Терраформирование Венеры
Актуальность проекта:
Актуальность исследования состоит в том, что наша планета уже подвержена перенаселению; на ней не хватает ресурсов для содержания всего человечества. Терраформирование выглядит более реальной перспективой, нежели путешествия к планетам, уже приспособленным к заселению.
Проблемы:
Проблемой является некомпетентность людей в данной теме. На просторах интернета я не нашел понятной и короткой статьи о терраформировании.
Цели:
Целью мое проекта является создание лаконичной статьи о терраформировании и распространение ее во всех возможных блогах и научных газетах.
Задачи :
— Изучение способов и перспектив терраформирования планет, их особенностей и сложностей.
— Изучение проблем людей, ставших первопроходцами на новых планетах.
Методы исследования
— Анализ технической литературы.
— Ознакомление и изучение работ ученых, исследовавших способы терраформирования.
Общие сведения
Среднее расстояние Венеры от Солнца — 108 млн км (0,723 а. е.). Расстояние от Венеры до Земли меняется в пределах от 38 до 261 млн км. Её орбита очень близка к круговой — эксцентриситет составляет всего 0,0067. Период обращения вокруг Солнца равен 224,7 земных суток; средняя орбитальная скорость — 35 км/с. Наклон орбиты к плоскости эклиптики равен 3,4°. По размерам Венера довольно близка к Земле. Радиус планеты равен 6051,8 км (95 % земного), масса — 4,87⋅1024 кг (81,5 % земной), средняя плотность — 5,24 г/см³. Ускорение свободного падения равно 8,87 м/с², вторая космическая скорость — 10,36 км/с.
Венера классифицируется как землеподобная планета, и иногда её называют «сестрой Земли», потому что обе планеты похожи размерами и составом. Однако условия на двух планетах очень разнятся. Атмосфера Венеры, самая плотная среди землеподобных планет, состоит главным образом из углекислого газа. Поверхность планеты полностью скрывают облака серной кислоты, непрозрачные в видимом свете. Споры о том, что находится под густой облачностью Венеры, продолжались до XX века. В то же время атмосфера Венеры прозрачна для дециметровых радиоволн, с помощью которых впоследствии и был исследован рельеф планеты
В глубокой древности Венера, как полагают, настолько разогрелась, что подобные земным океаны, которыми, как считается, она обладала, полностью испарились, оставив после себя пустынный пейзаж с множеством плитоподобных скал. Одна из гипотез полагает, что из-за слабости магнитного поля водяной пар (расщеплённый солнечным излучением на элементы) был унесён солнечным ветром в межпланетное пространство. Установлено, что атмосфера планеты и сейчас теряет водород и кислород в соотношении 2:1.
Атмосферное давление на поверхности Венеры в 92 раза больше, чем на Земле. Подробное картографирование поверхности Венеры проводилось в течение последних 22 лет — в частности, проектом «Магеллан». Поверхность Венеры носит яркие признаки вулканической деятельности, а атмосфера содержит серу. Есть некоторые признаки того, что вулканическая деятельность на Венере продолжается и сейчас, но доказательств этому не найдено. Удивительно низкое число ударных кратеров говорит в пользу того, что поверхность Венеры относительно молода: ей приблизительно 500 миллионов лет. Тектоники плит на Венере нет (вероятно, потому что её литосфера из-за отсутствия воды слишком вязкая и, следовательно, недостаточно подвижна), но есть много следов менее масштабных тектонических движений
Исследование Венеры
На сегодняшний день Венеру исследовали более 40 космических аппаратов из СССР, США, Японии и Европейского космического агентства.
Первым космическим аппаратом, совершившим успешную посадку на поверхность Венеры, стала советская автоматическая межпланетная станция «Венера-7».
Первым космическим аппаратом, передавшим цветное изображение с поверхности Венеры, стала советская автоматическая межпланетная станция «Венера-13»
Самое подробное и полномасштабное радиолокационное картографирование Венеры осуществил космический аппарат NASA «Магеллан».
Атмосфера Венеры
1.Атмосфера Венеры в основном состоит из углекислого газа и азота.
2. Скорость вращения атмосферы более чем в 60 раз быстрее скорости вращения планеты.
3. Скорость ветра на планете достигает 360 километров в час.
4. В атмосфере присутствуют облака из серной кислоты.
5.Среднее атмосферное давление составляет 93 бара, что эквивалентно погружению в воду на глубину 1,6 километра.
6.Плотная атмосфера создает сильный парниковый эффект.
Сегодня задача терраформирования представляет в основном теоретический интерес, но в будущем может получить развитие и на практике.
На основе собранной информации о наиболее известных телах Солнечной системы мною была сделана таблица, характеризующая перспективы освоения каждого из них. Наименьший шанс колонизации имеют планеты-гиганты — Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. Планеты-гиганты состоят в основном из газа и не имеют твердой поверхности. Масса каждой невероятно огромна, и сосуществовать рядом с ними невозможно: человек будет раздавлен. Спутники Ио и Европа находятся внутри радиационного пояса Юпитера; находящийся на поверхности Европы человек (без скафандра) получил бы смертельную дозу радиации меньше, чем за 10 минут
Одно из самых богатых солнечной энергией тел — Меркурий — не подходит для колонизации. Он очень близок к Солнцу. Даже если на Меркурии будут созданы условия, как на Земле, то днём его температура неминуемо возрастет примерно до 450 градусов Цельсия. Однако эта планета может служить для добычи ценных полезных ископаемых, добычи солнечной энергии или как перевалочная база.
Спутник Сатурна, Титан, имеет все основные элементы, необходимые для жизни — углерод, водород, азот и кислород. Его запасы могли бы служить источником энергии для колонистов, которым не нужно будет беспокоиться о космическом излучении благодаря плотной атмосфере. Излучение радиационного пояса Сатурна значительно мягче, чем Юпитера. Проблема заключается в содержании цианита в атмосфере Титана, который может убить человека за несколько минут даже при низких концентрациях.
Более подробного рассмотрения достойны планеты земной группы, Марс и Венера, а также спутник Земли, Луна. Для этих тел Солнечной системы свойственны некоторые общие проблемы: так, на Луне и Марсе нет атмосферы, и ни на одном из них, включая и Венеру, нет приемлемой магнитосферы — что грозит высоким радиационным фоном. Более того, сильные перепады температур серьезно мешают заселению и освоению. В результате воздействия заряженных частиц из космоса на атмосферу Венеры происходит ионизация и диссипация водяного пара. Водород, образующийся при этих процессах, спокойно покидает планету. Именно так Венера и Марс лишились воды, доставшейся им при образовании. Сегодня я расскажу вам о способах терраформировании Венеры
Солнечные экраны между Солнцем и Венерой
Экраны предполагается устанавливать в точке Лагранжа между Венерой и Солнцем. Следует помнить, что такое равновесие неустойчиво, и, чтобы удерживать его в точке Лагранжа, потребуется регулярная корректировка его положения.
Предполагается, что такие «зонтики» смогут резко снизить поток солнечной энергии, достигающей Венеры, и как следствие — снизить температуру на планете до приемлемого уровня. Причём при достаточном экранировании Венеры от Солнца, температуру можно понизить до такой степени, что атмосфера Венеры вымерзнет и значительная её часть выпадет на поверхность в виде сухого льда (твёрдый CO2). Результатом будет значительное падение давления и дополнительное (за счёт повышения альбедо) охлаждение планеты.
Одним из вариантов таких проектов является установка в качестве экранов сверхлёгких отражающих зеркал, свет от которых можно использовать для одновременного прогрева более холодных планет (например, Марса). Экран также может служить исполинским фотоэлементом для мощнейшей солнечной электростанции
(Точки Лагра́нжа, точки либра́ции (лат. librātiō — раскачивание) или L-точки — точки в системе из двух массивных тел, в которых третье тело с пренебрежимо малой массой, не испытывающее воздействия никаких других сил, кроме гравитационных, со стороны двух первых тел, может оставаться неподвижным относительно этих тел.)
Доставка на Венеру земных водорослей или других микроорганизмов
В 1961 г. Карл Саган предложил забросить в атмосферу Венеры некоторое количество хлореллы. Предполагалось, что не имея естественных врагов, водоросли будут бурно размножаться в геометрической прогрессии и относительно быстро зафиксируют в органических соединениях находящийся там в большом количестве углекислый газ и обогатят атмосферу Венеры кислородом. Это в свою очередь снизит парниковый эффект, благодаря чему температура поверхности Венеры понизится.
Бомбардировка кометами или водно-аммиачными астероидами
Количество воды, которое необходимо доставить на Венеру, огромно: так, для создания приемлемой гидросферы на Венере требуется не менее 1017 тонн воды, что примерно в сто тысяч раз превышает массу кометы Галлея. Требуемый ледяной астероид должен иметь диаметр около ~ 600 км (в 6 раз меньше диаметра Луны).
Кроме ледяных комет и астероидов, большое количество воды содержат некоторые спутники Юпитера и Сатурна, а также кольца Сатурна.
Существует мнение. что точно рассчитанная бомбардировка позволит «раскрутить» Венеру вокруг своей оси, сократив таким образом слишком длинные венерианские сутки. По закону сохранения момента импульса вне зависимости от подробностей в случае касательного удара на экваторе скорость вращения Венеры увеличится на величину примерно (радиан/с), где m и M — массы астероида (кометы) и Венеры соответственно, V — скорость кометы или астероида, R — радиус планеты. Так как относительные скорости комет могут составлять десятки километров в секунду (вплоть до Третьей космической скорости для Венеры, то есть до более чем 70 км/с), то даже относительно небольшого по сравнению с планетой астероида хватит, чтобы придать ей довольно заметное вращение. Однако «небольшой» по сравнению с планетой, это очень большой в абсолютных величинах, поэтому для решения этой задачи потребовалось бы гораздо больше астероидов, чем просто для доставки воды.
Доставка воды на Венеру путём астероидной бомбардировки решая одни проблемы, одновременно создаёт новые. Перечислим некоторые:
Во-первых, удар одним большим астероидом может привести к разрушению коры планеты и привести её в ещё более непригодное для жизни состояние, поэтому, видимо, придётся использовать множество ударов послабее.
Во-вторых, горные породы Венеры обладают огромной теплоёмкостью и относительно небольшой теплопроводностью, поэтому процесс их остывания в любом случае затянется на многие годы.
В-третьих, нынешняя температура поверхностных слоёв атмосферы гораздо выше температуры кипения воды при этом давлении. Следовательно, без существенного охлаждения ниже 300 °C (при венерианских 90 атм.) нельзя ожидать появления на поверхности планеты свободной воды. Вода будет присутствовать в атмосфере в виде водяного пара, который тоже является парниковым газом. Однако поднятые тучи пыли будут способствовать понижению температуры, порождая эффект «ядерной зимы».
Нейтрализация кислотной атмосферы
Ударное распыление в атмосфере металлического метеора может привести к связыванию серной кислоты в соли, с сопутствующим выделением воды или водорода (в зависимости от точного состава метеора). Астероиды типа (216) Клеопатра представляют определённую ценность для этого решения. Возможно, глубинные породы Венеры также имеют подходящий состав. В таком случае достаточно использовать водородную бомбу достаточной мощности, чтобы одновременно вызвать пылевую «ядерную зиму» и этой же пылью связать кислоту.
Проблема отсутствия у Венеры магнитного поля
Магнитное поле Земли достаточно эффективно защищает поверхность нашей планеты от бомбардировки заряженными частицами. Магнитное поле подхватывает эти частицы (протоны и электроны), заставляя их двигаться вдоль силовых линий. Тем самым предотвращается их взаимодействие с верхними слоями атмосферы.
Венера лишена собственного магнитного поля, имеется лишь слабая магнитосфера, обязанная своим появлением взаимодействию солнечного магнитного поля с ионосферой планеты.
В результате воздействия заряженных частиц из космоса на атмосферу Венеры происходит, в частности, ионизация и диссипация водяного пара. Водород, образующийся при этих процессах, спокойно покидает планету, поскольку характерные скорости молекул водорода сопоставимы со второй космической скоростью]. Именно так Венера лишилась всей воды, доставшейся ей при образовании планеты.
При терраформировании Венеры придётся решить и эту проблему.
Первый путь — «раскрутка» планеты. Поскольку Венера — планета земной группы, есть надежда, что возникнет «магнитное динамо». По косвенным признакам, на Венере присутствуют механизмы, аналогичные земной тектонике плит, следовательно, Венера имеет металлическое ядро. Однако этот путь связан с колоссальными техническими трудностями ввиду огромных энергозатрат.
Второй путь — прокладка вдоль экватора Венеры электрического провода (лучше всего сверхпроводникового) и возбуждение в нём тока. Несмотря на грандиозность этой задачи, она представляется более осуществимой в техническом плане, чем первый путь.
Заключение
Таким образом, несмотря на ряд сложных и принципиальных трудностей, уже сейчас человечество начинает задумываться о путях колонизации самой близкой к Земле планете, которая, к тому же, очень похожа на нашу и теоретически может стать для людей «второй Землёй»
Список литературы:
1.https://in-space.ru/planeta-venera/[1]
2.https://ru.m.wikipedia.org/wiki/Венера[2]
3.http://www.astrotime.ru/colonisation_venus.html[3]
Космические фермеры: как и зачем выращивать свежие овощи в космосе.
С каждым грузовым кораблем на МКС отправляют овощи и фрукты, однако посылок с Земли хватает ненадолго.
К тому же со временем замороженная пакетированная пища просто надоедает.
Космонавт Антон Шкаплеров говорит: «Рацион очень разнообразный… Но всё это, конечно, не свежее: либо в консервах, либо восстановленное. Через месяц-два это всё приедается и толком ничего есть не хочешь, аппетита нет как такового… ешь просто потому, что надо есть».
Это не просто грустно — из-за недостатка аппетита космонавты часто теряют в весе, замечает норвежский биолог Силье Вольф. Эти проблемы во многом могут решить собственные грядки на борту.
Космические огороды полезны и для психики астронавтов. Источников постоянного стресса у них предостаточно: это и высокий риск, и нестандартные ситуации в работе, и даже замкнутое пространство станции, где сложно хотя бы ненадолго остаться наедине с собой. Известно, что садоводство помогает снизить проявления депрессии и уровень тревожности, а также улучшает субъективное ощущение благополучия.
Первые шаги к космическим плантациям человечество сделало еще в начале 1980-х, когда космонавтам станции «Салют-7» удалось получить семена резуховидки Таля. Это небольшое растение из семейства капустных стало для исследователей растений тем же, чем плодовая мушка дрозофила для биологии животных: полный цикл развития резуховидка Таля может пройти всего за 6 недель. С тех пор на орбите вырастили немало культур, от салата до пшеницы, но эти урожаи в лучшем случае становятся приятной добавкой к пище: полностью обеспечить овощами обитателей космических станций не удастся еще долго.
Что именно мешает создать и возделывать «шесть соток» за пределами Земли? Авторы обзорной статьи в журнале Botany Letters называют несколько причин. Самая очевидная из них — микрогравитация: и на околоземной орбите, и на потенциальных планетах-колониях сила тяжести меньше привычной нам. лабая гравитация влияет на многие особенности развития организмов, и растения не исключение. В экспериментах, где одни и те же культуры высаживали на Земле и на МКС, некоторые виды на орбите заметно теряли во вкусе и питательности.
На закрытых станциях есть и другая проблема — нарушения конвекции (теплообмена), которые возникают, если замкнутое пространство плохо вентилируется. При этом вокруг растения накапливаются летучие органические вещества, способные затормозить его рост.
Не стоит забывать и о радиации. Наблюдения показывают, что постоянное излучение может вызывать повреждения ДНК и мутации, а также влияет на уровень экспрессии генов.
Говоря об «огородах» на космических станциях, ученые настроены скорее оптимистично: большую часть этих проблем можно решить, если изучить, какие условия нужны растениям и какие виды лучше всего переносят отсутствие привычной среды.
Сложнее придется будущим колонистам других планет, ведь «почва» новых миров может преподнести много неприятных сюрпризов.
Наша земная почва, дающая жизнь растениям, — это сложная система, где одинаково важны и минералы, и органика. На Марсе, например, ситуация совсем другая. Поверхность Красной планеты покрыта реголитом — мелким песком и пылью, которые образуются, когда скальные породы разрушаются из-за ветра, колебаний температуры и ударов метеоритов. Эта пыль не просто безжизненна, для растений она опасна: в ней содержатся токсичные соединения, в том числе перхлораты — соли хлорной кислоты.
Китайские ученые выяснили, как похожая концентрация перхлоратов в воде отражается на нескольких видах растений: токсины заметно уменьшили и стебли, и корни. Кроме того, перхлораты накапливались в листьях, поэтому включить такие растения в рацион не получится. А еще соли хлорной кислоты не позволят заселить поверхность Марса земными бактериями, чтобы создать плодородный слой перегноя.
Возможно, от идеи огородов на марсианском реголите придется отказаться вовсе, сосредоточившись на других методах — в первую очередь на технологиях гидропоники и аэропоники.
Сегодняшние способы космического садоводства можно условно разделить на те, для которых нужен относительно плотный субстрат (скажем, почва или глина), и те, где главную роль играют вода и жидкие растворы.
Установка Vegetable Production System (Veggie), которая с 2014 года снабжает МКС свежей зеленью, ближе к первому типу.
В Veggie семена прорастают в специальных подушечках, где кальцинированная глина смешана с капсулами, в которых находятся удобрения. Полимерная оболочка капсул постепенно разрушается, вовремя выпуская очередную порцию подкормки. Конструкцию освещают зеленые, красные и синие светодиоды — во время экспериментов астронавты периодически меняют режим освещения, чтобы выяснить, что лучше всего подходит определенным растениям. В установке есть система автоматического полива при помощи капилляров, но иногда астронавты поливают орбитальный огород сами.
Немало экспериментов провели и космонавты российского сегмента МКС. С 2002 по 2011 год в автоматической оранжерее «Лада» выросли два сорта ячменя, редис, «японская капуста» мизуна, карликовая пшеница и карликовый же горох. Эти опыты показали, что многие важнейшие функции растений, например оплодотворение и формирование зародышей, в космосе не меняются.
Необходимость использовать для «грядок» почву или глину — скорее недостаток в условиях космического перелета. Твердый субстрат много весит, емкость грузовых кораблей и отсеков всегда ограничена, к тому же на станции частицы земли могут попасть в вентиляцию, а на будущих планетах-колониях подходящей почвы не найти. Поэтому исследователи всё чаще смотрят в сторону методов, в которых зелень и овощи растут в воде, — гидропоники и аэропоники.
«Огород» в жидком растворе, богатом питательными веществами, — идея далеко не новая, о таком способе писал еще Фрэнсис Бэкон в начале XVII века. С тех пор появилось множество методик садоводства без использования почвы, так что создателям космических технологий есть из чего выбирать. Например, можно держать корни в воде постоянно или использовать методику прилива-отлива, а также использовать разнообразные субстраты, удерживающие нужное количество жидкости.
Еще более перспективной может оказаться аэропоника: в этом случае корни растений находятся не в воде или субстрате, а в воздухе. Рядом установлены распылители, которые время от времени обволакивают корни легкой дымкой из крохотных капель питательного раствора. Так растения получают и питание, и достаточное количество кислорода — риск задушить урожай слоем воды намного ниже, чем в случае с классической гидропоникой. Уменьшается и риск болезни растений, так как опасные микроорганизмы часто поселяются в воде или влажном субстрате.
Гидропонику и аэропонику уже давно успешно используют на Земле. Они позволяют собирать урожаи даже в экстремальных условиях — например, в Антарктике.
Ученые из немецкого Института полярных и морских исследований им. Альфреда Вегенера уже несколько лет выращивают огурцы, помидоры, сладкий перец и зелень на антарктической станции Neumayer-Station III.
Аэропоническую теплицу обустроили в отдельном здании, и, когда метель не дает ученым добраться туда из основного строения, поливом и освещением могут дистанционно управлять их коллеги из Германии. Биологи говорят, что одна из основных задач их работы — подготовить новые методики садоводства для тестирования в космических условиях.
Еще одна находка для замкнутых систем жизнеобеспечения — антропоника, когда источником воды и удобрений для гидропонных установок становятся отходы жизнедеятельности экипажа.
Несмотря на перспективы гидропоники, среди ученых есть и сторонники садоводства на основе грунта других планет. Такие эксперименты с 2013 года идут в Нидерландах. Биологи из Вагенингенского университета выращивают овощи в искусственном грунте, максимально напоминающем по составу реголиты с поверхности Марса и Луны. «Марсианский» грунт делают из вулканического пепла и песка с Гавайев, а «лунный» — из песка пустыни в Аризоне. Чтобы повторить текстуру реголита, материал дополнительно измельчают в пыль.
Ученые собрали уже более десятка урожаев, в их продуктовой корзине помидоры, горох, редис, рожь, зеленый лук и другие растения. Первые тесты показали, что уровень токсичных тяжелых металлов в овощах не превышает допустимые нормы (впрочем, новые урожаи еще проверят много раз).
В 2017 году в марсианский образец грунта поселили червей, и они не только выжили, но и дали потомство.
Руководитель проекта Вигер Вамелинк говорит, что дождевые черви могут стать важнейшим звеном земледелия на других планетах: они обогащают почву биогумусом, а их ходы помогают воде и воздуху лучше проникать в грунт.
Каждый из этих экспериментов — маленький шаг к будущему космического садоводства, но среди ученых есть и те, кто мыслит по-крупному. Самый популярный кандидат на роль Земли 2.0 — конечно, Марс. Он находится по космическим меркам недалеко от нас, обладает запасами водяного льда и атмосферой — очень разреженной, но все-таки способной хоть немного защитить от радиации. Проекты терраформирования в основном фокусируются как раз на уплотнении атмосферы. Например, группа Джима Грина, директора отдела по изучению планет NASA, предложила окружить Красную планету оболочкой искусственного магнитного поля. Создавать его, по плану Грина, будет космический аппарат, находящийся в точке Лагранжа L1 между Солнцем и Марсом. Как именно должно работать это устройство, астрофизик не уточнил.
По словам Грина, магнитный щит «растопит» замерзший углекислый газ в ледяных шапках на полюсах Марса, это запустит парниковый эффект, и температура на планете может подняться на несколько градусов. Этого хватит, чтобы растопить часть водяного льда, а также постепенно поднять атмосферное давление, приближая Марс к земным условиям. Впрочем, в 2018 году эксперты NASA заявили, что «разогреть» Марс с помощью CO2 не выйдет — по крайней мере, при сегодняшнем уровне технологий. По словам Брюса Якоски и Кристофера Эдвардса, на Марсе не хватит углекислого газа для воплощения подобных проектов.
Еще одна смелая идея — изменить марсианскую атмосферу с помощью цианобактерий (синезеленых водорослей). В 2018 году международная группа ученых выяснила, что цианобактерии могут производить газ при очень низком уровне освещенности.
Синезеленые водоросли способны выдержать очень суровые условия, некоторые из них являются экстремофилами — возможно, какие-то из них выживут и на Марсе.
Пока терраформинг остается скорее мечтой, чем конкретной стратегией. Но авторы этих концепций сходятся во мнении: земные технологии быстро развиваются, и спустя десятилетия мы сможем говорить об освоении других планет куда конкретнее.
Автор Наталья Пелезнева
https://knife.media/space-farm/
(с.) НОЖ
Как выглядит Марс покрытый водой
Американский художник китайского происхождения Ши Вейли обучил нейросеть на земных ландшафтах и обработал с ее помощью подробную топографическую карту Марса. По мнению автора, получившееся в результате завораживающее видео «с орбиты» можно интерпретировать двояко — либо как занимательный ремикс образов двух планет, либо как гипотетический результат терраформирования Красной планеты.
Как бы выглядела луна с земной атмосферой.
Марсиформирование
Комментарий: "Столько преимуществ - сохраняется жизнь Марса, требует куда меньше межпланетных запусков, а уж насколько легче тестировать марсоходы!.."
Оригинал Рэндалла Монро, перевод мой