyu soğutan sonuç

Terraforming tartışmasının en önemli dönüm noktası, erişilebilir karbondioksit miktarının ölçülmesiyle geldi. Mars'ın regolitinde ve güney kutup başlığında, gezegen ısıtılırsa 30-60 kPa'lık bir atmosfer oluşturacak kadar karbondioksit buzu bulunduğu öne sürülmüştü. Ancak Dünya benzeri 100 kPa'ya ulaşmak, Dünya'nın hava kolonu kütlesinin 2,6 katını gerektiriyor.

Daha ayrıntılı değerlendirmeler tabloyu daha da karartıyor: Mars'ın kutup buzlarında ve regolitinde hapsolmuş tüm karbondioksit serbest bırakılsa bile, elde edilecek sera ısınması gezegeni Dünya benzeri kılmaya yetmiyor. Erişilebilir kaynaklardan ulaşılabilecek azami basınç yaklaşık 12 milibar, yani Dünya'nın ortalama deniz seviyesi basıncının yüzde 1,2'si dolayında. Bu nedenle bugünkü bilimsel değerlendirme açık: Mars'ın terraforming'i mevcut teknolojiyle yapılamaz.

Mars'ta su var ve bu iyi haber: güney kutbundaki su eritilse gezegeni 5-11 metre derinliğinde bir okyanusla kaplardı; 2024'te yer altı suyunun bol olduğu da bildirildi. Buna karşılık atmosfer kaybı sürüyor — bugünkü karbondioksit kaybı milyar yılda yaklaşık 1 milibara denk — ve manyetosfer olmadığı için kurulan atmosfer uzun vadede yine sızar.

Enerji maliyeti de küçük değil: kutup başlıklarını süblimleştirmek yörüngesel aynalarla yaklaşık 120 megawatt-yıl, halokarbon gazlarıyla 1.000 megawatt-yıl mertebesinde elektrik enerjisi gerektirir.

Daha mütevazı bir yol da deneniyor: 2014'ten beri NASA'nın İleri Konseptler programı (NIAC) ile Techshot şirketi, Mars toprağında oksijen üretmek üzere siyanobakteri ve alg kolonileri barındıran kapalı biyokubbeler geliştiriyor. Mars Ekopoiesis Test Yatağı adlı bu proje, gezegeni değiştirmek değil, küçük kapalı hacimlerde yaşamı ayakta tutmak üzerine kurulu.

Venüs: ters yönde bir sorun

Mars'ta sorun atmosferin azlığıysa, Venüs'te tam tersi. Venüs'ün koşulları:

• Yüzey sıcaklığı 737 K (464 °C)
• Yüzey basıncı 9,2 MPa, yani 92 bar — Dünya'nın yaklaşık 100 katı
• Atmosfer yüzde 96,5 karbondioksit, yüzde 3,5 azot, yüzde 0,015 kükürt dioksit
• Yoğun sülfürik asit bulutları
• Ters yönde ve çok yavaş dönme: bir tam dönüş 243 Dünya günü
• Manyetik alan yok; su, Dünya atmosferindeki su miktarının yarısından bile az

Sagan'ın 1961'deki alg önerisi bugün geçersiz sayılıyor. İki nedenle: Venüs'te hidrojen yok — manyetosfer olmadığı için uzaya kaçtı — ve bağlanan karbon aşırı sıcaklıkta hızla yeniden karbondioksite döner. Üstelik bu kadar yoğun bir atmosferde ortaya çıkacak yüksek basınçlı moleküler oksijen, kendiliğinden tutuşma riski yaratır.

Öneriler ve bedelleri

• Güneş siperi: Paul Birch 1991'de uzaya yerleştirilecek yansıtıcılar önerdi. Güneş-Venüs L1 noktasındaki bir siperin Venüs'ün çapının dört katı olması gerekir. Işıma basıncı sorunu nedeniyle panellerin yaklaşık 30 derece eğimli yerleştirilmesi şart; aksi hâlde siper bir güneş yelkenine dönüşür ve yerinde durmaz.
• Karbondioksiti dondurmak: Karbondioksitin üçlü noktasının altına (216,6 K / −56,6 °C) soğutulup kuru buz hâlinde çökmesi, sonra gömülmesi ya da gezegen dışına taşınması.
• Kimyasal bağlama: Karbondioksiti bağlamak için yaklaşık 8 × 1020 kilogram kalsiyum (ya da 5 × 1020 kilogram magnezyum) gerekir. Bu, 500 kilometreden geniş asteroit 4 Vesta'nın kütlesinin birkaç katıdır.
• Hidrojen getirmek: Yaklaşık 4 × 1019 kilogram hidrojen, gaz devlerinden ya da Satürn'ün buzlu uydularından taşınırsa yüzeyin yüzde 80'ini kaplayan okyanuslar oluşabilir.
• Döndürmek: Birch'in hesabına göre Venüs'ü 24 saatlik bir güne çıkarmak yaklaşık 1,6 × 1029 joule — 50 milyar petawatt-saat — gerektirir.
• Çarpmayla atmosferi atmak: Pollack ve Sagan 1994'te, basıncı 92 bardan 1 bara indirmek için saniyede 20 kilometreden hızlı giden 700 kilometre çapındaki cisimlerle en az 2.000 çarpma gerektiğini hesapladı; her çarpma atmosferin binde birinden azını fırlatıyor.

Bu rakamlar karşısında en uygulanabilir fikir gezegeni değiştirmekten vazgeçmek: Venüs'te 50 kilometre yükseklikte atmosfer basıncı yaklaşık 1 bar, sıcaklık 0-50 °C arasında. Yani Dünya'daki koşullara çok yakın. Solunabilir hava (yüzde 21 oksijen, yüzde 79 azot) Venüs'ün yoğun karbondioksit atmosferinde kaldırıcı gaz gibi davranır ve Dünya'da helyumun sağladığı kaldırma gücünün yüzde 60'ından fazlasını sağlar. Yani Venüs'te yüzeyde değil, bulutların içinde yüzen şehirler kurmak akla daha yakın.

Verileri göster

Güneş siperi (L1)	Venüs çapının 4 katı
Kalsiyumla bağlama	8 × 10²⁰ kg
Hidrojen taşımak	4 × 10¹⁹ kg
24 saatlik güne çıkarmak	1,6 × 10²⁹ joule
Çarpmayla atmosferi atmak	En az 2.000 çarpma

Öteki adaylar

Ay. Kütleçekimi bir atmosferi kalıcı olarak tutamayacak kadar zayıf. 6,89 kPa'lık bir oksijen atmosferi oluşturmak için 200 trilyon ton oksijen gerekir; bu, 50 kilometrelik bir küp hacmindeki Ay kayasının işlenmesine denk. Su için Halley Kuyruklu Yıldızı büyüklüğünde elli ile yüz arasında kuyruklu yıldız getirmek önerilmiştir.

Buzlu uydular (Europa, Ganymede, Titan, Enceladus). Yüzeyleri buz; ısıtılırsa su buharı atmosferi oluşur. Jüpiter'in şiddetli ışıması suyu ayrıştırıp geride oksijen bırakır. Satürn uydularında aynı etki için yörüngesel aynalar önerilmiştir. Amonyak, Nitrosomonas, Pseudomonas ve Clostridium gibi bakterilerle azota çevrilebilir. İki ciddi sorun var: buzun tamamı erirse uyduyu saran çok derin okyanuslar oluşur, ve zayıf kütleçekim uzun vadede atmosferin kaçmasına yol açar.

Merkür. Son derece zor bir aday. Manyetik alanı Dünya'nın yüzde 1,1'i kadar olduğu için atmosfer hızla kaybolur. Öneri, yaklaşık 1,1 × 1018 kilogram atmosfer kurmayı, su getirmeyi ve sıcaklığı yönetmeyi gerektiriyor; denge sıcaklığı yine 159 °C dolayında kalır. Güneş ışığını yansıtıp akıyı azaltmak için 1 kilometrekarelik 16-17 milyon güneş yelkeni gerekir. Buna karşılık kutup bölgelerinde 0-50 °C arasında yaşanabilir alanlar bulunuyor.

Gezegeni değil, kabuğu kurmak: paraterraforming

Bütün bu rakamlar karşısında geliştirilen daha ölçülü bir yaklaşım paraterraforming ya da "dünya evi" fikri: gezegenin atmosferini değiştirmek yerine, yüzeyin kilometrelerce üstüne gerilmiş saydam ve basınçlı bir kabuk kurmak. Kabuk, gerilme kuleleri ve kablolarla sabitlenir; içinde istenen atmosfer tutulur. Bu yaklaşımın olası hedefleri arasında Merkür, Ay, Ceres ve gaz devi uyduları sayılıyor. Avantajı ölçeklenebilir olması: küçük bir alanla başlanıp kademeli olarak büyütülebilir.

Daha radikal bir seçenek pantropi: gezegeni insana uydurmak yerine insanı gezegene uydurmak. Genetik mühendislik, biyoteknoloji ve sibernetik eklerle akciğer hacmi artırılmış, basınca karşı dış iskeletle desteklenmiş, düşük kütleçekimine uygun organlar taşıyan insanlar önerilmiştir. Mars için fotosentez yapan organizmalar üzerine DARPA'nın yürüttüğü araştırmalar da bu başlığa girer; araştırmacıların değerlendirmesine göre gereken genetik değişiklikler "on yıl ya da daha fazla" sürecek.

Etik tartışma

Terraforming, teknik olduğu kadar ahlaki bir tartışma. Taraflar net:

• Destekleyenler (Robert Zubrin, Martyn Fogg, Carl Sagan): Başka dünyaları insan yaşamına uygun hâle getirmek insanlığın ahlaki yükümlülüğüdür; çorak bir gezegeni dönüştürmek kimseye zarar vermez.
• Karşı çıkanlar: Terraforming, doğaya etik olmayan bir müdahaledir. Astronom Lucianne Walkowicz bunu "gezegen ölçeğinde açık ocak madenciliği" olarak niteledi.
• Ara konum (Christopher McKay): Terraforming yalnızca hedef gezegende yaşam bulunmadığı kesinleştiyse etiktir. Yaşam varsa, çevre insan kullanımı için yeniden şekillendirilmemeli; o yaşamı besleyecek biçimde düzenlenmelidir.

Bu tartışmanın pratik bir ayağı da var: gezegen koruma kuralları. Mars'a canlı mikroorganizma taşımak, orada yaşam olup olmadığını anlamayı kalıcı biçimde imkânsızlaştırabilir. Yani terraforming girişimi, kendisini haklı kılacak bilgiyi yok etme riski taşıyor.

Ekonomi ve zaman ölçeği

Terraforming senaryolarının neredeyse tamamı yüzyıllar ile binyıllar arasında bir zaman ölçeği gerektiriyor. Bu, insan kurumlarının planlama ufkunun çok ötesinde. Martin Beech'in değerlendirmesi doğrudan: "Uzun vadeli yatırım yerine kısa vadeli kazancı yeğleyen bugünkü ekonomik moda, bir terraforming projesini hiçbir zaman destekleyemeyecek."

Başlangıç maliyetleri de "muazzam" olarak nitelendiriliyor ve gereken teknolojilerin çoğu henüz olgunlaşmadı.

Bugün nerede duruyor

Terraforming, fiziksel yasalara aykırı bir fikir değil — hiçbir adımı "imkânsız" değil. Ama her adımın gerektirdiği miktar, insanlığın bugünkü kapasitesinin kat kat üstünde. En uygun aday olan Mars'ta bile erişilebilir karbondioksit, Dünya benzeri bir atmosfer için gereken miktarın onda birinden az. Venüs'te sayılar astronomik; Ay ve Merkür'de kütleçekim ve manyetik alan sorunları temel.

Bu yüzden alandaki ağırlık, gezegenleri dönüştürmekten kapalı yaşam alanları kurmaya kaydı: Mars'ta biyokubbeler, Venüs'te 50 kilometredeki bulut şehirleri, paraterraforming kabukları. Bunlar terraforming'in mütevazı ama gerçekçi akrabaları. Gezegen ölçeğinde mühendislik ise bugün bir plan değil, uzak bir ufuk.

Gezegenlere ulaşmanın yolları Nesil gemileri ve yıldızlararası yolculuk ve Uzay asansörü sayfalarında; bir uygarlığın gezegen ölçeğinde enerji kullanması fikri ise Kardaşev ölçeği sayfasında anlatılıyor.

Kısaca

• Terimi 1942'de yazar Jack Williamson ortaya attı; bilimsel yazına 1961 ve 1973'te Carl Sagan'ın makaleleriyle girdi.
• Yaşanabilirlik için sıcaklık, 6,3 kPa üstünde basınç, sıvı su, oksijen, manyetosfer ve altı temel element gerekir.
• Mars'ın basıncı Dünya'nın yüzde 0,6'sı, ortalama sıcaklığı −63 °C. Erişilebilir tüm karbondioksit serbest bırakılsa bile ulaşılabilecek basınç yaklaşık 12 milibarda kalıyor.
• Bu yüzden bugünkü değerlendirme açık: Mars'ın terraforming'i mevcut teknolojiyle yapılamaz.
• Venüs'te sorun ters: 92 bar basınç, 464 °C sıcaklık. Önerilen çözümler Venüs çapının dört katı güneş siperi, 8 × 10²⁰ kg kalsiyum ya da 2.000 asteroit çarpması gibi miktarlar istiyor.
• Venüs'te en uygulanabilir fikir yüzeyi değiştirmek değil, basıncın 1 bar ve sıcaklığın 0-50 °C olduğu 50 kilometre yükseklikte yüzen yerleşimler kurmak.
• Paraterraforming (saydam basınçlı kabuk) ve pantropi (insanı gezegene uyarlamak) daha ölçülü alternatifler; etik tartışma ise gezegen koruma ve olası yerli yaşam çevresinde dönüyor.