Мэтт Уильямс терраформирование

• Что влечет за собой терраформирование?
  
  
• Где именно мы могли бы использовать этот процесс?
  
  
• Какая технология нам понадобится?
  
  
• Существует ли такая технология уже, или нам нужно подождать?
  
  
• Сколько ресурсов для этого потребуется?
  
  
• И, прежде всего, каковы шансы на то, что это действительно удастся?
  
  

Происхождение термина

Терраформирование в художественной литературе

Изучение Терраформирования

Потенциальные места

Внутренняя Солнечная система

Меркурий

Подавляющая часть поверхности Меркурия враждебна для жизни, где температура колеблется между чрезвычайно высокой и холодной - то есть 700 К (427 ° C; 800 ° F) и 100 К (-173 ° C; -280 ° F).

 

Это связано с его близостью к Солнцу, почти полным отсутствием атмосферы и очень медленным вращением. Однако на полюсах температура стабильно низкая -93 ° C (-135 ° F) из-за постоянной тени.

 
 

Изображения северной полярной области Меркурия,

предоставлено MESSENGER.

Предоставлено: NASA / JPL

 
 

Присутствие водяного льда и органических молекул в северном полярном регионе также было подтверждено благодаря данным, полученным миссией MESSENGER.

 

Таким образом, в регионах можно было бы создавать колонии и проводить ограниченное терраформирование (также известное как. паратерраформинг). Например, если бы можно было построить купола (или один купол) достаточного размера над кратерами Кандинский, Прокофьев, Толкиен и Триггвадоттир, северный регион можно было бы приспособить для проживания людей.

 

Теоретически это можно было бы сделать с помощью зеркал, перенаправляющих солнечный свет в купола, что постепенно повышало бы температуру. Затем водяной лед растаял бы, и в сочетании с органическими молекулами и тонкоизмельченным песком получилась бы почва.

 

Затем можно было бы выращивать растения для производства кислорода, который в сочетании с газообразным азотом создавал бы атмосферу, пригодную для дыхания.

 
 

Венера

Как у "Двойника Земли", у терраформирования есть много возможностей и преимуществ Венера.

 

Первым, кто предложил это, был Саган в своей статье 1961 года в Science. Однако последующие открытия, такие как высокие концентрации серной кислоты в облаках Венеры, сделали эту идею неосуществимой.

 

Даже если бы водоросли могли выжить в такой атмосфере, преобразование чрезвычайно плотных облаков CO2 в кислород привело бы к чрезмерной плотности кислородной среды.

 

Кроме того, графит стал бы побочным продуктом химических реакций, который, вероятно, превратился бы на поверхности в густой порошок. При сгорании он снова превратился бы в CO2, тем самым перезапустив весь парниковый эффект.

 

Однако, были сделаны более поздние предложения, которые выступают за использование методов связывания углерода, которые, возможно, гораздо более практичны.

 
 

 
 
 

В этих сценариях можно было бы полагаться на химические реакции, чтобы превратить атмосферу Венеры в нечто пригодное для дыхания, одновременно снижая ее плотность.

 

В одном из сценариев будет введен аэрозоль водорода и железа для преобразования CO2 в атмосфере в графит и воду. Затем эта вода упала бы на поверхность, где она покрыла бы примерно 80% поверхности планеты - из-за того, что высота Венеры невелика.

 

Другой сценарий предусматривает выброс в атмосферу огромного количества кальция и магния. Это привело бы к поглощению углерода в виде карбонитов кальция и магния. И преимущество этого плана в том, что в мантии Венеры уже есть залежи обоих минералов, которые затем могут быть подвергнуты воздействию атмосферы в результате бурения.

 

Однако большая часть полезных ископаемых должна поступать извне, чтобы снизить температуру и давление до устойчивых уровней.

 

Еще одно предложение заключается в замораживании атмосферного углекислого газа до состояния сжижения - когда он образует сухой лед - и позволяет ему накапливаться на поверхности.

 

 

Кроме того, существует возможность бомбардировки поверхности ледяными кометами (которые могут быть добыты на одном из спутников Юпитера или Сатурна) для создания жидкого океана на поверхности, который будет поглощать углерод и способствовать любым другим из вышеперечисленных процессов.

 

Наконец, существует сценарий, при котором плотная атмосфера Венеры может быть удалена. Это можно охарактеризовать как наиболее прямой подход к разжижению атмосферы, которая слишком плотна для обитания человека.

 

При столкновении крупных комет или астероидов с поверхностью часть плотных облаков CO2 может быть выброшена в космос, что приведет к уменьшению количества атмосферы, подлежащей преобразованию.

 
 

Концепция терраформированной Венеры,

на которой изображена поверхность, покрытая океанами.

Credit: Wikipedia Commons/Ittiz

 
 
Более медленный метод может быть реализован с помощью масс-драйверов (они же электромагнитные катапульты) или космических лифтов, которые постепенно забирают атмосферу и либо поднимают ее в космос, либо сбрасывают с поверхности.

 
Кроме изменения или удаления атмосферы, существуют также концепции, призывающие к уменьшению тепла и давления путем ограничения солнечного света (например, с помощью солнечных батарей) или изменения скорости вращения планеты.
 
 

Концепция солнечных оттенков предполагает использование либо серии небольших космических аппаратов, либо одной большой линзы для отвода солнечного света от поверхности планеты, тем самым снижая глобальную температуру.

 

Считается, что на Венере, которая поглощает в два раза больше солнечного света, чем Земля, солнечная радиация сыграла важную роль в безудержном парниковом эффекте, который сделал ее такой, какой она является сегодня.

 

Такой оттенок мог бы быть космического происхождения и располагаться в точке лагранжа Солнце-Венера L1, где он не только препятствовал бы попаданию части солнечного света на Венеру, но и служил бы для уменьшения количества радиации, которой подвергается Венера.

 

В качестве альтернативы солнечные шторы или отражатели могут быть размещены в атмосфере или на поверхности. Это могут быть большие отражающие баллоны, листы углеродных нанотрубок или графена, или материал с низким альбедо.

 

Размещение плафонов или отражателей в атмосфере дает два преимущества: во-первых, атмосферные отражатели могут быть построены на месте с использованием местного углерода.

 

Во-вторых, атмосфера Венеры достаточно плотная, чтобы такие структуры могли легко парить над облаками. Однако количество материала должно было бы быть большим и оставаться на месте еще долгое время после того, как атмосфера была изменена.

 

Кроме того, поскольку на Венере уже есть облака с высокой отражающей способностью, любой подход должен значительно превзойти ее текущее альбедо (0,65), чтобы что-то изменить.

 
 

Солнечные оттенки, размещенные на орбите Венеры

это возможные средства терраформирования планеты.

Автор: IEEE Spectrum / Джон Макнил

 
 

Кроме того, идея ускорения вращения Венеры была распространена в качестве возможного средства терраформирования.

 

Если бы Венеру можно было раскрутить до такой степени, чтобы ее суточный цикл (день-ночь) был похож на земной, планета могла бы просто начать генерировать более сильное магнитное поле.

 

Это привело бы к уменьшению количества солнечного ветра (и, следовательно, радиации), не достигающего поверхности, что сделало бы ее более безопасной для земных организмов.

 
 

Луна

Поскольку Луна является ближайшим к Земле небесным телом, колонизировать Ее было бы сравнительно легко по сравнению с другими телами.

 

Но когда дело доходит до терраформирования Луны, возможности и проблемы во многом напоминают возможности и проблемы Меркурия. Для начала, атмосфера Луны настолько разрежена, что ее можно назвать только экзосферой.

 

Более того, летучие элементы, необходимые для жизни, находятся в дефиците (например, водород, азот и углерод).

 

Эти проблемы можно было бы решить, захватив кометы, содержащие водяной лед и летучие вещества, и разбив их о поверхность. Кометы сублимировались бы, рассеивая эти газы и водяной пар, создавая атмосферу.

 

В результате этих воздействий также высвободится вода, содержащаяся в лунном реголите, которая в конечном итоге может накапливаться на поверхности, образуя естественные водоемы.

 

Передача импульса от этих комет также заставила бы Луну вращаться быстрее, ускорив ее вращение, так что она больше не была бы привязана к приливам.

 

Луна, которая совершала бы один оборот вокруг своей оси каждые 24 часа, имела бы устойчивый суточный цикл, что облегчило бы колонизацию и адаптацию к жизни на Луне.

 
 
 

 
 
 

Существует также возможность паратерраформирования частей Луны способом, который был бы аналогичен терраформированию полярной области Меркурия. В случае с Луной это произошло бы в кратере Шеклтон, где ученые уже нашли свидетельства наличия водяного льда.

 

Используя солнечные зеркала и купол, этот кратер можно было бы превратить в микроклимат, где можно было бы выращивать растения и создавать пригодную для дыхания атмосферу.

 
 

Марс

Когда дело доходит до терраформирования, Марс является самым популярным местом назначения.

 

Для этого есть несколько причин, начиная от близости к Земле, ее сходства с Землей и того факта, что когда-то здесь была окружающая среда, очень похожая на Земную, которая включала более плотную атмосферу и наличие теплой проточной воды на поверхности. Наконец, в настоящее время считается, что под поверхностью Марса могут быть дополнительные источники воды.

 

Вкратце, на Марсе суточный и сезонный циклы, которые очень близки к тому, что мы наблюдаем здесь, на Земле.

 

В первом случае один день на Марсе длится 24 часа 40 минут. В последнем случае, а также из-за аналогичного наклона оси Марса (25,19 ° по сравнению с Земными 23 °), Марс испытывает сезонные изменения, которые очень похожи на земные.

 

Хотя один сезон на Марсе длится примерно в два раза дольше, изменение температуры в результате получается очень похожим - ± 178 ° C (320 ° F) по сравнению с ± 160 ° C (278 ° F) на Земле.

 

Помимо всего этого, Марсу пришлось бы претерпеть огромные преобразования, чтобы на его поверхности могли жить люди. Атмосферу необходимо было бы резко сгустить, и ее состав необходимо было бы изменить.

 

В настоящее время атмосфера Марса состоит на 96% из углекислого газа, 1,93% аргона и 1,89% азота, а давление воздуха эквивалентно всего 1% земного на уровне моря.

 

Прежде всего, на Марсе отсутствует магнитосфера, а это означает, что его поверхность получает значительно больше излучения, чем мы привыкли здесь, на Земле. Кроме того, считается, что у Марса когда-то была магнитосфера, и что исчезновение этого магнитного поля привело к тому, что солнечный ветер разрушил атмосферу Марса.

 

Это, в свою очередь, привело к тому, что Марс стал таким холодным и иссушенным местом, каким он является сегодня.

 
 

Ученые смогли измерить скорость потери воды на Марсе

путем измерения соотношения воды и HDO

начиная с сегодняшнего дня и 4,3 миллиарда лет назад.

Автор: Кевин Гилл

 
 

В конечном счете, это означает, что для того, чтобы планета стала пригодной для жизни по человеческим стандартам, ее атмосфера должна быть значительно уплотнена, а планета значительно прогрета.

 

Состав атмосферы также должен измениться - от нынешней смеси, содержащей большое количество CO2, до азотно-кислородного баланса примерно 70/30. И, прежде всего, атмосферу нужно будет время от времени пополнять, чтобы компенсировать потери.

 

К счастью, первые три требования в значительной степени дополняют друг друга и представляют широкий спектр возможных решений.

 

Для начала, атмосферу Марса можно уплотнить и согреть планету, бомбардируя ее полярные регионы метеорами. Это привело бы к таянию полюсов, высвобождению отложений замороженного углекислого газа и воды в атмосферу и запуску парникового эффекта.

 

Внесение летучих элементов, таких как аммиак и метан, также помогло бы сгустить атмосферу и вызвать потепление. И то, и другое может быть добыто на ледяных лунах внешней части Солнечной системы, особенно на лунах Ганимеда, Каллисто и Титана.

 

Они также могут быть доставлены на поверхность в результате падения метеоритов.

 

После удара о поверхность аммиачный лед сублимируется и распадается на водород и азот - водород взаимодействует с he CO2 с образованием воды и графита, в то время как азот действует как буферный газ. Тем временем метан будет действовать как парниковый газ, который еще больше усилит глобальное потепление.

 

Кроме того, в результате столкновений в воздух будут выброшены тонны пыли, что еще больше усилит тенденцию к потеплению.

 
 
 

 
 
 

Со временем достаточные запасы водяного льда на Марсе, которые можно найти не только на полюсах, но и в обширных подземных залежах вечной мерзлоты, сублимируются, образуя теплую текущую воду.

 

При значительно возросшем давлении воздуха и более теплой атмосфере люди, возможно, смогут выходить на поверхность без необходимости в защитных костюмах.

 

Однако атмосферу все равно нужно будет преобразовать во что-то пригодное для дыхания. Это займет гораздо больше времени, поскольку процесс преобразования атмосферного CO2 в газообразный кислород, вероятно, займет столетия.

 

В любом случае было предложено несколько возможностей, которые включают преобразование атмосферы посредством фотосинтеза - либо с помощью цианобактерий, либо с помощью земных растений и лишайников.

 

Другие предложения включают создание орбитальных зеркал, которые будут размещены вблизи полюсов и направлять солнечный свет на поверхность, чтобы запустить цикл потепления, заставляя полярные ледяные шапки таять и выделять содержащийся в них газ CO2. Также было предложено использовать темную пыль с Фобоса и Деймоса для уменьшения альбедо поверхности, что позволит ей поглощать больше солнечного света.

 

Короче говоря, существует множество вариантов терраформирования Марса. И многие из них, если и не являются легкодоступными, то, по крайней мере, представлены на столе…

Внешняя Солнечная система

Спутники Юпитера

Крупнейшие спутники Юпитера, Ио, Европа, Ганимед и Каллисто, известные как Галилеяне в честь их основателя (Галилео Галилея), долгое время были предметом научного интереса.

 

На протяжении десятилетий ученые размышляли о возможном существовании подповерхностного океана на Европе, основываясь на теориях о приливном нагревании планеты (следствие ее эксцентричной орбиты и орбитального резонанса с другими лунами).

 

Анализ изображений, предоставленных зондами " Вояджер-1" и " Галилео", добавил весомости этой теории, показав регионы, где, по-видимому, подземный океан растаял.

 

Более того, наличие этого тепловодного океана также привело к предположениям о существовании жизни под ледяной корой Европы - возможно, вокруг гидротермальных источников на границе ядра и мантии.

 

Из-за этого потенциала пригодности для жизни Европа также была предложена в качестве возможного места для терраформирования. Как утверждается, если бы температуру поверхности можно было повысить, а поверхностный лед растаять, вся планета могла бы превратиться в океанический мир.

 

Сублимация льда, при которой выделяется водяной пар и газообразные летучие вещества, затем подвергается электролизу (который уже создает разреженную кислородную атмосферу).

 
 
 

 
 
 

Однако Европа не имеет собственной магнитосферы и находится в пределах мощного магнитного поля Юпитера.

 

В результате его поверхность подвергается воздействию значительного количества радиации - 540 БЭР в день по сравнению с примерно 0,0030 бэр в год здесь, на Земле, - и любая атмосфера, которую мы создадим, начнет разрушаться Юпитером.

 

Следовательно, необходимо было бы установить радиационную защиту, которая могла бы отражать большую часть этого излучения.

 

А еще есть Ганимед, третий по удаленности из галилеевых спутников Юпитера. Как и Европа, это потенциальное место терраформирования, обладающее многочисленными преимуществами. Во-первых, это самая большая луна в нашей Солнечной системе, больше нашей собственной луны и даже больше планеты Меркурий.

 

Кроме того, он также обладает достаточными запасами водяного льда, как полагают, имеет внутренний океан и даже имеет свою собственную магнитосферу.

 

Следовательно, если бы температура поверхности была повышена и лед сублимировался, атмосфера Ганимеда могла бы сгуститься. Как и Европа, она также станет океанической планетой, и ее собственная магнитосфера позволит ей сохранить большую часть своей атмосферы.

 

Однако магнитное поле Юпитера по-прежнему оказывает мощное влияние на планету, а это означает, что радиационные экраны по-прежнему будут необходимы.

 

Наконец, есть Каллисто, четвертая по удаленности от нас планета Галилеи. И здесь обильные запасы водяного льда, летучих веществ и возможность наличия внутреннего океана указывают на потенциальную пригодность для жизни.

 

Но в случае с Каллисто есть дополнительный бонус в том, что она находится за пределами магнитного поля Юпитера, что снижает угрозу радиации и атмосферных потерь.

 
 

Вырезанное изображение художника

о внутренней структуре Ганимеда.

Источник: Википедия на всеобщее обозрение/kelvinsong

 
 

Процесс должен был начаться с поверхностного нагрева, который сублимировал бы водяной лед и запасы замороженного аммиака на Каллисто.

 

Электролиз в этих океанах привел бы к образованию атмосферы, богатой кислородом, а аммиак мог бы быть преобразован в азот, который действовал бы как буферный газ. Однако, поскольку большая часть Каллисто покрыта льдом, это означало бы, что планета потеряет значительную массу и на ней не останется континентов.

 

Опять же, в результате получилась бы океаническая планета, потребовавшая плавучих городов или массивных кораблей-колоний.

 
 

Луны Кронианцев

Подобно спутникам Юпитера, Спутники Сатурна (также известные как Крониан) предоставляют возможности для терраформирования.

 

Опять же, это связано с наличием водяного льда, внутренних океанов и летучих элементов. Титан, крупнейший спутник Сатурна, также богат метаном, который содержится в жидкой форме (метановые озера вокруг его северной полярной области) и в газообразной форме в его атмосфере.

 

Также считается, что под поверхностью льда находятся большие запасы аммиака.

 

Титан также является единственным естественным спутником с плотной атмосферой (давление в полтора раза превышает земное) и единственной планетой за пределами Земли, где атмосфера богата азотом. Такая плотная атмосфера означала бы, что было бы намного легче выровнять давление в местах обитания на планете.

 

Более того, ученые считают, что эта атмосфера является пребиотической средой, богатой органической химией, то есть похожа на раннюю атмосферу Земли (только намного холоднее).

 
 

Схема внутреннего строения Титана

в соответствии с полностью дифференцированной моделью плотного океана.

Источник: Википедия на всеобщее обозрение/Kelvinsong

 
 

Таким образом, преобразование его во что-то земное было бы осуществимо.

 

Во-первых, необходимо было бы повысить температуру поверхности. Поскольку Титан находится очень далеко от Солнца и уже имеет избыток парниковых газов, это могло быть достигнуто только с помощью орбитальных зеркал. Это привело бы к сублимации поверхностного льда, высвобождая под ним аммиак, что привело бы к большему нагреванию.

 

Следующий шаг будет заключаться в преобразовании атмосферы во что-то пригодное для дыхания.

 

Как уже отмечалось, атмосфера Титана богата азотом, что избавило бы от необходимости введения буферного газа. А при наличии воды кислород можно было бы вводить, вырабатывая его с помощью электролиза.

 

В то же время метан и другие углеводороды должны были бы быть изолированы, чтобы предотвратить образование взрывоопасной смеси с кислородом.

 

Но, учитывая толщину и многослойность льда Титана, который, по оценкам, составляет половину его массы, Луна была бы в значительной степени океанической планетой, то есть без континентов или массивов суши, на которых можно было бы строить. Итак, еще раз, любая среда обитания должна иметь форму либо плавучих платформ, либо больших кораблей.

 

Энцелад - еще одна возможность, благодаря недавнему открытию подповерхностного океана. Проведенный космическим зондом "Кассини" анализ водяных шлейфов, извергающихся из южной полярной области, также указал на присутствие органических молекул.

 

Таким образом, его терраформирование было бы аналогично терраформированию спутника Юпитера Европы и привело бы к созданию аналогичной океанической луны.

 
 

Изображение художником возможной гидротермальной активности

которое может происходить на морском дне Энцелада и под ним.

Предоставлено: NASA / JPL

 
 

Опять же, для этого, вероятно, пришлось бы задействовать орбитальные зеркала, учитывая расстояние Энцелада от нашего Солнца. Как только лед начнет сублимироваться, при электролизе образуется газообразный кислород.

 

Присутствие аммиака в подповерхностном океане также будет высвобождаться, способствуя повышению температуры и служа источником газообразного азота, который служит буфером для атмосферы.