Создание и сохранение Атмосферы на Марсе.

[Кремальера]

Так что, видимо, фторсодержащих суперпарниковых газов для терраформирования Марса само по себе не очень эффективно.

Тогда нужно применить комплекс мер:снижение альбедо,метаногены,орбитальные зеркала Зубрина.И для начала начать с чего-то малого.

[SpaceEngineer]

Technological Requirements for Terraforming Mars
http://citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/download?doi=10.1.1.24.8928&rep=rep1&type=pdf

Спасибо. Какая-то у него очень уж оптимистичная оценка запаса CO2 в полярных шапках - аж 50 мбар. И якобы в реголите ещё на 300-500 мбар.
Интересный вывод делается об устойчивости климата. Мол, при разогреве Марса всего на 4 градуса начнётся саморазгоняющийся парниковый эффект с полным испарением полярных шапок. Если бы это было так, тогда каким образом Марс свалился в нынешнее состояние?

[Кремальера]

Если бы это было так, тогда каким образом Марс свалился в нынешнее состояние?

"Мега-синоды".Не знаю как на 4 градуса,но по оценкам того же Сагана от 40 до 75 тыс.лет назад жидкая вода на Марсе присутствовала на поверхности,причем в ощутимых количествах.

[AlexAV]

Не знаю как на 4 градуса,но по оценкам того же Сагана от 40 до 75 тыс.лет назад жидкая вода на Марсе присутствовала на поверхности,причем в ощутимых количествах.

В значительных количествах её не было с конца нойской эры, когда исчезают признаки эрозии, которые можно связать с выпадение осадков, уже много миллиардов лет. В течение гесперийской эры имел место своеобразные гидрологический цикл, при котором ледники формировались не на полюсах, а в высокогорной местности, где они в теплые дни могли подтаивать и стекать в виде рек или ручьёв. Что-то аналогичное существует на Земле в сухих долинах Антарктиды, вот только это никак не изобилие воды, страшно сухая пустыня с редкими спускающимися с гор ручьями и солёными озёрами. Кстати почва сухих долин Антарктиды - единственное место на поверхности Земли, где не удалось найти признаки жизни.

В Амазонийскую эру исчезает в основном и это, хотя редкие среды водной эрозии явно относящиеся к Амазонийской эре известны. Видимо при сильных колебаниях наклона оси Марса (она у него куда менее стабильна, чем у Земли) иногда там складывались условия, позволяющие образовываться горном (а не полярным) оледенениям, что давало возможность к недолгому возобновлению гидрологического цикла гесперийского типа, но это происходило уже очень и очень редко (40 тыс. лет назад мог быть такой эпизод).

При современном наклоне оси вращения Марса для переключения от гидрологического цикла современного типа к амазонийскому нужно атмосферное давление не менее 0,3 бар (при других углах наклона в принципе значения могут оказаться и другими).

[gans2]

Зубрин в своей статье по терраформированию - предлагает искать тела размером около 2 километров для движения которых будет достаточно четырех реакторов в 5 гигаватт

Чтение в шорах
Там же написано - надо или сразу 60 км или вообще не дергаться - вымерзнет на полюсах.

[cybertron]

У Зубрина все таки предлагается комплекс мер. Вымерзанию на полюсах должно помешать орбитальные зеркала подогревающие полярные области.
Плюс - каждая комета упавшая на Марс - подогревает Марс на 3 градуса. Плюс - при ударе она высвобождает массу газов из почвы.

Остается вопрос сколько все-таки углекислого газа на Марсе. Авторы этой новой статьи признаются что у них нет оценок - вполне возможно что его все-таки наберется 0.3 бара. Единственное что они утверждают что терраформирование невозможно с использованием только углекислого газа запасенного в полярных шапках, поскольку при 0.3 бара - парникового эффекта от углекислого газа не будет.
Если использовать другие газы для парникового эффекта (аммиак с комет или произведенные суперпарниковые газы) - то терраформирование таки возможно
без нужды таскать 60 км обьекты.

[pkl]

Для создания атмосферы в 1 бар на Марс нужно доставить 3,9 10¹⁸ кг массы. Масса сферического тела диаметром 2 км имеющего плотность 830 кг/м3 (плотность чистого аммиачного льда) будет 3,5 10¹² кг. Т.е. минимум потребуется 1,1 миллион таких комет. Однако такая оценка является необоснованно оптимистической. Комет из чистого аммиачного льда в природе не существует. Доля азота и аммиака там в лучшем случае окажется процентов десять. Поэтому цифру в 1,1 млн. комет нужно минимум увеличивать на один порядок, миллионов до 11.

Т.е. для терраформирования Марса потребуется вовсе не 40, а 11 млн. комет диаметром около 2 км. Понятно, что за небольшой срок столько туда отправить совершенно нереально.

Слишком оптимистические взгляды на терраформирование обычно связаны с тем, что люди не достаточно хорошо представляют себе что такое геологические масштабы массы вещества и времени.

Надо чистый азот гонять. С Титана. Она как раз тянет на 8,7·10¹⁸ кг. Сходится! Разумеется, транспортировка азота  потребует затрат рабочего тела. Источником оного будут соседние спутники Гиперион и Япет. Их вещество можно использовать напрямую, в виде воды. Но можно разлагать на водород и кислород. При такой схеме в качестве рабочего тела используется только водород, а кислород доставляется вместе с азотом. При этом не обязательно копировать земную атмосферу - атмосфера терраформированного Марса может быть обогащена кислородом, соответственно, уменьшается потребное давление и количество вещества, которое необходимо перевезти.

[cybertron]

Теоретически можно еще подлавливать удобные моменты. В 2013 году комета чуть не столкнулась с Марсом, пролетела ближе чем Луна от Земли.
Если организовать службу по отслеживанию таких тел - то их можно будет столкнуть с Марсом гораздо дешевле чем таскать с 50AU.

[AlexAV]

Остается вопрос сколько все-таки углекислого газа на Марсе. Авторы этой новой статьи признаются что у них нет оценок - вполне возможно что его все-таки наберется 0.3 бара.

В работе 2018 года (на которую ссылка была выше) даются такие оценки ресурсов:



Достаточно легко из этого всего можно высвободить только углекислый газ полярных шапок и, частично, сорбированный реголитом. А то что там находится, совершенно очевидно ничего принципиально на Марсе не изменит.

Газ находящийся в газовых клатратах путём нагревания атмосферы Марса в целом (хоть парниковыми газами, хоть любым иным способом) высвободить почти невозмоможно. Они достаточно стабильны и для их разрушения нужно прогреть толщу грунта до температуры выше ~280 К (гидраты углекислого газа разрушается при температуре выше температуры плавления чистого льда), что малореально. Углекислый газ заключенный в карбонатных породах - тем более, чтобы его извлечь их придётся прокалить при температуре выше 800 градусов, сам он оттуда не выйдет.

В результате никаких простых способов терраформирования Марса нет, т.е. ни суперпарниковые газы, ни зеркала на орбите не дадут ничего. Попросту легкоизвлекаемые ресурсы углекислого газа там слишком малы. Нужно или таскать безумное количество комет. Или генерировать кислород и выпускать его в атмосферу, что крайне энергоёмко, а главное страшно медленно (если в год выпускать по 1 млрд. тонн, то необходимый результат будет через... 4 млн. лет , геологического масштаба изменения требуют геологического же масштаба времени, это главная проблема терраформирования чего-либо ), по крайней мере по человеческим меркам. Ну или добывать и прокаливать породы, содержащие карбонаты, затраты энергии и сроки в целом будут соизмеримы с вариантом прямого производства кислорода.

В любом случае дешево и быстро не получается. Речь идёт о деятельности по объёмам соизмеримой со всей деятельностью земной промышленности и сроках, измеряемых миллионами лет.

[AlexAV]

Надо чистый азот гонять. С Титана. Она как раз тянет на 8,7·1018 кг. Сходится!

Самый простой и технически реализуемый вариант - просто производить кислород из сульфатов (которых на поверхности Марса весьма много), скажем в цикле:

H₂O = H₂ + 1/2O₂ (электролиз)
Na₂SO₄ + SiO₂ = Na₂SiO₃ + SO₂ + 1/2O₂ (сплавление с кварцевым песком или кислой силикатной породой)
SO₂ + 2H₂ = 2H₂O + S
S + H₂ = H₂S
Fe₂O₃ + 3H₂S = FeS₂ + FeS + 3H₂O (хемотрофные микроорганизмы)

Правда при разумных, соизмеримых с объёмами нашей деятельности на Земле, масштабах этим придётся заниматься безумно долго по человеческим меркам, чтобы добиться приемлемого результата, несколько миллионов лет.

[SpaceEngineer]

Надо чистый азот гонять. С Титана. Она как раз тянет на 8,7·1018 кг. Сходится!

Нет, с Титана тяжело, дельта-V большое. Лучше с Плутона, его там как раз хватит на несколько бар на Марсе. Там и дельта-V маленькое,  и азот сразу в удобной форме - твёрдой. Сгребай экскаватором и грузи в контейнеры. И атмосферы почти нет - можно стрелять контейнерами из э/м катапульты.
Проблема одна - где взять энергию. Даже из орбитального движения Харона её не извлечь - Плутон синхронизован с ним.

[gans2]

безумно долго по человеческим меркам, чтобы добиться приемлемого результата, несколько миллионов лет.

Представим себе завод, непрерывно выполняющий всего лишь две функции: производить кислород( из окислов, а так же углекислоту из карбонатов и парниковый хлоруглерод из перхлоратов) из подножных минералов и... свои копии. А энергию брать от Солнца.


Пусть характерный размер "завода" будет a, его плотность -- r, а затраты энергии на производство одного килограмма "завода" -- q. Эти затраты, кстати, в основном состоят в выделении металла/кремния из минералов поверхности Марса и, следовательно, по порядку величины равны затратам на производство килограмма кислорода.

Обозначим КПД преобразования солнечной энергии в "заводы" за h, усреднённую за сутки мощность солнечного излучения на кв. метр за Ф, а радиус Марса за R.

Если принять, что площадь солнечных батарей "завода" по порядку величины -- примерно a^2, то характерное время, за которое один завод произведёт свою копию составит, как нетрудно убедиться:



Это -- время удвоения "популяции" заводов. Удваиваться им придётся до тех пор, пока они либо не покроют собою весь Марс, либо не создадут нужную нам кислородную атмосферу, масса которой оценивается по формуле (1). Что случится раньше, определяется размером заводов.

Избавлю читателей от простых, но довольно нудных выкладок, и сразу выпишу ответ, показывающий, сколько времени займёт эта работа:



где

,



 Характерный вид этой функции представлен на рисунке.


 Важными её свойствами являются монотонность [при разумных a] и выход на константу при малых значениях a. Как нетрудно показать, величина этой константы составляет:


Подставим в неё цифры:

q = 2*107 Дж/кг [порядка теплоты сгорания алюминия]

h = 10% [оптимистичная оценка, вытекающая из КПД лучших солнечных батарей, помноженного на КПД высокотемпературного технологического процесса]

Ф = 100 Вт/м2 [усреднённая за сутки и по широтам величина]

p = 11600 Па

g = 3.7 м/с2

Получаем ответ: 1.2*1010 секунд, или 400 лет

[Dem]

Если атмосфера из практически чистого кислорода - то достаточно давления 0.25 атм, иначе всё гореть начнёт
И более интересен момент когда можно будет дышать такой атмосферой, в наиболее низких местах.

[gans2]

Чему гореть в марсианской пустыне?
А гореть даже полезно. Температура повысится и углекислота выделится.(Или аэрозоль сульфатная, например )

[Кремальера]

И более интересен момент когда можно будет дышать такой атмосферой, в наиболее низких местах.

Если возможно будет создать рекреационные зоны на дне самых глубоких кратеров,с атмосферой пригодной для дыхания,то это здорово бы упростило бы задачу по любой деятельности на четвертой планете.Ибо постоянно таскать на себе намордник со скафандром то еще удовольствие.Боюсь у марсонавтов психика подвинется.

[gans2]

постоянно таскать на себе намордник со скафандром то еще удовольствие.

Пока авторепликаторы покрывают своими цехами Марс , люди, их обслуживающие могут пожить в локально террафомированных подводных куполах

https://pikabu.ru/story/lokalnoe_terraformirovanie_marsa_chast_chetvertaya_kak_lokalno_terraformirovat_podmarsianskie_prostoryi_6063920
https://pikabu.ru/story/lokalnoe_terraformirovanie_marsa_chast_pyataya_podkhodyashchee_mesto_dlya_pervogo_shaga_6066215

[pkl]

Теоретически можно еще подлавливать удобные моменты. В 2013 году комета чуть не столкнулась с Марсом, пролетела ближе чем Луна от Земли.
Если организовать службу по отслеживанию таких тел - то их можно будет столкнуть с Марсом гораздо дешевле чем таскать с 50AU.

Но их довольно мало и терраформинг превысит все разумные сроки. Сколько таких комет было?

К тому же, нам не вода нужна /её и так на Марсе полно/, а азот и кислород.

[pkl]

Самый простой и технически реализуемый вариант - просто производить кислород из сульфатов

Мне нравится, но... Длинная цепочка. Надо несколько раз рвать химические связи, соединять и снова рвать. И на всё энергия нужна. Тогда почему нельзя производить кислород просто из оксидов, допустим, железа, используя водород в качестве восстановителя?

[pkl]

Нет, с Титана тяжело, дельта-V большое. Лучше с Плутона, его там как раз хватит на несколько бар на Марсе. Там и дельта-V маленькое,  и азот сразу в удобной форме - твёрдой. Сгребай экскаватором и грузи в контейнеры. И атмосферы почти нет - можно стрелять контейнерами из э/м катапульты.

Ох! Плутон я и не заметил! А ведь действительно, затраты х.с.: 4,67 км/с + 1,21 = 5,88 км/с; в то время как для транспортировки с Титана - около 15-ти! А есть ещё Эрида, у которой при орбитальной скорости 3,43 км/с и второй космической 1,384 суммарные затраты х.с. = 4,8 км/с. Причём мы можем использовать гравитационный манёвр около одной из планет-гигантов, тогда изменение х.с. можно ещё более сэкономить!

Можно ещё рассмотреть Тритон: 5,43 + (23,5 - 4,39 )+ 1,455 = 5,43 + 19,11 + 1,455 = 25,995. Блин, почти как у Венеры.

В общем, койпероиды. Ещё можно рассмотреть кентавры.

Проблема одна - где взять энергию. Даже из орбитального движения Харона её не извлечь - Плутон синхронизован с ним.

КВС не подойдёт? Воды там много, её можно разлагать на кислород и водород. Кислород - для Марса, а из водорода извлекать тяжёлый водород.

[pkl]

Если возможно будет создать рекреационные зоны на дне самых глубоких кратеров,с атмосферой пригодной для дыхания,то это здорово бы упростило бы задачу по любой деятельности на четвертой планете.Ибо постоянно таскать на себе намордник со скафандром то еще удовольствие.Боюсь у марсонавтов психика подвинется.

По-моему, вариант с оазисами является той овчиной, которая выделки не стоит: затраты времени уменьшатся, но всё равно будут большими, инфраструктуру у чёрта на куличках всё равно придётся строить. При этом возникают вопросы устойчивости небольшой экосистемы на достаточно больших отрезках времени.

Таких мест не так уж и много, бассейн Эллада:

и Долины Маринера:

Оба занимают не так уж много места. Эллада, вдобавок, в высоких широтах. Нет, лучше уж довести до конца.