Освоение Венеры

[shuricos]

Если нам всё равно нужно тащить к Венере тело в пару сотен км диаметром, то можно предложить такой вариант: тело помещается в точку Лагранжа L1 и, нагреваясь Солнцем, испаряется, отбрасывая на Венеру кометный хвост. Этот хвост выполняет 2 функции - мягко снабжает Венеру водой и затеняет её от солнца.

 Интересно, хватит ли плотности хвоста для затенения Венеры? Или придётся принимать меры к увеличению испарения?

[shuricos]

Остудить планету, накрыв какой-нибудь наноплёнкой с возможностью отражения света.

Где и как плёнку удерживать?

[Diman]

Нужны рациональные идеи!

[AlexAV]

Если нам всё равно нужно тащить к Венере тело в пару сотен км диаметром, то можно предложить такой вариант: тело помещается в точку Лагранжа L1 и, нагреваясь Солнцем, испаряется, отбрасывая на Венеру кометный хвост. Этот хвост выполняет 2 функции - мягко снабжает Венеру водой и затеняет её от солнца.

Точка Лагранжа L1 - неустойчивая, да и далеко, т.е. большая часть газа будет лететь мимо планеты. Лучше тогда на сравнительно высокую орбиту вокруг Венеры (но не слишком, т.е. сумма орбитальной скорости и средней скорости молекул газа там должны быть меньше локальной второй космической). Тогда почти весь газ будет мягко аккреирировать на планету, а образующийся газопылевой тор экранировать от солнца. Насколько эффективно - надо считать.   

[Константин ВАРБ]

Нужны рациональные идеи!

Засыпаем Венеру пылью оксида железа, в результате в атмосфере будут белые облака из карбонатов железа.
Возможно добывать оксиды для связывания в карбонаты и непосредственно из коры планеты.

[shuricos]

белые облака из карбонатов железа

Быстро осядет на поверхность.

[Diman]

В атмосфере Венеры есть пары серной и соляной кислот, так что оксид железа превратится в хлорид и сульфат, атмосфера Венеры станет красно-оранжевого цвета, как Марс

[LonelyWanderer]

Остудить планету, накрыв какой-нибудь наноплёнкой с возможностью отражения света.

Где и как плёнку удерживать?

Я такую идею выдвигал на здешнем форуме уже несколько раз, и для Венеры, и для Марса, и даже для Луны.
Глобальный плавающий в атмосфере купол может витать в воздухе посредством создания легкого избыточного давления.
Если этот купол будет плавать на высоте, скажем, где давление 0.5 атмосфер, то он практически не будет подвержен метеоритной бомбардировке. Избыточного подкупольного давления должно быть столько, чтобы выдерживать толщину пленки. Если она будет толщиной, допустим, 1 мм, то избыточного давления хватит и порядка 0.0001 атм. Это очень мало, и в случае прорыва где-либо пленки, она не начнет рваться от порыва ветра изнутри купола вовне, т.к. порыв ветра будет слабым. В случае прорывов пленки, она будет оседать крайне медленно, ведь чтобы она осела на поверхность - через дыру должна быть пропущена ВСЯ атмосфера. Это очень и очень долго. Даже километровая дыра от астероида не приведет к быстрому оседанию купола - он сможет с такой дырой плавать  не один год.
Для создания давления  0.0001 атм и для компенсации всяческих дыр и неплотностей (которые должны залатываться  какими-либо способами) на поверхности купола кое-где должны быть расположены солнечные батареи и нагнетающие воздух насосы. На орбите Венеры хватает солнечной энергии и солнечные батареи в виду легкости на единицу площади - как ничто лучше подходят.

С точки зрения материалоемкости, эта технология наверное в миллиард раз меньше требует вещества, чем в случае выдвижения какого-либо ледяного тела в точку лагранжа.

[LonelyWanderer]

Для справки. Точно такую же технологию глобальной, но только не светоотражающей, а парниковой пленки я предлагал для Марса в целях парникового эффекта и повышения температуры. И даже для Луны и любого другого безатмосферного тела - путем насыпания на пленку необходимой толщины реголита (для Луны это порядка 30 метров) с целью создания подкупольного пространства любой толщины, хоть в 100 километров. Т.е. как бы атмосфера. Освещаться будет зонально с помощью светодиодов (я приводил даже цифры, что для освещения на уровне комнатного нужно не очень много энергии). Т.е в районе городов создать освещение на уровне пасмурной погоды, а на загородных территориях - на уровне полной Луны. Для этих нужд хватит и нескольких гигаватт энергии. А защита от метеоритов  будет осуществлена тем же слоем реголита. Можно 2-3 слоя с прослойками воздуха для эффективной защиты и избежания утечек атмосферного газа в космос. Так можно и Луну и Меркурий и любое другое тело освоить. Но это так, оффтоп.

[shuricos]

Решил проверить свою теорию о возможности существования Венеры-снежка, покрытой слоем льда СО2.

Формула эффективной температуры:
ТЕ = ((е(1-а)/4s))^1/4, где
Солнечная постоянная на орбите Венеры е=2635 Вт/кв.м.
Альбедо снега а=0,9...0,95
Постоянная Стефана-Больцмана s=5.67^-8
При этих показателях эффективная температура Венеры окажется равной 185К, т.е. примерно -88С.

В атмосфере Венеры останется азот, создающий давление в 3 атмосферы.
При таком давлении температура сублимации льда СО2 равна примерно -65С.
Т.е. Венера вполне могла бы существовать в виде ледяного мира.

А если учесть, что при остывании первой выпала бы вода, то получилось бы так, что слои воды были бы погребены под слоями льда СО2. Подогреваясь внутренним теплом планеты, эти слои находились бы в жидком состоянии и принимали бы участие в превращении СО2 в карбонаты.

В какой-то момент времени весь СО2 оказался бы связан в карбонаты, стали бы проступать участки грунта, альбедо планеты начнёт падать, она начнёт нагреваться. Оставшийся несвязанным лёд СО2 начнёт активно сублимировать, наполняя атмосферу парниковым газом, который ещё поднимет её температуру. Навряд ли этого количества СО2 в атмосфере хватит, чтобы поднять температуру настолько, чтобы начали разлагаться сформировавшиеся карбонаты. Т.е. планета может стабилизироваться в таком состоянии.

Если при этом альбедо Венеры снизится до земных 0,306, то эффективная температура Венеры оставит примерно 300К (около +27С, что очень комфортно). Но вот из-за наличия в атмосфере Венеры большого количества СО2 температура на поверхности окажется намного выше.

Даже малое земное количество СО2 подняло среднюю температуру поверхности с -20С до +15С (на 35 градусов).
Если на Венере в атмосфере останется так мало СО, что парниковый эффект будет как на Земле, то это будет означать, что средняя температура Венеры составит 27+35= +62С. Это очень жарко! А в экваториальных районах, по 2 месяца непрерывно проводящих под палящим солнцем, будет совсем пекло. Но зато вот в приполярных районах может быть довольно комфортно.

Но при этом Венера должна быть очень сухой!

[shuricos]

Ещё посчитал: чтобы ТЕ Венеры была такой же, как на Земле (-20С), её альбедо должно быть 0,65.
И если парниковый эффект Венеры при этом будет так же низок, как на Земле, тогда получится такой же климат, как на Земле.

Это значит, что Венере постоянно надо будет обеспечивать повышенное альбедо: либо оставить экран, либо ставить на поверхности зеркала или засыпать всю поверхность планеты достаточно белым веществом, либо за счёт облаков (но облака повышают парниковый эффект, тут всё очень тонко - см.статьи AlexAV).

[shuricos]

LonelyWonderer, если разместить на Венере на высоте 50 км плёнку, закрывающую всю планету, то дальше для расчёта теплового баланса надо считать эту плёнку новой поверхностью планеты.

Если сделать плёнку с высоким альбедо 0.92 и если бы над плёнкой не было атмосферы, и если бы плёнку снизу не подогревала имеющаяся горячая атмосфера, то средняя температура плёнки составила бы -88°С.

Но над плёнкой будет столько же газа, сколько во всей атмосфере Земли. Но тут вся атмосфера будет состоять из СО2. Т.е. на уровне плёнки будет ощущаться мощный парниковый эффект. Даже малое количество СО2 на Земле подняло температуру на 35°С. Вообразите, что вся атмосфера только из СО2!
Навряд ли температура плёнки оказалась бы существенно ниже нынешней температуры там +30...70°С.

Но тут есть одно "но".
Чтобы связать СО2 из атмосферы Венеры в виде карбонатов, нужна вода. Придётся закачать под плёнку достаточное количество воды. Т.е. под плёнкой образуется влажная адиабата, т.е. перепад температуры с высотой снизится минимум в 4 раза.

Т.е. если сейчас на высоте 50 км температура +70, а на поверхности +470, то перепад температур составляет 400 градусов. Если же адиабата будет влажной, то перепад температуры составит в 4 раза меньше - 100 градусов. Т.е. на поверхности Венеры будет уже не +470°С, а только +170°С, что позволит образовываться жидкой воде на поверхности Венеры не только при нынешнем высоком давлении, но даже и при давлении 8 бар!

Т.е. вода там всё равно нужна - она и обеспечит формирование карбонатов, и обеспечит лучший перенос теплоты из нижних в верхние слои атмосферы.

[LonelyWanderer]

Альбедо Венеры - 0.65. Если плёнка будет иметь альбедо 0.92, то на высоте расположения плёнки точно будет намного холоднее, чем сейчас, несмотря на то, что над пленкой тоже будет тот же СО₂.
Поэтому, вообще, такую плёнку лучше располагать чем выше, тем лучше. Как пример, я поспешил её расположить на высоту 0.5 атмосфер, т.к. это зона густой облачности, да ещё и сернокислой.
Облака располагаются до высот 70-72 километра, отдельные встречаются вплоть до высот в 80 километров. Следовательно, на высоте километров 85 и надо располагать плёнку. Там давление примерно 0.001 атмосфер. Как я говорил,  для удержания 1-миллиметровой плёнки, нужно грубо говоря, 0.0001 атмосфер, т.е. в 10 меньше существующего на той высоте, следовательно нет проблем для работы насосов. Парниковый эффект от слоя СО2 толщиной 0.001 атм - мизерный, это в 10 раз меньше марсианского, и в 30 раз меньше по фактической толщине. Парниковым эффектом в 1/30 от марсианского практически можно пренебречь, да ещё и при альбедо то, 0.92.
В результате Венера охладится до такого состояния, когда вода на Венере сможет присутствовать в жидком состоянии (а она станет жидкой уже при 300 С^о), и даже углекислый газ в полярных районах планеты начнёт конденсироваться в облака из твердых или жидких частиц на большой высоте.
Ну а далее, надо как то поставлять воду на Венеру, аккреционные диски создавать там из всяких плутино и т.д.
А лучше не акреционные диски, т.к. высота расположения плёнки значительна, и она будет повреждаться от падения достаточно крупных тел,  а расположить ледяной астероид на максимально низкой орбите чуть выше предела Роша. А там уже, на ледяном астероиде расположить станцию, которая будет заниматься очисткой воды/льда и сбросом на планету, т.к. чистая вода не долетит даже до плёнки.
Хотя ещё проще и грамотнее, сначала поставить на Венеру воду, тогда на давление на Венере поднимется ещё выше за счёт тяжелых водных облаков, и температура кипения воды ещё поднимется, к тому же сернокислые облака сильно разбавятся, что положительно повлияет на химическую устойчивость плёнки. А потом уже каким-то образом создавать глобальную плёнку. После накрытия Венеры светоотражающей плёнкой облака сконденсируются в океаны и начнётся наконец процесс утилизации углекислоты, затем туда занесём термофильные бактерии, и т.д. для ещё более ускоренного процесса утилизации углекислоты.

[shuricos]

Вот, правильно - сначала надо забросить в атмомферу Венеры воду.
А если мы её туда забросим, то и плёнка не понадобится - её роль будут выполнять верхние слои водяных облаков.

[LonelyWanderer]

Находясь только в облачных слоях вода не терраформирует планету.

[kryptonik]

Ну что вы тут мышиной возней занимаетесь?! Венера, Марс. Лично я полечу прямо на Солнце. Начинаю думать, как его остудить, что бы по поверхности можно было ходить босиком .

[shuricos]

Венера с водой - судя по всему система с двумя устойчивыми состояниями (крематорий и прохладная земля).

Крематорий крематорию - рознь.

В посте №409 я приводил свои соображения на тот счёт, что если мы последуем рекомендации рекламы Invite просто добавим воды, то климат Венеры будет стремиться стабилизироваться на уровне +300^оС у поверхности. Это как раз температура кипения воды при давлении 93 атм.
Логическая цепочка такая:
- вода в атмосфере Венеры создаст облака и уменьшит градиент температуры, т.е. будет эффективно отводить тепло из нижних слоёв в верхние, где намного проще излучать ИК в космос,
- как только температура на поверхности снизится до 300^оС, то на ней начнёт образовываться жидкая вода;
- в связи с этим количество воды в атмосфере снизится, облаков будет меньше, альбедо снизится, эффективность переноса температуры из-за влажности атмосферы снизится,
- поверхность Венеры вновь разогреется свыше 300^оС, жидкая вода на поверхности более не сможет существовать, вода вернётся в атмосферу, снова остудит её и всё повторится.

Разумеется, это крематорий, не пригодный ни для чего.
Но тут есть существенное отличие от нынешнего крематория! В те периоды, когда вода-таки будет конденсироваться на поверхности, начнётся связывание СО₂ в виде карбонатов. Т.е. планета хотя и останется крематорием, но она уже "встанет на путь исправления".
По мере связывания СО₂, поверхность будет постепенно охлаждаться, её температура будет постоянно балансировать в районе температуры кипения воды при соответствующем остаточном (после удаления части СО₂ из атмосферы) давлении.

В посте №411 я обозначил другую точку, в которой Венера имеет шанс "зависнуть" в состоянии "крематория".
Когда почти весь СО₂ из атмосферы Венеры будет связан в виде карбонатов, останется давление на уровне 4,5 атм - это парциальное давление азота 3 атм и около 1,5 атм давление 15-метрового "столба" воды в виде водяного пара в атмосфере. При этом температура поверхности будет находиться примерно на уровне кипения воды - 140...145^оС.
Это тоже "крематорий", но уже далеко не такой адский, как сейчас.

Вот как раз перевод Венеры из состояния этого "крематория" в более пригодный для землян вариант - это как раз и будет самым сложным.
Но, в то же время, тут у нас появится и больше возможностей: проще разработать аппараты для работы при 4,5 атм и 140^оС, а в высокогорьях (на горах Максвелла, например) температура и давление будут ещё ниже.
Единственный вариант, который мне представляется реальным для преодоления рубежа этого последнего крематория: покрытие поверхности Венеры неким веществом с чрезвычайно высоким альбедо, чтобы снижение количества облаков не приводило к снижению альбедо.

[shuricos]

1) Температура тропопаузы с хорошей точностью определяется только альбедо планеты и инсоляций. И приблизительно равна:


здесь F - поток солнечного излучения, \Lambda - альбедо, \sigma - постоянная Стефана-Больцмана.

Верно. Но проверьте - не четвёрка ли должна быть в знаменателе вместо восьмёрки?

Тут важно заметить, что эта формула действительна для равновесного состояния - когда планета излучает столько же энергии, сколько получает. В нашем случае равновесие будет нарушено после добавления воды в атмосферу Венеры.

Из-за более высокой теплоёмкости воды в сравнении с СО2, изменение температуры с высотой уменьшится в несколько раз. Т.е. вода будет эффективнее отводить тепло из нижних слоёв тропосферы в верхние. В результате  эффективная температура Венеры возрастёт в сравнении с равновесной. Т.е. Венера будет излучать больше энергии, чем получать от Солнца, Венера будет остывать.

Так будет продолжаться до тех пор, пока атмосфера Венеры не остынет достаточно и тогда эффективная температура Венеры вернётся к равновесному уровню.

Этот равновесный уровень будет определяться альбедо Венеры. Вы верно предполагаете, что после добавления воды альбедо возрастёт с 0.65 до 0.80. Т.е. температура верхних слоёв тропосферы будет ниже нынешнего уровня.

Но даже если он останется прежним, поверхность планеты окажется менее горячей, так как из-за присутствия воды зависимость температуры от высоты снизится, что и следует из приведённых Вами формул сухой и влажной адиабаты. Т.е. в присутствии воды температура на высоте 0 км будет меньше отличаться от температуры на высоте 60 км, чем без воды. А если температура на высоте 60 км останется прежней или, как мы выяснили выше, может даже снизиться, то при сближении температур на высотах 0 и 60 км  произойдёт что? Верно, температура на высоте 0 км снизится.

[Skipper_NORTON]

В общем, что получается, терраформировать Венеру проще всего, и даже проще чем Марс?

[shuricos]

В общем, что получается, терраформировать Венеру проще всего, и даже проще чем Марс?

Сложно сказать. Везде есть свои плюсы и свои минусы.

В моём понимании, Марс терраформировать невозможно в принципе. Цветущей планетой Марс стать не может в принципе. Самые наиблагоприятнейшие модели, приводимые в статьях, на которые уважаемый AlexAV давал ссылки в соответствующей теме, делают Марс едва пригодным для жизни - на уровне Антарктиды. Комфортные для земной жизни условия на Марсе могут поддерживаться только искусственно - в оранжереях.

Венера же может быть терраформирована в прямом смысле этого слова - с пригодной для дыхания атмосферой, с водой в свободном состоянии, с дикой растительностью и животным миром. Но для такого терраформирования понадобятся колоссальные усилия и много времени. Необходимо будет:
- найти и изучить крупные ледяные тела в поясе Койпера (это несколько десятков миссий, каждая из которых требует десятка лет),
- найти и изучить мелкие тела в поясе Койпера (ещё больше миссий той же продолжительности),
- вычислить многоходовку, которая позволила бы направить выбранное крупное ледяное тело к Венере,
- дождаться наступления благоприятного времени для начала такой многоходовки (тут время может исчисляться сотнями лет),
- подготовить необходимые аппараты для осуществления многоходовки,
- осуществить многоходовку (каждый этап может занять несколько десятков лет), доставить на Венеру огромное количество воды (целый ледяной астероид радиусом более 100 км),
- дождаться остывания атмосферы до состояния, когда вода сможет достигать поверхности Венеры; по приведённым здесь мною расчётам, на это понадобится всего 3,5 года
- потом дождаться, пока грунт Венеры во взаимодействии с водой не поглотит часть СО2 из атмосферы Венеры,
- потом дождаться остывания более глубоких слоёв грунта для проникновения туда воды и СО2, это будет происходить до тех пор, пока грунт Венеры не остынет на 5 км и не поглотит почти весь СО2 из атмосферы (по приведённым здесь расчётам, это потребует примерно 15 тыс. лет времени), в результате температура на поверхности составит около +140С, а давление - 5 атм;
- потом надо будет изыскать способ покрытия поверхности Венеры каким-то устойчивым веществом с высоким альбедо,
- потом ещё немножко подождать, пока Венера не остынет до нормальной температуры (это ещё примерно 7 тыс.лет.
Это очень и очень сложно, дорого и, что хуже всего, долго!

Марс же, хотя и не может быть терраформирован, но он может быть освоен.
Поначалу это будет небольшая теплица для обеспечения жизнедеятельности временных экипажей исследовательской базы на Марсе.
Потом решат, что таскать людей туда-сюда - слишком дорого и неэффективно. Найдут добровольцев, которые готовы будут там остаться, получится колония.
Постепенно колония будет расти, там появятся дети, будут построены дополнительные теплицы для их пропитания.
Рано или поздно - через сотни или тысячи лет колония разрастётся достаточно, чтобы стать полностью самостоятельной, не зависящей от поставок техники и генетического материала с Земли (продукты питания и конструкционные материалы колонии придётся делать самой сразу, с самого начала).