HUR TERRAFORMERAR VI VENUS?

Send

Fortsätter vi med vår "Definitive Guide to Terraforming", är Space Magazine gärna presentera för vår guide till terraforming Venus. Det kan vara möjligt att göra det en dag när vår teknik utvecklas tillräckligt långt. Men utmaningarna är många och ganska specifika.

Planeten Venus kallas ofta Jordens "systerplanet", och med rätta. Förutom att de är nästan lika stora, har Venus och Jorden samma massa och har väldigt lika kompositioner (båda är markplaneter). Som en angränsande planet till jorden, kretsar Venus också solen inom sin "Goldilocks Zone" (alias bebyggelig zon). Men naturligtvis finns det många viktiga skillnader mellan planeterna som gör Venus obeboelig.

Till att börja med är det atmosfär som är mer än 90 gånger tjockare än jordens, dess genomsnittliga yttemperatur är tillräckligt varm för att smälta bly, och luften är en giftig rök som består av koldioxid och svavelsyra. Som sådan, om människor vill bo där, någon allvarlig ekologisk teknik - alias. terraforming - behövs först. Och med tanke på dess likheter med Jorden, tror många forskare att Venus skulle vara en främsta kandidat för terraforming, ännu mer än Mars!

Under det senaste århundradet har begreppet terraformande Venus dykt upp flera gånger, både vad gäller science fiction och som ämne för vetenskaplig studie. Medan behandlingen av ämnet var till stor del fantastiskt i början av 1900-talet, inträffade en övergång med början av rymdåldern. När vår kunskap om Venus förbättrades gjorde även förslagen för att förändra landskapet lämpligare för mänsklig bebyggelse.

Exempel på fiktion:

Sedan början av 1900-talet har idén om ekologiskt omvandlande Venus utforskats i fiktion. Det tidigaste kända exemplet är Olaf Stapletons Sista och första män (1930), varav två kapitel ägnas åt att beskriva hur mänsklighetens ättlingar terraformerar Venus efter Jorden blir obeboelig; och i processen, begå folkmord mot det inhemska vattenlevande livet.

På 1950- och 60-talet, på grund av rymdålderns början, började terraforming dyka upp i många science fiction-verk. Poul Anderson skrev också omfattande om terraforming på 1950-talet. I hans roman 1954, Det stora regnet, Venus förändras genom planeringstekniker över en mycket lång tid. Boken var så inflytelserik att termen ”Big Rain” har sedan dess kommit att vara synonymt med terraformeringen av Venus.

1991 föreslog författaren G. David Nordley i sin novelle ("Snows of Venus") att Venus kan spinnas upp till en dagslängd på 30 jorddagar genom att exportera sin atmosfär av Venus via massförare. Författaren Kim Stanley Robinson blev berömd för sin realistiska skildring av terraforming i Mars-trilogin - som inkluderade Röda Mars, Gröna Mars och Blue Mars.

2012 följde han upp denna serie med släppet av 2312, en science fiction-roman som handlade om koloniseringen av hela solsystemet - som inkluderar Venus. Romanen utforskade också de många sätten på vilka Venus kunde terraformeras, allt från global kylning till kolbindning, som alla var baserade på vetenskapliga studier och förslag.

Föreslagna metoder:

Den första föreslagna metoden för att terraformera Venus gjordes 1961 av Carl Sagan. I ett papper med titeln ”The Planet Venus” argumenterade han för användningen av genetiskt konstruerade bakterier för att förvandla kolet i atmosfären till organiska molekyler. Detta blev emellertid opraktiskt på grund av den efterföljande upptäckten av svavelsyra i Venus moln och effekterna av solvind.

I sin studie från 1991 ”Terraforming Venus Quickly” föreslog den brittiska forskaren Paul Birch att bomba Venus atmosfär med väte. Den resulterande reaktionen skulle ge grafit och vatten, varav den senare skulle falla till ytan och täcka ungefär 80% av ytan i hav. Med tanke på den mängd väte som behövs måste den skördas direkt från en av gasjättens eller deras månens is.

Förslaget skulle också kräva att järn-aerosol läggs till atmosfären, vilket kan härledas från ett antal källor (dvs. månen, asteroiderna, kvicksilver). Den återstående atmosfären, uppskattad till cirka 3 bar (tre gånger jordens), skulle huvudsakligen bestå av kväve, varav en del kommer att lösa sig upp i de nya haven och minska atmosfärtrycket ytterligare.

En annan idé är att bombardera Venus med raffinerat magnesium och kalcium, vilket skulle binda kol i form av kalcium och magnesiumkarbonater. I sitt papper från 1996, ”Stabiliteten i klimatet på Venus”, markerade Mark Bullock och David H. Grinspoon från University of Colorado i Boulder att Venus egna avsättningar av kalcium och magnesiumoxider kunde användas för denna process. Genom gruvdrift skulle dessa mineraler kunna utsättas för ytan och därmed fungera som kolsänkor.

Bullock och Grinspoon hävdar emellertid också att detta skulle ha en begränsad kylningseffekt - till cirka 400 K (126,85 ° C; 260,33 ° F) och skulle bara reducera atmosfärstrycket till uppskattningsvis 43 bar. Därför skulle ytterligare tillförsel av kalcium och magnesium behövas för att uppnå 8 × 10²⁰ kg kalcium eller 5 × 10²⁰ kg magnesium krävs, vilket troligen skulle behöva brytas från asteroider.

Begreppet solskydd har också utforskats, vilket skulle innebära att man antingen använder en serie små rymdfarkoster eller en enda stor lins för att avleda solljus från planetens yta och därmed minska globala temperaturer. För Venus, som absorberar dubbelt så mycket solljus som jorden, tros solstrålning ha spelat en viktig roll i den borttagna växthuseffekten som har gjort det till vad det är idag.

En sådan skugga kan vara rymdbaserad, belägen i Sun-Venus L1 Lagrangian punkt, där den skulle förhindra att vissa solljus når Venus. Dessutom skulle denna skugga också tjäna till att blockera solvinden och därmed minska mängden strålning som Venus yta utsätts för (en annan nyckelfråga när det gäller beboddighet). Denna kylning skulle resultera i kondensering eller frysning av atmosfärisk CO², som sedan skulle deponeras på ytan som torris (som kan skickas utanför världen eller sekesteras under jord).

Alternativt kan solreflektorer placeras i atmosfären eller på ytan. Detta kan bestå av stora reflekterande ballonger, ark med kolananorör eller grafen eller lågalbedo-material. Den förra möjligheten erbjuder två fördelar: för en kan atmosfäriska reflektorer byggas in-situ med lokalt framställd kol. För det andra är Venus atmosfär tät nog att sådana strukturer lätt skulle kunna flyta ovanpå molnen.

NASA-forskaren Geoffrey A. Landis har också föreslagit att städer skulle kunna byggas ovanför Venus moln, som i sin tur kan fungera som både en solsköld och som bearbetningsstationer. Dessa skulle tillhandahålla initiala bostadsområden för kolonister och skulle fungera som terraformer och gradvis omvandla Venus 'atmosfär till något livligt så att kolonisterna kunde migrera till ytan.

Ett annat förslag har att göra med Venus rotationshastighet. Venus roterar en gång var 243 dagar, vilket är överlägset den långsammaste rotationsperioden för någon av de stora planeterna. Som sådan upplever Venus mycket långa dagar och nätter, vilket kan vara svårt för de flesta kända jordarter av växter och djur att anpassa sig till. Den långsamma rotationen beror antagligen på bristen på ett betydande magnetfält.

För att ta itu med detta föreslog British Interplanetary Society-medlem Paul Birch att skapa ett system med solspeglar i omloppsbana nära L1 Lagrange-punkten mellan Venus och solen. Kombinerat med en soletta-spegel i polär bana skulle dessa ge en 24-timmars ljuscykel.

Det har också föreslagits att Venus 'rotationshastighet kan spinnas upp genom att antingen slå ytan med stötdämpare eller genomföra nära fly-bys med kroppar större än 96,5 km (60 miles) i diameter. Det finns också förslaget att använda massdrivrutiner och dynamiska kompressionsmedlemmar för att generera den rotationskraft som krävs för att påskynda Venus upp till den punkt där den upplevde en dag-natt-cykel identisk med jordens (se ovan).

Sedan finns möjligheten att ta bort en del av Venus atmosfär, vilket kan åstadkommas på flera sätt. Till att börja med skulle impaktorer riktade mot ytan blåsa ut en del av atmosfären ut i rymden. Andra metoder inkluderar rymdhissar och massacceleratorer (idealiskt placerade på ballonger eller plattformar ovanför molnen), som gradvis kan skopa gas från atmosfären och skjuta ut den i rymden.

Potentiella fördelar:

En av de främsta orsakerna till att kolonisera Venus och förändra sitt klimat för mänsklig bosättning är utsikterna att skapa en "backup-plats" för mänskligheten. Och med tanke på de olika valen - Mars, månen och det yttre solsystemet - har Venus flera saker för det som de andra inte gör. Alla dessa belyser varför Venus är känd som jordens "Sister Planet".

Till att börja med är Venus en markjord som liknar storlek, massa och sammansättning som Jorden. Det är därför Venus har samma tyngdkraft som Jorden, vilket handlar om vad vi upplever 90% (eller 0,904)g, för att vara exakt. Som ett resultat skulle människor som bor på Venus ha en mycket lägre risk för att utveckla hälsoproblem förknippade med tid tillbringad i viktlöshet och mikrogravitationsmiljöer - som osteoporos och muskeldegeneration.

Venus relativa närhet till jorden skulle också göra transport och kommunikation enklare än med de flesta andra platser i solsystemet. Med nuvarande framdrivningssystem inträffar startfönster till Venus var 584 dagar, jämfört med 780 dagar för Mars. Flygtiden är också något kortare eftersom Venus är den närmaste planeten till jorden. Vid det närmaste tillvägagångssättet är det 40 miljoner km bort, jämfört med 55 miljoner km för Mars.

En annan anledning har att göra med Venuss borttagna växthuseffekt, vilket är orsaken till planetens extrema värme och atmosfärstäthet. När vi testade olika ekologiska tekniker skulle våra forskare lära sig mycket om deras effektivitet. Denna information kommer i sin tur att komma till stor nytta i den pågående kampen mot klimatförändringar här på jorden.

Och under de kommande decennierna kommer denna kamp sannolikt att bli ganska intensiv. Som NOAA rapporterade i mars 2015, har koldioxidnivåerna i atmosfären nu överträffat 400 ppm, en nivå som inte har sett sedan Pliocene-eraen - då globala temperaturer och havsnivå var betydligt högre. Och som en serie scenarier beräknade av NASA-show kommer denna trend sannolikt att fortsätta fram till 2100, med allvarliga konsekvenser.

I ett scenario kommer utsläppen av koldioxid att jämnas ut vid cirka 550 ppm mot slutet av seklet, vilket resulterar i en genomsnittlig temperaturökning på 2,5 ° C (4,5 ° F). I det andra scenariot ökar koldioxidutsläppen till cirka 800 ppm, vilket resulterar i en genomsnittlig ökning på cirka 4,5 ° C (8 ° F). Medan de ökningar som förutses i det första scenariot är hållbara, i det senare scenariot kommer livet att bli ohållbart på många delar av planeten.

Så förutom att skapa ett andra hem för mänskligheten, kan terraformering av Venus också bidra till att se till att jorden förblir ett livskraftigt hem för vår art. Och det faktum att Venus är en markjord innebär naturligtvis att den har rikliga naturresurser som kan skördas, vilket hjälper mänskligheten att uppnå en "ekonomi efter knapphet".

Utmaningar:

Utöver de likheter som Venus har med jorden (dvs storlek, massa och sammansättning) finns det många skillnader som skulle göra terraformering och kolonisering av den till en stor utmaning. För det första kräver en enorm mängd energi och resurser att minska värmen och trycket i Venus atmosfär. Det kräver också infrastruktur som ännu inte finns och som skulle vara mycket dyr att bygga.

Till exempel skulle det kräva enorma mängder metall och avancerade material för att bygga en orbitalskärm som är tillräckligt stor för att kyla Venus atmosfär så att dess växthuseffekt skulle arresteras. En sådan struktur, om den är placerad vid L1, skulle också behöva vara fyra gånger diametern för Venus själv. Det skulle behöva monteras i rymden, vilket kräver en massiv flotta av robotmonterare.

Däremot skulle öka hastigheten för Venus rotation kräva enorm energi, för att inte tala om ett betydande antal stötar som skulle behöva kotte från det yttre solsystemet - främst från Kuiper Belt. I alla dessa fall skulle en stor flotta av rymdskepp behövas för att hämta det nödvändiga materialet, och de skulle behöva utrustas med avancerade drivsystem som kan göra resan på rimlig tid.

För närvarande finns inga sådana drivsystem och konventionella metoder - allt från jonmotorer till kemiska drivmedel - är varken snabba eller ekonomiska nog. För att illustrera, NASA: s Nya horisonter uppdraget tog mer än 11 år för att få göra sitt historiska möte med Pluto i Kuiper Belt, med hjälp av konventionella raketer och tyngdkraftsmetoden.

Samtidigt Gryning uppdraget, som förlitade sig på jonisk framdrivning, tog nästan fyra år att nå Vesta i Asteroidbältet. Ingen av metoderna är praktiska för att göra upprepade resor till Kuiper Belt och dra tillbaka isiga kometer och asteroider, och mänskligheten har ingenstans nära det antal fartyg vi skulle behöva göra detta.

Samma resursproblem gäller för konceptet att placera solreflektorer ovanför molnen. Mängden material måste vara stor och måste förbli på plats långt efter att atmosfären hade modifierats, eftersom Venus yta för närvarande är helt omsluten av moln. Dessutom har Venus redan starkt reflekterande moln, så alla tillvägagångssätt skulle behöva överträffa sin nuvarande albedo (0,65) för att göra en skillnad.

Och när det gäller att ta bort Venus atmosfär är saker lika utmanande. 1994 genomförde James B. Pollack och Carl Sagan beräkningar som indikerade att en anslagare som mäter 700 km i diameter som slår Venus med hög hastighet mindre än en tusendel av den totala atmosfären. Dessutom skulle det bli minskande avkastning när atmosfärens täthet minskar, vilket innebär att tusentals jätteimpaktorer skulle behövas.

Dessutom skulle de flesta av den utkastade atmosfären gå in i en solbana nära Venus, och - utan ytterligare ingripande - kunde fångas av Venus gravitationfält och återigen bli en del av atmosfären. Att ta bort atmosfärisk gas med hjälp av rymdhissar skulle vara svårt eftersom planetens geostationära omloppsbana ligger ett opraktiskt avstånd ovanför ytan, där borttagning med massacceleratorer skulle vara tidskrävande och mycket dyrt.

Slutsats:

Sammanfattningsvis är de potentiella fördelarna med terraformande Venus tydliga. Mänskligheten skulle ha ett andra hem, vi skulle kunna lägga till dess resurser till våra egna och vi skulle lära oss värdefulla tekniker som kan hjälpa till att förhindra kataklysmisk förändring här på jorden. Att komma till den punkt där dessa fördelar skulle kunna realiseras är dock den svåra delen.

Liksom de flesta föreslagna terrängformande satsningar måste många hinder åtgärdas i förväg. De främsta bland dessa är transport och logistik, mobilisering av en massiv robotarbetare och dragning av farkoster för att utnyttja de nödvändiga resurserna. Efter det måste ett multinationellt engagemang göras, vilket ger ekonomiska resurser för att se jobbet till slutförande. Inte en lätt uppgift under de mest ideala förhållandena.

Det räcker med att säga att detta är något som mänskligheten inte kan göra på kort sikt. Men med tanke på framtiden ser idén att Venus blir vår "systerplanet" på alla sätt som kan tänkas - med hav, åkermark, vilda djur och städer - verkligen vara ett vackert och genomförbart mål. Den enda frågan är, hur länge måste vi vänta?

Vi har skrivit många intressanta artiklar om terraforming här på Space Magazine. Här är den definitiva guiden för terraforming, kan vi terrraforma månen? Bör vi terrraformera Mars ?, Hur terraformerar vi Mars? och studentteamet vill terraformera Mars med hjälp av Cyanobacteria.

Vi har också fått artiklar som utforskar den mer radikala sidan av terraforming, som Could We Terraform Jupiter ?, Could We Terraform The Sun ?, och Could We Terraform A Black Hole?

För mer information, kolla in Terraforming Mars på NASA Quest! och NASA's Journey to Mars.

Och om du gillade videon publicerad ovan, kolla in vår Patreon-sida och ta reda på hur du kan få dessa videor tidigt och hjälpa oss att ge dig mer bra innehåll!