Можно ли жить на Венере?⁠⁠

Продолжаем серию заметок о колонизации планет Солнечной системе. В прошлой заметке я показал, что Меркурий осваивать сложно, но можно. Сейчас передо мною - куда более простая задача: показать простоту и необходимость освоения Венеры.

"Позвольте!" - воскликнет читатель, - "но ведь Венера - это же страшное место! Температура у поверхности 470 градусов, давление 90 атмосфер. Там даже техника не выдерживает - как же там будут жить люди?" Возражаю шаблонно мыслящему читателю: Земля - не менее неуютное место. В недрах Земли температура поднимается до тысяч градусов, давление - до тысяч атмосфер. Но ведь люди спокойно живут на поверхности Земли! Так вот: если на поверхности Венеры не очень уютно, почему бы нам не освоить атмосферу Венеры?

Первый шаг: венерианские орбитальные станции

Освоение Луны проходило по схеме "орбита, поверхность", ибо выйти на орбиту проще, чем попасть в гравитационный колодец поверхности планеты и вернуться из него. Впрочем, лунный гравитационный колодец неглубок, поэтому разница невелика. Освоение Марса проходит по схеме "орбита, поверхность, атмосфера", поскольку приземлиться на поверхность Марса проще, чем полететь в разреженной марсианской атмосфере. При этом разрыв между освоением орбиты и поверхности гораздо шире, поскольку марсианский гравитационный колодец значительно глубже лунного.

Освоение Венеры ещё сложнее, чем Марса. Во-первых, венерианский гравитационный колодец ещё глубже марсианского. Во-вторых, есть дополнительная сложность: плотная горячая венерианская атмосфера, которая делает сложным доступ к поверхности планеты. С другой стороны, в атмосфере Венеры куда легче летать или парить. Следовательно, для освоения Венеры удобнее применить принципиально иную схему: "орбита, атмосфера, поверхность". Освоение венерианской орбиты упрощает погружение в атмосферу, а, хорошенько освоив атмосферу, можно начинать опускаться на её дно - на поверхность планеты.

Для исследования поверхности и установления связи с ней на Земле и на Марсе применяются геостационарные и ареостационарные спутники, которые вращаются с той же скоростью, что и планеты, и поэтому всегда находятся над одной точкой на поверхности планет. Венера вращается очень медленно, поэтому использование "венеро-стационарных спутников" нецелесообразно - они просто будут летать слишком высоко. Кроме того, поверхность планеты с трудом "просвечивается" даже в инфракрасных лучах и радиоволнах. Поэтому для создания устойчивой системы связи и наблюдения за Венерой нужно вывести на её орбиту множество спутников. Между тем, спутников у Венеры - кот наплакал: на её орбиту выходили советские "Венеры", американские "Пионер-Венеры" и "Магеллан", но сейчас там функционирует только европейский (с несколькими русскими приборами) "Венера-Экспресс". Для освоения планеты их нужно в десятки раз больше!

Как обычно, создание сложной технической инфраструктуры - где бы оно ни происходило, хоть на орбите Венеры - требует присутствия искусственного интеллекта, а лучше человека. Отсюда - необходимость полёта человека к Венере и создания венерианской орбитальной станции. Полёт к Венере даже сейчас занимает всего 3-4 месяца; с развитием двигателей нового поколения - прежде всего, ядерных - он станет ещё быстрее. Так что персонал станции можно будет обновлять достаточно часто. Более сложная проблема - защита от солнечной радиации, ведь Венера не имеет собственного магнитного поля. Эта проблема решается созданием искусственного магнитного поля вокруг станции и вокруг межпланетных кораблей.

Верхняя часть атмосферы Венеры совершает оборот вокруг поверхности за 4 земных дня. Это значит, что запустить "венеро-атмосферо-стационарный" спутник гораздо проще, чем "венеро-стационарный". С этого спутника можно спустить возвращаемый аппарат, который возьмёт пробы атмосферы и доставит их на Землю. С Луны и Марса мы берём, прежде всего, пробы грунта. Но на Венере гораздо интереснее взять пробы атмосферы, ведь именно в ней может существовать жизнь. Венерианский грунт - обыкновенная базальтовая лава, какой с неё толк?

Освоение облачного слоя

Облачный слой Венеры можно условно разделить на 3 подслоя:

1. Нижний подслой (30-50 км) - кислотный туман, существующий при температуре более 100 градусов Цельсия и давлении в несколько атмосфер. Никакой жизни там быть не может, ничего интересного не происходит, и человеку там тоже делать нечего.

2. Средний подслой (50-70 км), в котором температура колеблется от -40 до +80 градусов Цельсия, а давление - от 0.1 до 2 атмосфер. Это основной облачный слой, в котором существуют облака из жидких и твёрдых кислотных частиц. Какая-то загадочная сила разгоняет ветер на верхнем участке основного слоя почти до 100 км/ч. Кстати, и колебания температур между дневными и ночными здесь могут быть значительными - до 20 градусов. Это самый сложный, "живой" участок атмосферы Венеры, климат в котором чем-то напоминает земной. По мнению НАСА, здесь лучшие условия для проживания человека после земных. Этот слой и должен осваивать человек.

3. Верхний подслой (70-90 км), в котором температура падает ниже -100 градусов, а давление - до сотых долей атмосферы. Климат в этом слое чем-то напоминает марсианский - наверно, когда марсиане прилетят гостить на Венеру, гостиница для них будет располагаться здесь.

Атмосферу Венеры уже исследовали с помощью аэростатов советские аппараты "Вега". Эти аэростаты, разумеется, остались на Венере навсегда, не имея возможности её покинуть. Для того, чтобы спустить в атмосферу планеты человека, нужны огромные аэростаты с запасом топлива и реактивными двигателями, способными преодолеть первую космическую скорость Венеры - 7 км/с. А это уже получаются целые летающие города! Именно концепция "летающих городов" - огромных обитаемых баз в атмосфере - и является единственно возможной при освоении Венеры. Эта концепция достаточно известна, но всё же повторю основные положения.

В атмосфере Венеры, состоящей в основном из углекислого газа, в качестве подъёмного газа для летающих городов целесообразно использовать самый обыкновенный кислород, который несложно получать из атмосферы биологическим или химическим путём. Летающие города условно можно разделить на:

- стационарные, которые держатся над одной точкой поверхности

- свободно парящие, которые летят туда, куда их несёт ветер

- маневрирующие, которые целенаправленно перемещаются в атмосфере

В атмосфере Венеры возможны резкие вертикальные порывы ветра, которые могут поднять или опустить свободно парящий город на несколько километров. Поэтому свободно парящие города неудобны для людей из-за возможных больших перепадов температуры и давления. Источником энергии для стационарного или маневрирующего города частично может быть ветер. Но для маневрирования в атмосфере энергии ветра недостаточно - иначе это был бы вечный двигатель! Главным источником энергии всё-таки является Солнце, которого в верхнем облачном слое вполне достаточно для обеспечения скромных потребностей летающего города. Поднимая ветряки на воздушных шарах и тросах в верхние слои атмосферы, стационарный или маневрирующий город может пользоваться и поистине необъятной энергией ветра.

Естественная территория для летающих городов - средний облачный слой, в котором человек может жить без скафандра, лишь в дыхательной маске. Единственная проблема - капельки концентрированной серной кислоты, но, поскольку облака на Венере достаточно разреженные, от них, видимо, может защитить плотная одежда или вентиляторы, разгоняющие облака.

Погружения на поверхность

Пока что все аппараты, которые опускались на поверхность Венеры, существовали там не больше нескольких часов. Однако, возможность существования сложного технического комплекса на поверхности Венеры уже доказана на опыте. Дело за инженерами! Конечно, создать венероход гораздо сложнее, чем марсоход - но нет сомнений, что рано или поздно венероходы будут созданы. На поверхности Венеры можно даже соорудить базу для роботов, которая будет охлаждаться с помощью энергии, поступающей сверху, из стационарного города.

Иной вопрос - присутствие человека. Человек не может жить на поверхности Венеры - огромные температура и давление, которые уничтожили несколько разведывательных аппаратов из прочной стали, совсем не подходят для людей. Однако, мы можем совершать кратковременные погружения из облачного слоя на поверхность планеты, подобно тому, как погружаемся в прочных батискафах на дно земных океанов.

Поверхность Венеры богата радиоактивными материалами - такими, как уран и торий. Запасы урана на Земле скоро подойдут к концу. На Марсе урана еще меньше, чем на Земле. А вот на Венере его в избытке, что позволяет использовать его в местных АЭС летающих городов. В результате можно строить сколь угодно большие летающие города, независимые от солнечной энергии и погоды.

Итак, можно сделать два вывода о возможности освоения Венеры человеком:

В начале освоение Венеры будет проходить тяжело - куда сложнее, чем освоение Луны и Марса (и, тем более, Земли).

Но после создания соответствующей инфраструктуры Венеру станет осваивать куда легче, чем Луну и Марс. Осталось ответить на один вопрос: а зачем человеку жить на Венере?

Венера - самое удачное место в Солнечной системе

Поговорим об экономике. В Солнечной системе всего три планеты, которые может колонизировать человек: Венера, Земля и Марс. В КОБ предложено измерять экономические возможности в энергетических единицах (например, киловатт-часах). Это разумно, ибо в современном производстве самый ценный ресурс - это энергия. Что касается материальных ресурсов, их и на Венере, и на Земле, и на Марсе вполне достаточно.

С точки зрения энергетики, Венера - самое выгодное место в Солнечной системе - из тех, которые пригодны для самостоятельной жизни человека. Действительно, энергетический ресурс, как и любой другой ресурс, оценивается не количеством его в наличии (в наличии у нас ресурс Солнца, который для человечества почти бесконечен!), а допустимым потоком ресурса. То есть, важна не энергия, а мощность. Кроме собственных ресурсов, у каждой планеты есть приходящий энергетический ресурс: поток солнечной энергии, который она получает, перерабатывает, превращая в другие виды энергии, и отдаёт назад в космос.

Но допустимый поток энергетического ресурса куда меньше приходящего потока солнечного света. Действительно, даже если бы можно было ловить весь приходящий солнечный свет, обклеив всю планету солнечными батареями (что уже нереально), планета просто перегрелась бы и разрушилась. Любая открытая сложная система имеет ограниченные возможности по понижению энтропии. Чем больше в систему приходит энергии, тем больше повышается её энтропия. Если поток энергии превышает негаэнтропийные возможности системы, энтропия системы неограниченно растёт и система разрушается.

Негаэнтропийные возможности Земли мы видим сейчас на практике: Земля потребляет слишком много высокоэнтропийной энергии сжигания топлива, что ведёт к парниковому эффекту. Но даже если перейти исключительно на солнечную энергетику, её возможности всё равно будут ограничены: солнечные батареи понижают альбедо Земли, заставляя её потреблять слишком много солнечной энергии. Если Земля будет потреблять больше солнечной энергии, чем потребляет Венера, она может превратиться в Венеру - то есть, погибнуть.

Негаэнтропийные возможности Марса ещё ниже, чем у Земли. Действительно, перегрев планеты приведёт к подтаиванию слоя вечной мерзлоты, который у Марса сплошной - то есть, будет таять и проваливаться вся поверхность планеты! Это приведёт к неизбежной гибели возможной марсианской жизни и разрушению всех искусственных построек.

Зато негаэнтропийные возможности Венеры необычайно высоки. Действительно, Венере практически не грозит перегрев: сколько её не грей, это приведёт разве что к поднятию облачного слоя ещё выше, что никак не отразится на летающих городах. Венере не грозит ни парниковый эффект, ни радиоактивное заражение поверхности (там и так полно радиоактивных металлов, да и жить на поверхности никто не будет). То есть, на Венере можно использовать в неограниченных количествах все виды энергетики, включая ядерную и термоядерную. В принципе, можно представить себе уровень производства энергии, который приведёт к разрушению системы венерианских баз - например, если поверхность планеты начнёт плавиться и испаряться. Но этот уровень превосходит все возможности и потребности человечества в течение ближайших веков.

Таким образом, в пересчёте на энергетический ресурс, Венера - экономически самое выгодное место для жизни людей в Солнечной системе. С учётом перенаселённости и экологических проблем на Земле, возможно, что Венера станет даже более благоприятной для освоения планетой, чем Земля! Возможно, Венера - будущий экономический (а значит, и политический) центр Солнечной системы.

Нужна ли терраформация Венеры?

Есть сторонники терраформации Венеры, которые утверждают, что в нынешнем виде планета непригодна для жизни, а сперва её, мол, нужно сделать похожей на Землю. Мы уже показали, что планета для жизни пригодна. Осталось показать, что терраформировать её незачем. Выясним сперва, как можно терраформировать Венеру, ибо это определяет и ответ на вопрос, зачем её терраформировать.

Венере не хватает для терраформации трёх условий:

- достаточного количества воды (напомним, что воды на Венере очень мало!)

- температуры на поверхности хотя бы ниже 100 градусов Цельсия (сейчас там 470 градусов)

- давления на поверхности не больше 10 атмосфер (сейчас там 90 атмосфер)

Чтобы понять, как выполнить эти условия, надо вспомнить, что Венера - планета земной группы. В начале её развития условия на ней были такими же, как на Земле. Но потом какие-то факторы привели к упомянутому различию условий. Рассмотрим иерархию этих факторов (с точки зрения современной науки), которой соответствует иерархия интервалов времени:

Медленное вращение Венеры и отсутствие у неё магнитного поля - фактор стал работать миллиарды лет назад. Водяной пар распадается на кислород и водород, водород из-за отсутствия магнитного поля уносится солнечным ветром. Возможно, и сам водяной пар уносится солнечным ветром, поэтому воды на Венере мало. Фактор действует в течение сотен миллионов лет. Нет воды, которая может поглощать углекислый газ, при этом вулканическая деятельность приводит к его выделению. В результате в атмосфере скапливается много углекислого газа, повышается атмосферное давление. Фактор действует в течение сотен тысяч и миллионов лет. Обилие углекислого газа приводит к парниковому эффекту и нагреванию атмосферы. Фактор действует в течение десятков и сотен лет.

Изменить первые два фактора не так уж сложно: чтобы у Венеры появилось магнитное поле, нужно ускорить её вращение, придав ей необходимый момент импульса. Для этого нужно подвергнуть её бомбардировке массивными объектами - астероидами. Астероиды можно передвигать, устроив серию взрывов на их поверхности. А если астероиды - ледяные, то мы изменим сразу и второй фактор, добавив в атмосферу воду.

Итак, первый этап терраформации Венеры - её бомбардировка ледяными астероидами и раскручивание. Даже если мы не проведём полную терраформацию, частичная терраформация первого этапа всё равно может нам понадобиться: вода - ценный ресурс.

На втором этапе нам нужна жидкая вода - но, чтобы она появилась в больших количествах, нужно понизить температуру на Венере. Чтобы понизить температуру, нужно снизить парниковый эффект, убрав лишний углекислый газ. Чтобы убрать лишний углекислый газ, нужно поглотить его водой. Замкнутый круг? Нет, ведь есть альтернативный способ понижения температуры и альтернативный способ уменьшения количества углекислоты. Отсюда две возможные стратегии проведения терраформации Венеры, которые и излагаются в ненаучно-популярной литературе:

Понизить температуру атмосферы, повысив альбедо Венеры. Если понизить её хорошенько, углекислый газ замёрзнет, так что можно быстро закопать его и похоронить в океанах.

Понизить количество углекислого газа, запустив некий механизм его преобразования в другие вещества. После этого парниковый эффект за считанные десятилетия понизит температуру атмосферы.

Дальше начинается ненаучная фантастика. Альбедо у Венеры и так довольно высокое. Чтобы повысить его ещё больше, нужно очень светлое вещество. На Венере нет таких веществ в газообразном и жидком состоянии. Значит, твёрдое светлое вещество? Чтобы повысить альбедо серьёзно, это вещество должно занимать очень большую территорию между Венерой и солнцем. Отсюда - проект "огромных отражающих экранов" планетарных размеров. Чтобы такой экран не распался под действием гравитации и не сорвался с места под давлением солнечных лучей, нужно создать механизмы, скрепляющие его, планетарных размеров. Дальше можно этот вариант не рассматривать...

Второй вариант куда более реалистичен. Можно, осваивая облачный слой, создать в нём химические или биологические механизмы переработки углекислого газа в кислород и органические вещества. Биологические, точнее, биотехнологические механизмы более привлекательны, поскольку их масса меньше. Если бы они ещё умели летать, не нужно было бы даже механических устройств для их поддержки в воздухе. Но, к сожалению, летающих растений в природе не существует. Поэтому нужно добывать на поверхности Венеры металлы для полёта терраформирующих устройств. Проекты "размножающихся роботов", которые сами добывают все материалы, сами перерабатывают углекислый газ и создают своих двойников - это ещё одна ненаучная фантастика. В реальности массовое производство чего-либо на Венере ограничено потоком материальных ресурсов с её поверхности.

Отсюда неприятный вывод: на переработку всей атмосферы Венеры нужны многие века, а может быть, и тысячелетия. Но, в принципе, такой вариант терраформации возможен. Только здесь возникает второй вопрос: зачем нужна такая терраформация? Ведь за века она неизбежно столкнётся со "встречным" процессом антропоформации.

Жители летающих городов изменятся до неузнаваемости, и им уже не нужна будет иная среда обитания. Более того, если Венера станет столицей Солнечной системы, вряд ли им нужен будет проект, превращающий Венеру во вторую Землю и тем самым снижающий её негаэнтропийные возможности.

Первоисточник

Предыдущие посты:

Можно ли жить на Меркурии