Космические жилища, ч. 4: как мы будем жить на Венере
Если с тем, как мы будем жить на Луне и в космических колониях, всё относительно ясно — осталось только доработать технологии, то колонизация Марса и тем более других планет пока покрыта завесой неизвестности. Но какие-никакие идеи на тему терраформирования Венеры и жизни на ней в воздушных городах у нас есть. Давайте их обсудим.
Художественное представление парящего города на Венере
Исследования Венеры
Первая мягкая посадка на Венеру с последующей передачей данных на Землю состоялась в декабре 1970 года. Аппарат «Венера-7» стартовал с Байконура 17 августа 1970 года в 8 часов 38 минут по Москве и через несколько месяцев сел на Венеру. И это была первая в истории посадка работоспособного космического аппарата на другой планете.
Как видно из названия, это был далеко не первый аппарат. До него в 1961 году советские учёные запустили «Спутник-7», который не сумел выйти с земной орбиты. Через несколько дней «Венера-1» отправилась к планете и прошла на расстоянии в сто тысяч километров от неё. Через неделю после станция перестала отвечать. Станция «Венера-2» в 1965 году пролетела на расстоянии двадцати четырёх тысяч километров от Венеры, а «Венера-3» достигла своей цели, но не смогла передать данные после посадки. Зато доставила на Венеру металлический глобус Земли с вымпелом с гербом Советского Союза.
Автоматическую научно-исследовательскую космическую станцию «Венера-7» строили с учётом большого количества удачных и не очень запусков. Предшествующие аппараты помогли учёным узнать условия, в которых придётся работать. Новая станция должна была выдерживать давление в шесть раз большее, чем два аппарата до неё. Корпус спускаемого аппарата построили из титана, чтобы он выдерживал давление до 180 атмосфер. Для смягчения посадки аппарат оснастили рифлёным парашютом конусной формы из четырёх слоёв стеклонитрона. В качестве энергоносителя использовали свинцово-цинковую батарею, заряженную от солнечных батарей.
Этот аппарат передавал на Землю данные в течение пятидесяти трёх минут, из них двадцать после посадки. Благодаря аппарату выяснили, что температура на поверхности составляет 475 ±20 °C, давление — 90 ±15 атмосфер. До того, как мы получили первые фотографии с Марса, советские специалисты получили фото с Венеры. Их сделали аппараты «Венера-9» и «Венера-10». Аппарат «Венера-13» сделал 14 цветных снимков планеты.
Параллельно с СССР исследованиями Венеры занимались и США. В 1962 году к «Утренней звезде» запустили «Маринер-1», но ракета-носитель отклонилась от курса и была подорвана. В 1962 году за ним последовал «Маринер-2», аппарат пролетел мимо Венеры на расстоянии 34 773 километра. «Маринер-5» 1967 году подлетел ещё ближе, на 3 990 километров от поверхности планеты. Телекамер и фотокамер, к сожалению, ни один из аппаратов не имел, а все остальные «Маринеры» летали к Марсу.
Фото, «Венера-9» и «Венера-10»
Фото, «Венера-13»
Одна из программ по исследованию Венеры — миссия DAVINCI, которую НАСА планирует на 2021 год. В рамках программы спускаемый аппарат в течение 63 минут будет собирать данные об атмосфере планеты, а также проверит активность вулканов и взаимодействие атмосферы с поверхностью.
Аппарат DAVINCI
Мы часто говорим про освоение Марса, есть несколько программ пилотируемых миссий на Красную планету. Но о Венере на долгое время забыли. Один только факт того, что фото с поверхности сделаны только аппаратами СССР и только в 1970-е годы, говорит о многом.
Возможно, скоро это изменится. В ноябре 2016 года НАСА и «Роскосмос» обсудили совместный полёт на Венеру. Запланированный проект называется «Венера Д». Прототипом для нового спутника в рамках миссии будет советская космическая станция «Вега-2», её спускаемый аппарат в 1985 году сел на поверхность Венеры.
Колонизация Венеры
Что мы знаем о Венере сегодня? Венера — вторая планета от Солнца, и средняя температура там составляет 460 °C, выше температуры плавления цинка и свинца. Большинство органических материалов также неспособны поддерживать форму при такой температуре. На Марсе, для сравнения, средняя температура — 40 °C ниже нуля.
Но сравнивать с Марсом смысла нет, потому что Венеру считают землеподобной планетой. В чём сходство? Во-первых, радиус Венеры — 6051,8 км, это 95% земного радиуса. Масса — 4,87·1024 кг, то есть 81,5% земной. Ускорение свободного падения — 8,87 м/с², когда на нашей планете оно равно 9,8 м/с². У Венеры есть атмосфера, в 90 раз толще, чем у Земли. Правда, для человека чрезвычайно опасная и ядовитая. А давление — как на глубине в один километр в земном океане.
Атмосфера Венеры состоит в основном из углекислого газа. На высоте от 50 о 70 километров от поверхности нас ждёт ещё один неприятный сюрприз — облака, состоящие из серной кислоты. Из-за облаков, заглянуть через которые со стороны не представляется возможным, и из-за ветров и вихрей, в которые они заворачиваются, Венеру назвали «Планетой бурь» в одноименном фильме Павла Клушанцева 1961 года. «Утренней звездой» её называют из-за того, что облака отражают солнечные лучи, делая Венеру яркой для наблюдателя с Земли.
Двойной ураган на полюсе Венеры, фото 2006 года
Расстояние от Земли до этой планеты меняется от 38 до 261 миллиона километров. Венера может быть ближе к Земле, чем Марс к нашей планете, расстояние до которого составляет от 55,76 миллиона километров. То есть лететь к ней ближе. Так почему мы хотим колонизировать Марс, и мало кто планирует добраться и основать поселение на Венере?
Инженер-конструктор Сергей Красносельский, автор книги «Запасная планета», уверен, что освоение космоса обязательно должно произойти. Чтобы колонизировать Венеру, нужно до неё как минимум долететь. Космические аппараты до Венеры уже запускали, на поверхность планеты их сажали. Конечно, предстоит решить ещё массу вопросов на тему космической радиации — одной из главных угроз пилотируемых полётов к другим планетам. Солнечные вспышки гарантируют повышенную дозу облучения космонавтам, но их можно будет, например, пережидать в специальных помещениях. Либо — создать магнитное поле и включать его при сильных солнечных вспышках. Вопросы полёта мы уже обсуждали в статье про колонизацию Марса.
Как уже понятно, поверхность Венеры для жизни человека на данный момент малопригодна. Но нужна ли нам именно поверхность, можем ли мы обойтись без твёрдого грунта под ногами? Вместо этого мы могли бы использовать аэростаты. Из-за состава атмосферы воздушный шар или дирижабль, наполненный воздухом, будет летать, как наполненный гелием на Земле. Представьте красивые дирижабли, парящие на высоте 50 километров от поверхности прекрасной планеты.
Что интересно, люди могут жить не на платформах вне аэростата, а внутри него, дышать воздухом и при этом заниматься садоводством, которое будет поддерживать аппарат на нужной высоте. Об этом в сентябре 1971 года писал Сергей Житомирский в статье «Плавучие дома на утренней звезде» для журнала «Техника молодёжи».
Обложка журнала «Техника молодёжи», сентябрь 1971 года
Специалисты НАСА в 2014 году предложили освоить Венеру раньше Марса. Они представили проект HAVOC. В рамках миссии специалисты предлагают отправить на Венеру роботов, затем планируется пилотируемая миссия с 30 дневным пребыванием на орбите планеты, а после — ещё один этап с путешествием в верхние слои атмосферы. На орбиту отправят роботизированный дирижабль длиной в 31 метр, а затем корабль длиной в 130 метров с астронавтами на борту. На верхней части предложенных аппаратов расположены солнечные ячейки.
С психологической точки зрения у летательных аппаратов будет важное преимущество: они смогут дрейфовать и не попадать в долгую венерианскую ночь. Сутки здесь равняются 116 земным дням, и планета вращается в направлении, противоположном направлению вращения большинства планет.
Речь идёт о высоте в 50 километров, потому что температура здесь около 75 °C, а давление составляет одну земную атмосферу. Условия практически земные, если не считать состав атмосферы. Но и с веществами атмосферы можно работать, перерабатывая в необходимые соединения. Благодаря близости к Солнцу недостатка в энергии для работы не будет возникать.
Терраформирование
Углекислый газ в теории можно разделить на кислород и углерод, серную кислоту — на серу, воду и кислород. Но лучше, конечно, взять программу максимум и кардинально поменять состав атмосферы планеты.
На Венере уже есть атмосфера, хотя и непригодная для жизни. Миллиарды лет назад на Земле тоже была непригодная для нас атмосфера, её изменяли микроорганизмы. Сегодня столько ждать не нужно. Достаточно выбрать нужные микроорганизмы и забросить их на планету. Это очень сложно и очень дорого, но это возможно.
В 1961 году Карл Саган предлагал использовать для этих целей хлореллу. В то время эти одноклеточные водоросли предлагали использовать и в пищу, и для получения кислорода на борту космического корабля. По мнению Сагана, хлорелла, не имея врагов, начнёт быстро размножаться и перерабатывать углекислый газ в кислород. Позже он отказался от этой идеи, когда выяснилось, что в атмосфере Венеры ничтожно малое количество воды. Сегодня нужно выбрать другие микроорганизмы. Изменение состава атмосферы в пользу увеличения кислорода поможет снизить температуру.
Чтобы идея Сагана стала более реальной, да и вообще для создания приемлемых условий жизни, на Венеру нужно доставить воду. Везти её с Земли в баллонах было бы слишком накладно. Гораздо лучше найти подходящий ледяной астероид диаметром в 600 километров и закинуть его на планету. НАСА несколько лет прорабатывает идею захвата и доставки астероидов на лунную орбиту, но там речь идёт о камнях до 10 метров диаметром. В любом случае, обрушение одного огромного астероида на планету приведёт к плачевным результатам, так что лучше закидывать много маленьких. Но как только давление понизится и появится достаточное количество воды — можно будет запускать микроогранизмы и ждать, когда Венера превратится в Землю. Этот процесс будет похож на тот, что миллиарды лет назад происходил на нашей планете. Но времени в случае с Землёй было нужно гораздо больше, так как те микроорганизмы которые формировали нашу атмосферу, сами в это время эволюционировали.
Но и тогда останется проблема — радиация. На Земле от космической радиации нас защищает магнитной поле. У Венеры глобального магнитного поля нет. Его можно создать искусственно. Есть два варианта решения этоой задачи. Первый — раскрутить планету до нужной скорости вращения. В теории благодаря ядру, предположительно металлическому, это создаст нужное магнитное поле. Второй — проложить электрический провод вдоль экватора. Это звучит гораздо более реалистично, учитывая, что когда-то даже провод на дне Атлантического океана казался фантазией.
Как могла бы выглядеть Венера после терраформирования
В чём смысл?
Зачем нам нужна Венера? Во имя науки, конечно! Один из вариантов ответов почти такой же, что и в случае с Марсом. Человечество может просто сидеть сложа руки, продолжая запускать космонавтов на земную орбиту, или же осваивать хотя бы Солнечную систему, пока отсутствует технология криосна, способна поддерживать жизнь экипажа долгие годы, десятилетия и даже сотни лет. Венера — самая близкая к нам планета.
Следующий ответ заключается в том, что Венера похожа на Землю. Если создать на ней подходящие для жизни человека условия, у нас будет, куда лететь в случае, если на нашу родную планету направится огромный астероид, угрожающий стереть жизнь с лица Землю.
Ещё одна причина вытекает из предыдущей: на Венеру можно переселить часть людей с Земли, чтобы избежать перенаселения. Эта планета может стать для нас вторым домом.
Сергей Красносельский в интервью для Роскосмоса говорил: «Человечество обязательно должно двигаться вперёд. Проверено: все цивилизации, которые впадали в застой, они гибли, их не осталось».
Терраформирование Венеры
Актуальность исследования состоит в том, что наша планета уже подвержена перенаселению; на ней не хватает ресурсов для содержания всего человечества. Терраформирование выглядит более реальной перспективой, нежели путешествия к планетам, уже приспособленным к заселению.
Проблемой является некомпетентность людей в данной теме. На просторах интернета я не нашел понятной и короткой статьи о терраформировании.
Целью мое проекта является создание лаконичной статьи о терраформировании и распространение ее во всех возможных блогах и научных газетах.
— Изучение способов и перспектив терраформирования планет, их особенностей и сложностей.
— Изучение проблем людей, ставших первопроходцами на новых планетах.
— Анализ технической литературы.
— Ознакомление и изучение работ ученых, исследовавших способы терраформирования.
Среднее расстояние Венеры от Солнца — 108 млн км (0,723 а. е.). Расстояние от Венеры до Земли меняется в пределах от 38 до 261 млн км. Её орбита очень близка к круговой — эксцентриситет составляет всего 0,0067. Период обращения вокруг Солнца равен 224,7 земных суток; средняя орбитальная скорость — 35 км/с. Наклон орбиты к плоскости эклиптики равен 3,4°. По размерам Венера довольно близка к Земле. Радиус планеты равен 6051,8 км (95 % земного), масса — 4,87⋅1024 кг (81,5 % земной), средняя плотность — 5,24 г/см³. Ускорение свободного падения равно 8,87 м/с², вторая космическая скорость — 10,36 км/с.
Венера классифицируется как землеподобная планета, и иногда её называют «сестрой Земли», потому что обе планеты похожи размерами и составом. Однако условия на двух планетах очень разнятся. Атмосфера Венеры, самая плотная среди землеподобных планет, состоит главным образом из углекислого газа. Поверхность планеты полностью скрывают облака серной кислоты, непрозрачные в видимом свете. Споры о том, что находится под густой облачностью Венеры, продолжались до XX века. В то же время атмосфера Венеры прозрачна для дециметровых радиоволн, с помощью которых впоследствии и был исследован рельеф планеты
В глубокой древности Венера, как полагают, настолько разогрелась, что подобные земным океаны, которыми, как считается, она обладала, полностью испарились, оставив после себя пустынный пейзаж с множеством плитоподобных скал. Одна из гипотез полагает, что из-за слабости магнитного поля водяной пар (расщеплённый солнечным излучением на элементы) был унесён солнечным ветром в межпланетное пространство. Установлено, что атмосфера планеты и сейчас теряет водород и кислород в соотношении 2:1.
Атмосферное давление на поверхности Венеры в 92 раза больше, чем на Земле. Подробное картографирование поверхности Венеры проводилось в течение последних 22 лет — в частности, проектом «Магеллан». Поверхность Венеры носит яркие признаки вулканической деятельности, а атмосфера содержит серу. Есть некоторые признаки того, что вулканическая деятельность на Венере продолжается и сейчас, но доказательств этому не найдено. Удивительно низкое число ударных кратеров говорит в пользу того, что поверхность Венеры относительно молода: ей приблизительно 500 миллионов лет. Тектоники плит на Венере нет (вероятно, потому что её литосфера из-за отсутствия воды слишком вязкая и, следовательно, недостаточно подвижна), но есть много следов менее масштабных тектонических движений
На сегодняшний день Венеру исследовали более 40 космических аппаратов из СССР, США, Японии и Европейского космического агентства.
Первым космическим аппаратом, совершившим успешную посадку на поверхность Венеры, стала советская автоматическая межпланетная станция «Венера-7».
Первым космическим аппаратом, передавшим цветное изображение с поверхности Венеры, стала советская автоматическая межпланетная станция «Венера-13»
Самое подробное и полномасштабное радиолокационное картографирование Венеры осуществил космический аппарат NASA «Магеллан».
1.Атмосфера Венеры в основном состоит из углекислого газа и азота.
2. Скорость вращения атмосферы более чем в 60 раз быстрее скорости вращения планеты.
3. Скорость ветра на планете достигает 360 километров в час.
4. В атмосфере присутствуют облака из серной кислоты.
5.Среднее атмосферное давление составляет 93 бара, что эквивалентно погружению в воду на глубину 1,6 километра.
6.Плотная атмосфера создает сильный парниковый эффект.
Сегодня задача терраформирования представляет в основном теоретический интерес, но в будущем может получить развитие и на практике.
На основе собранной информации о наиболее известных телах Солнечной системы мною была сделана таблица, характеризующая перспективы освоения каждого из них. Наименьший шанс колонизации имеют планеты-гиганты — Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. Планеты-гиганты состоят в основном из газа и не имеют твердой поверхности. Масса каждой невероятно огромна, и сосуществовать рядом с ними невозможно: человек будет раздавлен. Спутники Ио и Европа находятся внутри радиационного пояса Юпитера; находящийся на поверхности Европы человек (без скафандра) получил бы смертельную дозу радиации меньше, чем за 10 минут
Одно из самых богатых солнечной энергией тел — Меркурий — не подходит для колонизации. Он очень близок к Солнцу. Даже если на Меркурии будут созданы условия, как на Земле, то днём его температура неминуемо возрастет примерно до 450 градусов Цельсия. Однако эта планета может служить для добычи ценных полезных ископаемых, добычи солнечной энергии или как перевалочная база.
Более подробного рассмотрения достойны планеты земной группы, Марс и Венера, а также спутник Земли, Луна. Для этих тел Солнечной системы свойственны некоторые общие проблемы: так, на Луне и Марсе нет атмосферы, и ни на одном из них, включая и Венеру, нет приемлемой магнитосферы — что грозит высоким радиационным фоном. Более того, сильные перепады температур серьезно мешают заселению и освоению. В результате воздействия заряженных частиц из космоса на атмосферу Венеры происходит ионизация и диссипация водяного пара. Водород, образующийся при этих процессах, спокойно покидает планету. Именно так Венера и Марс лишились воды, доставшейся им при образовании. Сегодня я расскажу вам о способах терраформировании Венеры
Солнечные экраны между Солнцем и Венерой
Экраны предполагается устанавливать в точке Лагранжа между Венерой и Солнцем. Следует помнить, что такое равновесие неустойчиво, и, чтобы удерживать его в точке Лагранжа, потребуется регулярная корректировка его положения.
Предполагается, что такие «зонтики» смогут резко снизить поток солнечной энергии, достигающей Венеры, и как следствие — снизить температуру на планете до приемлемого уровня. Причём при достаточном экранировании Венеры от Солнца, температуру можно понизить до такой степени, что атмосфера Венеры вымерзнет и значительная её часть выпадет на поверхность в виде сухого льда (твёрдый CO2). Результатом будет значительное падение давления и дополнительное (за счёт повышения альбедо) охлаждение планеты.
Одним из вариантов таких проектов является установка в качестве экранов сверхлёгких отражающих зеркал, свет от которых можно использовать для одновременного прогрева более холодных планет (например, Марса). Экран также может служить исполинским фотоэлементом для мощнейшей солнечной электростанции
(Точки Лагра́нжа, точки либра́ции (лат. librātiō — раскачивание) или L-точки — точки в системе из двух массивных тел, в которых третье тело с пренебрежимо малой массой, не испытывающее воздействия никаких других сил, кроме гравитационных, со стороны двух первых тел, может оставаться неподвижным относительно этих тел.)
Доставка на Венеру земных водорослей или других микроорганизмов
В 1961 г. Карл Саган предложил забросить в атмосферу Венеры некоторое количество хлореллы. Предполагалось, что не имея естественных врагов, водоросли будут бурно размножаться в геометрической прогрессии и относительно быстро зафиксируют в органических соединениях находящийся там в большом количестве углекислый газ и обогатят атмосферу Венеры кислородом. Это в свою очередь снизит парниковый эффект, благодаря чему температура поверхности Венеры понизится.
Бомбардировка кометами или водно-аммиачными астероидами
Количество воды, которое необходимо доставить на Венеру, огромно: так, для создания приемлемой гидросферы на Венере требуется не менее 1017 тонн воды, что примерно в сто тысяч раз превышает массу кометы Галлея. Требуемый ледяной астероид должен иметь диаметр около
600 км (в 6 раз меньше диаметра Луны).
Кроме ледяных комет и астероидов, большое количество воды содержат некоторые спутники Юпитера и Сатурна, а также кольца Сатурна.
Существует мнение. что точно рассчитанная бомбардировка позволит «раскрутить» Венеру вокруг своей оси, сократив таким образом слишком длинные венерианские сутки. По закону сохранения момента импульса вне зависимости от подробностей в случае касательного удара на экваторе скорость вращения Венеры увеличится на величину примерно (радиан/с), где m и M — массы астероида (кометы) и Венеры соответственно, V — скорость кометы или астероида, R — радиус планеты. Так как относительные скорости комет могут составлять десятки километров в секунду (вплоть до Третьей космической скорости для Венеры, то есть до более чем 70 км/с), то даже относительно небольшого по сравнению с планетой астероида хватит, чтобы придать ей довольно заметное вращение. Однако «небольшой» по сравнению с планетой, это очень большой в абсолютных величинах, поэтому для решения этой задачи потребовалось бы гораздо больше астероидов, чем просто для доставки воды.
Доставка воды на Венеру путём астероидной бомбардировки решая одни проблемы, одновременно создаёт новые. Перечислим некоторые:
Во-вторых, горные породы Венеры обладают огромной теплоёмкостью и относительно небольшой теплопроводностью, поэтому процесс их остывания в любом случае затянется на многие годы.
В-третьих, нынешняя температура поверхностных слоёв атмосферы гораздо выше температуры кипения воды при этом давлении. Следовательно, без существенного охлаждения ниже 300 °C (при венерианских 90 атм.) нельзя ожидать появления на поверхности планеты свободной воды. Вода будет присутствовать в атмосфере в виде водяного пара, который тоже является парниковым газом. Однако поднятые тучи пыли будут способствовать понижению температуры, порождая эффект «ядерной зимы».
Нейтрализация кислотной атмосферы
Проблема отсутствия у Венеры магнитного поля
Магнитное поле Земли достаточно эффективно защищает поверхность нашей планеты от бомбардировки заряженными частицами. Магнитное поле подхватывает эти частицы (протоны и электроны), заставляя их двигаться вдоль силовых линий. Тем самым предотвращается их взаимодействие с верхними слоями атмосферы.
Венера лишена собственного магнитного поля, имеется лишь слабая магнитосфера, обязанная своим появлением взаимодействию солнечного магнитного поля с ионосферой планеты.
В результате воздействия заряженных частиц из космоса на атмосферу Венеры происходит, в частности, ионизация и диссипация водяного пара. Водород, образующийся при этих процессах, спокойно покидает планету, поскольку характерные скорости молекул водорода сопоставимы со второй космической скоростью]. Именно так Венера лишилась всей воды, доставшейся ей при образовании планеты.
При терраформировании Венеры придётся решить и эту проблему.
Первый путь — «раскрутка» планеты. Поскольку Венера — планета земной группы, есть надежда, что возникнет «магнитное динамо». По косвенным признакам, на Венере присутствуют механизмы, аналогичные земной тектонике плит, следовательно, Венера имеет металлическое ядро. Однако этот путь связан с колоссальными техническими трудностями ввиду огромных энергозатрат.
Второй путь — прокладка вдоль экватора Венеры электрического провода (лучше всего сверхпроводникового) и возбуждение в нём тока. Несмотря на грандиозность этой задачи, она представляется более осуществимой в техническом плане, чем первый путь.
Таким образом, несмотря на ряд сложных и принципиальных трудностей, уже сейчас человечество начинает задумываться о путях колонизации самой близкой к Земле планете, которая, к тому же, очень похожа на нашу и теоретически может стать для людей «второй Землёй»
