Терраформирование Венеры - Terraforming of Venus

Художественная концепция терраформированный Венера. Облачные образования изображены в предположении, что вращение планеты не было ускорено.

В терраформирование Венеры это гипотетический процесс проектирование глобальной окружающей среды планеты Венера таким образом, чтобы сделать его пригодным для проживания людей.[1][2][3] Терраформирование Венера была впервые предложена астрономом в научном контексте. Карл Саган в 1961 г.,[4] несмотря на то что вымышленные методы лечения, Такие как Большой дождь из Психотехническая лига писателем Пол Андерсон, предшествовала этому. Адаптация к существующей среде Венеры для поддержания жизни человека потребует как минимум трех основных изменений атмосферы планеты:[3]

  1. Снижение температуры поверхности Венеры до 737 К (464 ° C; 867 ° F)[5]
  2. Устранение большей части плотных на планете 9,2 МПа (91 атм) углекислый газ и диоксид серы атмосфера путем удаления или преобразования в другую форму
  3. Добавление дышащей кислород в атмосферу.

Эти три изменения тесно взаимосвязаны, поскольку экстремальная температура Венеры связана с высоким давлением ее плотной атмосферы и парниковый эффект.

История

До начала 1960-х гг. атмосфера Венеры Считалось, что астрономы имеют температуру, подобную земной. Когда считалось, что у Венеры толстая углекислый газ атмосфера с последствиями очень большого парниковый эффект,[6] некоторые ученые начали обдумывать идею изменения атмосферы, чтобы сделать поверхность более похожей на Землю. Эта гипотетическая перспектива, известная как терраформирование, был впервые предложен Карл Саган в 1961 году, как заключительный раздел его классической статьи в журнале Наука обсуждают атмосферу и парниковый эффект Венеры.[4] Саган предложил укол фотосинтетический бактерии в атмосферу Венеры, которые превратят углекислый газ в восстановленный углерод в органической форме, тем самым уменьшив количество углекислого газа из атмосферы.

К сожалению, сведения об атмосфере Венеры были все еще неточными в 1961 году, когда Саган сделал свое первоначальное предложение по терраформированию. Спустя тридцать три года после его первоначального предложения в его книге 1994 года Бледно-голубая точка Саган признал, что его первоначальное предложение о терраформировании не сработает, потому что атмосфера Венеры намного плотнее, чем было известно в 1961 году:[7]

«Вот фатальный недостаток: в 1961 году я думал, что атмосферное давление на поверхности Венеры составляет несколько бар ... Теперь мы знаем, что оно составляет 90 бар, поэтому, если схема сработает, в результате получится поверхность, погребенная сотнями. метров тонкого графита и атмосфера, состоящая из 65 бар почти чистого молекулярного кислорода. Сможем ли мы сначала взорваться под атмосферным давлением или самопроизвольно загореться со всем этим кислородом, остается под вопросом. Однако задолго до того, как такое количество кислорода могло накапливается, графит самопроизвольно сгорает до CO2, замыкая процесс ".

После статьи Сагана эта концепция практически не обсуждалась в научных кругах до возрождения интереса к ней в 1980-х годах.[8][9][10]

Предлагаемые подходы к терраформированию

Ряд подходов к терраформированию рассмотрены Мартин Дж. Фогг (1995)[2][11] и по Джеффри А. Лэндис (2011).[3]

Устранение плотной атмосферы двуокиси углерода

Основная проблема Венеры сегодня, с точки зрения терраформации, - это очень толстая атмосфера из углекислого газа. Давление на уровне земли Венеры составляет 9,2 МПа (91 атм; 1330 фунтов на квадратный дюйм). Это также из-за парникового эффекта приводит к тому, что температура на поверхности становится на несколько сотен градусов выше, чем для каких-либо значимых организмов. По сути, все подходы к терраформированию Венеры включают удаление практически всего углекислого газа из атмосферы.

Биологические подходы

Метод, предложенный в 1961 году Карлом Саганом, предполагает использование генно-инженерный бактерии исправить углерод в органические соединения.[4] Хотя этот метод еще предлагается[10] При обсуждении терраформирования Венеры более поздние открытия показали, что одни только биологические средства не будут успешными.[12]

Сложности включают тот факт, что для производства органических молекул из углекислого газа требуется водород, что очень редко встречается на Венере.[13] Потому что у Венеры нет защитного магнитосфера, верхние слои атмосферы подвергаются прямой эрозии из-за Солнечный ветер и потеряла большую часть своего первоначального водорода в космос. И, как заметил Саган, любой углерод, связанный с органическими молекулами, быстро превращался бы в двуокись углерода под воздействием окружающей среды с горячей поверхностью. Венера не начнет остывать до тех пор, пока большая часть углекислого газа не будет удалена.

Хотя в целом считается, что Венера не может быть терраформирована путем введения только фотосинтетической биоты, использование фотосинтезирующих организмов для производства кислорода в атмосфере продолжает быть компонентом других предлагаемых методов терраформирования.[нужна цитата ]

Улавливание карбонатами

На Земле почти весь углерод изолирован в виде карбонатные минералы или на разных этапах цикл углерода, в то время как очень мало присутствует в атмосфере в виде диоксида углерода. На Венере ситуация обратная. Большая часть углерода присутствует в атмосфере, в то время как сравнительно небольшая часть поглощается литосферой.[14] Поэтому многие подходы к терраформированию сосредоточены на избавлении от углекислого газа путем химических реакций, улавливающих и стабилизирующих его в виде карбонатных минералов.

Моделирование астробиологами Марком Баллоком и Дэвид Гринспун [14] атмосферной эволюции Венеры предполагает, что равновесие Между нынешней атмосферой с давлением 92 бар и существующими минералами на поверхности, в частности оксидами кальция и магния, весьма нестабильно, и что последний может служить стоком диоксида углерода и диоксида серы за счет преобразования в карбонаты. Если бы эти поверхностные минералы были полностью преобразованы и насыщены, тогда атмосферное давление снизилось бы, и планета несколько остыла. Одним из возможных конечных состояний, смоделированных Баллоком и Гринспуном, было атмосферное давление 43 бара (620 фунтов на кв. Дюйм) и температура поверхности 400 К (127 ° C). Чтобы преобразовать остальную часть углекислого газа в атмосфере, большую часть корки пришлось бы искусственно подвергнуть воздействию атмосферы, чтобы обеспечить более широкое преобразование карбоната. В 1989 году Александр Г. Смит предположил, что Венера могла быть терраформирована в результате переворота литосферы, что позволило превратить кору в карбонаты.[15] Landis 2011 подсчитал, что потребуется вовлечение всей поверхностной коры на глубину более 1 км, чтобы образовалась площадь поверхности породы, достаточная для преобразования достаточного количества атмосферы.[3]

Естественное образование карбонатная порода из минералов и углекислого газа - очень медленный процесс. Недавние исследования связывания углекислого газа в карбонатные минералы в контексте смягчения последствий глобального потепления на Земле, однако, указывают на то, что этот процесс можно значительно ускорить (с сотен или тысяч лет до всего 75 дней) с помощью таких катализаторов, как полистирол микросферы.[16] Таким образом, можно предположить, что аналогичные технологии могут также использоваться в контексте терраформации на Венере. Также можно отметить, что химическая реакция, которая превращает минералы и диоксид углерода в карбонаты, является экзотермический, по сути, производя больше энергии, чем потребляется реакцией. Это открывает возможность создания самоусиливающихся процессов конверсии с потенциалом экспоненциального роста скорости конверсии до тех пор, пока большая часть атмосферного диоксида углерода не может быть преобразована.

Бомбардировка Венеры изысканным магний и кальций из другого мира мог также секвестр диоксида углерода в виде кальций и карбонаты магния. Около 8×1020 кг кальция или 5×1020 кг магния потребуется для преобразования всего углекислого газа в атмосфере, что потребует значительных затрат на добычу и переработку полезных ископаемых (возможно, на Меркурий который особенно богат минералами).[17] 8×1020 кг в несколько раз больше массы астероида 4 Веста (более 500 километров (310 миль) в диаметре).

Инъекция в вулканические базальтовые породы

Исследовательские проекты в Исландия и Штата Вашингтон) недавно показали, что потенциально большие количества двуокиси углерода могут быть удалены из атмосферы путем закачки под высоким давлением в подземные пористые базальтовые образования, где двуокись углерода быстро превращается в твердые инертные минералы.[18][19]

Другие недавние исследования[20] предсказывают, что один кубический метр пористого базальта может улавливать 47 килограммов закачанного диоксида углерода. По этим оценкам объем около 9,86 × 109 км3 базальтовой породы потребуется для связывания всего углекислого газа в атмосфере Венеры. Это равно всей земной коре Венеры до глубины около 21,4 км. Другое исследование[21] пришли к выводу, что в оптимальных условиях в среднем 1 кубический метр базальтовой породы может улавливать 260 кг углекислого газа. Кора Венеры имеет толщину 70 километров (43 мили), а на планете преобладают вулканические образования. Поверхность около 90% базальт, а около 65% состоит из мозаики вулканических лава равнины.[22] Следовательно, на планете должны быть большие объемы пластов базальтовых пород с очень многообещающим потенциалом связывания углекислого газа.

Недавние исследования также показали, что в условиях высокой температуры и высокого давления в мантия, диоксид кремния, самый распространенный минерал в мантии (на Земле и, вероятно, также на Венере) может образовывать карбонаты, устойчивые в этих условиях. Это открывает возможность связывания диоксида углерода в мантии.[23]

Введение водорода

По словам Берча,[24] бомбардировка Венеры водородом и его реакция с диоксидом углерода может привести к образованию элементарного углерода (графит ) и воду Реакция Bosch. Это займет примерно 4 × 1019 кг водород преобразовать всю атмосферу Венеры,[нужна цитата ] и такое большое количество водорода можно было получить из газовые гиганты или лед их лун. Другой возможный источник водорода может заключаться в его извлечении из возможных резервуаров в недрах самой планеты. По мнению некоторых исследователей, мантия и / или ядро ​​Земли могут содержать большое количество водорода, оставшегося там с момента первоначального образования Земли из туманность.[25][26] Поскольку первоначальное формирование и внутренняя структура Земли и Венеры обычно считаются чем-то похожими, то же самое может быть верно и для Венеры.

Железный аэрозоль в атмосфере также потребуется для прохождения реакции, а железо может поступать из Меркурий, астероиды или Луна. (Потеря водорода из-за Солнечный ветер вряд ли будет значительным в масштабе времени терраформирования.) Из-за относительно плоской поверхности планеты эта вода будет покрывать около 80% поверхности, по сравнению с 70% для Земли, даже если она будет составлять лишь примерно 10% вода найдена на Земле.[нужна цитата ]

Оставшаяся атмосфера при давлении около 3 бар (примерно в три раза больше, чем у Земли) будет в основном состоять из азота, часть которого растворится в новых океанах воды, что приведет к дальнейшему снижению атмосферного давления в соответствии с Закон Генри. Чтобы еще больше снизить давление, азот также можно было зафиксировать в нитраты.

Футурист Исаак Артур предложил использовать теоретические процессы звездолёт и звездчатый для создания пучка частиц ионизированного водорода от Солнца, предварительно получившего название «гидропушка». Это устройство можно использовать как для разжижения плотной атмосферы Венеры, так и для введения водорода для реакции с диоксидом углерода с образованием воды, тем самым еще больше понижая атмосферное давление.[27]

Прямое удаление атмосферы

Разжижение атмосферы Венеры можно попытаться осуществить разными способами, возможно, в сочетании. Непосредственный подъем атмосферного газа с Венеры в космос, вероятно, окажется трудным. У Венеры достаточно высокая скорость убегания, поэтому оторваться от нее при ударах астероидов нецелесообразно. Поллак и Саган рассчитано в 1994 г.[28] что ударник диаметром 700 км, ударяющийся о Венеру со скоростью более 20 км / с, выбросит всю атмосферу над горизонтом, если смотреть из точки удара, но поскольку это меньше одной тысячной общей атмосферы, и будет уменьшаться возвращается по мере уменьшения плотности атмосферы, потребуется очень большое количество таких гигантских ударников. Лэндис рассчитан[3] что для понижения давления с 92 бар до 1 бара потребуется минимум 2 000 ударов, даже если эффективность удаления атмосферы будет идеальной. Меньшие объекты тоже не будут работать, потому что потребуется больше. Интенсивная бомбардировка вполне могла привести к значительному выделению газа, которое заменило бы удаленную атмосферу. Большая часть выброшенной атмосферы перейдет на солнечную орбиту около Венеры и, без дальнейшего вмешательства, может быть захвачена венерианским гравитационным полем и снова станет частью атмосферы.

Другой вариант метода, включающий бомбардировку, - это возмущение массивного Пояс Койпера объект, чтобы вывести свою орбиту на траекторию столкновения с Венерой. Если бы объект, состоящий в основном изо льда, имел достаточную скорость, чтобы проникнуть всего на несколько километров мимо поверхности Венеры, возникающие силы от испарения льда от ударного элемента и самого удара могли бы перемешать литосферу и мантию, выбрасывая пропорциональное количество материя (как магма и газ) с Венеры. Побочным продуктом этого метода может быть либо новолуние Венеры, либо новое тело-ударник из обломков, которое позже упадет на поверхность.

Удаление атмосферного газа более контролируемым способом также может оказаться трудным. Чрезвычайно медленное вращение Венеры означает, что космические лифты было бы очень сложно построить, потому что планета геостационарная орбита находится на непрактичном расстоянии над поверхностью, и очень толстая атмосфера, которую нужно удалить, делает массовые водители бесполезны для удаления полезных грузов с поверхности планеты. Возможные обходные пути включают размещение массовые водители на высотных аэростатах или опорных башнях, возвышающихся над основной частью атмосферы, с использованием космические фонтаны, или же ротоваторы.

Кроме того, если бы плотность атмосферы (и соответствующий парниковый эффект) резко снизилась, температура поверхности (теперь фактически постоянная), вероятно, широко варьировалась бы между дневной и ночной сторонами. Другим побочным эффектом снижения плотности атмосферы может быть создание зон драматической погодной активности или штормов на терминаторе, поскольку большие объемы атмосферы будут подвергаться быстрому нагреванию или охлаждению.

Охлаждающая планета солнечными тенями

Венера получает вдвое больше солнечного света, чем Земля, что, как считается, способствовало ее увеличению. безудержный парниковый эффект. Одним из способов терраформирования Венеры может быть уменьшение инсоляция на поверхности Венеры, чтобы планета не нагрелась снова.

Космический

Солнечные оттенки может быть использован для уменьшения общей инсоляции, получаемой Венерой, несколько охлаждая планету.[29] Тень на Солнце – Венере L1 Точка лагранжиана также послужит для блокировки Солнечный ветер, сняв проблему радиационного воздействия на Венеру.

Подходящая большая солнечная тень была бы в четыре раза больше диаметра самой Венеры, если бы L1 точка. Это потребовало бы строительства в космосе. Также возникнут трудности с уравновешиванием тонкопленочной тени, перпендикулярной солнечным лучам в лагранжевой точке Солнца-Венеры, с входящим радиационное давление, который может превратить тень в огромный солнечный парус. Если бы оттенок был просто оставлен на L1 точки, давление добавит силы к солнечной стороне, и тень будет ускоряться и смещаться с орбиты. Вместо этого тень можно было бы расположить ближе к солнцу, используя солнечное давление для уравновешивания гравитационных сил, на практике становясь статит.

Другие модификации L1 Для решения проблемы солнечного паруса также была предложена конструкция солнцезащитных штор. Один из предлагаемых методов - использовать полярно-орбитальный, солнечно-синхронные зеркала, которые отражают свет к задней части солнцезащитного навеса с не обращенной к Солнцу стороны Венеры. Давление фотонов толкает опорные зеркала на угол 30 градусов от солнечной стороны.[2]

Пол Берч предложил[24] решетчатая система зеркал возле L1 точка между Венерой и Солнцем. Панели шторы не будут перпендикулярны солнечным лучам, а будут располагаться под углом 30 градусов, так что отраженный свет попадет на следующую панель, нейтрализуя давление фотонов. Каждый последующий ряд панелей будет отклоняться на +/- 1 градус от угла отклонения 30 градусов, в результате чего отраженный свет будет отклоняться на 4 градуса от удара Венеры.

Солнечные шторы также могут служить генераторами солнечной энергии. Космические методы защиты от солнца и тонкопленочные солнечные паруса в целом находятся только на ранней стадии развития. Огромные размеры требуют количества материала, которое на много порядков больше, чем любой созданный человеком объект, который когда-либо был доставлен в космос или построен в космосе.

Атмосферный или приземный

Смотрите также: Колонизация Венеры § Места обитания аэростатов и плавучие города

Венеру также можно было охладить, разместив в атмосфере отражатели. Светоотражающие воздушные шары, плавающие в верхних слоях атмосферы, могут создавать тень. Количество и / или размер воздушных шаров обязательно будет большим. Джеффри А. Лэндис предложил[30] что если будет построено достаточное количество плавучих городов, они смогут образовать солнечный щит вокруг планеты и могут одновременно использоваться для преобразования атмосферы в более желаемую форму, таким образом объединяя теорию солнечного щита и теорию обработки атмосферы с масштабируемой технологией, которая могла бы сразу обеспечить жилое пространство в атмосфере Венеры. Если сделано из углеродные нанотрубки или же графен (листовой углерод аллотроп ), то основные конструкционные материалы можно производить из углекислого газа, собранного на месте из атмосферы.[нужна цитата ] Недавно синтезированные аморфная карбония может оказаться полезным конструкционным материалом, если его можно охладить до стандартных условий температуры и давления (STP), возможно, в смеси с обычными кремнезем стекло. Согласно анализу Берча, такие колонии и материалы обеспечат немедленную экономическую отдачу от колонизации Венеры, финансируя дальнейшие усилия по терраформированию.[нужна цитата ]

Увеличивая планету альбедо размещение светлого или светоотражающего материала на поверхности (или на любом уровне ниже верхней границы облаков) будет бесполезным, поскольку венерианская поверхность уже полностью покрыта облаками, и солнечный свет почти не достигает поверхности. Таким образом, вряд ли он сможет отражать больше света, чем уже отражающие облака Венеры, с Связанное альбедо 0,77.[31]

Сочетание солнечных оттенков и атмосферной конденсации

Берч предположил, что солнечные шторы можно использовать не только для охлаждения планеты, но и для снижения атмосферного давления путем замораживания углекислого газа.[24] Для этого необходимо снизить температуру Венеры, сначала до разжижение точка, требующая температуры ниже 304 K (31 ° C; 88 ° F) и парциального давления CO2 для снижения атмосферного давления до 73,8 бар (углекислый газ с критическая точка ); и оттуда снижение температуры ниже 217 K (-56 ° C; -69 ° F) (углекислый газ тройная точка ). Ниже этой температуры замерзание атмосферного углекислого газа в сухой лед заставит это депозит на поверхность. Затем он предложил, чтобы замороженный CO2 могут быть захоронены и поддержаны в этом состоянии за счет давления или даже отправлены за пределы мира (возможно, чтобы обеспечить парниковый газ, необходимый для терраформирование из Марс или луны Юпитер ). После завершения этого процесса тени можно было удалить или Solettas добавлено, что позволяет планете снова частично нагреться до температур, комфортных для земной жизни. Источник водород или же воды все равно потребуется, а некоторые из оставшихся 3,5 бар атмосферного азот нужно будет закрепить в почве. Берч предлагает нарушить, например, ледяной спутник Сатурна. Гиперион, и бомбардировка Венеры ее фрагментами.

Охлаждение планеты тепловыми трубками, атмосферными вихревыми двигателями или радиационным охлаждением

Пол Берч предполагает, что, помимо охлаждения планеты с помощью зонта в L1, на планете могут быть построены «тепловые трубы» для ускорения охлаждения. Предлагаемый механизм будет переносить тепло от поверхности в более холодные области, расположенные выше в атмосфере, аналогично солнечная восходящая башня, тем самым способствуя излучению избыточного тепла в космос.[24] Недавно предложенный вариант этой технологии - атмосферный вихревой двигатель, где вместо физических дымоходов атмосферный восходящий поток достигается за счет создания вихря, подобного стационарному торнадо. В дополнение к тому, что этот метод менее материалоемкий и потенциально более рентабельный, этот процесс также дает чистый избыток энергии, который можно использовать для питания венерианских колоний или других аспектов терраформирования, одновременно способствуя ускорению охлаждения планета. Другой способ охладить планету может заключаться в использовании радиационное охлаждение[32] Эта технология могла бы использовать тот факт, что на определенных длинах волн тепловое излучение из нижних слоев атмосферы Венеры может «уйти» в космос через частично прозрачные атмосферные «окна» - спектральные промежутки между сильными углекислотами.2 и H2Полосы поглощения O в ближнем инфракрасный диапазон 0,8–2,4 мкм (31–94 мкдюйм). Выходящее тепловое излучение зависит от длины волны и варьируется от самой поверхности при 1 мкм (39 мкдюймов) до примерно 35 км (22 миль) при 2,3 мкм (91 мкдюйм).[33] Нанофотоника и строительство метаматериалы открывает новые возможности для адаптации спектра эмиттанса поверхности за счет правильного проектирования периодических нано / микроструктур.[34][35]Недавно было предложено устройство, названное «сборщиком эмиссионной энергии», которое может передавать тепло в космос посредством радиационного охлаждения и преобразовывать часть теплового потока в избыточную энергию.[36] открывая возможности самовоспроизводящаяся система это могло бы экспоненциально охладить планету.

Искусственные горы

В качестве альтернативы изменению атмосферы Венеры было предложено создать большую искусственную гору, получившую название «венерианской». Вавилонская башня ", может быть построен на поверхности Венеры, которая будет достигать 50 километров (31 миль) в атмосфере, где условия температуры и давления аналогичны земным, и где колония может быть построена на вершине этой искусственной горы. Такие сооружение может быть построено с использованием автономных роботизированных бульдозеры и экскаваторы которые были закалены против экстремальных температур и давления атмосферы Венеры. Такие роботизированные машины будут покрыты слоем керамики, защищающей от тепла и давления, с внутренними тепловыми насосами на основе гелия внутри машин для охлаждения как внутренней атомной электростанции, так и для поддержания внутренней электроники и приводов двигателей машины в охлажденном состоянии. Рабочая Температура. Такая машина могла быть разработана для работы в течение многих лет без внешнего вмешательства с целью строительства колоссальных гор на Венере, которые могли бы служить островами колонизации в небе Венеры.[37][нужна цитата ]

Введение воды

Поскольку на Венере имеется лишь часть воды на Земле (менее половины содержания воды на Земле в атмосфере и ее нет на поверхности),[38] вода должна была быть введена либо вышеупомянутым методом введения водорода, либо из какого-либо другого внепланетного источника.

Захват ледяной луны

Пол Берч предполагает возможность столкновения Венеры с одной из ледяных лун из внешней части Солнечной системы,[24] Таким образом, за один прием вносится вся вода, необходимая для терраформации. Это может быть достигнуто за счет захвата с помощью гравитации, например, спутников Сатурна. Энцелад и Гиперион или луна Урана Миранда. Простое изменение скорости этих спутников, достаточное для того, чтобы переместить их с их текущей орбиты и обеспечить транспортировку к Венере с помощью гравитации, потребует большого количества энергии. Однако через сложные с помощью гравитации При цепных реакциях требования к двигательной установке можно было бы снизить на несколько порядков. Как говорит Берч, «теоретически можно бросить камешек в пояс астероидов и в конечном итоге сбросить Марс на Солнце».[24]

Изменение дневного и ночного цикла

Венера вращается каждые 243 земных дня - это, безусловно, самый медленный период вращения из всех известных объектов Солнечной системы. Таким образом, венерианский звездный день длится больше, чем венерианский год (243 против 224,7 земных дня). Однако длина солнечный день на Венере значительно короче, чем звездный день; для наблюдателя на поверхности Венеры время от одного восхода до следующего будет 116,75 дня. Следовательно, медленная скорость венерианского вращения приведет к чрезвычайно длинным дням и ночам, подобным циклам день-ночь в полярных регионах Земли - более коротким, но глобальным. Медленное вращение также может быть причиной отсутствия значительного магнитного поля.

Аргументы в пользу сохранения текущего цикла день-ночь без изменений

До недавнего времени предполагалось, что для успешного терраформирования необходимо увеличить скорость вращения Венеры или цикл день-ночь. Однако более поздние исследования показали, что нынешняя медленная скорость вращения Венеры вовсе не вредит способности планеты поддерживать климат, подобный земному. Скорее, низкая скорость вращения, учитывая атмосферу земного типа, позволила бы сформировать толстые слои облаков на стороне планеты, обращенной к Солнцу. Это, в свою очередь, повысит планетарное альбедо и снизит глобальную температуру до земного уровня, несмотря на большую близость к Солнцу. Согласно расчетам, максимальная температура будет около 35 ° C (95 ° F), учитывая атмосферу земного типа.[39][40] Следовательно, увеличение скорости вращения было бы непрактичным и пагубным для усилий по терраформированию. Терраформированная Венера с текущим медленным вращением приведет к глобальному климату с «дневным» и «ночным» периодами продолжительностью примерно 2 месяца (58 дней) каждый, напоминая времена года на более высоких широтах на Земле. «День» напоминал короткое лето с теплым влажным климатом, тяжелым пасмурным небом и обильными дождями. «Ночь» будет напоминать короткую очень темную зиму с довольно холодной температурой и снегопадом. Будут периоды с более умеренным климатом и ясной погодой на восходе и заходе солнца, напоминающие «весну» и «осень».[39]

Космические зеркала

Проблема очень темных условий в течение примерно двухмесячного «ночного» периода может быть решена путем использования космического зеркала на 24-часовой орбите (на том же расстоянии, что и геостационарная орбита на земле) аналогично Знамя (спутник) проектные эксперименты. Экстраполяция чисел из этих экспериментов и их применение к венерианским условиям означала бы, что космическое зеркало диаметром чуть менее 1700 метров могло бы освещать всю ночную сторону планеты светимостью 10-20 полнолуние и создать искусственный 24-часовой световой цикл. Еще большее зеркало потенциально может создать еще более сильные условия освещения.Дальнейшая экстраполяция предполагает, что для достижения уровня освещенности около 400 люкс (аналогично обычному офисному освещению или восходу солнца в ясный день на Земле) потребуется круглое зеркало диаметром около 55 километров.

Пол Берч предложил держать всю планету защищенной от солнечного света с помощью постоянной системы намеченных оттенков в L1, а поверхность, освещаемая вращающимся зеркалом солетты в полярная орбита, что даст 24-часовой световой цикл.[24]

Изменение скорости вращения

Если было бы желательно увеличить скорость вращения планеты (несмотря на вышеупомянутые потенциально положительные климатические эффекты текущей скорости вращения), это потребовало бы энергии на много порядков большей, чем строительство орбитальных солнечных зеркал, или даже чем удаление венерианской атмосферы. Берч подсчитал, что для увеличения вращения Венеры до солнечного цикла, подобного земному, потребуется примерно 1,6 × 1029 Джоуля[41] (50 миллиардов петаватт-часов).

Научные исследования показывают, что близкие пролеты астероидов или кометных тел размером более 100 километров (60 миль) в поперечнике могут быть использованы для перемещения планеты по ее орбите или увеличения скорости вращения.[42] Для этого требуется большая энергия. В своей книге о терраформировании одна из концепций, обсуждаемых Фоггом, заключается в увеличении вращения Венеры с помощью трех квадриллионов объектов, циркулирующих между Венерой и Солнцем каждые 2 часа, каждый из которых движется со скоростью 10% от скорости света.[2]

Г. Дэвид Нордли предложил в художественной литературе[43] что Венера может быть раскручена до продолжительности дня в 30 земных дней, экспортировав атмосферу Венеры в космос через массовые водители. Предложение Берча включает использование элементов динамического сжатия для передачи энергии и импульса через высокоскоростные потоки массы в полосу вокруг экватора Венеры. Он подсчитал, что достаточно высокоскоростной массовый поток, составляющий около 10% скорости света, может дать Венере сутки в 24 часа за 30 лет.[41]

Создание искусственной магнитосферы

Чтобы защитить новую атмосферу от солнечного ветра, чтобы избежать потери водорода, потребуется искусственная магнитосфера. В настоящее время у Венеры отсутствует собственное магнитное поле, поэтому необходимо создание искусственного планетарного магнитного поля для формирования магнитосферы посредством ее взаимодействия с солнечным ветром. По словам двух японских ученых NIFS, это возможно сделать с помощью современных технологий, построив систему охлаждаемых широтных сверхпроводящих колец, каждое из которых несет достаточное количество постоянный ток.[44]

В том же отчете утверждается, что экономическое воздействие системы можно минимизировать, используя ее также в качестве планетарной системы передачи и хранения энергии (SMES). Другое исследование предлагает возможность развертывания магнитный диполь щит на L1 Точка Лагранжа, тем самым создав искусственную магнитосферу, которая защитит всю планету от солнечного ветра и радиации.[45]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Адельман, Сол (1982). «Может ли Венера превратиться в планету, подобную Земле?». Журнал Британского межпланетного общества. 35: 3–8. Bibcode:1982 JBIS ... 35 .... 3A.
  2. ^ а б c d Фогг, Мартин Дж. (1995). Терраформирование: разработка планетных сред. SAE International, Варрендейл, Пенсильвания. ISBN  978-1-56091-609-3.
  3. ^ а б c d е Лэндис, Джеффри (2011). «Терраформирование Венеры: сложный проект для будущей колонизации» (PDF). Конференция и выставка AIAA SPACE 2011. Дои:10.2514/6.2011-7215. ISBN  978-1-60086-953-2. Статья AIAA-2011-7215, Конференция и выставка AIAA Space 2011, Лонг-Бич, Калифорния, 26–29 сентября 2011 г.
  4. ^ а б c Саган, Карл (1961). «Планета Венера». Наука. 133 (3456): 849–58. Bibcode:1961Научный ... 133..849С. Дои:10.1126 / science.133.3456.849. PMID  17789744.
  5. ^ Уильямс, Дэвид Р. (15 апреля 2005 г.). "Факты о Венере". НАСА. Архивировано из оригинал 4 марта 2016 г.. Получено 12 октября 2007.
  6. ^ Парниковый эффект, облака и ветер. Венера экспресс миссия Европейского космического агентства.
  7. ^ Саган, Карл (1994). Бледно-голубая точка (книга). ISBN  978-0-345-37659-6.
  8. ^ Оберг, Джеймс Э. (1981). Новые Земли, Stackpole Books, 1981; Новая американская библиотека 1983. ISBN  0-8117-1007-6; ISBN  978-0-452-00623-2
  9. ^ Маршал, К. (1983). «Проект Венера-Новый Свет». Acta Astronautica. 10 (5–6): 269–275. Bibcode:1983AcAau..10..269M. Дои:10.1016/0094-5765(83)90076-0.
  10. ^ а б Берри, Адриан (1984) «Венера, адский мир» и «Делает дождь в аду», главы 6 и 7 в Следующие десять тысяч лет, Новая американская библиотека.
  11. ^ Лэндис, Джеффри А., "Терраформирование: разработка планетных сред (обзор)" (также доступны Вот ) (по состоянию на 25 декабря 2016 г.).
  12. ^ Фогг, М. Дж. (1987). «Терраформирование Венеры». Журнал Британского межпланетного общества. 40: 551–564. Bibcode:1987JBIS ... 40..551F.
  13. ^ Келли Битти, J (редактор) (1999) Новая солнечная система, p176, CUP, ISBN  0-933346-86-7
  14. ^ а б Bullock, M.A .; Гринспун, Д. (1996). «Стабильность климата на Венере» (PDF). J. Geophys. Res. 101 (E3): 7521–7529. Bibcode:1996JGR ... 101.7521B. CiteSeerX  10.1.1.74.2299. Дои:10.1029 / 95JE03862. Архивировано из оригинал (PDF) 20 сентября 2004 г.
  15. ^ Смит, Александр Г (1989). «Преобразование Венеры путем вынужденного переворота». Журнал Британского межпланетного общества. 42: 571–576. Bibcode:1989JBIS ... 42..571S.
  16. ^ «Ученые нашли способ получить минерал, который может удалять CO2 из атмосферы». Phys.org.
  17. ^ Джиллетт, Стивен Л. (1996). «Внутрь Хо!». У Стэнли Шмидта; Роберт Зубрин (ред.). Острова в небе: новые смелые идеи для колонизации космоса. Джон Вили и сыновья. С. 78–84. ISBN  978-0-471-13561-6.
  18. ^ Гисласон, Сигурдур (2018). «Краткая история CarbFix: вызовы и победы пилотной фазы проекта» (PDF). Энергетические процедуры. 146: 103–114. Дои:10.1016 / j.egypro.2018.07.014.
  19. ^ Б. Питер МакГрейл, Герберт Т. Шаеф, Фрэнк А. Спейн, Джон Б. Клифф, Одета Кафоку, Джейк А. Хорнер, Кристофер Дж. Томпсон, Антуанетта Т. Оуэн и Шарлотта Е. Салливан (2017). «Полевая проверка сверхкритической реакционной способности CO2 с базальтами» (PDF). Письма по экологическим наукам и технологиям. 4: 6–10. Дои:10.1021 / acs.estlett.6b00387. Архивировано из оригинал (PDF) 13 ноября 2018 г.CS1 maint: использует параметр авторов (связь)
  20. ^ Вэй Сюн; Рэйчел К. Уэллс; Джейк А. Хорнер; Герберт Т. Шаеф; Филип А. Скемер; Даниэль Э. Джаммар (27 февраля 2018 г.). «Секвестрация CO2 в естественно пористом базальте». Письма по экологическим наукам и технологиям. 5 (3): 142–147. Дои:10.1021 / acs.estlett.8b00047.
  21. ^ Паландри, Джеймс Л .; Бишофф, Джеймс Л. Дж. Д .; Томас, Берт; Розенбауэр, Роберт Дж. (26 мая 2019 г.). «Связывание углерода посредством реакции с базальтовыми породами: геохимическое моделирование и экспериментальные результаты». Geochimica et Cosmochimica Acta. 89: 116–133. Дои:10.1016 / j.gca.2012.04.042. S2CID  38735659.
  22. ^ D.L. Биндшадлер (1995). «Магеллан: новый взгляд на геологию и геофизику Венеры». Обзоры геофизики. Американский геофизический союз. 33 (S1): 459. Bibcode:1995RvGeo..33S.459B. Дои:10.1029 / 95RG00281. Получено 13 сентября 2007.
  23. ^ Гарбарино, Гастон; Левелют, Клэр; Камбон, Оливье; Хейнс, Жюльен; Горелли, Федерико; Санторо, Марио (10 мая 2011 г.). «Фаза карбоната кремния, образованная из диоксида углерода и кремнезема под давлением». Труды Национальной академии наук. 108 (19): 7689–7692. Bibcode:2011PNAS..108.7689S. Дои:10.1073 / pnas.1019691108. ЧВК  3093504. PMID  21518903.
  24. ^ а б c d е ж грамм Береза, Пол (1991). "Быстрое терраформирование Венеры" (PDF). Журнал Британского межпланетного общества. 14: 157. Bibcode:1991JBIS ... 44..157B.
  25. ^ Сакамаки, Тацуя; Отани, Эйдзи; Фукуи, Хироши; Камада, Сейджи; Такахаши, Сугуру; Сакаири, Таканори; Такахата, Акихиро; Сакаи, Такеши; Цуцуи, Сатоши; Исикава, Дайсуке; Сираиси, Рей; Сето, Юсуке; Цучия, Таку; Барон, Альфред К. Р. (1 февраля 2016 г.). «Ограничения на состав внутреннего ядра Земли, выведенные из измерений скорости звука ГПУ-железа в экстремальных условиях». Достижения науки. 2 (2): e1500802. Bibcode:2016SciA .... 2E0802S. Дои:10.1126 / sciadv.1500802. ЧВК  4771440. PMID  26933678.
  26. ^ Уэно, Юичиро; Мияке, Акира; Цучияма, Акира; Охиси, Ясуо; Уэсуги, Кентаро; Хиросе, Кей; Номура, Рюичи (31 января 2014 г.). «Низкая граничная температура ядра и мантии, полученная по солидусу пиролита». Наука. 343 (6170): 522–525. Bibcode:2014Наука ... 343..522N. Дои:10.1126 / science.1248186. ISSN  0036-8075. PMID  24436185. S2CID  19754865.
  27. ^ https://www.youtube.com/watch?v=mtTLj0E9ODc
  28. ^ Поллак, Дж.; Саган, К. (1994). Lewis, J .; Мэтьюз, М. (ред.). Ресурсы околоземного космоса. Тусон: Университет Аризоны Press. С. 921–950.
  29. ^ Зубрин, Роберт (1999). Выход в космос: создание космической цивилизации.
  30. ^ Лэндис, Джеффри А. (2–6 февраля 2003 г.). «Колонизация Венеры». Конференция по исследованию человеком космического пространства, космическим технологиям и приложениям, Международный форум, Альбукерке, штат Нью-Мексико.
  31. ^ Национальный центр данных по космическим наукам (NSSDC), Информационный бюллетень о Венере (получено 25 апреля 2017 г.).
  32. ^ Зевенховен, Рон; Фельт, Мартин (2018). «Радиационное охлаждение через атмосферное окно: третий, менее интрузивный геоинженерный подход». Энергия. 152: 27–33. Дои:10.1016 / j.energy.2018.03.084.
  33. ^ Титов, Дмитрий В .; Bullock, Mark A .; Крисп, Дэвид; Ренно, Нилтон О .; Тейлор, Фредрик В. Засова, Людмила В. (2007). «Излучение в атмосфере Венеры» (PDF). Серия геофизических монографий. Американский геофизический союз.
  34. ^ Сунь, Синшу; Сун, Юбо; Чжоу, Чжигуан; Алам, Мухаммад Ашрафул; Бермель, Питер (2017). «Радиационное охлаждение неба: фундаментальная физика, материалы, конструкции и приложения». Нанофотоника. 6 (5): 997–1015. Bibcode:2017Наноп ... 6 ... 20с. Дои:10.1515 / nanoph-2017-0020.
  35. ^ https://res.mdpi.com/energies/energies-12-00089/article_deploy/energies-12-00089.pdf?filename=&attachment=1
  36. ^ Бирнс, SJ; Blanchard, R; Капассо, Ф (2014). «Получение возобновляемой энергии из среднего инфракрасного излучения Земли». Proc Natl Acad Sci USA. 111 (11): 3927–32. Bibcode:2014ПНАС..111.3927Б. Дои:10.1073 / pnas.1402036111. ЧВК  3964088. PMID  24591604.
  37. ^ Многопланетное общество: новый подход к терраформированию Венеры, т. 12. марта 2018, Автор WPM
  38. ^ Каин, Фрейзер (29 июля 2009 г.). "Есть ли вода на Венере?".
  39. ^ а б Ян, июнь; Буэ, Гвенаэль; Fabrycky, Daniel C .; Аббат, Дориан С. (25 апреля 2014 г.). «Сильная зависимость внутреннего края обитаемой зоны от скорости вращения планет». Астрофизический журнал. 787 (1): L2. arXiv:1404.4992. Bibcode:2014ApJ ... 787L ... 2Y. Дои:10.1088 / 2041-8205 / 787/1 / L2. ISSN  2041-8205. S2CID  56145598.
  40. ^ Уэй, М. Дж. (2016). "Была ли Венера первым обитаемым миром нашей солнечной системы?". Письма о геофизических исследованиях. 43 (16): 8376–8383. arXiv:1608.00706. Bibcode:2016GeoRL..43.8376W. Дои:10.1002 / 2016GL069790. ЧВК  5385710. PMID  28408771.
  41. ^ а б Берч, Пол (1993). «Как вращать планету» (PDF). Журнал Британского межпланетного общества.
  42. ^ Ньюман, Деннис (5 февраля 2001 г.). «Астрономы вынашивают план по перемещению орбиты Земли из зоны нагревающего Солнца». CNN. Получено 26 мая 2019.
  43. ^ Нордли, Джеральд Дэвид (май 1991 г.). «Снег Венеры». Аналоговая научная фантастика и научные факты.
  44. ^ Мотодзима, Осаму; Янаги, Нагато (май 2008 г.). «Возможность создания искусственного геомагнитного поля с помощью сверхпроводящей кольцевой сети» (PDF). Национальный институт термоядерной науки (Япония). Получено 7 июн 2016.
  45. ^ Green, J.L .; Холлингсворт, Дж. Окружающая среда Марса будущего для науки и исследований (PDF). Семинар по Планетарной науке до 2050 г., 2017 г.

внешняя ссылка