HVORDAN TERRAFORMERER VI VENUS?

Send

Fortsætter med vores “Definitive Guide to Terraforming”, er Space Magazine glade for at præsentere for vores guide til terraforming Venus. Det kan være muligt at gøre dette en dag, når vores teknologi skrider langt nok. Men udfordringerne er mange og ganske specifikke.

Planeten Venus omtales ofte som Jordens "Sister Planet", og med rette. Ud over at være næsten samme størrelse er Venus og Jorden ens i masse og har meget ens sammensætninger (begge er jordbaserede planeter). Som en naboplanet til Jorden, kredser Venus også solen inden for sin "Goldilocks Zone" (også kendt som beboelig zone). Men selvfølgelig er der mange vigtige forskelle mellem planeterne, der gør Venus ubeboelig.

For det første er det atmosfære, der er 90 gange tykkere end Jorden, dens gennemsnitlige overfladetemperatur er varm nok til at smelte bly, og luften er en giftig damp, der består af kuldioxid og svovlsyre. Som sådan, hvis mennesker ønsker at bo der, nogle seriøs økologisk teknik - også. terraforming - er nødvendig først. Og i betragtning af dens ligheder med Jorden, tror mange forskere, at Venus ville være en førende kandidat til terraformering, endnu mere end Mars!

I løbet af det forrige århundrede har begrebet terraformering af Venus vist sig flere gange, både med hensyn til science fiction og som genstand for videnskabelig undersøgelse. Mens behandlinger af emnet stort set var fantastiske i begyndelsen af det 20. århundrede, skete der en overgang med begyndelsen af rumalderen. Efterhånden som vores viden om Venus blev bedre, gjorde forslagene om at ændre landskabet også mere egnede til menneskelig beboelse.

Eksempler i fiktion:

Siden begyndelsen af det 20. århundrede er ideen om økologisk transformering af Venus blevet undersøgt i fiktion. Det tidligste kendte eksempel er Olaf Stapletons Sidste og første mænd (1930), hvoraf to kapitler er dedikeret til at beskrive, hvordan menneskehedens efterkommere terraformer Venus efter Jorden bliver ubeboelig; og i processen begå folkedrab mod det oprindelige akvatiske liv.

I 1950'erne og 60'erne på grund af begyndelsen af rumalderen begyndte terraformering at vises i mange science fiction-værker. Poul Anderson skrev også meget om terraforming i 1950'erne. I hans roman fra 1954, Den store regn, Venus ændres gennem planetteknikker over en meget lang periode. Bogen var så indflydelsesrig, at udtrykket "Big Rain" siden er synonymt med den terraformering af Venus.

I 1991 foreslog forfatter G. David Nordley i sin novelle (“The Snows of Venus”), at Venus måske blev centrifugeret til en daglængde på 30 jorddage ved at eksportere sin atmosfære af Venus via massedrivere. Forfatter Kim Stanley Robinson blev berømt for sin realistiske skildring af terraforming i Mars-trilogien - der inkluderede Røde Mars, Grønne Mars og Blue Mars.

I 2012 fulgte han denne serie op med frigivelsen af 2312, en science fiction-roman, der handlede om koloniseringen af hele solsystemet - som inkluderer Venus. Romanen udforskede også de mange måder, hvorpå Venus kunne terraformeres, lige fra global afkøling til kulstofbinding, som alle var baseret på videnskabelige studier og forslag.

Foreslåede metoder:

Den første foreslåede metode til terraformering af Venus blev lavet i 1961 af Carl Sagan. I et papir med titlen "The Planet Venus" argumenterede han for brugen af genetisk konstruerede bakterier til at omdanne kulstoffet i atmosfæren til organiske molekyler. Dette blev imidlertid gjort upraktisk på grund af den efterfølgende opdagelse af svovlsyre i Venus 'skyer og virkningen af solvind.

I sin undersøgelse fra 1991 "Terraforming Venus Quickly" foreslog den britiske videnskabsmand Paul Birch at bombardere Venus 'atmosfære med brint. Den resulterende reaktion ville frembringe grafit og vand, hvoraf sidstnævnte ville falde til overfladen og dække ca. 80% af overfladen i havene. I betragtning af den nødvendige mængde brint skal den høstes direkte fra en af gasgigantens eller deres månes is.

Forslaget ville også kræve, at jern aerosol tilføjes til atmosfæren, hvilket kunne stammer fra et antal kilder (dvs. Månen, asteroider, Kvikksølv). Den resterende atmosfære, anslået til at være omkring 3 bar (tre gange Jordens), ville hovedsageligt være sammensat af nitrogen, hvoraf nogle vil opløses i de nye hav, hvilket reducerer atmosfæretrykket yderligere.

En anden idé er at bombardere Venus med raffineret magnesium og calcium, som ville sekvestere kulstof i form af calcium og magnesiumcarbonater. I deres papir fra 1996, "Stabiliteten af klimaet på Venus", markerede Mark Bullock og David H. Grinspoon fra University of Colorado i Boulder, at Venus 'egne aflejringer af calcium- og magnesiumoxider kunne bruges til denne proces. Gennem minedrift kunne disse mineraler udsættes for overfladen og således fungere som kulstofdræn.

Bullock og Grinspoon hævder imidlertid også, at dette ville have en begrænset køleeffekt - til ca. 400 K (126,85 ° C; 260,33 ° F) og kun ville reducere atmosfæretrykket til anslået 43 bar. Derfor ville der være behov for yderligere forsyninger med calcium og magnesium for at opnå 8 × 10²⁰ kg calcium eller 5 × 10²⁰ kg krævet magnesium, som sandsynligvis skulle udvindes fra asteroider.

Konceptet med solskygger er også blevet undersøgt, hvilket vil indebære at bruge enten en række små rumfartøjer eller en enkelt stor linse til at aflede sollys fra en planetens overflade og således reducere de globale temperaturer. For Venus, der optager dobbelt så meget sollys som Jorden, menes solstråling at have spillet en vigtig rolle i den løbende drivhuseffekt, der har gjort det til det, det er i dag.

En sådan skygge kan være rumbaseret og placeret i det lagrangiske punkt Sun – Venus L1, hvor det forhindrer noget sollys i at nå Venus. Derudover vil denne skygge også tjene til at blokere solvinden, hvilket reducerer mængden af stråling, som Venus 'overflade udsættes for (et andet vigtigt problem, når det kommer til beboelsesmuligheder). Denne afkøling ville resultere i flydende eller frysning af atmosfærisk CO², som derefter ville blive deponeret på overfladen som tøris (som kunne sendes ud af verden eller blive bundet under jorden).

Alternativt kan solreflekser placeres i atmosfæren eller på overfladen. Dette kunne bestå af store reflekterende balloner, lag af carbon nanorør eller grafen eller lav-albedo materiale. Den førstnævnte mulighed giver to fordele: for den ene kunne atmosfæriske reflekser bygges in-situ ved hjælp af lokalt fremskaffet kulstof. For det andet er Venus 'atmosfære tæt nok til, at sådanne strukturer let kunne flyde ovenpå skyerne.

NASA-forsker Geoffrey A. Landis har også foreslået, at byer kunne bygges over Venus 'skyer, som igen kunne fungere som både et solskjold og som behandlingsstationer. Disse ville tilvejebringe indledende opholdsrum for kolonister og ville fungere som terraformere og gradvist konvertere Venus 'atmosfære til noget, der er leveligt, så kolonisterne kunne migrere til overfladen.

Et andet forslag har at gøre med Venus 'omdrejningshastighed. Venus roterer en gang hver 243 dage, hvilket er langt den langsomste rotationsperiode for nogen af de store planeter. Som sådan oplever Venuss oplevelser ekstremt lange dage og nætter, hvilket kan vise sig vanskeligt for de fleste kendte jordarter af planter og dyr at tilpasse sig sig. Den langsomme rotation tegner sig sandsynligvis også for manglen på et markant magnetfelt.

For at tackle dette foreslog det britiske Interplanetary Society-medlem Paul Birch at oprette et system med orbital solspejle nær L1 Lagrange-punktet mellem Venus og Solen. Kombineret med et soletta-spejl i polær bane, ville disse give en 24-timers lyscyklus.

Det er også blevet antydet, at Venus 'rotationshastighed kan spændes op ved enten at slå overfladen med slagere eller føre tæt forbigående ved hjælp af organer, der er større end 96,5 km (60 miles) i diameter. Der er også forslag om at bruge massedrivere og dynamiske kompressionsmedlemmer til at generere den roterende kraft, der er nødvendig for at fremskynde Venus, op til det punkt, hvor den oplevede en dag-nat-cyklus identisk med Jordens (se ovenfor).

Så er der muligheden for at fjerne nogle af Venus 'atmosfære, som kunne opnås på flere måder. Til at begynde med, vil slagføler rettet mod overfladen sprænge noget af atmosfæren ud i rummet. Andre metoder inkluderer rumhejs og masseacceleratorer (ideelt placeret på balloner eller platforme over skyerne), som gradvist kan skubbe gas ud fra atmosfæren og skubbe den ud i rummet.

Potentielle fordele:

En af de vigtigste grunde til at kolonisere Venus og ændre sit klima for menneskelig bosættelse er udsigten til at skabe en "backup-placering" for menneskeheden. Og i betragtning af de mange valgmuligheder - Mars, Månen og det ydre solsystem - har Venus flere ting, det gør de andre ikke. Alle disse fremhæver, hvorfor Venus er kendt som Jordens "Sister Planet".

For det første er Venus en jordbunden planet, der ligner størrelse, masse og sammensætning som Jorden. Dette er grunden til, at Venus har samme tyngdekraft som Jorden, hvilket handler om det, vi oplever 90% (eller 0,904)g, for at være præcis. Som et resultat vil mennesker, der lever på Venus, have en langt lavere risiko for at udvikle sundhedsmæssige problemer forbundet med tid brugt i vægtløshed og mikrogravitationsmiljøer - såsom osteoporose og muskeldegenerering.

Venus relative nærhed til Jorden ville også gøre transport og kommunikation lettere end med de fleste andre steder i solsystemet. Med nuværende fremdrivningssystemer forekommer lanceringsvinduer til Venus hver 584 dage sammenlignet med de 780 dage for Mars. Flyvetiden er også noget kortere, da Venus er den nærmeste planet til Jorden. Ved dets nærmeste tilgang er det 40 millioner km langt sammenlignet med 55 millioner km for Mars.

En anden grund har at gøre med Venus 'løbende drivhuseffekt, hvilket er årsagen til planetens ekstreme varme og atmosfæriske tæthed. Når vi tester forskellige økologiske teknikker, lærte vores forskere meget om deres effektivitet. Disse oplysninger vil på sin side komme til at hjælpe meget i den igangværende kamp mod klimaændringer her på Jorden.

Og i de kommende årtier vil denne kamp sandsynligvis blive ret intens. Som NOAA rapporterede i marts 2015, er kuldioxidniveauerne i atmosfæren nu overskredet 400 ppm, et niveau, der ikke er set siden Pliocen-tiden - hvor den globale temperatur og havoverfladen var markant højere. Og som en række scenarier beregnet af NASA viser, vil denne tendens sandsynligvis fortsætte indtil 2100, med alvorlige konsekvenser.

I et scenarie vil CO2-emissionerne udjævnes ved ca. 550 ppm mod slutningen af århundret, hvilket resulterer i en gennemsnitlig temperaturstigning på 2,5 ° C (4,5 ° F). I det andet scenarie stiger kuldioxidemissioner til ca. 800 ppm, hvilket resulterer i en gennemsnitlig stigning på ca. 4,5 ° C (8 ° F). Mens stigningerne, der er forudsagt i det første scenarie, er bæredygtige, i det sidstnævnte scenarie vil livet blive uholdbart på mange dele af planeten.

Så ud over at skabe et andet hjem for menneskeheden, kan terraformering af Venus også hjælpe med til at sikre, at Jorden forbliver et levedygtigt hjem for vores arter. Og selvfølgelig betyder det faktum, at Venus er en jordbunden planet, at den har rigelige naturressourcer, der kunne høstes, hvilket hjælper menneskeheden med at opnå en "økonomi efter knaphed".

Udfordringer:

Ud over lighederne, som Venus har med Jorden (dvs. størrelse, masse og sammensætning), er der adskillige forskelle, der ville gøre terraformering og kolonisering af den til en stor udfordring. For det første ville reduktion af varmen og trykket i Venus 'atmosfære kræve en enorm mængde energi og ressourcer. Det kræver også infrastruktur, der endnu ikke findes, og som ville være meget dyrt at bygge.

For eksempel ville det kræve enorme mængder metal og avancerede materialer for at opbygge en orbitalskygge, der er stor nok til at afkøle Venus 'atmosfære, så dens drivhuseffekt ville blive arresteret. En sådan struktur, hvis den er placeret ved L1, skal også være fire gange diameteren af selve Venus. Det skulle samles i rummet, hvilket kræver en massiv flåde af robotmontere.

I modsætning hertil kræver en forøgelse af hastigheden for Venus's rotation enorm energi, for ikke at nævne et betydeligt antal påvirkere, der skulle kegle fra det ydre solsystem - hovedsageligt fra Kuiper Belt. I alle disse tilfælde ville det være nødvendigt med en stor flåde af rumskibe for at trække det nødvendige materiale, og de skulle være udstyret med avancerede drivsystemer, der kunne gøre turen i en rimelig tidsperiode.

I øjeblikket findes der ikke sådanne drivsystemer, og konventionelle metoder - lige fra ionmotorer til kemiske drivstoffer - er hverken hurtige eller økonomiske nok. For at illustrere, NASA's Nye horisonter missionen tog mere end 11 år at få sin historiske møde med Pluto i Kuiper Belt ved hjælp af konventionelle raketter og tyngdekraftassistent-metoden.

I mellemtiden Daggry mission, som var afhængig af ionisk fremdrift, tog næsten fire år at nå Vesta i Asteroidebæltet. Ingen af metoderne er praktiske til at foretage gentagne ture til Kuiper Belt og trække iskolde kometer og asteroider tilbage, og menneskeheden har intetsteds nær det antal skibe, vi har brug for for at gøre dette.

Det samme ressourceproblem gælder for konceptet om at placere solreflekser over skyerne. Mængden af materiale skulle være stor og skulle forblive på plads længe efter at atmosfæren var blevet ændret, da Venus 'overflade i øjeblikket er fuldstændig indhyllet af skyer. Venus har også allerede meget reflekterende skyer, så enhver tilgang er nødt til at overgå markant dens nuværende albedo (0,65) for at gøre en forskel.

Og når det kommer til at fjerne Venus 'atmosfære, er ting lige så udfordrende. I 1994 udførte James B. Pollack og Carl Sagan beregninger, der indikerede, at en påvirker, der måler 700 km i diameter, der rammer Venus med høj hastighed, ville være mindre end en tusindedel af den samlede atmosfære. Derudover ville der være faldende afkast, når atmosfærens tæthed falder, hvilket betyder, at der ville være behov for tusinder af kæmpeimpaktorer.

Derudover ville det meste af den udkastede atmosfære gå i en solbane nær Venus, og - uden yderligere indgreb - kunne blive fanget af Venus tyngdefelt og blive en del af atmosfæren igen. Det ville være vanskeligt at fjerne atmosfærisk gas ved hjælp af rum elevatorer, fordi planetens geostationære bane ligger en upraktisk afstand over overfladen, hvor det ville være tidskrævende og meget dyrt at fjerne masseacceleratorer.

Konklusion:

Sammenfattende er de potentielle fordele ved terraformering af Venus klare. Menneskeheden ville have et andet hjem, vi ville være i stand til at tilføje dens ressourcer til vores egne, og vi lærer værdifulde teknikker, der kan hjælpe med at forhindre kataklysmisk ændring her på Jorden. Imidlertid er det den svære del at komme til det punkt, hvor disse fordele kunne realiseres.

Som de fleste foreslåede terraformerende ventures skal mange forhindringer løses på forhånd. Blandt disse er transport og logistik, mobilisering af en massiv flåde af robotarbejdere og transport af fartøjer til at udnytte de nødvendige ressourcer. Derefter ville der være behov for en multi-generationsforpligtelse, der giver økonomiske ressourcer til at se jobbet igennem til færdiggørelsen. Ikke en let opgave under de mest ideelle forhold.

Det er tilstrækkeligt at sige, at dette er noget, som menneskeheden ikke kan gøre på kort sigt. Idet vi ser på fremtiden, synes Venus at blive vores ”søsterplanet” på alle måder, man kan forestille sig - med hav, dyrkbar jord, dyreliv og byer - bestemt bestemt som et smukt og gennemførligt mål. Det eneste spørgsmål er, hvor længe skal vi vente?

Vi har skrevet mange interessante artikler om terraforming her på Space Magazine. Her er den definitive guide til terraforming, kunne vi terraformere månen? Skal vi terrraformere Mars ?, Hvordan terraformerer vi Mars? og studerende ønsker at terrasse Mars ved hjælp af cyanobakterier.

Vi har også artikler, der udforsker den mere radikale side af terraforming, som Could We Terraform Jupiter ?, Kunne vi Terraform The Sun ?, og Could We Terraform A Black Hole?

For mere information, se Terraforming Mars på NASA Quest! og NASA's Journey to Mars.

Og hvis du kunne lide videoen, der er sendt ovenover, så kom ind på vores Patreon-side og find ud af, hvordan du kan få disse videoer tidligt, mens du hjælper os med at give dig mere godt indhold!