Освоение Венеры

[shuricos]

3) Ниже тропопаузы высотное распределение температур с хорошей точностью определяется адиабатическим распределением. Т.е. в отсутствии водяного пара сухой адиабатой:

При наличие - влажной:здесь g - ускорение свободного падения, Сp - теплоёмкость при постоянном давление, \omega - содержание паров воды, L - теплота парообразования.

Взял данные о температуре на высоте 50...55 км - там, где давление составляет 0,5...1 бар, а температура - 30...77*С.
dT/dh = (29-77)/(55-50) = -9.6, что близко к расчётному значению для СО2 = -g/Cp = -9,87.
Для насыщенного водяного пара это значение равнялось бы -2,121 по "сухой" адиабате.

Для "влажной" адиабаты добавляется знаменатель.
L = 2256
Cp = 4.187
dW = -0.1
dT = -48
Весь знаменатель = 2,122
Т.е. для влажной адиабаты dT/dh получается = -2,12 / 2,11 = 1.
Т.е. при перепаде высот в 5 км разница в температуре будет не 48 градусов, а только 5. Т.е. практически никакого изменения температуры не будет - вода будет эффективно отводить тепло из нижних слоёв в верхние.

Постепенно насыщенный водяной пар из этой зоны распространится выше и ниже, его концентрация снизится, эффективность переноса тепла тоже снизится. Но она всё равно будет намного выше, чем сейчас.

Постепенно вода распространится до нынешних границ её возможного нахождения (40-60 км).
Но наличие воды приведёт к тому, что дифференциал температуры по высоте будет в несколько раз меньше (теплоёмкость воды выше, да ещё и влияние знаменателя "влажной" адиабаты). Поэтому нижняя граница этой зоны станет прохладнее, а верхняя - теплее.
Это приведёт к тому, что вода проникнет как в более глубокие слои атмосферы (при том же давлении температура тут станет меньше, тут сможет существовать пар), так и в более высокие слои атмосферы (при том же давлении тут будет теплее, водяные облака смогут подниматься ещё выше, над ними будет ещё меньше парниковых газов, они ещё эффективнее смогут излучать своё тепло при конденсации).

[EvilShurik]

Но это тогда означает, что Давид Гринспун, со своей гипотезой существования океана на ранней Венере - неправ! На Венере, раз она стала крематорием, никогда не было достаточно воды, что бы запустился изображённый shuricos процесс.
Иначе, учитывая что в далёком прошлом Солнце светилось с мощностью 60% от нынешней, указанный процесс охлаждения атмосферы, и стабильность прохладного климата на влажной медленно вращающейся планете, сделали бы ныне Венеру двойником Земли по климату, и ДАЖЕ - что неожиданно, возможно, с более холодным климатом!
Раз этого не наблюдается, Венера, как точно установлено - крематорий, на ней никогда не было воды в количестве более метра осаждённой.

[Геральдинка]

Понятно, что внутри Венера довольно похожа на Землю, и даже снаружи тоже (разница в какие-то жалкие сотни градусов).

Понятно. А ещё там нет железа и очень много серы. Она извергается вулканами, которые расплющены по поверхности в виду сильного давления плотной атмосферы Венеры.

[shuricos]

Но это тогда означает, что Давид Гринспун, со своей гипотезой существования океана на ранней Венере - неправ! На Венере, раз она стала крематорием, никогда не было достаточно воды, что бы запустился изображённый shuricos процесс.

Ну, это не моё описание, а описание, данное в статье, ссылку на которую предоставил AlexAV.
Авторы той статьи предполагают, что в ранние периоды своего существования Венера вращалась быстрее, а потому и не смогла избежать перехода через порог разгона парникового эффекта. Они оценивают этот период в 3...3,5 млрд.лет назад.

А вода, видимо, частично была поглощена сернистым газом с образованием серной кислоты, а частично разложилась под действием ультрафиолета и рентгеновского излучения Солнца, получившийся кислород окислил, что смог, а водород был вынесен солнечным ветром.

[shuricos]

А ещё там нет железа

Там от 7 до 11% FeO:

 

[Геральдинка]

А ещё там нет железа

Там от 7 до 11% FeO:

 

Вы на Венере эту таблицу разместите? Тут совсем не давно зонд, исследовавший Меркурий стал камикадзе. Он хоть что то там исследовал. А вот с Венерой дела обстоят ещё хуже. Есть снимок, который был сделан в каком то далеком 1976 году, что ли, точно не припомню, пока зонд не расплющило. Это потом, позже был запущен другой, но уже только вращался вокруг Венеры. Исследовать планету и то толком не получается. Есть предположительный компьютером созданный рельеф планеты, но как она выглядит никто не знает. Только гипотезы и всё. Из за мощнейшего парникового эффекта там идёт кислотные дожди и что творится под слоем атмосферы не знает никто.

[Felis]

Это потом, позже был запущен другой, но уже только вращался вокруг Венеры. Исследовать планету и то толком не получается. Есть предположительный компьютером созданный рельеф планеты, но как она выглядит никто не знает. Только гипотезы и всё. Из за мощнейшего парникового эффекта там идёт кислотные дожди и что творится под слоем атмосферы не знает никто.

Исследовать не получается? Бедный Venus Express – зря летал, оказывается. Надо Акацуки тоже развернуть, пока не поздно.
Да и карты с того же Магеллана, например, все бесполезны – Есть "предположительный компьютером созданный рельеф планеты" 
Кислотные дожди какбэ тоже не от парникового эффекта. 

А вообще, плавучих городов в атмосфере венеры можно наделать ну оооочень много. Можно и не терраформировать. Во всяком случае, не раньше, чем это станет для нашей цивилизации легкой задачей.

[Diman]

Почему-то все обходят экономические аспекты стороной.
А всё-таки!
Сколько триллионов или квадриллионов долларов будет стоить терраформирование Венеры?
Бюджет всей нашей планеты такое позволит, а?

[Felis]

Почему-то все обходят экономические аспекты стороной.
А всё-таки!
Сколько триллионов или квадриллионов долларов будет стоить терраформирование Венеры?
Бюджет всей нашей планеты такое позволит, а?

Дирижабли нужны, а не терраформирование. И триллионов тогда хватит.

[recloner]

Бюджет всей нашей планеты такое позволит, а?

Будут собирать добровольные взносы. На кикстартере.

[shuricos]

А вообще, плавучих городов в атмосфере венеры можно наделать ну оооочень много. Можно и не терраформировать.

Более или менее приемлемые условия (примерно 0,5...1,5 бар давления, примерно 30...100 градусов Цельсия температуры) есть на высотах в 45...55 км. Но на этих высотах дуют страшной силы ветры - 100...200 м/с.
Болтанка там будет страшнейшая: разместить необитаемые аппараты ещё можно, но человеку там будет исключительно некомфортно.

[Felis]

А вообще, плавучих городов в атмосфере венеры можно наделать ну оооочень много. Можно и не терраформировать.

Более или менее приемлемые условия (примерно 0,5...1,5 бар давления, примерно 30...100 градусов Цельсия температуры) есть на высотах в 45...55 км. Но на этих высотах дуют страшной силы ветры - 100...200 м/с.
Болтанка там будет страшнейшая: разместить необитаемые аппараты ещё можно, но человеку там будет исключительно некомфортно.

Может, достаточно большая станция будет меньше болтаться? Да и скорость ветра != турбулентность.

[shuricos]

Сколько триллионов или квадриллионов долларов будет стоить терраформирование Венеры?

Зависит от способа терраформирования.
Вот мы тут и обсуждаем различные варианты. В первую очередь, надо оценить принципиальную возможность; затем - инженерную реализуемость; и только после этого - экономическую составляющую.

Есть несколько вариантов.

Вариант №1 - создание внепланетного экрана.
Этот вариант принципиально возможен: тень от экрана уменьшит поступление тепла на Венеру, что приведёт к её остыванию, осаждению СО2... Профит.
Этот вариант застрял на этапе инженерной проработки - солнечный ветер его будет сносить, а приливные силы Венеры и других планет - деформировать и разрывать.

Вариант №2 - создание внутриатмосферного экрана - группировки дирижаблей, летающих в атмосфере Венеры и удерживающих светоотражающий экран.
Этот вариант принципиально возможен (экран увеличит альбедо Венеры до 0,9 и даже более) и инженерно реализуем (летающие зонды летали и проектируются новые, а необходимое количество материала можно добыть на астероидах).
Но тут вопрос в экономике - сколько это будет стоить?

Вариант №3 - перемещение планеты целиком на другую орбиту.
Этот вариант тоже теоретически возможен - перемещение Венеры от Солнца на достаточно удалённую орбиту снизит поток тепла и позволит остудить Венеру.
Но тут вопрос в инженерной реализуемости. Пока у нас нет таких технологий.

Вариант №4 - охлаждение Венеры ядерной или астероидной зимой.
Предполагалось, что серия крупных взрывов, вызванных термоядерными бомбами, посланными с Земли, или астероидами, направленными на столкновение с Венерой, может поднять в стратосферу Венеры большое количество материала, который увеличит альбедо планеты и позволит ей остыть.
Тут есть сомнения в принципиальной возможности такого эффекта, ведь Венере потребуется много лет, чтобы остыть. А эффект ядерной зимы длится несколько месяцев.
К тому же, не понятно - как отводить тепло из самых горячих - нижних слоёв атмосферы.

Вариант №5 - перемещение атмосферы с Венеры на Марс.
Принципиально, такая операция могла бы помочь снизить парниковый эффект на Венере и создать его на Марсе.
Но как это реализовать инженерно - не ясно.

Но все вышеназванные варианты страдают одним недостатком - ни один из них, даже если реализуется, не превратит Венеру в цветущую планету. Просто потому, что там не будет воды. Т.е. в любом случае придётся искать способ доставки на Венеру воды в геологически значимых масштабах. С инженерной точки зрения наиболее перспективным видится вариант доставки к Венере ледяных астероидов (для этого есть несколько вариантов - начиная от ядерного ионного двигателя, заканчивая солнечным парусом).

Отсюда и шестой, наиболее интересный с экономической точки зрения, вариант.
Если всё равно придётся доставлять на Венеру воду, то можно ли остудить планету этой же водой, не затрачивая средства на дополнительные мероприятия по охлаждению?
С экономической точки зрения этот вариант - наиболее оптимальный. Пока оставим вопрос о "подъёмности" его стоимости для нашей цивилизации, пока удовлетворимся тем, что он - наиболее выгодный из всех.
С инженерной точки зрения он тоже возможен (см. выше о перемещении ледяных астероидов).
Остался вопрос принципиальной возможности охлаждения Венеры водой астероидов.

[shuricos]

Сколько триллионов или квадриллионов долларов будет стоить терраформирование Венеры?

Кстати, если шестой вариант, о котором я написал выше, действительно работоспособен, то сама по себе процедура терраформирования Венеры может стоить (sic!) менее 1 млрд.долл!

Проект Dawn обошёлся в полмиллиарда в ценах десятилетней давности.
Аналогичный аппарат, но имеющий иную целевую нагрузку и "заточенный" под другие задачи, мог бы выйти примерно на ту же гелиоцентрическую орбиту (большая полуось - 3 а.е.) и собственной гравитацией, силой собственных двигателей или давлением развёрнутого солнечного паруса мог бы изменить траекторию какого-либо небольшого астероида (диаметром несколько десятков метров) таким образом, чтобы этот небольшой астероид через несколько лет столкнулся с другим астероидом, более крупных размеров (несколько километров); а тот, в свою очередь, столкнулся с ещё более крупным астероидом - диаметром в пару сотен километров. Результатом такой многоходовки, растянувшейся на несколько десятков лет, должно быть изменение орбиты большого ледяного астероида таким образом, который отправил бы его на столкновение с Венерой.

Конечно, так считать - не правильно.
Этой миссии предшествовали бы годы подсчётов, а потом - годы ожидания подходящего сочетания положений различных астероидов.
А до того - несколько различных АМС должны были бы досконально изучить пояс астероидов, чтобы можно было выбрать не только тот большой астероид, который обрушится на Венеру, но и все другие астероиды меньшего размера, которые примут участие в этой многоходовке.
А ещё сюда надо добавить стоимость работы астрономов, которые будут отслеживать астероиды, каталогизировать их и следить за их траекториями до и после начала операции.
А ещё раньше нужно будет отправить ещё несколько аппаратов к Венере, чтобы досконально изучить её атмосферу, поверхность и недра, чтобы учитывать это в расчётах будущего климата.

Всего стоимость миссии может сравниться со стоимостью лунной программы США. Но результат от этих двух программ  будет несравним! Терраформирование Венеры - это не флаговтык; это - на миллионы лет вперёд.

[shuricos]

В связи с вопросом о добавлении воды в атмосферу Венеры возникает другой вопрос - что будет с сернистым газом SO2, составляющим сегодня 0.017% массы атмосферы Венеры?
Это очень лёгкий газ с низкой температурой кипения, поэтому в атмосфере Венеры он в основном находится выше тропосферы.

Если добавить воды, то часть её будет в верхних слоях атмосферы диссоциировать с образованием водорода и кислорода.
Кислород под действием солнечного излучения будет образовывать с SO2  серный ангидрит SO3, который, в свою очередь, будет активно вступать в реакцию с водой, образовывая серную кислоту H2SO4 и выделять много теплоты.

 Это неплохо, т.к. повышение концентрации серной кислоты приведёт к более интенсивному выпадению кислотных дождей. Температура кипения серной кислоты намного выше, чем у воды, поэтому капли будут проникать в более глубокие слои атмосферы. Причём, т.к. серная кислота очень гигроскопична, то она будет туда же увлекать и часть воды, что ещё более усилит эффект повышения конвекции в атмосфере Венеры.

А когда атмосфера остынет и капли серной кислоты начнут достигать поверхности, тогда серная кислота начнёт реагировать с имеющимися там оксидами железа и магния, образовывая сульфиды и воду. Т.е. кислота будет нейтрализована.

Но есть одна беда.
SO2 хорошо поглощает ультрафиолет, уменьшая нагрев Венеры. Нежелательно чрезмерное удаление SO2.

[ВадимZero]

Предполагалось, что серия крупных взрывов, вызванных термоядерными бомбами, посланными с Земли, или астероидами, направленными на столкновение с Венерой, может поднять в стратосферу Венеры большое количество материала, который увеличит альбедо планеты и позволит ей остыть.

Охлаждающий эффект аэрозолей связан не с увеличением альбедо. Наоборот взвеси увеличивают поглощение коротковолновой радиации понижая альбедо.

[shuricos]

Я полагал, что частицы породы, попавшие в высокие слои атмосферы, будут способствовать конденсации газов и паров, что усилит образование облаков, отражающих свет.

Впрочем, даже если взвесь не отражает, а поглощает свет, в этом случае всё равно может быть получен выигрыш - ИК излучению проще вырваться через разреженные километры стратосферы, чем через гущу парниковых газов тропосферы.

[AlexAV]

dW = -0.1
dT = -48
Весь знаменатель = 2,122

Что за чушь.   Так это не считают. Производная dw/dT рассчитывается из уравнения фазового равновесия водяного пара в каждой точке при решение дифференциального уравнения в постановке краевой задачи. Ответ будет совершенно другой.

Но это тогда означает, что Давид Гринспун, со своей гипотезой существования океана на ранней Венере - неправ!

Тут два варианта. Первый - Венера потеряла воду очень рано. Вероятно из-за взаимодействия с железом ранней коры. Скажем Ушаков и Сорокин пишут, что Земля по этому механизму потеряла приблизительно половину первоначальной воды.  Если на Венере исходно воды было всего в два раза меньше (что весьма ожидаемо, она ближе к Солнцу), то не осталось бы ничего. Ну либо она действительно вращалась существенно быстрее (правда куда при этом делся кислород от диссоциации воды тоже надо как-то объяснять, т.е. опять привлекать восстановительный характер поверхности, т.е. тоже самое железо).

А вот с Венерой дела обстоят ещё хуже.

Вообще-то это данные вполне конкретных аппаратов. Не подробная геологическая карта конечно, но всё же представление даёт. Те составы, которые они дали - похожи на земные основные и отчасти ультраосновные (очень много магния) магматические породы вроде базальтов или, возможно, дунитов. И это вполне ожидаемо. А кто-то ожидал там найти что-то сильно другое?

 

Впрочем, даже если взвесь не отражает, а поглощает свет, в этом случае всё равно может быть получен выигрыш - ИК излучению проще вырваться через разреженные километры стратосферы, чем через гущу парниковых газов тропосферы.

Влияние дисперсной пыли и аэрозолей в стратосфере сложное. С одной стороны она задерживает свет, а с другой задерживает ИК излучение от планеты и усиливает парниковый эффект. Т.е. эти облака могут как охлаждать, так и греть (в зависимости от размера фракции пыли и её состава). Для вулканической пыли на земле баланс этих вкладов слабоотрицательный, т.е. они слегка охлаждают, но если ориентироваться на палеонтологические данные - то очень слабо, т.е. не более нескольких градусов при самых сильных извержениях супервулканов вроде Тобы.

А например высотные облака вроде серебристых вообще греют (им кстати принадлежит одна из ключевых ролей в развитие саморазгоняющегося парникового эффекта и именно поэтому содержание стратосферной воды является таким важным показателем).

[AlexAV]

Вариант №1 - создание внепланетного экрана.
Этот вариант принципиально возможен: тень от экрана уменьшит поступление тепла на Венеру, что приведёт к её остыванию, осаждению СО2... Профит.
Этот вариант застрял на этапе инженерной проработки - солнечный ветер его будет сносить, а приливные силы Венеры и других планет - деформировать и разрывать.

Гигантомания - зло. Не нужен один сплошной экран, а нужно много маленьких (каждый модуль совершенно независимый), размещённых в окрестности L1 и управляемых давлением солнечного света по принципу солнечного паруса (скажем через дифференциальное изменение отражающей способности поверхности).

Тут есть сомнения в принципиальной возможности такого эффекта, ведь Венере потребуется много лет, чтобы остыть.

Здесь есть сомнения что этот эффект вообще будет иметь место и сколько-ко нибудь значительно скажется на температуре на поверхности.

Вариант №3 - перемещение планеты целиком на другую орбиту.

Вариант №4 - охлаждение Венеры ядерной или астероидной зимой.

Эти варианты технически практически нереализуемы.

Если всё равно придётся доставлять на Венеру воду

Вода в любом случае нужна. В независимости от метода первичного охлаждения.

Остался вопрос принципиальной возможности охлаждения Венеры водой астероидов.

Учитывая данные 1D расчётов по порогам развития необратимого парникового эффекта -  скорее нет. Т.е. при инсоляции имеющей место на орбите Венеры и однородной по планете облачности вода на поверхности не пересекает линию конденсации ни при каком её содержание в атмосфере. А механизм, который может обеспечить стабильный землеподобный климат (и который появляется в 3D моделях) - принципиально трёхмерный. Т.е. для его работы нужны не просто облака с высоким альбедо, но и то чтобы эти облака были только днём, а ночь была ясной. А стабилизация в таком режиме возможна только для уже холодной планеты с жидкой водой на поверхности.

Т.е. влажная Венера получается системой с двумя устойчивыми положениями равновесия. Первое - раскалённый крематорий. Второе - прохладная земля. Если просто набросать воду туда, то естественно  планета окажется в первом из этих двух состояний и сама из него не выйдет. Поэтому и нужно будет охлаждать, чтобы переключить климатическую систему из одного устойчивого положения (нам неинтересного) в другое.

[Skipper_NORTON]

Аналогичный аппарат, но имеющий иную целевую нагрузку и "заточенный" под другие задачи, мог бы выйти примерно на ту же гелиоцентрическую орбиту (большая полуось - 3 а.е.) и собственной гравитацией, силой собственных двигателей или давлением развёрнутого солнечного паруса мог бы изменить траекторию какого-либо небольшого астероида (диаметром несколько десятков метров) таким образом, чтобы этот небольшой астероид через несколько лет столкнулся с другим астероидом, более крупных размеров (несколько километров); а тот, в свою очередь, столкнулся с ещё более крупным астероидом - диаметром в пару сотен километров. Результатом такой многоходовки, растянувшейся на несколько десятков лет, должно быть изменение орбиты большого ледяного астероида таким образом, который отправил бы его на столкновение с Венерой

Значит, осталось дело за малым - направить ледяной астероид размером в 100-200 км, и стокнуть его с Венерой. Далее появившаяся вода будет постепенно терраформировать и  охлаждать Венеру, а если заселить водоросли, они будут вырабатывать кислород.  Какие энергетические затраты надо понести, чтобы изменить орбиту 100-километрового ледяного астероида?  Это же масса будет порядка  1000 000  гигатонн, если существует такой астероид, который пролетает по орбите внутрь орбиты Венеры, тогда энергетические затраты будут меньше, если же надо сдвигать орбиту астероида, который летает между Марсом и Юпитером, то подобную цепочку, может быть и невозможно будет найти.