Освоение Венеры

[shuricos]

Так или иначе, огромные массы чего-то придется поставлять - вода, водород, гидриды Ме.

Только воду.
Воды много, в отличие от.
Её добавить надо чуть-чуть (несколько процентов массы атмосферы) в отличие от.
Её не требуется как-то подготавливать перед сбросом. В отличие от, опять же.

[shuricos]

Просто надо добавить воды и создать температурные условия (которые сама же вода и создаст за несколько лет).

Вода сама не создаст, она станет парниковым газом при такой температуре, даже не достигнув поверхности, она станет паром просто войдя в верхние слои атмосферы.
Способ сброса воды реальный: контейнеры с водой (гидридом металла)или глыбы льда(покрытые отражающей тепло пленкой) на космических скоростях сбрасываются буксиром в атмосферу. Результат - вся вода испаряется в верхних слоях-> пар-> температура атмосферы растет.

Чтобы остудить Венеру, надо либо уменьшить поступление тепла на неё (строить экран непонятной конструкции), либо увеличить сброс тепла Венерой.
Современная Венера мало излучает, так как горячие нижние слои редко поднимаются наверх и их излучение блокируется вышележащими слоями.
Добавление воды в атмосферу увеличит градиет температуры в 4 раза. Так как атмосфера увеличиться не может (с чего бы ей увеличиваться?), то получится, что при примерно той же высоте атмосферы перепад температур между её верхними и нижними слоями сократится в 4 раза. Нижние слои быстро не остынут (там и теплоёмкость поверхности будет влиять и парниковый эффект), зато верхние слои разогреются, начнут активнее излучать тепло.

При этом Венера останется пеклом. Но нам и не надо сразу 300°К, достаточно 600°К на поверхности, чтобы запустить образование карбонатов.

[LonelyWanderer]

А что там непонятного. Запустить множество воздушных шариков в атмосфере Венеры, верхняя часть которых будет покрашена в белый цвет. Почти с любым газом внутри, т.к. углекислота плотный газ. Шарики должны парить над облачным слоем, чтобы солнечный свет не уходил туда и не поглощался. Этот способ миллион раз предлагался.

[AlexAV]

А что там непонятного. Запустить множество воздушных шариков в атмосфере Венеры, верхняя часть которых будет покрашена в белый цвет. Почти с любым газом внутри, т.к. углекислота плотный газ. Шарики должны парить над облачным слоем, чтобы солнечный свет не уходил туда и не поглощался. Этот способ миллион раз предлагался.

Согласен. Наилучший способ. Только не белыми, а с определенным соотношением коэффициентов отражения/поглощения/пропускания в  видимой и ИК области.

Подозреваю, что шарики из материала хорошо отражающие в видимом, но сильно поглощающие ИК в полосе излучения планеты - должны дать хороший эффект. На вскидку подходящий материал - тефлоновая плёнка металлизированная с внутренней стороны, тефлон прозрачен для видимого и устойчив к действию УФ и атомарного кислорода, но поглощает в ИК, т.е. шарик будет отражающим для видимого и чёрным для ИК. Облако таких шариков по средствам многократного переизлучения будет выпускать тепло с планеты, но не пропускать видимый свет (просто отражая его в космос).

Это должно работать (хотя конечно надо аккуратно проверять).

[AlexAV]

перепад температур между её верхними и нижними слоями сократится в 4 раза.

Мне представляется такая оценка слишком оптимистичной. Против два факта:

1) Достоверно известно, что 1D моделях при инсоляции Венеры линия испарения воды на поверхности никогда не пересекает линию температур. Т.е. в них вода там не может существовать в жидком виде на поверхности в принципе (и никакая замена сухой адиабаты на влажную здесь не помогает). Механизм стабилизации землеподобного климата является исключительно 3D-эффектом, связанным с неоднородностью облачности. Не очень понятно может ли он вообще работать пока температура на поверхности выше критической температуры воды.
2) Даже если этот механизм работает при очень высокой температуре поверхности, то из приведённых в работе данных вырисовывается простая линейная зависимость средняя температуры от давления, которая удивительно точно предсказывает температуру Венеры сегодня, если её экстраполировать в область 90 бар. С учётом, что она строилась для влажной адиабаты  - это создаёт обоснованные предположение, что небольшие изменения состава атмосферы (вроде добавления воды) - ничего не поменяют.

Так что склоняюсь к мнению, что без временного дополнительного охлаждения (до связывания некоторого критического количества углекислого газа) там ничего не получится, даже если добавить воды.   

[LonelyWanderer]

А что там непонятного. Запустить множество воздушных шариков в атмосфере Венеры, верхняя часть которых будет покрашена в белый цвет. Почти с любым газом внутри, т.к. углекислота плотный газ. Шарики должны парить над облачным слоем, чтобы солнечный свет не уходил туда и не поглощался. Этот способ миллион раз предлагался.

Согласен. Наилучший способ. Только не белыми, а с определенным соотношением коэффициентов отражения/поглощения/пропускания в  видимой и ИК области.

Подозреваю, что шарики из материала хорошо отражающие в видимом, но сильно поглощающие ИК в полосе излучения планеты - должны дать хороший эффект. На вскидку подходящий материал - тефлоновая плёнка металлизированная с внутренней стороны, тефлон прозрачен для видимого и устойчив к действию УФ и атомарного кислорода, но поглощает в ИК, т.е. шарик будет отражающим для видимого и чёрным для ИК. Облако таких шариков по средствам многократного переизлучения будет выпускать тепло с планеты, но не пропускать видимый свет (просто отражая его в космос).

Это должно работать (хотя конечно надо аккуратно проверять).

А как добиться только, чтобы шарики длительно держали высоту, а не падали или не улетали вверх и не взрывались там?

[AlexAV]

На вскидку подходящий материал - тефлоновая плёнка металлизированная с внутренней стороны, тефлон прозрачен для видимого и устойчив к действию УФ и атомарного кислорода, но поглощает в ИК, т.е. шарик будет отражающим для видимого и чёрным для ИК.

Посмотрел. Ещё лучше тефлон с с порошком кальцита (карбоната кальция), там приблизительно с 2,5 мкм (у кальцита) и далее идёт вообще сплошная полоса поглощения в ИК, а видимый он довольно хорошо отражает.

[AlexAV]

А как добиться только, чтобы шарики длительно держали высоту, а не падали или не улетали вверх и не взрывались там?

Плёнка должна быть достаточно механически прочной, чтобы держать давление, вот и всё. Больше ничего не надо, если это условие выполняется он всегда будет летать строго на определённой высоте.

[shuricos]

Тут другая проблема - как не допустить сваливания шариков в одну кучу?
Во-первых, это оголит участки атмосферы.
Во-вторых, вышележащие шарики будут блокировать излучение нижележащих.

[crazy_terraformer]

Только первая партия = массе атмосферы Венеры.
Вторая - половине её
Третья - четверти.
Четвёртая - пятой части.
И так далее.

Mg+CO2=MgO+CO
2Mg+CO2=2MgO+C
Поправка  с округлением молярных масс (M(Mg)=24г/моль, а M(CO2)=44 г/моль) и считая, что атмосфера состоит целиком из CO2 и реакция CO=1/2CO2+1/2C  идет независимо от падения давления и падения температуры(+CO легче CO2 на 16 г/моль, а значит уходит в верх), равна 1/2, и никаких нечетных цифр.

1-ая партия =1/2 массы атмосферы Венеры -> сокращенно м.а.В
2-ая=1/2*1/2 м.а.В=1/4 м.а.В
3-я=1/2*1/4=1/8 м.а.В
4-я=1/2*1/8=1/16 м.а.В
и так далее.
1-ая партия=1 массе атмосферы Венеры

Это если считать, что не образуется карбонат, а он образуется, т.к. облако распыленного оксида как ведет себя как раствор в воде (щелочь), Т_{разложения} MgCO3=540 °C.
то количество Mg приблизительно=lim(2 в степени(-n) при n->бесконечности)=1 массы атмосферы Венеры.
Если же считать, что образуются карбонат и оксид магния свяжет оставшийся CO2 полностью,
2Mg+CO2=2MgO+C; 2MgO+2CO2=2MgCO3 или 2Mg+3CO2=2MgCO3+C,
тогда масса магния будет 1/3 от массы Венеры.

 Лучше использовать Na и даже если его понадобится вдвое больше, т.к.он более распространён, и его карбонат стабилен при температуре выше 1600°C , в отличии от MgCO3 температура разложения которого 540 °C. Придется переработать меньше породы, чтобы его добыть. 

[AlexAV]

Тут другая проблема - как не допустить сваливания шариков в одну кучу?

Берём очень много маленьких шариков (идеал - пузырьки по несколько миллиметров диаметром) настроенных по соотношению массы/объёма строго на одну и ту же высоту.

В одном месте не соберутся, т.к. просто не поместятся в один слой, в при размещение в несколько - будут давить друг на друга, таким образом расталкиваясь в стороны. Вообще большое количество таких шариков будут вести себя как жидкость в потенциальной яме (где потенциальной ямой будет сферический слой атмосферы с нужной плотностью). И как полагается жидкости - она будет стремиться равномерно растечься по нему. Понятно, что локальные флуктуации плотности будут. Ну и что? Наше цель не точная равномерность слоя, а сокращение притока излучения в среднем, а она выполнена будет.

[crazy_terraformer]

Только воду.
Воды много, в отличие от.
Её добавить надо чуть-чуть (несколько процентов массы атмосферы) в отличие от.
Её не требуется как-то подготавливать перед сбросом. В отличие от, опять же.

Если вода на поверхности будет жидкой, то реакция карбонатов будет идти пока вода не впитается в грунт(он будет впитывать воду лучше чем губка и оставаться сухим), связываясь с ним физически и химически. Пока водой не насытится грунт, атмосфера не избавиться от CO2.

[crazy_terraformer]

Температура разложения - Т. разл.
Т. разл.CaCO3=900−1000 °C
Т. разл.Na2CO3 не нашел Т.кип.=1600 °C
Т. разл.K2CO3>1200 °C (лучшего ответа не нашел)
Т. разл.MgCO3= 540 °C

Самый стойкий Na2CO3.
Как разогреется поверхность и приповерхностный слой атмосферы Венеры, если убрать облака?

[LonelyWanderer]

Тут другая проблема - как не допустить сваливания шариков в одну кучу?

Берём очень много маленьких шариков (идеал - пузырьки по несколько миллиметров диаметром) настроенных по соотношению массы/объёма строго на одну и ту же высоту.

В одном месте не соберутся, т.к. просто не поместятся в один слой, в при размещение в несколько - будут давить друг на друга, таким образом расталкиваясь в стороны. Вообще большое количество таких шариков будут вести себя как жидкость в потенциальной яме (где потенциальной ямой будет сферический слой атмосферы с нужной плотностью). И как полагается жидкости - она будет стремиться равномерно растечься по нему. Понятно, что локальные флуктуации плотности будут. Ну и что? Наше цель не точная равномерность слоя, а сокращение притока излучения в среднем, а она выполнена будет.

Теперь нужно оценить массу проекта шариков Если совсем грубо, то обычные металлизированные шарики имеют толщину 0.01 мм. Если принять то, что шарики будут перекрывать друг друга, и что они шарики, а не равномерно натянутая плёнка вокруг Венеры, что желательно материал потолще для увеличения срока жизни шариков от потерь газа через диффузию, то можно прикинуть количество необходимой плёнки как 0.1 мм по всей Венере. Если принять плотность плёнки, равную воде, тогда получаем 0.1 грамм на м², или 100 кг/км² или 46 миллионов тонн только плёночного материала для шариков
Плюс газ-наполнитель. Короче, в общем речь идёт о нескольких сотнях миллионов тонн, или примерно кубический километр ресурсов...

[AlexAV]

Плюс газ-наполнитель. Короче, в общем речь идёт о нескольких сотнях миллионов тонн.

Несколько сотен миллионов тонн - это уже осмысленные цифры, соизмеримые с доступными объёмами производства (особенно если растянуть процесс их изготовления на несколько десятилетий).

что желательно материал потолще для увеличения срока жизни шариков от потерь газа через диффузию

Отказаться от гелия в пользу азота и использовать материал с внутренней металлизацией. В отличие от гелия и водорода (диффундирующих даже через металл) для азота даже тончайшая металлическая фольга при нормальной температуре - почти непреодолимое препятствие.

Кроме того азота полно в самой атмосфере Венеры, лететь за ним далеко не надо.

[LonelyWanderer]

Интересно, а нельзя ли придумать какие-нибудь нано-шарики. Суть которых будет в экономии массы. Ведь шарики то как раз должны быть чем меньше, тем лучше, так как объем и масса их растут быстрее площади поверхности.
В ячеистую структуру нано-кристаллов будут помещаться молекулы лёгких газов, или же нано-кристаллы будут шаровидные  (цилиндрические и др., не важно) формы, внутри которых будут лёгкие газы, а кристаллическая решётка будет препятствовать диффузии. И тогда получится микроскопическая пыль легче воздуха, очень долго парящая в атмосфере, и тогда необходимая для шариковой концепции масса может сократится на порядок, а то и на два.

[LonelyWanderer]

Или, быть может, возможно придумать такие микроскопические частицы, каких-то особых форм или состава, которые по своим аэродинамическим или другим свойствам (ну например, как-то использовать YORP-эффект), смогут находится высоко в воздухе десятки лет.

[shuricos]

И как полагается жидкости - она будет стремиться равномерно растечься по нему.

На Венере имеются ячейки Хадли.
Верхними течениями таких ячеек шарики будут уноситься к приполярным воротникам и там, вместо того, чтобы уходить вниз, вместе с потоками ветра, они будут пытаться удержаться на заданной высоте, здесь получится "столпотворение" из шариков. Значительная их часть будет увлечена в приполярные воротники и полярные вихри, там скопится очень толстый их слой, они будут давить, ломать друг друга без шанса вернутся обратно к экватору.

Если же их сделать тяжелее, чтобы они могли двигаться к экватору в приповерхностных потоках ячеек Хадли, то такие шарики будут скапливаться в приэкваториальной зоне, не будучи в состоянии подняться вверх и направиться обратной к полюсам.

Можно, конечно, сделать 2 комплекта шариков - лёгкие скопятся в приполярье, тяжёлые - у экватора. Но средние широты останутся вообще не прикрыты.

Чтобы лучше представить себе процесс, насыпьте искрошенный пенопласт в таз с водой и начните её активно размешивать. Все шарики собьются в середине таза. Чтобы компенсировать этот эффект, придётся добавлять и добавлять ещё и ещё пенопласта, пока в середине не получится целая горка, которая начнёт рассыпаться по сторонам и загораживать воду поближе к краям. Но для этого придётся израсходовать страшно много пенопласта - не один, не два и не 10 слоёв шариков. То же и здесь - шариками придётся физически и полностью заполнить 60 км от поверхности до верхних слоёв атмосферы Венеры, чтобы эта "гора" начала расползаться в стороны.

[shuricos]

Интересно, а нельзя ли придумать какие-нибудь нано-шарики. Суть которых будет в экономии массы. Ведь шарики то как раз должны быть чем меньше, тем лучше, так как объем и масса их растут быстрее площади поверхности.

Строго наоборот: чем больше будет каждый отдельный шарик, тем меньше материала понадобится для заполнения атмосферы. Объём - наш союзник. Нам придётся заполнить много объёма шариками, чтобы они более не могли сбиваться в кучу, а начали бы расползаться в стороны, покрывая большую площадь.

При увеличении линейного размера шарика площадь поверхности (наш "враг", так как чем больше площадь, тем больше нужно материала) растёт квадратически, а объём (наш "друг") - кубически. Поэтому, увеличивая размер шарика, мы увеличиваем "друга" больше, чем увеличиваем "врага". Чем больше шарик - тем лучше. В идеале - шарик диаметром 60 км, чтобы между поверхностью и космосом было только 2 слоя - низ шарика и верх шарика, и никакой другой шарик не мог бы влезь ни под него, ни на него.

[shuricos]

Лучше использовать Na и даже если его понадобится вдвое больше, т.к.он более распространён, и его карбонат стабилен при температуре выше 1600°C

Так и не смог отыскать горение натрия в СО2. Магний нашёл, натрий - нет.

Если считать, что не образуются карбонаты, а они образуются, т.к. облако распыленного оксида как ведет себя как раствор в воде (щелочь), то количество Mg приблизительно=0,5+(lim(2 в степени(-n) при n->бесконечности)=0,5+0,5=1 массы атмосферы Венеры.

Да даже если только половина от массы атмосферы (считаем, что моль магния сначала образует оксид за счёт моля СО2, а потом моль оксида образует карбонат за счёт второго моля СО2), то получается, что магния нужно 24 миллиона миллионов миллионов миллионов тонн!
Это НЕВООБРАЗИМО много!