Освоение Венеры

[AlexAV]

Значит если бы была приливно синхронизированной, то можно было бы двигать ещё ближе? Кстати, это как то влияет на предполагаемую зону жизни у красных карликов? В смысле, насколько интересно, если грубо хотя бы округлить могла быть планета максимально близко к звезде, но с водой в жидком состоянии и пригодная для жизни?

Конкретные цифры зависят от спектра звезды и периода обращения вокруг звезды. Но в любом случае зона жизни расширяется очень сильно. Кое-какие данные для для приливно-захваченных планет у К- и M-звёзд приведены здесь: http://home.uchicago.edu/~junyang28/Papers/Yang_Cowan_Abbot_Clouds_HZ_ApJL_2013.pdf

[stuuvi]

Конкретные цифры зависят от спектра звезды и периода обращения вокруг звезды. Но в любом случае зона жизни расширяется очень сильно. Кое-какие данные для для приливно-захваченных планет у К- и M-звёзд приведены здесь: http://home.uchicago.edu/~junyang28/Papers/Yang_Cowan_Abbot_Clouds_HZ_ApJL_2013.pdf

Идею в общем понял, облака скапливаются на стороне обращенной к солнцу и тем самым повышают альбедо планеты. Поэтому там прохладнее, чем если бы она вращалась.

[shuricos]

Если планету терраформируют целенаправлено, то альбедо можно повысить и не за счёт облаков, а обеспечением высокого альбедо самой поверхности.

[AlexAV]

сли планету терраформируют целенаправлено, то альбедо можно повысить и не за счёт облаков, а обеспечением высокого альбедо самой поверхности.

Облачный слой - наиболее естественный и простой. Да собственно и предложить другой (совместимый с жизнью и естественным образом встроенный в геохимический цикл) видимо вообще невозможно.

[stuuvi]

Конкретные цифры зависят от спектра звезды и периода обращения вокруг звезды. Но в любом случае зона жизни расширяется очень сильно.

Как я понял лучший вариант если планета расположена близко к Солнцу - если на ней высокое давление, она приливно синхронизирована и покрыта океаном чуть более чем полностью? Имею ввиду если сдвигать ближе к Солнцу? Так?

[AlexAV]

Как я понял лучший вариант если планета расположена близко к Солнцу - если на ней высокое давление, она приливно синхронизирована и покрыта океаном чуть более чем полностью?

Где-то так. Правда с океаном не всё так однозначно. Связывание углекислого газа литосферой более интенсивно идёт на суше (но при наличие жидкой воды), в океане медленнее. А низкая концентрация углекислого газа - дополнительный стабилизирующий фактор (у водяного пара есть окно в ИК-спектре, которое как раз углекислым газом и перекрывается). Поэтому скорее не сплошной океан, а просто большой с оптимальным соотношением площади воды и суши.

[shuricos]

А если всё-таки завезти на Венеру воду до её остывания, то сможет ли эта вода способствовать остыванию атмосферы?
Я проверил по фазовой диаграмме воды и по данным о давлении и температуре на разной высоте на Венере, у меня получилось, что жидкая вода может существовать на высотах от 40 км (3.5 атм, 145°С) до почти 60 км (0.23 атм, 0°С).

Т.е. капли дождя будут испаряться на уровне 35...40 км, т.е. в гуще парниковых газов, а конденсироваться пар будет на высоте около 60 км, т.е. выше основной массы парниковых газов. Т.е. мы улучшим перенос тепла не за счёт излучения, а за счёт конвекции - в верхних слоях атмосферы вода легко будет излучать тепло в космос (ведь 99% атмосферы, т.е. как раз парниковых газов, Венеры останутся ниже этого уровня).

Из-за сильного вращения атмосферы водяной пар будет силой Кориолиса вытесняться к полюсам, где облачный покров более эффективно отражает солнечный свет. Это дополнительно улучшит охлаждение планеты.

Чем больше воды, тем сильнее получится тепловой перенос. Но и давление в нижних слоях атмосферы возрастёт, что позволит жидкой воде существовать на бОльших глубинах, т.е. капли дождя будут проникать ещё ниже, т.е. ещё эффективнее переносить тепло.

[shuricos]

Давление на уровне поверхности Венеры составляет 92 атм.
При таком давлении вода закипает при температуре примерно 300^оС.
Сейчас температура там составляет примерно 460^оС.
Т.е. для появления на поверхности Венеры жидкой воды температуру надо снизить примерно на 160 градусов.

Масса атмосферы Венеры - 4,8*10²⁰ кг.
Теплоёмкость СО₂ при характерных для Венеры температурах составляет примерно 1 кДж/(кг*К).
Т.е. чтобы снизить температуру атмосферы на 160 градусов, придётся отвести 768*10²⁰ кДж тепла.
Если для этого использовать перенос тепла водой с перепадом температуры на 100 градусов (от примерно 140^оС при давлении 3,5 атм. до 40^оС при давлении 0,5 атм), то (при теплоёмкости воды в 4,2 кДж/(кг*К)) потребуется 1,83*10²⁰ кг воды. Но понятно, что одна и та же вода будет совершать эту работу многократно - испарилась, конденсировалась, снова испарилась. Поэтому реально воды потребуется значительно меньше.

На Земле вода в атмосфере полностью обновляется примерно 1 раз в 10 дней. Если такой же период сохранится на Венере, то за 100 лет каждый литр воды совершит примерно 3650 оборотов.
Т.е. потребуется уже не 1,83*10²⁰ кг воды, а 5*10¹⁶ кг, т.е. 50 тыс.куб.км воды. Это шар воды диаметром 46 км. Не такой уж и большой астероид получается. Если всю эту воду равномерно распределить по поверхности Венеры, то глубина получится всего 11 см.

[AlexAV]

А если всё-таки завезти на Венеру воду до её остывания, то сможет ли эта вода способствовать остыванию атмосферы?

Нельзя. Точнее завести то можно, но в этом случае она никогда сама по себе не остынет. Давление при такой операции подскочит до 350 атм, а температура до 750 градусов. Естественно ничего здесь сконденсироваться не сможет.

Для того чтобы переключить планету из состояния такого крематория в состояние пригодное для жизни ещё потребуется экран от солнца (временный, пока вода не конденсируется, а большая часть углекислого газа не свяжется литосферой).

[shuricos]

Кстати, интересные эффекты могут начать появляться даже раньше.

Если снизить температуру атмосферы на 80 градусов, то на высоте 60...65 км температура упадёт до -100...-110*С. При имеющемся там давлении в 0,1...0,2 атм, газообразный СО2 начнёт кристаллизоваться - т.е. начнёт образовываться СО2-снег. Он далеко не улетит - уже на высоте ниже 60 км он будет превращаться обратно в газ, т.е. фактически это будут облака СО2.

Разумеется, что эти облака существенно повысят альбедо.

[shuricos]

Не понял, с чего давление должно подняться до 350 атм?
11 см воды = 0.01 атм.

[AlexAV]

Не понял, с чего давление должно подняться до 350 атм?
11 см воды = 0.01 атм.

350 атм - это если закинуть туда весь земной океан. А эффективного слоя в 11 см там вообще никто не заметит. Точнее увеличение количества воды в таком пределе только несколько повысит температуру (водяные пары перекрывают окно прозрачности углекислого газа в атмосфере Венеры, играя таким образом роль своеобразного клапана не выпускающего тепло с поверхности, а увеличение количества воды в 5 раз от современного перекроет это окно ещё плотнее).

[AlexAV]

Вообще задача постройки щита в техническом плане проще доставки целого океана воды. Поэтому я бы не стал делать из этого такой уж гигантской проблемы.

[shuricos]

эффективного слоя в 11 см там вообще никто не заметит

Тут бы провести моделирование, расчёты!

Целый океан - много.
Нынешнего количества воды - мало.
Но наверняка может оказаться некая концентрация воды, которая обеспечивала бы превышение охлаждающего эффекта (за счёт повышения альбедо и за счёт конвективного переноса тепла из глубины тропосферы) над парниковым эффектом.

[AlexAV]

Но наверняка может оказаться некая концентрация воды, которая обеспечивала бы превышение охлаждающего эффекта (за счёт повышения альбедо и за счёт конвективного переноса тепла из глубины тропосферы) над парниковым эффектом.

Альбедо современной Венеры и так близок к предельному возможному. Чтобы охладить - нужно снижать парниковый эффект. А водяной пар в плотной углекислой атмосфере его не снижает, а повышает (перекрывая окно прозрачности).

Тут бы провести моделирование, расчёты!

У меня где-то текст диссертации на эту тему лежал. Там автор обосновывает, что именно следы водяного пара и обеспечивают столь высокую температуру на поверхности Венеры (за счёт закрытия окна прозрачности плотной углекислой атмосферы). Если добавить ещё чуть-чуть - это только увеличит парниковый эффект (т.к. перекроет это окно ещё плотнее).

[shuricos]

Вообще задача постройки щита в техническом плане проще доставки целого океана воды. Поэтому я бы не стал делать из этого такой уж гигантской проблемы.

Даже если мы предварительно остудим планету, то Океан воды всё равно будет нужен - как без него?

Допустим, мы построили экран и ждём остывания Венеры.
Через какое-то время атмосфера Венеры остынет на 430 (!) градусов, температура у поверхности снизится до 31*С, при нынешнем давлении в 93 бар, СО2 станет здесь конденсироваться, появятся озёра и реки из жидкого углекислого газа. СО2 будет конденсироваться до тех пор, пока давление у поверхности не снизится до 73 бар - тогда установится равновесие: количество испаряющегося СО2 будет равно количеству конденсирующегося СО2.

Если не убирать экран, то температура на Венере будет постепенно падать.
Когда температура упадёт до 20 градусов Цельсия, давление снизится до 60 бар.
При 10*С - 45 бар.
При 0*С - 35 бар. Давление останется ещё слишком высоким - как на глубине 350 метров под водой, его не всякая подводная лодка выдержит.

С дальнейшим охлаждением всё больше СО2 будет переходить в жидкое состояние, масса атмосферы будет снижаться, а атмосферное давление, соответственно, падать:
- при -20*С - 20 бар,
- при -40*С - 10 бар
- при -56,4*С давление снизится до 5,11 бар, азот будет составлять примерно половину в остаточной атмосфере на этом этапе.  Это тройная точка СО2 - при дальнейшем понижении температуры жидкий СО2 образовываться не будет, планета превратится в шарик льда-СО2.
- при температуре -65*С почти весь СО2 из атмосферы вымерзнет, останется только 3 бар азота.
Весь СО2 превратится в 311 млн.куб.км. льда. (вся поверхность Венеры покроется льдом-СО2 глубиной 677 метров).

И что делать с такой планетой?

[VALStar]

Углекислый газ раз в 50 охотнее растворяется в воде. По сравнению с кислородом.  Можно ли учесть это в расчетах?

[AlexAV]

Даже если мы предварительно остудим планету, то Океан воды всё равно будет нужен - как без него?

Безусловно.

И что делать с такой планетой?

Такая планета нам неинтересна. Поэтому делаем по-другому.

1) Доставляем воду.
2) Строим щит, который снизит температуру до около 300С. Далее на планете начинает выпадать жидкая вода и начинается интенсивная реакция углекислого газа с породой типа:

К2О • А12О3 • 6SiO2 + 2Н2О + СО2 = К2СО3 + 4SiO2 + А12О3 • 2SiO2 • 2Н2О

И прочие подобные реакции с превращением силикатов в карбонаты. При +300 и с углекислым газом под давлением они будут идти довольно быстро.

На выходе у нас остаётся чисто азотная атмосфера и огромное количество смеси карбонатов и песка на поверхности.
3) Остужаем планету до 0С. Вода при этом полностью конденсируется в океаны.
4) Щит разбираем. Он больше не нужен. Дальше планета может поддерживать приемлемый климат сама геологически долго (миллиарды лет).

Как-то так.

[vagabond]

Я-таки щит бы не разбирал, а сделал его с "окнами", которые можно закрывать и открывать, регулируя освещенность. Мало ли чего?

[AlexAV]

Я-таки щит бы не разбирал, а сделал его с "окнами", которые можно закрывать и открывать, регулируя освещенность. Мало ли чего?

Щит ведь это дорого и требует постоянного обслуживания. По большей части хорош только как временная мера.

А что касается "мало ли что"... Любое терраформирование должно начинаться с детального климатического моделирования на основании которого и должны подбираться оптимальные целевые параметры атмосферы и гидросферы (из критерия устойчивости климатической системы на геологических масштабах времени). И при правильном подходе и точных моделях это "мало ли что" можно исключить.