Многие считают, что колонизация космоса — неизбежный шаг для будущего человечества. Марс является центром внимания как разнообразных предположений, так и серьёзных исследований в плане возможных колоний.

Марс — планета, путешествие к которой с Земли требует наименьших энергетических затрат, если не считать Венеры. Путешествие по самой экономичной полуэллиптической орбите требует около 9 месяцев полёта; с повышением начальной скорости время полёта быстро сокращается, поскольку уменьшается и длина траектории.

Сходство с Землёй

Марсианский день, составляющий 24 часа 39 минут 35,244 секунды, очень близок к земному.
Площадь поверхности Марса составляет 28,4 % земной — чуть меньше площади суши на Земле (которая составляет 29,2 % от всей земной поверхности).
Наклон оси Марса к плоскости эклиптики составляет 25,19°, а земной — 23,44°. В результате этого на Марсе, как на Земле, есть смена времён года, хотя она и происходит почти в два раза дольше, поскольку марсианский год в 1,88 раза длиннее земного. Северный полюс на Марсе указывает на созвездие Лебедя, а не на Малую Медведицу.
У Марса есть атмосфера. Несмотря на то, что её плотность составляет всего 0,7 % земной, она даёт некоторую защиту от солнечной и космической радиации, а также была успешно использована для аэродинамического торможения космического летательного аппарата.
Недавние исследования НАСА подтвердили наличие воды на Марсе. Таким образом, на Марсе, похоже, достаточно условий, необходимых для поддержания жизни.

Различия

Сила тяжести на Марсе в три раза меньше, чем на Земле. До сих пор неизвестно, достаточно ли этого, чтобы избежать проблем, связанных с невесомостью.
Температура поверхности Марса гораздо ниже земной. Максимальная отметка составляет +20 °C (в полдень, летом на экваторе), минимальная — −123 °C (зимой на полюсах).
На поверхности Марса нет воды в жидком агрегатном состоянии.
В силу того, что Марс отстоит дальше от Солнца, количество достигающей его поверхности солнечной энергии примерно вдвое меньше, чем на Земле.
Орбита Марса имеет больший эксцентриситет, что увеличивает годовые колебания температуры и количества солнечной энергии.
Атмосферное давление на Марсе слишком мало, чтобы люди могли выжить без пневмокостюма. Жилые помещения на Марсе придётся оборудовать автоклавами, наподобие устанавливаемых на космических кораблях, которые могли бы поддерживать земное атмосферное давление.
Марсианская атмосфера состоит в основном из углекислого газа (95 %). Поэтому, несмотря на ее малую плотность, парциальное давление CO₂ на поверхности Марса в 52 раза больше чем на Земле, что, возможно, позволит поддерживать растительность.
У Марса есть два естественных спутника, Фобос и Деймос. Они гораздо меньше и ближе к планете, чем Луна к Земле. Эти спутники могут оказаться полезными при проверке средств колонизации астероидов.

Пригодность для освоения

Без защитного снаряжения человек не сможет выжить на поверхности Марса больше минуты. Тем не менее, по сравнению с испепеляющей жарой на Меркурии и Венере, смертельным холодом внешних планет или полным вакуумом Луны и астероидов, условия на Марсе гораздо пригоднее для освоения. На Земле есть такие разведанные человеком места, в которых природные условия во многом похожи на марсианские. Атмосферное давление на высоте 34 668 метров — рекордная по высоте точка, которой достиг воздушный шар с командой на борту (май 1961 г.) — примерно соответствует давлению на поверхности Марса. Крайне низкие температуры в Арктике и Антарктиде сравнимы даже с самыми низкими температурами на Марсе. Также на Земле есть пустыни, схожие по виду с марсианским ландшафтом.

Радиация

Магнитное поле Марса слабее земного примерно в 800 раз. Вместе с разрежённой атмосферой, это увеличивает количество достигающего его поверхности ионизирующего излучения. Радиационные измерения, проведённые американским беспилотным космическим аппаратом The Mars Odyssey показали, что радиационный фон на орбите Марса в 2,2 раза превышает радиационный фон на Международной космической станции. Средняя доза составила примерно 220 миллирада в день (2,2 милигрея в день или 0,8 грея в год). Объём облучения, полученного в результате пребывания в таком фоне на протяжении трёх лет, приближается к установленным пределам безопасности для космонавтов. На поверхности Марса радиационный фон будет, скорее всего, несколько ниже и может значительно изменяться в зависимости от местности, высоты и локальных магнитных полей. Жилые и рабочие помещения можно будет экранировать с помощью марсианского грунта, сильно понижая степень облучения людей во время их пребывания внутри комплекса.

Периодические солнечные протонные события (СПС) создают гораздо более высокие дозы облучения. Космонавтов на Марсе можно предупреждать о СПС сенсорами, находящимися ближе к Солнцу, чтобы они могли укрыться во время этих событий. Некоторые СПС, не замеченные околоземными датчиками, были засечены электроникой The Mars Odyssey с орбиты Марса, что позволяет сделать предположение о направленности СПС. Из этого предположения можно сделать вывод о необходимости сети детекторов вокруг Солнца для обеспечения своевременного обнаружения всех опасных для Марса СПС.

Связь с Землёй

Задержка сигналов от Марса к Земле, обусловленная конечностью скорости света, исчисляется минутами. Световой сигнал будет идти от Марса до Земли от 3 до 22 минут в зависимости от расположения Марса и Земли в момент подачи сигнала. Однако, использование электромагнитных волн (в т.ч. световых) не дает возможности поддерживать связь с Землей напрямую (без спутника ретрансляции), когда планеты находятся в противоположных точках орбит относительно Солнца.

Возможные места основания колоний

Критика

Помимо основных аргументов критики идеи колонизации космоса человеком (см. Колонизация космоса), имеются и возражения, специфичные для Марса:

У некоторых вызывает беспокойство факт возможного «загрязнения» планеты земными формами жизни. Вопрос о существовании (в настоящее время или в прошлом) жизни на Марсе до сих пор не решён.
Существует мнение, что исследование Марса было бы экономичнее провести с использованием роботов. Но эта идея не исключает возможности дальнейшей колонизации.
Многие предлагают Луну в качестве более логичного места для основания первой внеземной колонии. В дальнейшем эта база может быть использована для проведения экспедиций на Марс с участием человека.
В качестве одного из основных аргументов против колонизации Марса приводится довод о его чрезвычайно малом ресурсе ключевых элементов, необходимых для жизни (в первую очередь это водород, азот, углерод).
Слишком низкая температура поверхности Марса и низкое давление атмосферы заставляет искать выход в инновационных проектах систем жизнеобеспечения. Но, поскольку на земной поверхности не встречаются условия, сколько-нибудь близкие к марсианским, то проверить их экспериментально не представляется возможным. Это, в некотором отношении, ставит под сомнение практическую ценность большинства из них.
Также не изучено долгосрочное влияние марсианской силы тяжести на людей (все опыты проводились либо в среде с земным притяжением, либо в невесомости). Степень влияния гравитации на здоровье людей при её изменении от невесомости до 1g не изучена. На земной орбите предполагается провести эксперимент («Mars Gravity Biosatellite») на мышах с целью исследования влияния марсианской (0,38g) силы притяжения на жизненный цикл млекопитающих.
Вторая космическая скорость Марса — 5 км/сек — довольно высока. Это повышает затраты на межпланетное перемещение грузов и затрудняет достижение уровня безубыточности колонии за счёт экспорта материалов.
Вызывает опасение также и психологический фактор. Длительность перелета на Марс и дальнейшая жизнь людей в замкнутом пространстве на нём могут стать серьёзными препятствиями на пути освоения планеты.
Некоторые другие сложности колонизации Марса вытекают из существенных отличий этой планеты от Земли.

Терраформированный Марс

Терраформирование Марса в четыре этапа, рисунок художника

Марс также является одним из наиболее подходящих кандидатов на терраформирование (площадь поверхности равна 144,8 млн. км², что является 28.4 % от поверхности Земли). Ускорение свободного падения на поверхности Марса составляет 3,72 м/с², а количество солнечной энергии, принимаемой поверхностью Марса, составляет 43 % от количества, принимаемого поверхностью Земли. На данный момент Марс представляет собой возможно безжизненную планету. В то же время, полученный объём информации о Марсе позволяет говорить о том, что природные условия на нём были некогда благоприятны для поддержания и зарождения жизни. Марс располагает значительными количествами водного льда и несёт на своей поверхности многочисленные следы своего благоприятного климата в прошлом: высохшие речные долины, залежи глины и многое другое. Многие современные ученые сходятся в едином мнении о том, что планету возможно нагреть, и создать на ней относительно плотную атмосферу, и NASA даже проводит околонаучные дискуссии по этому поводу^[12]. Значительные запасы воды и связанного кислорода в составе пероксидов и озонидов в почве Марса дают прочное основание предполагать, что терраформирование этой планеты станет возможным при направленном воздействии на марсианский климат ^{[источник?]}. На текущее время земной цивилизацией хорошо освоено использование ядерной энергии, однако до сих пор нерешёнными остаются проблемы, связанные с транспортировкой технического оборудования на Марс и его обслуживанием на самой планете. В то же время, сам по себе Марс обладает весьма значительными ресурсами металлов и ядерного топлива (уран, торий). При наладке на Марсе промышленности и последующем использовании ядерного топлива предполагаются колоссальные выбросы тепла в атмосферу планеты. Одним из важнейших технологических препятствий для освоения не только Марса, но и других планет являются ограниченные возможности космических транспортных средств, поэтому большие надежды возлагаются на газофазные ядерные ракетные двигатели. Только при наличии ядерных ракетных двигателей, обладающих значительной тягой, надежностью и скоростью, станет вполне возможным доставка предназначенных для начального этапа терраформирования тяжелых грузов к планетам, а в перспективе даже и астероидов из водно-аммиачного льда, предназначенных для наполнения атмосферы и гидросферы Марса азотом, водой и кислородом. Предположительно, астероиды могут вывозиться из пояса астероидов и даже из пояса Койпера с помощью ракетных двигателей или солнечных парусов^{[источник?]}. Терраформирование Марса можно проводить как при прямом введении в его атмосферу искуственно изготовляемых парниковых газов (фреонов), так и посредством нагрева поверхности планеты с помощью солнечного излучения, направленного орбитальными зеркалами, и затемнения поверхности полярных шапок сажей или полимерными плёнками, и косвенно при освоении Марса и его полезных ископаемых (металлургия, горные взрывные работы и проч.)^{[источник?]}. Оба процесса могут происходить одновременно и вносить большой вклад в изменение климата Марса. Например, развитие масштабной ядерной, а в перспективе, и термоядерной энергетики позволит высвобождать огромные объёмы вторичного тепла в атмосфере и гидросфере Марса. Так, например, при наладке выработки водорода и кислорода для наземного марсианского транспорта, космических кораблей и энергоснабжения поселений возникнут условия для высвобождения больших объёмов тепловой энергии в атмосферу. В совокупности общий объём энергетики будет нагревать атмосферу Марса, и способствовать значительному парниковому эффекту при таянии полярных шапок.

Основные способы терраформирования Марса

Выброс в атмосферу Марса искусственных парниковых газов: тетрафторметан, октофторпропан.
Затемнение поверхности полярных шапок: сажа, напыляемые полимерные пленки, взрывное уменьшение альбедо.
Прогрев полярных шапок: космические сверхлегкие орбитальные зеркала.
Бомбардировка астероидами: водно-аммиачные льды.
Техногенная деятельность: выброс тепла атомными электростанциями и транспортом, потоки тепла от купольных поселений.
Биогенное воздействие: введение земных бактерий и водорослей, устойчивых на Марсе (Chroococcidiopsis sp., Matteia sp., Deinococcus radiodurans, и др).