В продолжение нашего «Полного руководства по терраформированию» журнал «Space» с радостью представляет наше руководство по терраформированию Венеры. Возможно, когда-нибудь это удастся сделать, когда наши технологии будут развиваться достаточно далеко. Но проблемы многочисленны и довольно специфичны.
Планета Венера часто упоминается как «Сестра-планета» Земли, и это справедливо. Помимо того, что Венера и Земля имеют почти одинаковый размер, они похожи по массе и имеют очень похожие составы (обе являются земными планетами). Будучи соседней с Землей планетой, Венера также вращается вокруг Солнца в «Зоне Златовласки» (она же обитаемая зона). Но, конечно, есть много ключевых отличий между планетами, которые делают Венеру необитаемой.
Начнем с того, что атмосфера в 90 раз толще земной, средняя температура поверхности достаточно высокая, чтобы расплавить свинец, а воздух представляет собой токсичный дым, состоящий из углекислого газа и серной кислоты. Таким образом, если люди хотят жить там, некоторые серьезные экологические инженерные - иначе. терраформирование - нужно в первую очередь. И учитывая его сходство с Землей, многие ученые считают, что Венера станет главным кандидатом для терраформирования, даже больше, чем Марс!
За прошедшее столетие концепция терраформирования Венеры появлялась многократно, как с точки зрения научной фантастики, так и в качестве предмета научных исследований. Принимая во внимание, что лечение предмета было в значительной степени фантастическим в начале 20-го века, переход произошел с началом космической эры. По мере того, как наши знания о Венере улучшались, росли и предложения по изменению ландшафта, чтобы они больше подходили для обитания человека.
Примеры в художественной литературе:
С начала 20-го века идея экологического преобразования Венеры была исследована в художественной литературе. Самый ранний известный пример Олафа Стэплтона Последние И Первые Мужчины (1930), две главы из которых посвящены описанию того, как потомки человечества терраформируют Венеру после того, как Земля становится непригодной для жизни; и в процессе совершения геноцида против местной водной жизни.
К 1950-м и 60-м годам, благодаря началу космической эры, терраформирование стало появляться во многих произведениях научной фантастики. Пол Андерсон также много писал о терраформировании в 1950-х годах. В своем романе 1954 года Большой дождьВенера изменяется с помощью методов планетарной инженерии в течение очень длительного периода времени. Книга была настолько влиятельной, что термин «Большой дождь» с тех пор стал синонимом терраформирования Венеры.
В 1991 году автор Г. Дэвид Нордли в своем коротком рассказе («Снег Венеры») предположил, что Венера может быть развернута до 30 дней Земли, экспортируя свою атмосферу Венеры через массовых водителей. Автор Ким Стэнли Робинсон прославился своим реалистичным изображением терраформирования в Марс Трилогия - который включен Красный Марс, Зеленый Марс а также Голубой Марс.
В 2012 году он выпустил серию 2312научно-фантастический роман, посвященный колонизации всей Солнечной системы, включая Венеру. В романе также исследовалось множество способов терраформирования Венеры, начиная от глобального охлаждения и конфискации углерода, и все они основывались на научных исследованиях и предложениях.
Предлагаемые методы:
Первый предложенный метод терраформирования Венеры был сделан в 1961 году Карлом Саганом. В статье под названием «Планета Венера» он высказался за использование генно-инженерных бактерий для превращения углерода в атмосфере в органические молекулы. Однако это оказалось непрактичным из-за последующего открытия серной кислоты в облаках Венеры и воздействия солнечного ветра.
В своем исследовании 1991 года «Быстро терраформировать Венеру» британский ученый Пол Бирч предложил бомбардировать атмосферу Венеры водородом. В результате реакции образуются графит и вода, последние из которых упадут на поверхность и покроют примерно 80% поверхности в океанах. Учитывая количество необходимого водорода, его придется собирать непосредственно с одного из газовых гигантов или льда их луны.
Предложение также потребует добавления в атмосферу аэрозоля железа, который может быть получен из ряда источников (например, Луна, астероиды, Меркурий). Оставшаяся атмосфера, которая оценивается примерно в 3 бара (в три раза больше, чем у Земли), будет в основном состоять из азота, часть которого будет растворяться в новых океанах, что приведет к дальнейшему снижению атмосферного давления.
Другая идея состоит в том, чтобы бомбардировать Венеру рафинированным магнием и кальцием, которые будут связывать углерод в форме карбонатов кальция и магния. В своей работе 1996 года «Стабильность климата на Венере» Марк Баллок и Дэвид Х. Гринспун из Университета Колорадо в Боулдере указали, что собственные залежи оксидов кальция и магния на Венере могут быть использованы для этого процесса. При добыче полезных ископаемых эти минералы могут подвергаться воздействию поверхности, тем самым выступая в качестве поглотителей углерода.
Тем не менее, Буллок и Гринспун также утверждают, что это будет иметь ограниченный охлаждающий эффект - примерно до 400 К (126,85 ° C; 260,33 ° F) и только уменьшит атмосферное давление примерно до 43 бар. Следовательно, для достижения 8 × 10 потребуются дополнительные запасы кальция и магния.20 кг кальция или 5 × 1020 кг необходимого магния, который, скорее всего, придется добывать из астероидов.
Была также исследована концепция солнечных оттенков, которая включала бы использование серии небольших космических аппаратов или одной большой линзы для отвода солнечного света от поверхности планеты, что позволило бы снизить глобальные температуры. Считается, что для Венеры, которая поглощает вдвое больше солнечного света, чем Земля, солнечная радиация сыграла главную роль в безудержном парниковом эффекте, который сделал его таким, какой он является сегодня.
Такой оттенок может быть космическим, расположен в лагранжевой точке Солнце-Венера L1, где он не позволит солнечному свету достичь Венеры. Кроме того, этот оттенок также будет служить для блокирования солнечного ветра, уменьшая тем самым количество радиации, на которое воздействует поверхность Венеры (еще одна ключевая проблема, когда речь заходит о обитаемости). Это охлаждение может привести к разжижению или замерзанию атмосферного CO 2, который затем будет депортироваться на поверхность в виде сухого льда (который может быть отправлен из внешнего мира или секвестрирован под землей).
Кроме того, солнечные отражатели могут быть размещены в атмосфере или на поверхности. Это может быть большой отражающий шар, листы углеродных нанотрубок или графена или материал с низким альбедо. Первая возможность предлагает два преимущества: во-первых, атмосферные отражатели могут быть встроены на месте с использованием углерода из местных источников. Во-вторых, атмосфера Венеры достаточно плотная, чтобы такие структуры могли легко плавать на облаках.
Ученый НАСА Джеффри А. Лэндис также предложил построить города над облаками Венеры, которые, в свою очередь, могли бы служить как солнечным щитом, так и в качестве перерабатывающих станций. Они обеспечат первоначальные жилые помещения для колонистов и будут действовать как терраформеры, постепенно превращая атмосферу Венеры в нечто пригодное для жизни, чтобы колонисты могли мигрировать на поверхность.
Другое предложение связано со скоростью вращения Венеры. Венера вращается один раз каждые 243 дня, что является самым медленным периодом вращения среди главных планет. Таким образом, Венера переживает чрезвычайно долгие дни и ночи, которые могут оказаться трудными для адаптации для большинства известных видов растений и животных на Земле. Медленное вращение также, вероятно, объясняет отсутствие значительного магнитного поля.
Для решения этой проблемы член Британского межпланетного общества Пол Берч предложил создать систему орбитальных солнечных зеркал вблизи точки Лагранжа L1 между Венерой и Солнцем. В сочетании с зеркалом-солеттой на полярной орбите они обеспечивают 24-часовой цикл освещения.
Также было высказано предположение, что скорость вращения Венеры может быть увеличена либо ударом по поверхности ударниками, либо проведением ближних облетов с использованием тел диаметром более 96,5 км (60 миль). Существует также предложение об использовании массовых драйверов и динамических компрессионных элементов для создания вращательной силы, необходимой для ускорения Венеры до точки, где она испытывала цикл день-ночь, идентичный земному (см. Выше).
Тогда есть возможность удалить часть атмосферы Венеры, что может быть достигнуто несколькими способами. Для начала, ударники, направленные на поверхность, унесут часть атмосферы в космос. Другие методы включают космические лифты и ускорители массы (в идеале размещаемые на воздушных шарах или платформах над облаками), которые могут постепенно собирать газ из атмосферы и выбрасывать его в космос.
Потенциальные преимущества:
Одной из основных причин колонизации Венеры и изменения ее климата для поселения людей является перспектива создания «резервного местоположения» для человечества. И учитывая диапазон выбора - Марс, Луна и Внешняя Солнечная Система - у Венеры есть несколько вещей, которые другие не делают. Все это подчеркивает, почему Венера известна как «Планета-сестра» Земли.
Для начала, Венера - земная планета, которая похожа по размеру, массе и составу на Землю. Вот почему Венера имеет гравитацию, подобную Земле, что примерно на 90% (или 0,904).г, если быть точным. В результате люди, живущие на Венере, будут подвергаться гораздо более низкому риску развития проблем со здоровьем, связанных со временем, проведенным в условиях невесомости и микрогравитации, таких как остеопороз и мышечная дегенерация.
Относительная близость Венеры к Земле также облегчит транспорт и связь, чем в большинстве других мест в Солнечной системе. В современных силовых установках стартовые окна на Венеру происходят каждые 584 дня по сравнению с 780 днями на Марсе. Время полета также несколько короче, поскольку Венера - самая близкая планета к Земле. При ближайшем подходе он находится на расстоянии 40 млн. Км по сравнению с 55 млн. Км для Марса.
Другая причина связана с безудержным парниковым эффектом Венеры, который является причиной высокой температуры планеты и плотности атмосферы. Испытывая различные методы экологической инженерии, наши ученые многое узнали бы об их эффективности. Эта информация, в свою очередь, очень пригодится в продолжающейся борьбе с изменением климата здесь, на Земле.
И в ближайшие десятилетия эта борьба, вероятно, станет довольно интенсивной. Как сообщалось в NOAA в марте 2015 года, уровень содержания углекислого газа в атмосфере превысил 400 промилле - уровень, которого не было со времен эры плиоцена, когда глобальные температуры и уровень моря были значительно выше. И как показывает серия сценариев, рассчитанных НАСА, эта тенденция, вероятно, сохранится до 2100 года с серьезными последствиями.
В одном сценарии выбросы углекислого газа снизятся примерно до 550 ppm к концу столетия, что приведет к повышению средней температуры на 2,5 ° C (4,5 ° F). Во втором сценарии выбросы двуокиси углерода возрастают примерно до 800 частей на миллион, что приводит к среднему увеличению примерно на 4,5 ° C (8 ° F). Принимая во внимание, что увеличение, предсказанное в первом сценарии, является устойчивым, в последнем сценарии жизнь станет несостоятельной во многих частях планеты.
Таким образом, в дополнение к созданию второго дома для человечества, терраформирование Венеры также может помочь обеспечить Землю жизнеспособным домом для нашего вида. И, конечно же, тот факт, что Венера является земной планетой, означает, что она обладает богатыми природными ресурсами, которые можно собирать, помогая человечеству достичь экономики «пост-дефицита».
Проблемы:
Помимо сходства Венеры с Землей (то есть размера, массы и состава), существуют многочисленные различия, которые делают терраформирование и колонизацию ее серьезной проблемой. С одной стороны, снижение температуры и давления атмосферы Венеры потребовало бы огромного количества энергии и ресурсов. Это также потребовало бы инфраструктуры, которая еще не существует и будет очень дорогой в строительстве.
Например, потребовалось бы огромное количество металла и современных материалов для создания орбитальной тени, достаточно большой, чтобы охладить атмосферу Венеры до такой степени, что ее парниковый эффект будет остановлен. Такая структура, если она расположена в L1, также должна быть в четыре раза больше диаметра самой Венеры. Он должен был быть собран в космосе, что потребовало бы огромного парка роботов-сборщиков.
Напротив, для увеличения скорости вращения Венеры потребовалась бы огромная энергия, не говоря уже о значительном количестве ударников, которые должны были бы иметь конус от внешней солнечной системы - главным образом от пояса Койпера. Во всех этих случаях потребуется большой парк космических кораблей для перевозки необходимых материалов, и они должны быть оснащены усовершенствованными системами привода, которые могли бы совершить поездку за разумное время.
В настоящее время таких систем привода не существует, и традиционные методы - от ионных двигателей до химических ракетных топлив - не являются ни быстрыми, ни экономичными. Для иллюстрации НАСА Новые горизонты Миссии потребовалось более 11 лет, чтобы совершить историческое свидание с Плутоном в поясе Койпера, используя обычные ракеты и гравитационный метод.
Между тем, рассвет Миссия, которая опиралась на ионное движение, заняла почти четыре года, чтобы достичь Весты в Поясе Астероидов. Ни один из этих методов не является практичным для совершения повторных поездок к поясу Койпера и для отвода ледяных комет и астероидов, и человечеству не хватает того количества кораблей, которое нам понадобится для этого.
Та же проблема ресурсов сохраняется для концепции размещения солнечных отражателей над облаками. Количество материала должно быть большим и должно оставаться на месте еще долго после изменения атмосферы, поскольку поверхность Венеры в настоящее время полностью окутана облаками. Кроме того, на Венере уже есть облака с высокой отражающей способностью, поэтому любой подход должен значительно превзойти ее текущее альбедо (0,65), чтобы изменить ситуацию.
И когда дело доходит до удаления атмосферы Венеры, вещи одинаково сложны. В 1994 году Джеймс Б. Поллак и Карл Саган провели расчеты, которые показали, что ударный элемент диаметром 700 км, поражающий Венеру с высокой скоростью, будет составлять менее одной тысячной всей атмосферы. Более того, с уменьшением плотности атмосферы отдача будет уменьшаться, а это значит, что понадобятся тысячи гигантских ударников.
Кроме того, большая часть выброшенной атмосферы попадет на солнечную орбиту около Венеры и - без дальнейшего вмешательства - может быть захвачена гравитационным полем Венеры и снова станет частью атмосферы. Удаление атмосферного газа с использованием космических лифтов будет затруднено, поскольку геостационарная орбита планеты находится на непрактичном расстоянии над поверхностью, где удаление с использованием ускорителей массы будет занимать много времени и очень дорого.
Вывод:
В целом, потенциальные преимущества терраформирования Венеры очевидны. У человечества будет второй дом, мы сможем добавить его ресурсы к своим собственным, и мы будем изучать ценные методы, которые могли бы помочь предотвратить катастрофические изменения здесь, на Земле. Тем не менее, добраться до точки, где эти выгоды могут быть реализованы, является сложной частью.
Как и большинство предлагаемых предприятий по терраформированию, многие препятствия необходимо устранить заранее. Важнейшими среди них являются транспорт и логистика, мобилизация огромного парка работников робототехники и тягачей для сбора необходимых ресурсов. После этого необходимо будет взять на себя обязательство нескольких поколений, выделив финансовые ресурсы для завершения работы. Непростая задача в самых идеальных условиях.
Достаточно сказать, что это то, что человечество не может сделать в краткосрочной перспективе. Однако, заглядывая в будущее, идея о том, чтобы Венера стала нашей «планетой-сестрой» во всех мыслимых отношениях - с океанами, пахотными землями, дикой природой и городами - безусловно, кажется красивой и достижимой целью. Вопрос только в том, как долго нам придется ждать?
Мы написали много интересных статей о терраформировании здесь, в журнале Space. Вот Полное руководство по терраформированию: можем ли мы терраформировать Луну ?, Должны ли мы терраформировать Марс ?, Как мы терраформируем Марс? и студенческая команда хочет терраформировать Марс с помощью цианобактерий.
У нас также есть статьи, в которых рассматриваются более радикальные аспекты терраформирования, такие как «Можем ли мы терраформировать Юпитер?», «Можем ли мы терраформировать Солнце?» И «Можем ли мы терраформировать черную дыру»?
Для получения дополнительной информации, проверьте Terraforming Mars в НАСА Quest! и НАСА «Путешествие на Марс».
И если вам понравилось видео, размещенное выше, зайдите на нашу страницу Patreon и узнайте, как вы можете получить эти видео раньше, помогая нам принести вам больше отличного контента!
Подкаст (аудио): Скачать (Продолжительность: 3:58 - 3,6 МБ)
Подписаться: Apple Podcasts | Android | RSS
Подкаст (видео): Скачать (47.0MB)
Подписаться: Apple Podcasts | Android | RSS
