Первый дом человечества в космосе: куда направить главные усилия до 2050 года?

[Дем]

А  из чего сами эти солнечные батареи на Марсе производить?

Из железа 
Самая доступная технология - это солнечная паровая турбина. Да, КПД пониже, но технология совсем дубовая.

Герметичный парник, так как вокруг по сути технический вакуум. Опять же вопрос в сырье из которого его делать. Если вы думаете, что на Марсе стекольный песок, пригодный для изготовления стекла, лежит на каждом углу - вы глубоко ошибаетесь.

Идеально прозрачное не особо и нужно. Думаю что отделить более-менее чистый кремнезём не такая уж и проблема.
Ну и про прозрачные пластики не забываем.

[Капитан Бутан]

Невозможно. При таком соотношении СH4/O2 метан-редуцирующие бактерии (а мы их обязательно туда занесем) будут жрать метан с такой скоростью, что никакие термоядерные реакторы не помогут. 

Ну сожрут и сожрут, что ж. Будет 20% CO₂ и 80% О₂ и градусов на 10 холоднее

[Капитан Бутан]

А толку нам теоретизировать, если практически мы этого не сможем сделать?

Невозможно скорее экономически, чем технологически. Так то абстрактно, при наличии неограниченных ресурсов и времени, ну хотя бы нескольких десятков тысяч лет, как это сделать вполне понятно.

Да, а как откачать 90бар CO₂ ? Всегда хотел узнать ответ на этот вопрос

[Капитан Бутан]

Если на Титане был первый сценарий - его можно сразу вычеркивать из списка пригодных для заселения планет, там просто критических видов сырья и части биогенных элементов не будет вообще.

Какие там элементы есть, я уже говорил. На мой взгляд список достаточный. Нет редкоземельных и урана/тория, но тут уж не до жиру. Редкозёмы и уран пойди пособирай на Энцеладе

[Dulevo]

Если обратить внимание на заголовок - то оказывается мы обсуждаем где реально можно что-то построить до 2050-го года.

Вряд ли мы будем летать к Юпитеру и Сатурну до 2050го года. Так что можно вычеркивать.

Венеру можно теоретически рассмотреть. Но нужны роботы работающие при 500 градусах.
Тогда пожалуста - роботы вам построят модули для облачных городов. Людям не понадобится опускаться вниз.

Венера в принципе интересна тем - что можно будет использовать ядерные движки для полетов в атмосфере и использованием атмосферы как рабочего тела. Радиоактивные выбросы в атмосферу там еще долго никого не будут тревожить.

[AlexV]

Да, а как откачать 90бар CO₂ ? Всегда хотел узнать ответ на этот вопрос

О... Это самый простой вопрос. Туда же, куда откачались 30 бар углекислого газа из земной атмосферы (приблизительно столько запоковано в карбонатах литосферы). Достаточно добавить на Венеру достаточно воды и чуть охладить (именно чуть, чтобы на поверхности температура была ниже критической воды) и весь углекислый газ из атмосферы исчезнет, связавшись с силикатами литосферы (как это происходило на протяжение всей геологической истории и происходит сейчас на Земле). Кстати, скорее всего, по геологическим меркам довольно быстро. Характерное время связывания углекислого газа литосферой на Земле 300 тыс. лет. Но на Земле очень умеренные условия и по температуре и парциальному давлению углекислого газа. При парциальном давлении углекислого газа >1 бар и температуре (на первом этапе) вблизи критической воды процесс пойдет куда шустрее. Думаю за несколько тысяч лет можно уложиться.

После того как весь углекислый газ уйдет в карбонаты там останется вполне вменяемая азотная атмосфера с давлением около 3 бар, обеспечивающая (при наличии достаточного количества воды) умеренный климат со средней планетарной в районе +20 градусов.    

[AlexV]

Какие там элементы есть, я уже говорил. На мой взгляд список достаточный. Нет редкоземельных и урана/тория, но тут уж не до жиру. Редкозёмы и уран пойди пособирай на Энцеладе

Да ладно редкоземы, мы там на них и не особо рассчитываем. Абсолютно непонятно как попадут в кору (если она плавилась полностью и все первичные силикаты утонули) хотя бы магний, кальций и железо (не говоря уже о халькофильных элементах, таких как медь или цинк). Сейчас каменное ядро там отделено от коры жидкой мантией, состоящей из холодной смеси H2O - NH3 - (NH4)2S. И преодолеть её может (и попасть в кору) только то, что в этой смеси растворяется. А в ней почти ничего не растворяется. Даже щелочноземельные металлы толком не растворяются, а все что имеет нерастворимые сульфиды (а это вообще почти все) - так вообще.  В таблице Менделеева по пальцам можно пересчитать элементы, которые в этой смеси в восстановительных условиях сколько-нибудь заметно растворяются. Щелочные металлы, бор, галогены, собственно, и все. Ну, фосфаты теоретически, но в реальности скорее нет, чем да, так как они очень быстро свяжутся с щелочноземельными металлами в абсолютно нерастворимые в такой смеси ортофосфаты.

Вот не видно ни одного физического механизма, который бы позволил бы большинству элементов преодолеть этот океан смеси H2O - NH3 - (NH4)2S и попасть из каменного ядра в ледяную кору (кроме щелочных металлов и галогенов, естественно, ну и плюс бора).

[AlexV]

Ну сожрут и сожрут, что ж. Будет 20% CO₂ и 80% О₂ и градусов на 10 холоднее

Можно, но азотно-кислородно-углекислая атмосфера никакого состава (без метана и водорода) неспособна поддерживать на Марсе климат совместимый с большим количеством жидкой воды на поверхности и земным типом гидрологического цикла. В лучшем случае получится Мак-Мердо (сухая долина Антарктиды), масштабированная до размеров целой планеты. Кончено, лучше, чем сейчас, но все равно это не аналог Земли.  

[AlexV]

Венера вообще единственная планета солнечной системы, которую хотя бы теоретически можно терраформировать до уровня Земли

А толку нам теоретизировать, если практически мы этого не сможем сделать? Венера дохлый номер. Если уж прям теоретизировать-теоретизировать, то когда Солнце достигнет стадии красного сгущения (а это очень продолжительная, стабильная стадия эволюции), то инсоляция Титана будет 50-80% от земной. Учитывая низкий уровень УФ-излучения, убегание атмосферы будет не очень интенсивным. И вот уже наш Титан можно заселять фотосинтетиками и нарабатывать кислородную атмосферу. Жить на полярных ледяных шапках, на экваторе океан без льда. Перспективы благостные, но смысл о них рассуждать?

Марс, кстати, до уровня Земли невозможно терраформировать даже теоретически. При инсоляции Марса содержащая свободный кислород атмосфера и жидкая вода на поверхности в ощутимых колличествах - несовместимые вещи (даже если его снабдить атмосферой в 1 бар). 

Ну если вы смело рассуждаете про терраформацию Венеры, то и Марс можно запросто:
- строим 10 тысяч гигаваттных термоядерных реакторов
- перегоняем воду из ледников на H₂ и О₂
- H₂ тратим на перегонку СО₂ в метан
- температура растёт, из грунта и полярных шапок идёт дегазация, бесплатный приток CO₂ и CH₄
- половину реакторов перераспределяем на вытапливание из грунта газовых гидратов, что сидят поглубже и не дегазировались сами. Ещё приток CO₂ и CH₄
- оставшаяся половина реакторов продолжает разлагать воду. Водород теперь выпускаем высоко в атмосфере с дирижаблей, 30км. Водород улетучивается, кислород остаётся
- лишний метан дожигаем в кислороде до CO₂
- получаем атмосферу 0,6 бар: 3%CH₄, 17%CO₂, 80%O₂

Так, кстати, даже Луну в теории можно терраформировать. Прикидывал, просто в силу энергетических ограничений Луна будет терять атмосферу не так уж и быстро, с темпом едва ли большим нескольких миллионов тонн в год. Т.е. масштаб, который можно компенсировать технологически. Если на Луне разместить завод, производящей всего несколько миллионов тонн кислорода из оксидов грунта (что вполне представимая величина), то со временем у Луны сформируется вполне представительная атмосфера, вплоть до пригодной для дыхания без скафандра. И температурные условия при этом тоже будут более, чем приемлемые (все же расстояние от Луны до Солнца - почти такое же как от Земли). Единственно, проблемы с острым дефицитом азота и углерода останутся. 

[AlexV]

Если обратить внимание на заголовок - то оказывается мы обсуждаем где реально можно что-то построить до 2050-го года.

Если до 2050, т.е. строго по теме, то тут все довольно скучно получается. Домом не станет ничего, может быть на Луне к этому моменту флажок повторно воткнут, но не более. А до Марса даже не долетят.

[Капитан Бутан]

Так, кстати, даже Луну в теории можно терраформировать. Прикидывал, просто в силу энергетических ограничений Луна будет терять атмосферу не так уж и быстро

Совершенно верно! А кроме того - Каллисто и Ганимед. Ганимед под вопросом, но допустим. Местные жители будут наблюдать незатухающие полярные сияния

[Капитан Бутан]

Можно, но азотно-кислородно-углекислая атмосфера никакого состава (без метана и водорода) неспособна поддерживать на Марсе климат совместимый с большим количеством жидкой воды на поверхности и земным типом гидрологического цикла.

А азот откуда? Но неважно...азот или кислород, а на экваторе всё равно будет плюсовая температура. Не забывайте, что в любой атмосфере равновесная температура будет на высоте тропопаузы (0,1 атм). А всё что ниже будет горячее даже в двухатомной атмосфере (без парникового эффекта). При 0,6 бар у нас более чем существенный запас относительно тропопаузы

[Капитан Бутан]

О... Это самый простой вопрос. Туда же, куда откачались 30 бар углекислого газа из земной атмосферы (приблизительно столько запоковано в карбонатах литосферы). Достаточно добавить на Венеру достаточно воды и чуть охладить (именно чуть, чтобы на поверхности температура была ниже критической воды) и весь углекислый газ из атмосферы исчезнет, связавшись с силикатами литосферы

пффф, и это ваш способ? что ж, вопросов больше нет. развернуть щит шириной несколько тысяч км это тоже "простой вопрос", так понимаю? ясно...

Характерное время связывания углекислого газа литосферой на Земле 300 тыс. лет. Но на Земле очень умеренные условия и по температуре и парциальному давлению углекислого газа. При парциальном давлении углекислого газа >1 бар и температуре (на первом этапе) вблизи критической воды процесс пойдет куда шустрее. Думаю за несколько тысяч лет можно уложиться.

[AlexV]

При 0,6 бар у нас более чем существенный запас относительно тропопаузы

Не про тропопаузу вообще речь, а про поверхность. При инсоляции Марса добавление углекислого газа к не парниковыми (азоту или кислороду, не важно) дает при определенном парциальном давлении у поверхности максимум температуры, а дальнейшее увеличение количества углекислого газа не греет планету, а охлаждает её из-за формирования облаков из сухого льда и роста альбедо в следствии этого. Причем даже в области этого максимума, даже на экваторе среднегодовая на поверхности получается ниже нуля по Цельсию.

Кстати, рост общего давления атмосферы не только ведет к некоторому потеплению ( но недостаточно сильному, чтобы среднегодовая температура на поверхности превысила ноль даже на экваторе), но и сглаживает широтную зональность и сезонность. В этом смысле тут даже есть  некоторый парадокс. При превышении давления некоторой оптимальной точки планета будет становиться  даже более сухой. Т.е. средняя будет расти, но разница между зимним минимумом и летним максимумом уменьшаться ещё быстрее. В результате средняя растет (но не пересекает нуля нигде), а средний летний максимум падает. Соответственно, падает количество дней в году, когда там может наблюдаться жидкая вода (правда это уже относится к области давлений >1 бар).

Вообще даже при давлении ~1 бар и оптимальном количестве углекислого газа там среднегодовая даже на экваторе будет ниже нуля, а гидрология очень своеобразной. При давлении > 0.2 бар там вода перемещается с полярных шапок в высокогорные ледники, где во время летнего максимума температур возможно небольшое сезонное их таяние с формированием рек стекающих с гор на равнины. При этом на равнинах условия будут исключительно сухими, а количество осадков близко к нулю. На Земле аналог такой гидрологии и климата - сухие долины Антарктиды. Собственно, в Гесперийской эре Марс приблизительно так и выглядел. Ну и это по сути тот максимум жизнепригодности, который от Марса с его инсоляцией можно добиться в принципе (с атмосферой, содержащей кислород, а значит имеющей очень низкие концентрации метана и водорода).   

[Капитан Бутан]

Сейчас каменное ядро там отделено от коры жидкой мантией, состоящей из холодной смеси H2O - NH3 - (NH4)2S. И преодолеть её может (и попасть в кору) только то, что в этой смеси растворяется. А в ней почти ничего не растворяется. Даже щелочноземельные металлы толком не растворяются, а все что имеет нерастворимые сульфиды (а это вообще почти все) - так вообще.  В таблице Менделеева по пальцам можно пересчитать элементы, которые в этой смеси в восстановительных условиях сколько-нибудь заметно растворяются.

Я поищу интересную статью на эту тему - про состав океана Титана. Насколько помню аммиак осаждается в виде смешанного силиката с металлами, концентрация аммиака в океане падает

[AlexV]

пффф, и это ваш способ? что ж, вопросов больше нет. развернуть щит шириной несколько тысяч км это тоже "простой вопрос", так понимаю? ясно...

Я и не говорю что просто. Только о том, что физически и технически это возможно.


О... зря смеётесь. Это главная проблема любого проекта терраформирования. Терраформирование - в общем случае геологический процесс, а геологический процесс требует геологического времени.

Как говорил один персонаж Булгакова, чтобы чем-то управлять, нужно иметь план на более-менее приличный срок.   И собственно не уменение строить и выполнять какие-то планы в геологическом масштабе времени - самый важный фактор, ограничивающий нас тут. Так-то, если посмотреть внимательнее, то часто очень большого  изменения в геологических процессах можно добиться очень небольшим даже по меркам нашей цивилизации воздействием, однако, только если это воздействие продолжается достаточно долго, долго не в человеческом, а в геологическом масштабе времени. 

[Капитан Бутан]

Причем даже в области этого максимума, даже на экваторе среднегодовая на поверхности получается ниже нуля по Цельсию.

Сильные слова, а есть ли симуляция чтобы их подтвердить?

Вообще даже при давлении ~1 бар и оптимальном количестве углекислого газа там среднегодовая даже на экваторе будет ниже нуля,

А с этим я согласен. Но в летнее время температура будет положительная, нам этого достаточно для агрикультуры. Кроме того при среднем давлении 0,6 бар в кратере Hellas будет 1,2 бара а в долине Маринер 1 бар. С соответвующим ростом и средней и летней температуры! Я же не предлагаю жить везде, я понимаю что для "везде" Марс слишком далеко от Солнца

давлении > 0.2 бар там вода перемещается с полярных шапок в высокогорные ледники, где во время летнего максимума температур возможно небольшое сезонное их таяние с формированием рек стекающих с гор на равнины. При этом на равнинах условия будут исключительно сухими, а количество осадков близко к нулю

И долина Маринер и кратер Hellas как раз и находятся внизу, вода стекает тоже вниз. А раз мы терраформируем планету при помощи реакторов, то и ледники топить тоже можем при помощи реакторов. С ледников по каналам вода потечёт в жилые территории, оттуда испарится и увлажнит землю вокруг. Решение этой проблемы это простейшая задача по сравнению с терраформацией

[Капитан Бутан]

... зря смеётесь. Это главная проблема любого проекта терраформирования. Терраформирование - в общем случае геологический процесс, а геологический процесс требует геологического времени.

Терраформирование Марса как раз исторический процесс а не астрономический. Ускоряется за счёт наращивания энергогенерирующих мощностей. То же самое с Луной и с созданием атмосферы на Каллисто. А на Венере мы ничего не сможем ускорить, мы зависим от скорости протекания геологических процессов (фиксация углекислого газа). Это огромный срок, на порядки превышающий "выдержку" Человечества. Поэтому процесс не будет доведён до конца и обречён изначально, увы. Это не критика ради критики

[AlexV]

Сильные слова, а есть ли симуляция чтобы их подтвердить?

Есть, конечно. Скажем https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0019103512004265

Вот карты температур оттуда:

[Капитан Бутан]

Вряд ли мы будем летать к Юпитеру и Сатурну до 2050го года. Так что можно вычеркивать.

Ну да, офтоп пошёл жёсткий
До 2050го можно обжить пару пещерок в лунном Заполярье, на Марсе - посещаемая вахтовиками база. Вахты по 2 месяца, время с отлёта с Земли до прилёта на Землю 1,5 года (так называемый "opposition trip to Mars")