?

Log in

No account? Create an account

Previous Entry

План "Адонис"

«Мужчины хотят терраформировать Венеру, а женщины – Марс»
Брайан Мэй

После разработки метода отправки койпероида к внутренним планетам хочется применить обретенные воображаемые возможности. Терраформирование Марса не представляет интереса для высшей терраформологии по причине тривиальности данной задачи. Поэтому я разработал План терраформирования Венеры.


НЕОБХОДИМЫЕ РАБОТЫ

Для превращения Венеры в нечто землеобразное нужно куда-то убрать 90 бар углекислого газа из атмосферы (1 гигатонна CO2 над 1 квадратным км площади), охладить ее поверхность на 460С, и добавить очень много воды (сейчас там количество водяного пара таково, что при конденсации получится слой со средней толщиной всего 5 см).

После всех этих процедур – как-то предотвратить обратный катастрофический разогрев с полным выкипанием океанов из-за петли положительной обратной связи. Увеличение количества пара в атмосфере усиливает парниковый эффект, от него увеличивается температура, вследствие чего увеличивается количество пара.  Предполагается, что именно этот эффект когда-то и привел Венеру в нынешнее печальное состояние.

ПОЛЕЗНЫЕ ФАКТЫ

1) При температуре ниже 10С и давлении выше 40 атмосфер углекислый газ с водой образуют твердые клатраты. При температуре 4С клатраты стабильны при давлении 20 атмосфер. Для связывания одного килограмма CO2 требуется 2.35 кг воды. Клатраты плотнее воды, так что скапливаются на дне океана. Реакция образования клатратов экзотермическая, с выделением энергии, приблизительно равной энергии плавления льда.

2)  Оптическая толщина комы кометы 17P/Holmes (диаметр 3 км) на линии взгляда в 2000 км от ядра составила 0.04 (во время крупного выброса газов и пыли мощностью 3.5e5 кг/с). Оптическая толщина ее комы по нормали к ядру (рассчитанная) была около единицы (т.е. интенсивность света ослаблялась в несколько раз). У непериодической кометы Bowell (1980b) (диаметр несколько км) оптическая толщина комы на расстоянии 540 км от ядра была 0.03.

3) Приливно-захваченные планеты могут выдерживать вдвое большую солнечную постоянную без катастрофического разогрева, чем планеты со сменой дня и ночи. Это следствие сильной асимметрии распределения облаков по полушариям на такой планете. На дневном полушарии будет вечный циклон с плотной облачностью, а на ночной – вечный антициклон с абсолютно ясной погодой и очень сухим воздухом. Облака отлично отражают солнечный свет в космос, но столь же прекрасно отражают и инфракрасное излучение от поверхности планеты обратно на поверхность (современная Венера из-за плотной облачности имеет альбедо 0.7 и формально поглощает меньшее количество солнечного излучения, чем Земля, но это не помогает ей охладиться). Отсутствие облаков и непрозрачного для инфракрасного излучения водяного пара на ночном полушарии позволяет инфракрасному излучению уходить.

ПЛАН

ЭТАП 1: Спутник

Добываем в поясе Койпера или облаке Оорта ледяное тело диаметром около 1800км. Серией гравитационных маневров выводим его на орбиту вокруг Солнца, близкую к орбите Венеры. В момент, когда койпероид проходит рядом с Венерой на расстоянии примерно 3 радиуса Венеры RV (в 1.5 раза больше, чем предел Роша для твердого ледокаменного тела), сталкиваем его с другим, меньшим телом, так чтобы он потерял скорость и оказался на вытянутой эллиптической орбите с перивенерием rp=3RV и аповенерием … ну, например, в половину радиуса сферы Хилла Венеры, т.е. ra=500000км. Период обращения будет TA = 17 дней.

Чтобы осуществить захват, нужно в момент прохода перивенерия уменьшить его скорость на 100 м/с в случае если скорость тела относительно Венеры на большом расстоянии от нее была близка к 0. А изменение скорости в перивенерии на 200 м/с позволит захватить тело, скорость которого на большом расстоянии была до 400 м/с. Такое изменение скорости мы можем обеспечить традиционным способом – ударом другим телом. Заметим, что около Венеры в качестве ударника можно использовать гораздо меньшее тело, чем при выбивании койпероида с его первичной орбиты в поясе Койпера, поскольку характерные скорости движение тел на близком расстоянии до Солнца гораздо больше, и соответственно движущиеся по орбитам тела несут больше энергии. Максимально доступная скорость ударника – 86 км/с, когда ударник на орбите близкой к параболической на встречном курсе встречается с Венерой (в нашем случае – с пролетающим в этот момент рядом с Венерой койпероидом).

Типичное тело пояса Койпера имеет среднюю плотность около 1.7 г/см3 и содержит около 40% воды по массе. Именно эти параметры будем предполагать ниже.

Так как изначальное имя койперода нам не важно, далее будем называть новоявленный спутник Венеры Адонисом.

Может возникнуть вопрос о устойчивости такой вытянутой орбиты. К счастью, орбита самой Венеры вокруг Солнца очень круглая, и гравитационное поле Венеры близко к сферически симметричное (несферичность Венеры примерно в 100 меньше, чем у Земли). Так что система Венера-Адонис-Солнце почти идеально удовлетворяет условиям ограниченной задачи Хилла.

Слева - орбита Адониса в течении 120 оборотов вокруг Венеры или 9 венерианских лет (координаты даны в радиусах Венеры); справа - величина перивенерия Адониса в единицах начального перивенерия в зависимости от времени (в венерианских годах).

Из-за влияния гравитационного поля Солнца, происходит прецессия перивенерия Адониса. Кроме того, при прецессии меняется угловой момент Адониса и, соответственно, осциллирует величина перивенерия (при сохранении величины большой полуоси). Минимальный перивенерий достигается, когда главная полуось орбиты направлена на Солнце, а максимальный - когда поперек этого направления. Соответственно, период осцилляции равен приблизительно половине венерианского года. Из результатов моделирования видно, что максимальное значение превышает минимальное примерно в 3 раза.

ЭТАП 2: Диск

Из-за вытянутой орбиты Адонис будет испытывать со стороны Венеры мощные переменные приливные силы. Выделяющееся за счет трения смещающихся под действием приливов пород тепло будет разогревать его недра. Так как объект ледяной, тепло будет тратиться на плавление и испарение льда.

Гравитационное поле Адониса слишком слабо, чтобы удерживать пар и уносимую его потоками пыль, так что Адонис превратится в огромную комету. А так как эта комета находится в потенциальной яме планеты, пар и пыль не будут утекать в межпланетное пространство мгновенно, и вокруг Венеры сформируется газопылевой аккреционный диск. Часть вещества из него будет утекать через верхнюю границу, унося момент импульса, а часть – тормозиться внутренним трением газа и падать на поверхность Венеры.

Таким образом, мы обеспечиваем плавную переправку воды с койпероида на планету. Плавная переправка лучше, чем традиционные схемы терраформирования, предполагающие перенос воды путем прямого обрушения койпероида на планету. От удара тела таких размеров, поверхность пережила бы полное расплавление, а большая часть воды улетела бы обратно в космос.

Кроме того, так как газопылевой диск будет иметь форму, аналогичному протопланетному, т.е. утолщаться с расстоянием до Венеры, то в случае, если его плоскость близка к плоскости экватора планеты, он полностью закроет Венеру от солнечного света.

Темпы испарения льда на Адонисе

Так как Адонис движется по очень вытянутой эллиптической орбите, в оценках мощности выделяющейся из-за приливного воздействия планеты энергии лучше исходить из формулы для приливной энергии, выделяющейся за один проход тела рядом с планетой
E1 = (3/5) hA/QA GMV2 * (RA5/rp6)
Здесь RA – радиус Адониса, rp – радиус перивенерия Адониса, MV – масса Венеры, hA – число Лава Адониса (одно из трех чисел, описывающих способность тела к деформации, названных в честь ученого по фамилии Love), QA – коэффициент диссипации приливной энергии.

Даже для хорошо изученных тел вроде Земли и Луны коэффициенты h и Q известны довольно неточно. Для тел с глубокими океанами, типа Европы, их значения оцениваются как h=1.2 и Q=100 (круглость числа как бы намекает на точность этих оценок). Будем полагать hA/QA=0.012, понимая, что оценки мощности и продолжительности для Этапа 2 могут отличаться от реальных в разы, а для Этапа 3 - могут быть подогнаны под желаемые выбором другого значения нового перивенерия (см. ниже).

Еще учтем, что из-за осцилляций перивенерия выделяемая приливная мощность меняется почти в тысячу раз с периодом около венерианского полугода, из-за чего средняя мощность приблизительно в 6 раз меньше максимальной.

Предположим, что масса льда составляет 40% от массы Адониса (типичное значение для койпероидов). Тогда можно подсчитать, что при предположении неизменности параметров Адониса в ходе испарения, лед полностью выпарится приблизительно за 6000 лет. Это оценка продолжительности Этапа 2.

В конце испарения льда, rp увеличится в 1.06 раз от первоначального, а RA – уменьшится в 1.25 раза. Из-за этого энергия приливного нагрева за один проход уменьшится на порядок. Но период обращения Адониса уменьшится до TA=5 дней. Амплитуда осцилляций перивенерия тоже уменьшится. В итоге эти разнонаправленные факторы компенсируют друг друга, так что средняя мощность нагрева останется приблизительно той же.

Размеры аккреционного диска и доля упавшего вещества

Сложнее всего точно оценить радиус диска rmax (т.е. его верхнюю границу). Сделаем прикидку из таких соображений – диск заканчивается на расстоянии, где средняя тепловая скорость молекул превышает разность второй и первой космических скоростей. «Обод» диска освещается солнечным светом, так что температуру можно положить равной равновесной температуре площадки перпендикулярной солнечным лучам на орбите Венеры T=460К. Тогда rmax=17RV.

Оценим долю вещества диска, которая упадет на Венеру, и долю, которая улетучится через верхнюю границу в межпланетное пространство. Это можно сделать, исходя из закона сохранения момента импульса и предположения, что средний удельный момент импульса вещества диска совпадает с удельным моментом импульса Адониса (т.е. вещество в среднем сохраняет угловой момент начиная от покидания Адониса и кончая покиданием диска), а также того, что и на верхней, и на нижней границе диска (т.е. на границе атмосферы Венеры) скорость вещества диска равна локальной первой космической. Если предположить, что интенсивность выбросов Адониса меняется синхронно с энерговыделением (меняющимся из-за осцилляций перивенерия), то основная часть вещества будет выбрасываться во время, когда угловой момент Адониса минимален. Отсюда, доля упавшего оказывается около 55%.

При падении вещества на Венеру будет выделяться тепло. Мощность энерговыделения на единицу площади Венеры будет порядка среднего потока солнечного излучения для Земли.

ЭТАП 3: Холод

Наша цель – охладить Венеру до такой температуры, при которой весь CO2 свяжется в клатраты.

Для этого нам нужно снизить темпы выпадения вещества. Дождемся момента, когда на Адонисе останется небольшая доля от первичного количества льда (обозначим η отношение этой доли к начальной массе), и устроим в аповенерии столкновение с еще одним ударником, чтобы увеличить перивенерий. Изменения скорости в аповенерии на 100м/с достаточно, чтобы поднять перивенерий в 1.5 раза. Это снизит темп выпаривания на порядок, а количество упавшего на Венеру в единицу времени вещества - раз в 15 (поскольку из-за увеличения углового момента Адониса уменьшится доля падающего на Венеру вещества). Средний поток энергии от падающего вещества уменьшится до величины порядка среднего потока солнечного излучения для Цереры.

Время выпаривания остаточной доли η воды будет около 60η тысяч лет. Исходя из теплоемкости водяного пара и углекислого газа, а также теплоты фазовых переходов, остывание и конденсация атмосферы займет около 1 тысячи лет.  Так что минимально необходимое значение η  около 2%, но, как мы увидим ниже, лучше сделать его побольше. Кроме η, введем еще ηупав, долю вещества, упавшего на Венеру в течении Этапа 3 по отношению к общему количеству выпавшего вещества. ηупав меньше η, так как доля вещества, улетающего в космос через верхнюю границу диска, на Этапе 3 больше, чем на Этапе 2.

После окончательного выпаривания на орбите Венеры останется каменное ядро Адониса. Если с ним ничего более не делать, то за счет продолжающейся приливной диссипации его орбита скруглится, после чего приливная диссипация на самом Адонисе прекратится. Дальнейшая эволюция его орбиты будет связана уже с приливами, которые Адонис вызывает на Венере. За счет взаимодействия с вызванной им приливной волной на Венере он будет терять угловой момент и уменьшать радиус своей орбиты. В итоге он войдет в область Роша и развалится. Вокруг Венеры образуется кольцо, материал из которого начнет интенсивно выпадать на ее поверхность (художественное описание похожего процесса, но для Земли, дано в романе Нила Стивенсона «Семиевие»). В общем, Венера разтерраформируется обратно.

Полагая, что число Лава терраформированной Венеры (Love number of Venus, да) и ее диссипационный фактор равны оным для Земли, можно подсчитать, что Адонис войдет в область Роша спустя всего несколько сот тысяч лет после вывода на орбиту.

Так что сразу после полного выпаривания надо избавится от каменного ядра. Разумеется, с помощью очередного, уже третьего по счету столкновения с ударником. Как говорится, «если у тебя в руках микроскоп – все вокруг кажется гвоздями». Для выбивания Адониса с орбиты Венеры потребуется изменить его скорость в перивенерии на 300 м/с.

Параметры аккреционного диска

Аккреционный диск, вообще говоря, греется и сам по себе, из-за трения между кольцами с разной скоростью. Температура нагрева зависит от количества вещества, дрейфующего сквозь диск к Венере, и расстояния до центра (формулы для расчетов параметров протопланетных и аккреционных дисков, использовашиеся здесь и ниже, см. напр. в pdf тут).


Распределение температур в диске в случае, если единственный источник тепловыделения – дрейф вещества к Венере
.

Как видно из рисунка выше, температура диска вблизи Венеры равна 180К (т.е. минус 90С), и с удалением падает как r-3/4. Так что нагревом Венеры от излучения ближайшей к ней части диска можно пренебречь.

Другой источник нагрева Венеры - инфракрасное излучение "обода" диска, нагреваемого Солнцем. Равновесная температура "обода" приблизительно равна 290К. Но так как "обод" займет на небе Венеры не слишком большой телесный угол, средняя температура Венера при нагреве только от его инфракрасного излучения составит максимум минус 100С.

Толщина диска вблизи поверхности Венеры будет около h=500 км. Она растет с расстоянием от центра. Чтобы диск закрывал Венеру от Солнца, его толщина должна быть порядка радиуса Венеры. Для диска, нагревающегося только от дрейфа вещества, толщина растет с расстоянием как  r9/8, так что нужная толщина достигается на расстоянии около 10 радиусов Венеры от центра. Но края диска греются еще и от Солнца. У изотермического диска толщина растет быстрее, как r3/2, и при температуре равной 290К нужная толщина будет на расстоянии всего 4 радиусов Венеры. Реальное значение будет где-то между этими двумя оценками.

Кроме толщины диска, степень экранирования зависит от оптической толщины диска в его плоскости, т.е. степени его прозрачности при взгляде с Венеры в сторону Солнца. Оптическая толщина связана с общим количеством вещества в диске. Количество вещества, которое может накопится в диске, пропорционально времени, которое вещество проводит в диске до падения на центр. Оно по порядку величины равно r2/ν, где r – радиус диска, ν – эффективная вязкость газа.

И вот тут мы внезапно оказываемся за границами не только моих личных вычислительных возможностей, но и возможностей науки вообще. Известная в узких кругах загадка: диффузионная вязкость газа протопланетных дисков слишком мала для того, чтобы объяснить наблюдаемую скорость их разрушения.  Кроме диффузионной вязкости (т.е. трения ламинарных потоков газа) существует еще турбулентная вязкость (т.е. связанная с образованием вихрей), которая гораздо больше.  Но тут вторая часть загадки: согласно гидродинамике, в диске с кеплеровским распределением скоростей вихри самопроизвольно образовываться не могут. Для протопланетных дисков данный парадокс чаще всего разрешают привлечением магнитной гидродинамики: достаточно, чтобы вещество имело некоторую небольшую ионизацию (за счет космических лучей) и наличествовало небольшое магнитное поле, чтобы вызвать нестабильность ламинарного течения и образование вихрей. Но для экзотического диска, который мы рассматриваем здесь, данный механизм не факт, что будет работать. Возможно, турбулентность будет вызываться чем-то другим, например, ударными волнами от прохождения Адониса сквозь диск.

Тем не менее, мы можем сделать некоторые прикидки по заветам создателей теории аккреционных дисков (Шакуры и Синяева), то есть применить альфа-модель. В этой модели предполагается, что вязкость ν = α сs h, где h – толщина диска, сs – скорость звука в газе, и α – безразмерный параметр, в который прячутся все непонятки с механизмом возникновения турбулентности. По данным наблюдений, типичное для протопланетных дисков значение α порядка 0.01. Для нашего диска, это значение дает время пребывания вещества в диске порядка нескольких месяцев или десятка оборотов Адониса по орбите.

Взяв рассчитанное значение массы, выбрасываемой Адонисом за 1 оборот после операции снижения темпов выпаривания, и оценку времени пребывания вещества в диске, получим, что массовая толщина вещества на луче Венера-Солнце будет порядка 10 кг/м2. Для сравнения, для помянутой в начале кометы на пике выброса толщина комы по нормали к ядру была около 0.05 кг/м2, чего хватило для ослабления света в несколько раз. В десятки раз большая массовая толщина обеспечит практически полное поглощение света.

Так что диск сможет полностью закрыть Венеру от Солнца.

Образование клатратов

Нам нужно связать углекислый газ из атмосферы в твердые соединения. При температуре ниже 10С и давлении вода и углекислый газ образуют клатраты (гидраты) CO2 · 5.75H2O и CO2 · 7.67H2O. Клатраты – это просто водяной лед, в пустотах кристаллической решетки которого (из-за которых чистый лед легче жидкой воды) заперты молекулы газов. Плотность клатрата больше плотности воды (в зависимости от состава и условий – от 1.05 до 1.2 г/см3), потому клатраты будут лежать на дне океана.

Для связывания в клатрате 1 кг CO2 требуется как минимум 2.35 кг воды. Кроме воды, нужной для связывания, нужен еще покрывающий слой воды для создания давления, стабилизирующего клатраты. Температура воды у дна океана обычно 4С.  При температуре 4С клатраты стабильны при давлении 20 атмосфер. При венерианской гравитации, для создания такого давления нужен столб в 220 м воды. Общее количество воды, потребное для связывания всего венерианского CO2 и стабилизации клатратов давлением, по массе равно капле воды диаметром 1300км. Обозначим это количество Mводы.

Стадии процесса замораживания и связывания атмосферы будут выглядеть примерно так: сначала, после падения температуры ниже 374С образуется горячий водяной океан, насыщенный CO2. На дне океана будут идти интенсивные процессы образования карбонатов. Если горячий океан образуется еще на Этапе 2, то эта стадия продлится несколько тысяч лет. Так что некоторый процент CO2 успеет связаться в карбонаты (более точная оценка выходит за пределы моих возможностей).

После остывания океана ниже 10С начнется процесс образования клатратов. Чтобы в клатраты связалась вся вода, сброшенная на Этапе 2, нужно чтобы в атмосфере осталось 12 бар CO2 (при таком давлении клатраты стабильны при 0С). Для этого надо положить ηупав=20% (то есть η=30%).  При продолжении остывания, оставшийся в атмосфере CO2 начнет сжижаться. Но так как жидкий CO2 существует только при давлениях выше 5 бар, полное удаление CO2 из атмосферы возможно только после обращения его в твердое состояние, т.е. поверхность Венеры должна остыть до температуры ниже -80С. Получится слой «сухого льда» толщиной около 100 м. Поверх этого слоя будет накапливаться снег из продолжающей падать с Адониса воды. После окончания выпаривания Адониса, толщина вернего покрывающего слоя водяного льда достигнет примерно 500 метров. В атмосфере останется азот с давлением 3 бар.

После рассеяния экранирующего газопылевого диска, начнется обратный нагрев. Слой CO2 растает, смешается с надстилающим его водяным льдом и тоже превратится в клатраты. Средняя суммарная толщина слоя клатратов и покрывающей его воды (или льда) будет около 3 км.

Перевод Венеры в состояние солнечного приливного захвата

Падающее на Венеру вещество будет передавать ей момент импульса и менять скорость вращения. В настоящее время она медленно вращается в направлении, противоположном направлению ее обращения по орбите, так что из-за сложения этих двух движений солнечные сутки на ней длятся 117 земных дней. Если изменить линейную скорость вращения на экваторе на 3.8 м/с, Венера перейдет в состояние приливного захвата, т.е. она будет вечно смотреть на Солнце одной стороной, как сейчас Луна на Землю.

И вот забавный факт – вещество с массой равной Mводы при падении с первой космической скоростью (как это происходит в случае падения из аккреционного диска) в плоскости экватора, передаст Венере угловой момент, близкий к тому, который нужен для приведения ее в состояние приливного захвата. Точнее, он всего на 30% превышает необходимый.  Так что во время Этапа 2 нужно ограничится сбросом только 70% процентов от Mводы, а остальное досбросить во время Этапа 3, положив ηупав=30% (для чего нужно η=40%).


Аллегорическое изображение изменения момента импульса Венеры


После перехода к приливному захвату, приливные силы от Солнца «зацепятся» за несимметричность распределения вещества в Венере, и будут препятствовать дальнейшему раскручиванию, если ускорение из-за продолжающего падать вещества не превышает некоего предельного значения. Венера очень круглая, ее динамическое сплющивание составляет всего 1.31e-5, а трехосность - 1.66e-6 (для Земли эти параметры составляют 3.27e-3 и 5.34e-6, соответственно). Зная трехосность, можно оценить максимальное линейное ускорение на экваторе, при котором приливные силы Солнца еще могут препятствовать раскручиванию – около 1 м/с в 15000 лет. Отсюда получаем, что продолжительность Этапа 3 должна быть более 24 тысяч лет. Но такой длительный период хорош и с другой точки зрения - кора успеет охладится на большую глубину, а вулканические явления, вызванные сильным изменением давления и сжатием пород из-за холода - поутихнуть.

Устойчивое состояние соответствует случаю, когда главная ось инерции Венеры с наименьшим моментом инерции направлена на Солнце. Направление этой оси - 0.35 градусов северной широты и 3.2 градуса западной долготы.


«Дневная» сторона приливно-захваченной Венеры


Центр подсолнечной стороны будет находится рядом с областью Атли, на 18 градусов западнее горы Маат. Ну или наоборот, там будет находится центр ночной стороны (оба эти состояния соответствуют энергетическому минимуму). Но из соображений максимизации количества суши на подсолнечной стороне, надо постараться, чтобы Венера застряла именно в первом положении. То есть вдарить ударником по Адонису и закончить интенсивный сброс воды нужно к тому моменту времени, когда Венера повернута горой Маат к Солнцу.

ЭТАП 4: Облака

После рассеивания аккреционного диска и выбивания каменного ядра Адониса климат Венеры станет типичным для приливно-захваченной планеты.

Климат приливно-захваченной планеты – интересный пример того, как результат «правдоподобного рассуждения» радикально отличается от того, который получается из климатических моделей. «Правдоподобное рассуждение»: на подсолнечной стороне планеты будет очень жарко, а на ночной – очень холодно, что вся вода с подсолнечной стороны испарится и сконцентрируется в леднике на ночной стороне, а дальше возможно на ночной стороне сконденсируются и замерзнут и все атмосферные газы.

На самом деле вымерзание атмосферы при земной инсоляции невозможно, если атмосферное давление больше 0.03 бар, из-за переноса тепла ветрами. На Венере 3 бара азота и инсоляция в два раза выше земной.

Совсем контринтуитивный результат получается для воды – на приливно-захваченном аналоге Земли (т.е. планеты размером с Землю, земной инсоляцией и составом атмосферы) вода будет пытаться собраться в подсолнечной точке!

При подробном рассмотрении физики процесса видно, что никакого парадокса здесь нет. На солнечной стороне приливно-захваченной планеты будет вечный циклон (область восходящего воздушного потока), а на ночной – вечный антициклон. Вода в подсолнечной точке испаряется с поверхности, и вместе с нагретым воздухом поднимается вверх. При подъеме воздух расширяется и адиабатически остывает. Относительная влажность становится больше 100%, пар конденсируется и проливается дождем. В результате, в подсолнечной области будет идти вечный дождь. Осушенный воздух в верхних слоях атмосфере течет на ночную сторону, достигает центра антициклона, там опускается и адиабатичски нагревается. Из-за нагрева и без того уже сухого воздуха его относительная влажность становится совсем низкой, так что если на поверхности есть лед, то он будет сублимировать. Дальше воздух уже по низу идет на дневную сторону, и цикл замыкается.

Важным следствием такого климата является то, что приливно-захваченные планеты могут выдержать заметно большую инсоляцию, чем быстро вращающиеся, без перехода к катастрофическому испарению океанов.

Конкретно для Венеры нашлись только расчеты для инсоляции 700-миллионолетней давности, когда солнечная постоянная была на 10% меньше, с предположением современной скорости вращения и азотной атмосферы с давлением 1 бар.

Результаты расчетов Венеры с азотной атмосферой с давлением 1 бар при разных параметров: А - при инсоляции на 25% меньше современной и 117-дневными солнечными сутками; B - тоже же что (A), но с иносоляцией на 10% меньше современной, С - то же что (A), но с распределением суши и моря как у современной Земли, D - то же что (A), но с в 7 раз меньшим периодом вращения.

Видно, что без плотной углекислотной атмосферы Венера была бы вполне приятным местом, со средней температурой +15С, и температурами самой холодной и горячей точек -17С и +35С. Венера же с продолжительностью суток 16 земных (т.е. в 8 раз меньше современной) даже при солнечной постоянной на 25% меньше современной и без углекислого газа начинает превращаться в парилку с температурой самой горячей точки +84С.

После удаления углекислого газа в атмосфере будет 3 бара азота, а не 1 бар, как рассмотрено в вышеописанных работах. Из общих соображений – разность температур между дневным и ночным полушариями будет меньше. А вот средняя температура будет несколько ниже. Это связано с тем, что азот прозрачен для инфракрасного излучения, но частично отражает видимое из-за релеевского рассеяния. Из-за этого альбедо планеты с 3 барами азота на 6% больше, чем альбедо атмосферы в 1 бар.

Поначалу после рассеивания экранирующего диска Венера будет представлять из себя "Землю-снежок", полностью покрытый льдом. Альбедо тела, покрытого льдом, достигает 80%.  Если пренебречь влиянием атмосферы, можно прикинуть, что при альбедо поверхности, равном альбедо льда, на дневной стороне в регионе дальше 50 угловых градусов от подсолнечной точкиравновесная радиационная температура будет ниже 0C. То есть лед останется на 40% площади дневной стороны. Пренебрежение атмосферой - это мягко говоря неточное приближение в данном случае. Но ввиду того, что вблизи поверхности будет дуть холодный ветер с ночной стороны, можно ожидать сохранения льда на значительной доле дневной стороны, и соответственно более высокого среднего альбедо, чем обеспечивают одни только облака в подсолнечной точке.

Жизнь на Венере

Известно, что некоторые бактерии растут даже в суперфлюиде CO2, так что бактериальную жизнь можно заселять уже в конце стадии горячего океана. Стадию глубокого замораживания живность может пережить в областях, нагретых вулканическим теплом. Ввиду того, что резкое охлаждение вызовет растрескивание коры, вулканических областей скорее всего будет немало. Бактерий можно заставить производить поверхностно-активные вещества, чтобы океан оказался покрыт слоем пены с высоким альбедо. Альбедо океанской воды - около 0.05, пены - около 0.5. Это дополнительная мера для предотвращения катастрофического разогрева ("... из пены морской", да).

После окончания эпохи заморозки можно заселять фитопланктон. Экстраполируя данные о земном обороте кислорода, можно предположить, что  парциальное давление кислорода достигнет примерно земного уровня за время порядка 10 тысяч лет. После этого можно заселять консументов. А редуцентов, способных разложить лигнин - не заселять, чтобы высвобождающийся из слоев клатратов и при вулканической деятельности углерод тут же перезахоранивался в отложениях, типа как в каменноугольном периоде на Земле.

Решив вопрос с приспособленностью для жизни в целом, рассмотрим вопросы комфорта.


Распределения суши и океана на терраформированной Венере в представлении некоего энтузиаста. Но слой воды энтузиаст предполагает гораздо меньший, чем нужно.


Венера очень плоская, так что после покрытия 3 км слоем клатратов и воды площадь оставшейся суши будет всего около 1%. Выше уровня океана будут только участки, закрашенные сиреневым и белым цветом на карте выше. Будут два архипелага – регион Атли вблизи экватора, и горы Максвелла на северном полюсе. Центр дневной стороны будет в "заливе Русалки" к западу от горы Маат, а центр ночной стороны - в "море Гвиневры".

Вообще говоря, 1% площади Венеры – это больше площади европейской части России и примерно равно половине территории США. Так что всех недовольных недостатком жизненного пространства молодая венерианская республика может просто отправить копать теллур в горах Максвелла.

Но можно и более гуманно ответить на вызов недостатка суши. Океан как таковой будет довольно мелкий, всего несколько сот метров глубины. Ниже слой твердого клатрата, возможно покрытый слоем грязи.


Клатрат метана на дне Карибского моря на глубине 95 м. Поросший ракушками, прошу заметить. Углекислотный выглядит примерно так же.

Так что что задачу расширения площади суши можно возложить на рифообразующие живые организмы. Правда, обычные кораллы не подойдут, у них слишком большая плотность, так что большой риф в буквальном смысле пробьет дно и просядет сквозь слой клатратов до каменного дна. Нужны генномодифицированные кораллообразные организмы с плотностью меньше, чем у клатратов. В принципе, черные кораллы, строящие свой скелет из белков, имеют плотность лишь немного выше необходимой. Но лучшее решение видится в выведении колониальных организмов с минеральными панцирями с газонаполненными внутренними камерами, типа как у наутилусов (но, в отличии от наутилусов, перед гибелью затыкающих сифон, ведущий в камеру).

В заключение замечу, что климат в подсолнечной точке будет сильно напоминать венерианский климат из рассказов Бредбери. Так что можно сказать, что эти рассказы не устарели в связи с получением новых научных данных, просто они описывают отдаленное будущее. Венера станет отличным местом для планеров, благодаря двум слоям в атмосфере с противоположным направлением ветра. А благодаря стабильности и силе ветров, хорошим источником энергии для жителей околотерминаторных областей и ночной стороны будут ветряки.

Из-за релеевского рассеяния, небо терраформированной Венеры будет оранжевым.

Comments

( 145 comments — Leave a comment )
Page 1 of 3
<<[1] [2] [3] >>
lj_frank_bot
Sep. 3rd, 2019 04:21 pm (UTC)
Здравствуйте!
Система категоризации Живого Журнала посчитала, что вашу запись можно отнести к категории: Космос.
Если вы считаете, что система ошиблась — напишите об этом в ответе на этот комментарий. Ваша обратная связь поможет сделать систему точнее.
Фрэнк,
команда ЖЖ.
antihydrogen
Sep. 3rd, 2019 04:23 pm (UTC)
Еще "Сделай сам" и "Астроинженерия на диване"
(no subject) - Alex Besogonov - Sep. 3rd, 2019 07:08 pm (UTC) - Expand
(no subject) - antihydrogen - Sep. 3rd, 2019 07:10 pm (UTC) - Expand
haritonoff
Sep. 3rd, 2019 04:48 pm (UTC)
Для обозначения ближайшей к центральному телу и наиболее удалённой от центрального тела точек орбиты существуют слова "апоцентр" и "перицентр".
iv_an_ru
Sep. 3rd, 2019 05:12 pm (UTC)
Сдаётся мне, что человек, очевидно разбирающийся в теории орбит, эти слова знает. He's just venerating the name of Venus.
(no subject) - haritonoff - Sep. 3rd, 2019 05:16 pm (UTC) - Expand
(no subject) - antihydrogen - Sep. 3rd, 2019 05:25 pm (UTC) - Expand
(no subject) - iv_an_ru - Sep. 3rd, 2019 05:30 pm (UTC) - Expand
(no subject) - haritonoff - Sep. 3rd, 2019 10:35 pm (UTC) - Expand
(no subject) - iv_an_ru - Sep. 4th, 2019 11:41 am (UTC) - Expand
(no subject) - haritonoff - Sep. 4th, 2019 11:50 am (UTC) - Expand
iv_an_ru
Sep. 3rd, 2019 05:04 pm (UTC)
Изумительно. И завидно сразу по трём параметрам: это ж какую фантазию надо иметь, это ж как надо знать даже ту физику/химию, что совершенно бесполезна "в быту", это ж сколько свободного времени надо иметь, чтобы это всё обсчитать.
antihydrogen
Sep. 3rd, 2019 05:09 pm (UTC)
Свободного времени за год, прошу заметить :)

А нужная специальная физика и химия в основном искалась в гугле
sergeyr
Sep. 3rd, 2019 05:06 pm (UTC)
Моар, моар священного безумия!
antihydrogen
Sep. 3rd, 2019 05:20 pm (UTC)
Да нет, что вы, никакого безумия, у меня справка есть. Я за лето уже две медкомиссии успешно прошел. У нас, терраформологов, с этим строго!
2born
Sep. 3rd, 2019 05:14 pm (UTC)
Полный восторг, большущее спасибище!!!!
antihydrogen
Sep. 3rd, 2019 05:21 pm (UTC)
Спасибо за позитивный отзыв! :)
(no subject) - ircmaan - Sep. 10th, 2019 01:31 pm (UTC) - Expand
bmpt
Sep. 3rd, 2019 05:17 pm (UTC)
5 кучек хлореллы за сообразительность!
Наверняка есть к чему придраться в рассчётах... но букв так много!
ahiin
Sep. 3rd, 2019 05:20 pm (UTC)
Еще, да)
antihydrogen
Sep. 3rd, 2019 05:47 pm (UTC)
Спасибо! :)
livejournal
Sep. 3rd, 2019 05:35 pm (UTC)
Здравствуйте! Ваша запись попала в топ-25 популярных записей LiveJournal волжского региона. Подробнее о рейтинге читайте в Справке.
lyuden
Sep. 3rd, 2019 05:57 pm (UTC)
Спасибо.
antihydrogen
Sep. 3rd, 2019 07:12 pm (UTC)
Спасибо что прочитали :)
k_ilya_v
Sep. 3rd, 2019 05:57 pm (UTC)
зачем?
antihydrogen
Sep. 3rd, 2019 06:09 pm (UTC)
Меня давно(*) расстраивает отсутствие приливно-захваченной обитаемой планеты в Солнечной системе. А останавливать Землю - это как-то слишком жестоко, я считаю.

*) Со времен, когда я прочел роман Желязны "Джек из Тени", наверное.
(no subject) - k_ilya_v - Sep. 3rd, 2019 06:33 pm (UTC) - Expand
(no subject) - antihydrogen - Sep. 3rd, 2019 06:38 pm (UTC) - Expand
(no subject) - k_ilya_v - Sep. 3rd, 2019 06:50 pm (UTC) - Expand
(no subject) - antihydrogen - Sep. 3rd, 2019 06:57 pm (UTC) - Expand
Fan fact - antihydrogen - Sep. 3rd, 2019 06:46 pm (UTC) - Expand
(no subject) - k_ilya_v - Sep. 3rd, 2019 06:53 pm (UTC) - Expand
(no subject) - a_konst - Sep. 3rd, 2019 06:11 pm (UTC) - Expand
(no subject) - k_ilya_v - Sep. 3rd, 2019 06:56 pm (UTC) - Expand
(no subject) - Андрей Гаврилов - Sep. 3rd, 2019 09:54 pm (UTC) - Expand
(no subject) - k_ilya_v - Sep. 6th, 2019 06:01 pm (UTC) - Expand
(no subject) - Андрей Гаврилов - Sep. 7th, 2019 01:07 am (UTC) - Expand
(no subject) - k_ilya_v - Sep. 7th, 2019 05:16 am (UTC) - Expand
(no subject) - Андрей Гаврилов - Sep. 8th, 2019 12:26 pm (UTC) - Expand
(no subject) - k_ilya_v - Sep. 14th, 2019 09:56 am (UTC) - Expand
(no subject) - Андрей Гаврилов - Sep. 18th, 2019 03:17 am (UTC) - Expand
(no subject) - k_ilya_v - Oct. 2nd, 2019 04:53 pm (UTC) - Expand
pz_true
Sep. 3rd, 2019 06:00 pm (UTC)
Ох ё!
dmitriyandreev
Sep. 3rd, 2019 06:06 pm (UTC)
Зе бест пост фор э лонг тайм.

Серьезно.
Спасибо огромное.
antihydrogen
Sep. 3rd, 2019 06:09 pm (UTC)
:)
(no subject) - siron_nsk - Sep. 4th, 2019 10:29 am (UTC) - Expand
iv_an_ru
Sep. 3rd, 2019 06:07 pm (UTC)
Мне кажется, есть проблемка. Когда Венера уже будет повёрнута к Солнцу одним боком, и на теневой стороне начнётся возгонка льда, CO2 из захвата во льду пойдёт обратно в атмосферу. Надо чем-нибудь укрыть ту половину планеты.
antihydrogen
Sep. 3rd, 2019 06:27 pm (UTC)
Климатическая модель, которая предсказывает полное отсутствие осадков на ночной стороне, была рассчитана для давления 1 бар и земной инсоляции. Для планет с другим давлением и инсоляцией есть модели, которые предсказывают накопление льда на ночной стороне, см. ссылки здесь https://en.wikipedia.org/wiki/Habitability_of_red_dwarf_systems#Tidal_effects

Так что об этой проблеме можно особо не волноваться, ввиду невозможности точного разрешения вопроса, будет лед расти или нет, без настоящего моделирования. Для утешения можно использовать такое соображение - тонкая настройка климата возможна с помощью контроля распределения альбедо по диску, например с использованием помянутой пены, генерируемой запрограммированными бактериями.
(no subject) - antihydrogen - Sep. 3rd, 2019 06:36 pm (UTC) - Expand
(no subject) - Alex Besogonov - Sep. 3rd, 2019 07:14 pm (UTC) - Expand
(no subject) - antihydrogen - Sep. 3rd, 2019 07:29 pm (UTC) - Expand
(no subject) - Alex Besogonov - Sep. 3rd, 2019 09:45 pm (UTC) - Expand
(no subject) - v1adis1av - Sep. 4th, 2019 09:55 pm (UTC) - Expand
(no subject) - antihydrogen - Sep. 4th, 2019 10:32 pm (UTC) - Expand
(no subject) - defklo - Sep. 5th, 2019 07:26 am (UTC) - Expand
andrey_zorin
Sep. 3rd, 2019 06:38 pm (UTC)
Жаль только - жить в эту пору прекрасную
Уж не придется - ни мне, ни тебе.
antihydrogen
Sep. 3rd, 2019 06:48 pm (UTC)
А вот по этому вопросу у меня есть другой пост, ха ха
https://antihydrogen.livejournal.com/49540.html
(no subject) - a_konst - Sep. 3rd, 2019 08:28 pm (UTC) - Expand
doubtful_mirror
Sep. 3rd, 2019 08:52 pm (UTC)
Магнитное поле как делать будем?
Андрей Гаврилов
Sep. 3rd, 2019 09:46 pm (UTC)
незачем.
(no subject) - doubtful_mirror - Sep. 5th, 2019 07:52 pm (UTC) - Expand
(no subject) - Андрей Гаврилов - Sep. 6th, 2019 12:56 am (UTC) - Expand
(no subject) - doubtful_mirror - Sep. 7th, 2019 09:03 pm (UTC) - Expand
(no subject) - Андрей Гаврилов - Sep. 8th, 2019 12:15 pm (UTC) - Expand
(no subject) - vashu11 - Sep. 3rd, 2019 11:34 pm (UTC) - Expand
(no subject) - Андрей Гаврилов - Sep. 4th, 2019 12:43 am (UTC) - Expand
(no subject) - vashu11 - Sep. 4th, 2019 05:27 am (UTC) - Expand
(no subject) - Андрей Гаврилов - Sep. 4th, 2019 05:57 am (UTC) - Expand
(no subject) - doubtful_mirror - Sep. 5th, 2019 07:59 pm (UTC) - Expand
(no subject) - Андрей Гаврилов - Sep. 6th, 2019 01:02 am (UTC) - Expand
(no subject) - doubtful_mirror - Sep. 7th, 2019 09:06 pm (UTC) - Expand
(no subject) - Андрей Гаврилов - Sep. 8th, 2019 11:43 am (UTC) - Expand
(no subject) - doubtful_mirror - Sep. 5th, 2019 07:53 pm (UTC) - Expand
(no subject) - defklo - Sep. 5th, 2019 07:27 am (UTC) - Expand
Page 1 of 3
<<[1] [2] [3] >>
( 145 comments — Leave a comment )