Освоение Венеры

[Ремвер]

Напомните, пожалуйста, к чему стремимся. Какие характеристики атмосферы должны получиться в итоге. Допустим, будет создан глобальный океан на 50-60% поверхности, три континента - Иштар в северном полушарии, Афродита вдоль тропической и экваториальной зоны и Лада в южном полушарии. Период вращения останется тот же - солнечные сутки в районе 4 месяцев. Интересует:
Плотность атмосферы на уровне моря
Химический состав
Температура и её градиент в высотой
Разброс температуры между экватором и полюсами, а также дневной и ночной стороной
Тип атмосферной циркуляции.

[AlexAV]

Да, но компенсирует ли меньшая характеристическая скорость тех негативных особенностей, которые связаны с объектами пояса Койпера?

С поясом астероидов ведь есть ещё одна проблема - там очень мало воды. Точнее единственный крупный её депозит, который известен - эта Церера (по существующим оценкам 23-28% её массы). Да и сам Главный пояс очень маленький, его совокупная масса 3 10²¹ кг (причём 1/3 её приходится всего на одно тело - Цереру), при том что масса земного океана - 1,3 10²¹ кг. Т.е. нужного количества воды там просто нет.

Вот в поясе Койпера - вопрос другой, там вода вообще самое распространённое вещество.

Кроме того, низкие ХС (особенно по траекториям с дополнительным гравитационном манёвром вокруг планет-гигантов) открывают интересные возможности. Можно скажем использовать энергию вращения тел (т.е. по сути на теле строится космический лифт, который можно использовать как пращу для для запуска).

[AlexAV]

Плотность атмосферы на уровне моря

Современное количество азота в атмосфере Венеры соответствует давлению в 3,2 атм. Поскольку деться ему некуда, то это и будет конечным давлением (строго говоря несколько больше, т.к. ещё добавится какое-то количество кислорода).

Химический состав

Землеподобный. Азот, кислород (в количестве определяемым геохимическим равновесием, точную цифру назвать тяжело но при парциальном давление азота 3,2 атм - гарантированно больше чем на земле по парциальному давлению), малая примесь прочих газов.

Температура и её градиент в высотой

Средняя температура при таком давление - +20 С. Высотный градиент в тропосфере как для любой плотной парниковой атмосферы - адиабатический (с учётом близкого ускорения свободного падения - практически такой же как на Земле).

Разброс температуры между экватором и полюсами, а также дневной и ночной стороной

Сложно сказать, есть расчёт для давления в 1 бар (средняя планетарная - +9С) - там получалось +12 - +15 днём, 0 - -13 ночью (в зависимости от удаления от океана). При 3,2 бар средняя планетарная несколько выше (вместо +9 будет +20), а разница ночной и дневной ниже. Скорее всего +25 - +30 днём - + 10 ночью (но это предположение, точного расчёта я не видел).

Тип атмосферной циркуляции.

С одной циркуляционной ячейкой. В сущности гигантский циклон на дневной стороне и гигантский антициклон на ночной.

[stuuvi]

Сложно сказать, есть расчёт для давления в 1 бар (средняя планетарная - +9С) - там получалось +12 - +15 днём, 0 - -13 ночью (в зависимости от удаления от океана). При 3,2 бар средняя планетарная несколько выше (вместо +9 будет +20), а разница ночной и дневной ниже. Скорее всего +25 - +30 днём - + 10 ночью (но это предположение, точного расчёта я не видел).

Тогда снега видимо не будет. Прохладно и сухо выходит на ночной стороне, но жить вполне можно.

[shuricos]

Землеподобный. Азот, кислород (в количестве определяемым геохимическим равновесием, точную цифру назвать тяжело но при парциальном давление азота 3,2 атм - гарантированно больше чем на земле по парциальному давлению)

Чуть-чуть не хватит до превращения азота в наркотик (нужно 4...6 бар). Впрочем, некоторые, наиболее чувствительные к действию азота, люди будут постоянно подшофе.

Ещё проблема - при большом давлении кислород становится ядом. Концентрацию придётся подбирать очень внимательно.
Кстати, где взять столько кислорода? Биологическим путём - за сотни миллионов лет, как на Земле?

масса земного океана - 1,3 1021 кг. Т.е. нужного количества воды там просто нет

А зачем нам целый земной океан?
В климатических моделях-то фигурируют цифры от всего  1 до 500 метров.

С одной циркуляционной ячейкой. В сущности гигантский циклон на дневной стороне и гигантский антициклон на ночной.

Это точно? Или предположение?
Мне представляется, что тут более вероятно сохранение имеющейся циркуляции со сплошным экваториальным потоком, идущим в противоход вращению планеты, плюс два противоположно направленных потока по бокам от него.

[AlexAV]

Ещё проблема - при большом давлении кислород становится ядом. Концентрацию придётся подбирать очень внимательно.

В атмосфере Земли через систему отрицательных обратных связей содержание кислорода довольно точно поддерживается в окрестности 20% (0,2 бар) в течение всего фанерозоя. Очевидно аналогичный механизм будет иметь место и на терраформированной Венере. Поскольку большее количество фонового газа будет несколько снижать окислительную активность атмосферы (хотя не во всех случаях, количество кислорода растворенного в воде и её Red/Ox потенциал никак от содержания азота не зависят, а только от парциального давления кислорода), то равновесное парциальное давление кислорода там будет несколько выше, чем на Земле. С другой стороны окислительная активность атмосферы с 20% кислорода при давление 4 атм очевидно сильно выше чем при давление 1 атм. Соответственно столько кислорода тоже точно не будет. Соответственно можно предположить, что парциальное давление кислорода будет заключено в границах 0.2 бар < P < 0.8 бар. Причём скорее ближе к нижней границе (т.к. часть стока, особенно связанного с кислородом растворённым в воде, от содержания азота никак не зависит и будет линейно расти с ростом парциального давления кислорода). С учётом, что негативное влияние на человека оказывает парциальное давление кислорода только >0.5 бар (а резкая токсичность при 1,4 бар), существует достаточно высокая вероятность, что никаких проблем по этой части всё же не возникнет.

Кстати, где взять столько кислорода? Биологическим путём - за сотни миллионов лет, как на Земле?

Да собственно никаких других альтернатив и нет. Сколько это займёт времени - на самом деле вопрос. Если ориентироваться на современные геохимические потоки кислорода:



И принять, что сток пропорционален парциальному давлению и при низких парциальных давлениях мал, то накопление количества кислорода обеспечивающего парциальное давление в 0,2 бар (10¹⁸ кг) потребует порядка 4 - 5 млн. лет.

Некоторую проблему здесь правда представляет гигантское количество сидерита, которое будет выщелочено при связывание углекислого газа. В присутствии избытка углекислого газа он легко переходит в раствор в виде гидрокарбоната и столь же легко окисляется. Т.е.

4Fe(HCO3)2 + O2 + 2H2O = 4Fe(OH)3 + 4CO2

Если этот сидерит будет захоронен так, что не сможет участвовать в процессах растворения и окисления такого рода - то достаточно будет просто накопить кислород в атмосфере, если нет - то гигантское количество кислорода будет уходить на его окисление и процесс сильно затянется (до тех пор пока весь доступный для этих процессов сидерит не будет окислен - кислород в атмосфере вообще накапливаться не сможет).

[AlexAV]

А зачем нам целый земной океан?
В климатических моделях-то фигурируют цифры от всего  1 до 500 метров.

На гидратацию минералов литосферы. Если посмотреть на Землю, то в литосфере содержится около 2,176 10²¹ кг воды, из них только 1,372 10²¹ кг в океанах - остальное преимущественно в виде кристаллогидратов. Т.е. на образование гидратированных минералов ушла практически половина того объёма воды, которое есть сейчас в мировом океане. Если воды будет мало, то она вся израсходуется на образование чего-то такого:



И жидкой воды просто не останется.

Это точно? Или предположение?
Мне представляется, что тут более вероятно сохранение имеющейся циркуляции со сплошным экваториальным потоком, идущим в противоход вращению планеты, плюс два противоположно направленных потока по бокам от него.

Точно. Причём сейчас там всё точно также. Вот структура ветров в нижней тропосфере на современной Венере:

Обычное картина области низкого давления в подсолнечной точке и высокого в диаметрально противоположной.

со сплошным экваториальным потоком, идущим в противоход вращению планеты, плюс два противоположно направленных потока по бокам от него.

Этот поток имеет место в верхней атмосфере от 30 км и выше. Скорее он тоже сохранятся, но ветра в стратосфере и мезосфере на климат влияют мало. А циркуляция в нижней тропосфере именно одноячейчатая с областью низкого давления в подсолнечной точке и высокого в противоположной.

[shuricos]

Нет, вариант с забрасыванием льда из пояса Койпера "космической пращой" не подходит.
Если мы хотим забросить 10^21 кг воды (это чуть больше , чем объём, поглощённый земным грунтом) и будем забрасывать по 1 куб.км в минуту, то нам понадобится 1800 лет непрерывной работы! Нет, надо действовать иначе!

Вариант с космической пращой неплох: даже современные технологии позволяют создать космический лифт на теле с размерами Цереры (1000 км в поперечнике), а небольшая потребная ХС позволяет использовать этот лифт как пращу.

Но надо пращой глыбы не к Венере посылать, а использовать их для торможения более крупного тела. Чтобы глыбу направить на нужное тело, можно использовать грав.манёвр возле Нептуна. Нептун может сообщить телу скорость 16 км/с, т.е. глыбу можно развернуть против направления общего хода планет.

[shuricos]

4...5 млн.лет до образования кислородной атмосферы - запредельно долго!
Надо искать иные варианты!

[Ремвер]

Что будет с углекислым газом? Весь ли он уйдёт в карбонатные породы, или часть нужно будет увозить на Марс? Сколько его уйдёт в биогенный углерод (древесина, раковины моллюсков и т.д.)? Можно ли получать кислород из углекислоты абиогенным путём?

[EvilShurik]

Во-первых, на Венере не может быть сидерита! Всё железо в литосфере Венеры сильно окислено, до степени окисления +3. Потому что атмосфера Венеры сейчас - окислительная! И, кстати, кислорода в современной атмосфере Венеры содержится в абсолютном количестве столько же, сколько и на Земле! Читайте соответствующие данные по составу венерианской атмосферы.
Поэтому механизм связывания углекислого газа может быть только в кальциты и доломиты. Сидеритов не будет - всё железо окислено до максимально возможного уровня.
При насыщении атмосферы Венеры водой и её охлаждении, углекислота будет связываться с породами литосферы до тех пор, пока не останется примерно такой состав газа: азот 3,2 атмосферы, и кислород 0,2 атмосферы (останется тот что был - ему нечего окислять), и ещё немного инертных газов типа аргона и других. Их, кстати, на Венере в атмосфере больше, чем на Земле, из-за более далеко зашедшей дегазации литосферы.

[shuricos]

кислорода в современной атмосфере Венеры содержится в абсолютном количестве столько же, сколько и на Земле!

Да ну?

Углекислый газ   CO2   96,5 %
Азот   N2   3,5 %
Сернистый газ   SO2   150 ppm
Аргон   Ar   70 ppm
Водяной пар   H2O   20 ppm
Угарный газ   CO   17 ppm
Гелий   He   12 ppm
Неон   Ne   7 ppm
Хлороводород   HCl   0.1—0.6 ppm
Фтороводород   HF   0.001—0.005 ppm

[EvilShurik]

Мне попадались данные, по результатам КА "Венеры", что содержание молекулярного кислорода в атмосфере Венеры около 0,2%. Почему их нет на страничке Вики не знаю.

[shuricos]

Может, это только в верхних слоях, где СО2 диссоциирует на угарный газ и кислород?

[Skipper_NORTON]

Важный вопрос - сколько процентов в атмосфере Венеры кислорода?  
Если там давление приблизительно в 100  атмосфер,  тогда  при процентном  количестве  0,2%,  получается, кислорода примерно столько же, как в атмосфере Земли с 20% содержанием.

[AlexAV]

Во-первых, на Венере не может быть сидерита! Всё железо в литосфере Венеры сильно окислено, до степени окисления +3.

Это логично и вероятно, но пока не факт. Т.е. насколько я понимаю просто нет данных о минералогическом составе поверхности Венеры. В какой форме там железо? Оливин, магнетит, гематит или что-то ещё? В зависимости от этого и зависит возможно ли образование сидерита при выветривание или нет. А такие данные мне нигде не попадались (подозреваю, что их вообще нет).

При насыщении атмосферы Венеры водой и её охлаждении, углекислота будет связываться с породами литосферы до тех пор, пока не останется примерно такой состав газа: азот 3,2 атмосферы, и кислород 0,2 атмосферы (останется тот что был - ему нечего окислять), и ещё немного инертных газов типа аргона и других. Их, кстати, на Венере в атмосфере больше, чем на Земле, из-за более далеко зашедшей дегазации литосферы.

Вы что-то перепутали. Вот данные по газовому составу (работа старая, но не думаю, что здесь что-то поменялось):

The first gas chromatographic analysis of the lower atmosphere of Venus is reported. Three atmospheric samples were analyzed. The third of these samples showed carbon dioxide (96.4 percent), molecular nitrogen (3.41 percent), water vapor (0.135 percent), molecular oxygen [69.3 parts per million (ppm)], argon (18.6 ppm), neon (4.31 ppm), and sulfuir dioxide (186 ppm). The amounts of water vapor and sulfur dioxide detected are roughly compatible with the requirements of greenhouse models of the high surface temperature of Venus. The large positive gradient of sulfur dioxide, molecular oxygen, and water vapor from the clould tops to their bottoms, as implied by Earth-based observations and these resuilts, gives added support for the presence of major quantities of aqueous sulfuric acid in the clouds. A comparison of the inventory of inert gases found in the atmospheres of Venus, Earth, and Mars suggests that these components are due to outgassing from the planetary interiors.

Молекулярного кислорода там не 0,2%, как вы написали, а только 69,3ppm, что эквивалентно парциальному давлению в 0,0046 бар, т.е. почти в 50 раз меньше.

[AlexAV]

Что будет с углекислым газом?

То же, что и на Земле. Уйдёт в осадочные пласты известняков и доломитов.

или часть нужно будет увозить на Марс?

Венера большая планета с довольно большой второй космической и ХС от Венеры до Марса тоже весьма велик, так что это просто технически нереально.

[Тиранос]

Хм, тему развели) Думаю, одна из самых осуществимых идей-это биотехнологический метод выделения генов из термоустойчивых подводных растений или другой живности, любящей подводные вулканы и многочисленная селекция для увеличения температурного оптимума. Также можно попробовать остудить планету. Только как? Отражением солнечного света? В любом случае, затраты будут огромными

[shuricos]

На сегодня самое термофильное существо - одноклеточное, выживающее при 121°С. Венерианские 460°С не выдержит никто. Но вода нужна для всех, а её-то на Венере и нет почти.

[Тиранос]

Венерианские 460°С не выдержит никто. Но вода нужна для всех, а её-то на Венере и нет почти.

Остудить планету, накрыв какой-нибудь наноплёнкой с возможностью отражения света. Хотя, я против заселения других планет. Если свою сохранить не в состоянии, нечего и соваться на другие.