Terraforming der Venus – Wikipedia

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Künstlerische Vorstellung einer terraformierten Venus. Die Wolkenformationen werden unter der Annahme dargestellt, dass die Rotation des Planeten nicht beschleunigt wurde.

Das Terraforming der Venus ist der hypothetische Prozess, die globale Umwelt des Planeten Venus so zu gestalten, dass sie für die menschliche Besiedlung geeignet ist.[1][2][3]Terraforming Venus wurde erstmals 1961 vom Astronomen Carl Sagan in einem wissenschaftlichen Kontext vorgeschlagen.[4] obwohl fiktive Behandlungen, wie Der große Regen der Psychotechnic League von Romanautor Poul Anderson, ging ihm voraus. Anpassungen an die bestehende Umgebung der Venus zur Unterstützung des menschlichen Lebens würden mindestens drei wesentliche Änderungen der Planetenatmosphäre erfordern:[3]

  1. Reduzierung der Oberflächentemperatur der Venus um 737 K (464 ° C)[5]
  2. Eliminierung des größten Teils der dichten 9,2 MPa (91 atm) Kohlendioxid- und Schwefeldioxidatmosphäre des Planeten durch Entfernung oder Umwandlung in eine andere Form
  3. Die Zugabe von atmungsaktivem Sauerstoff zur Atmosphäre.

Diese drei Änderungen hängen eng zusammen, da die extreme Temperatur der Venus auf den hohen Druck ihrer dichten Atmosphäre und den Treibhauseffekt zurückzuführen ist.

Geschichte[edit]

Vor den frühen 1960er Jahren glaubten Astronomen, dass die Atmosphäre der Venus eine erdähnliche Temperatur hat. Als unter Venus eine dicke Kohlendioxidatmosphäre mit der Folge eines sehr großen Treibhauseffekts verstanden wurde,[6] Einige Wissenschaftler begannen über die Idee nachzudenken, die Atmosphäre zu verändern, um die Oberfläche erdähnlicher zu machen. Diese hypothetische Perspektive, bekannt als Terraforming, wurde erstmals 1961 von Carl Sagan als letzter Abschnitt seines klassischen Artikels in der Zeitschrift vorgeschlagen Wissenschaft Diskussion über die Atmosphäre und den Treibhauseffekt der Venus.[4] Sagan schlug vor, photosynthetische Bakterien in die Venusatmosphäre zu injizieren, um das Kohlendioxid in organischer Form in reduzierten Kohlenstoff umzuwandeln und so das Kohlendioxid aus der Atmosphäre zu reduzieren.

Leider war das Wissen über die Atmosphäre der Venus 1961 noch ungenau, als Sagan seinen ursprünglichen Vorschlag für Terraforming machte. Dreiunddreißig Jahre nach seinem ursprünglichen Vorschlag in seinem Buch von 1994 Blass-blauer PunktSagan räumte ein, dass sein ursprünglicher Vorschlag für Terraforming nicht funktionieren würde, da die Atmosphäre der Venus weitaus dichter ist als 1961 bekannt:[7]

“Hier ist der fatale Fehler: 1961 dachte ich, der atmosphärische Druck an der Oberfläche der Venus sei ein paar Balken … Wir wissen jetzt, dass er 90 bar beträgt. Wenn das Schema funktioniert, wäre das Ergebnis eine Oberfläche, die zu Hunderten vergraben ist Meter feiner Graphit und eine Atmosphäre aus 65 bar fast reinem molekularem Sauerstoff. Ob wir zuerst unter dem atmosphärischen Druck implodieren oder in all dem Sauerstoff spontan in Flammen aufgehen würden, ist fraglich. Doch lange bevor so viel Sauerstoff konnte Aufbauend würde der Graphit spontan zu CO zurückbrennen2, den Prozess kurzschließen. “

Nach Sagans Arbeit gab es bis zu einer Wiederbelebung des Interesses in den 1980er Jahren wenig wissenschaftliche Diskussion über das Konzept.[8][9][10]

Vorgeschlagene Ansätze für Terraforming[edit]

Eine Reihe von Terraforming-Ansätzen wird von Martyn J. Fogg (1995) besprochen.[2][11] und von Geoffrey A. Landis (2011).[3]

Beseitigung der dichten Kohlendioxidatmosphäre[edit]

Das Hauptproblem der heutigen Venus unter Terraformationsgesichtspunkten ist die sehr dicke Kohlendioxidatmosphäre. Der Bodendruck der Venus beträgt 9,2 MPa (91 atm; 1.330 psi). Dies führt auch durch den Treibhauseffekt dazu, dass die Temperatur an der Oberfläche mehrere hundert Grad zu hoch für signifikante Organismen ist. Grundsätzlich beinhalten alle Ansätze zur Terraforming der Venus die Entfernung praktisch des gesamten Kohlendioxids in der Atmosphäre.

Biologische Ansätze[edit]

Die 1961 von Carl Sagan vorgeschlagene Methode beinhaltet die Verwendung gentechnisch veränderter Bakterien, um Kohlenstoff in organischen Verbindungen zu fixieren.[4] Obwohl diese Methode immer noch vorgeschlagen wird[10] In Diskussionen über Venus Terraforming zeigten spätere Entdeckungen, dass biologische Mittel allein nicht erfolgreich sein würden.[12]

Zu den Schwierigkeiten gehört die Tatsache, dass für die Herstellung organischer Moleküle aus Kohlendioxid Wasserstoff benötigt wird, was auf der Venus sehr selten ist.[13] Da der Venus eine schützende Magnetosphäre fehlt, ist die obere Atmosphäre einer direkten Erosion durch den Sonnenwind ausgesetzt und hat den größten Teil ihres ursprünglichen Wasserstoffs an den Weltraum verloren. Und wie Sagan feststellte, würde jeder Kohlenstoff, der in organischen Molekülen gebunden war, durch die heiße Oberflächenumgebung schnell wieder in Kohlendioxid umgewandelt werden. Die Venus würde erst abkühlen, nachdem der größte Teil des Kohlendioxids bereits entfernt worden war.

Obwohl allgemein eingeräumt wird, dass die Venus nicht allein durch Einführung von photosynthetischer Biota terraformiert werden konnte, ist die Verwendung von photosynthetischen Organismen zur Erzeugung von Sauerstoff in der Atmosphäre weiterhin Bestandteil anderer vorgeschlagener Terraforming-Methoden.[citation needed]

In Carbonaten einfangen[edit]

Auf der Erde wird fast der gesamte Kohlenstoff in Form von Carbonatmineralien oder in verschiedenen Stadien des Kohlenstoffkreislaufs gebunden, während in der Atmosphäre nur sehr wenig Kohlenstoff in Form von Kohlendioxid vorhanden ist. Auf der Venus ist die Situation umgekehrt. Ein Großteil des Kohlenstoffs ist in der Atmosphäre vorhanden, während in der Lithosphäre vergleichsweise wenig gebunden ist.[14] Viele Ansätze zur Terraforming konzentrieren sich daher darauf, Kohlendioxid durch chemische Reaktionen zu entfernen, die es in Form von Carbonatmineralien einfangen und stabilisieren.

Modellierung durch die Astrobiologen Mark Bullock und David Grinspoon [14] der atmosphärischen Entwicklung der Venus legt nahe, dass die Gleichgewicht zwischen der gegenwärtigen 92-bar-Atmosphäre und vorhandenen Oberflächenmineralien, insbesondere Calcium- und Magnesiumoxiden, ist ziemlich instabil, und letztere könnten durch Umwandlung in Carbonate als Senke von Kohlendioxid und Schwefeldioxid dienen. Wenn diese Oberflächenmineralien vollständig umgewandelt und gesättigt wären, würde der atmosphärische Druck sinken und der Planet würde sich etwas abkühlen. Einer der von Bullock und Grinspoon modellierten möglichen Endzustände war eine Atmosphäre von 43 bar (620 psi) und eine Oberflächentemperatur von 400 K (127 ° C). Um den Rest des Kohlendioxids in der Atmosphäre umzuwandeln, müsste ein größerer Teil der Kruste künstlich der Atmosphäre ausgesetzt werden, um eine umfassendere Carbonatumwandlung zu ermöglichen. 1989 schlug Alexander G. Smith vor, die Venus durch Umkippen der Lithosphäre zu terraformieren, um die Umwandlung der Kruste in Carbonate zu ermöglichen.[15] Landis 2011 errechnete, dass die gesamte Oberflächenkruste bis zu einer Tiefe von über 1 km einbezogen werden muss, um genügend Gesteinsoberfläche zu erzeugen, um genügend Atmosphäre umzuwandeln.[3]

Die natürliche Bildung von Carbonatgestein aus Mineralien und Kohlendioxid ist ein sehr langsamer Prozess. Jüngste Forschungen zur Bindung von Kohlendioxid in Carbonatmineralien im Zusammenhang mit der Abschwächung der globalen Erwärmung auf der Erde zeigen jedoch, dass dieser Prozess durch die Verwendung von Katalysatoren wie Polystyrol-Mikrokugeln erheblich beschleunigt werden kann (von Hunderten oder Tausenden von Jahren auf nur 75 Tage).[16] Es könnte daher theoretisiert werden, dass ähnliche Technologien auch im Zusammenhang mit der Terraformation auf der Venus eingesetzt werden könnten. Es kann auch festgestellt werden, dass die chemische Reaktion, die Mineralien und Kohlendioxid in Carbonate umwandelt, exotherm ist und im Wesentlichen mehr Energie erzeugt, als durch die Reaktion verbraucht wird. Dies eröffnet die Möglichkeit, sich selbst verstärkende Umwandlungsprozesse mit dem Potenzial für ein exponentielles Wachstum der Umwandlungsrate zu erzeugen, bis der größte Teil des atmosphärischen Kohlendioxids umgewandelt werden kann.

Der Beschuss der Venus mit raffiniertem Magnesium und Kalzium aus der Außenwelt könnte auch Kohlendioxid in Form von Kalzium- und Magnesiumkarbonaten binden. Über 8×1020 kg Kalzium oder 5×1020 kg Magnesium wäre erforderlich, um das gesamte Kohlendioxid in der Atmosphäre umzuwandeln, was viel Bergbau und Mineralveredelung erfordern würde (möglicherweise auf Quecksilber, das besonders mineralreich ist).[17] 8×1020 kg ist ein paar Mal die Masse des Asteroiden 4 Vesta (mehr als 500 Kilometer Durchmesser).

Injektion in vulkanisches Basaltgestein[edit]

Forschungsprojekte in Island und Washington (Bundesstaat) haben kürzlich gezeigt, dass potenziell große Mengen Kohlendioxid durch Hochdruckinjektion in unterirdische poröse Basaltformationen aus der Atmosphäre entfernt werden können, wo Kohlendioxid schnell in feste inerte Mineralien umgewandelt wird.[18][19]

Andere neuere Studien[20] sagen voraus, dass ein Kubikmeter poröser Basalt das Potenzial hat, 47 Kilogramm injiziertes Kohlendioxid zu binden. Nach diesen Schätzungen ergibt sich ein Volumen von ca. 9,86 × 109 km3 Basaltgestein würde benötigt, um das gesamte Kohlendioxid in der venusianischen Atmosphäre zu binden. Dies entspricht der gesamten Kruste der Venus bis zu einer Tiefe von etwa 21,4 Kilometern. Eine andere Studie[21] schlussfolgerte, dass unter optimalen Bedingungen durchschnittlich 1 Kubikmeter Basaltgestein 260 kg Kohlendioxid binden kann. Die Kruste der Venus scheint 70 Kilometer dick zu sein und der Planet wird von vulkanischen Merkmalen dominiert. Die Oberfläche besteht zu etwa 90% aus Basalt und zu etwa 65% aus einem Mosaik aus vulkanischen Lavaebenen.[22] Es sollte daher auf dem Planeten reichlich Basaltgesteinsschichten mit vielversprechendem Potenzial für die Kohlendioxidbindung geben.

Neuere Forschungen haben auch gezeigt, dass Siliziumdioxid, das am häufigsten vorkommende Mineral im Mantel (auf der Erde und wahrscheinlich auch auf der Venus), unter den Bedingungen hoher Temperatur und hohen Drucks im Mantel Carbonate bilden kann, die unter diesen Bedingungen stabil sind. Dies eröffnet die Möglichkeit einer Kohlendioxidbindung im Mantel.[23]

Einführung von Wasserstoff[edit]

Laut Birch,[24] Wenn die Venus mit Wasserstoff bombardiert und mit Kohlendioxid umgesetzt wird, können durch die Bosch-Reaktion elementarer Kohlenstoff (Graphit) und Wasser entstehen. Es würde ungefähr 4 × 10 dauern19 kg Wasserstoff zur Umwandlung der gesamten venusianischen Atmosphäre,[citation needed] und eine so große Menge Wasserstoff könnte von den Gasriesen oder dem Eis ihrer Monde erhalten werden. Eine andere mögliche Wasserstoffquelle könnte darin bestehen, sie aus möglichen Reservoirs im Inneren des Planeten selbst zu extrahieren. Nach Ansicht einiger Forscher könnten der Erdmantel und / oder der Erdkern große Mengen an Wasserstoff enthalten, die seit der ursprünglichen Bildung der Erde aus der Nebelwolke dort zurückgeblieben sind.[25][26] Da allgemein angenommen wird, dass die ursprüngliche Formation und innere Struktur von Erde und Venus etwas ähnlich sind, könnte dies auch für die Venus gelten.

Eisenaerosol in der Atmosphäre wird auch benötigt, damit die Reaktion funktioniert, und Eisen kann von Quecksilber, Asteroiden oder dem Mond stammen. (Es ist unwahrscheinlich, dass der Wasserstoffverlust aufgrund des Sonnenwinds auf der Zeitskala der Terraforming signifikant ist.) Aufgrund der relativ flachen Oberfläche des Planeten würde dieses Wasser etwa 80% der Oberfläche bedecken, verglichen mit 70% für die Erde, obwohl dies der Fall ist würde nur ungefähr 10% des auf der Erde gefundenen Wassers ausmachen.[citation needed]

Die verbleibende Atmosphäre mit etwa 3 bar (etwa dreimal so groß wie die der Erde) würde hauptsächlich aus Stickstoff bestehen, von dem sich einige in den neuen Ozeanen des Wassers auflösen und den atmosphärischen Druck gemäß dem Henry-Gesetz weiter senken. Um den Druck noch weiter zu senken, könnte Stickstoff auch in Nitraten fixiert werden.

Der Futurist Isaac Arthur hat vorgeschlagen, die theoretisierten Prozesse des Sternenhebens und Sternens zu verwenden, um einen Teilchenstrahl aus ionisiertem Wasserstoff von der Sonne zu erzeugen, der vorläufig als “Hydro-Kanone” bezeichnet wird. Diese Vorrichtung könnte sowohl zum Verdünnen der dichten Atmosphäre der Venus als auch zum Einbringen von Wasserstoff verwendet werden, um mit Kohlendioxid zu reagieren und Wasser zu erzeugen, wodurch der atmosphärische Druck weiter gesenkt wird.[27]

Direkte Entfernung der Atmosphäre[edit]

Die Ausdünnung der venusianischen Atmosphäre könnte durch eine Vielzahl von Methoden versucht werden, möglicherweise in Kombination. Das direkte Heben von atmosphärischem Gas von der Venus in den Weltraum würde sich wahrscheinlich als schwierig erweisen. Die Venus hat eine ausreichend hohe Fluchtgeschwindigkeit, um das Abblasen mit Asteroideneinschlägen unpraktisch zu machen. Pollack und Sagan berechnet 1994[28] dass ein Impaktor mit einem Durchmesser von 700 km, der mit einer Geschwindigkeit von mehr als 20 km / s auf die Venus trifft, die gesamte Atmosphäre vom Aufprallpunkt aus gesehen über dem Horizont ausstoßen würde, aber weil dies weniger als ein Tausendstel der Gesamtatmosphäre ist und sich die Atmosphäre verringern würde kehrt mit abnehmender Dichte der Atmosphäre zurück, wäre eine sehr große Anzahl solcher Riesenimpaktoren erforderlich. Landis berechnet[3] Um den Druck von 92 bar auf 1 bar zu senken, wären mindestens 2.000 Schläge erforderlich, selbst wenn die Effizienz der Atmosphärenentfernung perfekt wäre. Kleinere Objekte würden auch nicht funktionieren, da mehr erforderlich wären. Die Gewalt des Bombardements könnte zu einer erheblichen Ausgasung führen, die die entfernte Atmosphäre ersetzen würde. Der größte Teil der ausgestoßenen Atmosphäre würde in die Sonnenbahn in der Nähe der Venus gelangen und könnte ohne weiteres Eingreifen vom Venerianischen Gravitationsfeld erfasst werden und wieder Teil der Atmosphäre werden.

Eine andere Variante des Bombardements wäre, ein massives Kuipergürtelobjekt zu stören, um seine Umlaufbahn auf einen Kollisionsweg mit der Venus zu bringen. Wenn das Objekt, das hauptsächlich aus Eis besteht, eine ausreichende Geschwindigkeit hat, um nur wenige Kilometer hinter der venusianischen Oberfläche einzudringen, könnten die resultierenden Kräfte aus der Verdampfung des Eises vom Impaktor und dem Aufprall selbst die Lithosphäre und den Mantel rühren und so eine proportionale Menge von Ejektor ausstoßen Materie (als Magma und Gas) von der Venus. Ein Nebenprodukt dieser Methode wäre entweder ein Neumond für die Venus oder ein neuer Impaktorkörper aus Trümmern, der zu einem späteren Zeitpunkt auf die Oberfläche zurückfallen würde.

Eine kontrollierte Entfernung von atmosphärischem Gas könnte sich ebenfalls als schwierig erweisen. Die extrem langsame Rotation der Venus bedeutet, dass Weltraumaufzüge sehr schwierig zu konstruieren wären, da die geostationäre Umlaufbahn des Planeten einen unpraktischen Abstand über der Oberfläche liegt und die zu entfernende sehr dicke Atmosphäre Massentreiber für das Entfernen von Nutzlasten von der Oberfläche des Planeten unbrauchbar macht. Mögliche Problemumgehungen umfassen das Platzieren von Massentreibern auf Ballons in großer Höhe oder von Ballons getragenen Türmen, die sich mithilfe von Weltraumbrunnen oder Rotovatoren über den Großteil der Atmosphäre erstrecken.

Wenn außerdem die Dichte der Atmosphäre (und der entsprechende Treibhauseffekt) dramatisch verringert würden, würde die Oberflächentemperatur (jetzt effektiv konstant) wahrscheinlich zwischen Tag- und Nachtseite stark variieren. Ein weiterer Nebeneffekt der Verringerung der atmosphärischen Dichte könnte die Schaffung von Zonen mit dramatischer Wetteraktivität oder Stürmen am Terminator sein, da große Atmosphärenvolumina schnell erwärmt oder abgekühlt würden.

Kühlender Planet durch Sonnenschutz[edit]

Die Venus erhält etwa doppelt so viel Sonnenlicht wie die Erde, was vermutlich zu ihrem außer Kontrolle geratenen Treibhauseffekt beigetragen hat. Ein Mittel zur Terraformierung der Venus könnte darin bestehen, die Sonneneinstrahlung an der Oberfläche der Venus zu verringern, um zu verhindern, dass sich der Planet wieder erwärmt.

Weltraumbasiert[edit]

Sonnenschirme könnten verwendet werden, um die gesamte Sonneneinstrahlung der Venus zu verringern und den Planeten etwas abzukühlen.[29] Ein Schatten in der Sonne – Venus L.1 Der Lagrange-Punkt würde auch dazu dienen, den Sonnenwind zu blockieren und das Problem der Strahlenexposition auf der Venus zu beseitigen.

Ein entsprechend großer Sonnenschutz wäre viermal so groß wie der Durchmesser der Venus selbst, wenn er sich am L befindet1 Punkt. Dies würde eine Konstruktion im Weltraum erfordern. Es würde auch die Schwierigkeit geben, einen Dünnschichtschatten senkrecht zu den Sonnenstrahlen am Punkt Sonne-Venus-Lagrange mit dem einfallenden Strahlungsdruck auszugleichen, der dazu neigen würde, den Schatten in ein riesiges Sonnensegel zu verwandeln. Wenn der Schatten einfach am L belassen würde1 Punkt, würde der Druck Kraft auf die Sonnenseite hinzufügen und der Schatten würde beschleunigen und aus der Umlaufbahn driften. Der Schatten könnte stattdessen näher an der Sonne positioniert werden, indem der Sonnendruck verwendet wird, um die Gravitationskräfte auszugleichen, und in der Praxis zu einem Statiten werden.

Andere Änderungen an der L.1 Es wurde auch ein Sonnenschutzdesign vorgeschlagen, um das Sonnensegelproblem zu lösen. Eine vorgeschlagene Methode besteht darin, polar umlaufende, solarsynchrone Spiegel zu verwenden, die das Licht von der nicht sonnenseitigen Seite der Venus zur Rückseite des Sonnenschirms reflektieren. Der Photonendruck würde die Stützspiegel in einem Winkel von 30 Grad von der Sonnenseite weg drücken.[2]

Paul Birch schlug vor[24] ein Lattenrostsystem in der Nähe des L.1 Punkt zwischen Venus und Sonne. Die Paneele des Schattens würden nicht senkrecht zu den Sonnenstrahlen stehen, sondern in einem Winkel von 30 Grad, so dass das reflektierte Licht auf das nächste Paneel trifft und den Photonendruck negiert. Jede aufeinanderfolgende Reihe von Paneelen würde +/- 1 Grad vom 30-Grad-Ablenkwinkel entfernt sein, was dazu führen würde, dass das reflektierte Licht 4 Grad von der auftreffenden Venus abweicht.

Sonnenschutz könnte auch als Solarstromgenerator dienen. Weltraumbasierte Sonnenschutztechniken und Dünnschicht-Sonnensegel im Allgemeinen befinden sich erst in einem frühen Entwicklungsstadium. Die enormen Größen erfordern eine Materialmenge, die um viele Größenordnungen größer ist als jedes von Menschen geschaffene Objekt, das jemals in den Weltraum gebracht oder im Weltraum konstruiert wurde.

Atmosphärisch oder oberflächenbasiert[edit]

Die Venus könnte auch durch Platzieren von Reflektoren in der Atmosphäre gekühlt werden. Reflektierende Luftballons, die in der oberen Atmosphäre schweben, können Schatten erzeugen. Die Anzahl und / oder Größe der Ballons wäre unbedingt großartig. Geoffrey A. Landis hat vorgeschlagen[30] Wenn genügend schwimmende Städte gebaut würden, könnten sie einen Sonnenschutz um den Planeten bilden und gleichzeitig dazu verwendet werden, die Atmosphäre in eine wünschenswertere Form zu bringen, wodurch die Theorie des Sonnenschutzes und die Theorie der atmosphärischen Verarbeitung mit einer skalierbaren Technologie kombiniert würden bieten sofort Wohnraum in der venusianischen Atmosphäre. Wenn sie aus Kohlenstoffnanoröhren oder Graphen (einem schichtartigen Kohlenstoff-Allotrop) hergestellt werden, können die Hauptstrukturmaterialien unter Verwendung von gesammeltem Kohlendioxid hergestellt werden vor Ort aus der Atmosphäre.[citation needed] Das kürzlich synthetisierte amorphe Carbonia könnte sich als nützliches Strukturmaterial erweisen, wenn es unter Standardtemperatur- und Druckbedingungen (STP) abgeschreckt werden kann, möglicherweise in einer Mischung mit normalem Quarzglas. Nach der Analyse von Birch würden solche Kolonien und Materialien eine sofortige wirtschaftliche Rendite aus der Kolonisierung der Venus bringen und weitere Terraforming-Bemühungen finanzieren.[citation needed]

Eine Erhöhung der Albedo des Planeten durch Einsatz von hellem oder reflektierendem Material auf der Oberfläche (oder auf einer beliebigen Ebene unterhalb der Wolkendecken) wäre nicht sinnvoll, da die Oberfläche des Venerian bereits vollständig von Wolken umgeben ist und fast kein Sonnenlicht die Oberfläche erreicht. Daher ist es unwahrscheinlich, dass mit einer Bond-Albedo von 0,77 mehr Licht als die bereits reflektierenden Wolken der Venus reflektiert werden kann.[31]

Kombination von Sonnenschutz und atmosphärischer Kondensation[edit]

Birch schlug vor, dass Sonnenschirme verwendet werden könnten, um nicht nur den Planeten zu kühlen, sondern auch, um den atmosphärischen Druck durch das Einfrieren des Kohlendioxids zu senken.[24] Dies erfordert, dass die Temperatur der Venus zunächst bis zum Verflüssigungspunkt gesenkt wird, was eine Temperatur von weniger als 304 K (31 ° C) und Partialdrücke von CO erfordert2 den atmosphärischen Druck auf 73,8 bar (kritischer Punkt von Kohlendioxid) zu senken; und von dort aus die Temperatur unter 217 K (–56 ° C; –69 ° F) (Kohlendioxid-Tripelpunkt) senken. Unterhalb dieser Temperatur führt das Einfrieren von atmosphärischem Kohlendioxid zu Trockeneis dazu, dass es sich auf der Oberfläche ablagert. Er schlug dann vor, dass das gefrorene CO2 könnte durch Druck in diesem Zustand begraben und gehalten oder sogar außerhalb der Welt verschifft werden (vielleicht um Treibhausgas bereitzustellen, das für die Terraformierung des Mars oder der Jupitermonde benötigt wird). Nachdem dieser Prozess abgeschlossen war, konnten die Schatten entfernt oder Soletten hinzugefügt werden, so dass sich der Planet teilweise wieder auf Temperaturen erwärmen konnte, die für das Leben auf der Erde angenehm waren. Eine Wasserstoff- oder Wasserquelle wäre weiterhin erforderlich, und ein Teil der verbleibenden 3,5 bar Luftstickstoff müsste im Boden fixiert werden. Birch schlägt vor, einen eisigen Saturnmond, zum Beispiel Hyperion, zu zerstören und die Venus mit ihren Fragmenten zu bombardieren.

Kühlplanet durch Heatpipes, atmosphärische Wirbelmotoren oder Strahlungskühlung[edit]

Paul Birch schlägt vor, dass zusätzlich zur Kühlung des Planeten mit einem Sonnenschutz in L1 “Heatpipes” auf dem Planeten gebaut werden könnten, um die Kühlung zu beschleunigen. Der vorgeschlagene Mechanismus würde Wärme von der Oberfläche in kältere Regionen weiter oben in der Atmosphäre transportieren, ähnlich einem solaren Aufwindturm, wodurch die Abstrahlung überschüssiger Wärme in den Weltraum erleichtert würde.[24] Eine neu vorgeschlagene Variante dieser Technologie ist der atmosphärische Wirbelmotor, bei dem anstelle von physischen Schornsteinrohren der atmosphärische Aufwind durch die Erzeugung eines Wirbels erzielt wird, der einem stationären Tornado ähnelt. Zusätzlich zu dieser Methode, die weniger materialintensiv und möglicherweise kostengünstiger ist, erzeugt dieses Verfahren auch einen Netto-Energieüberschuss, der zur Stromversorgung von Venuskolonien oder anderen Aspekten des Terraforming-Aufwands verwendet werden kann und gleichzeitig zur Beschleunigung der Abkühlung beiträgt der Planet. Eine andere Methode zur Abkühlung des Planeten könnte die Verwendung von Strahlungskühlung sein[32] Diese Technologie könnte die Tatsache nutzen, dass bei bestimmten Wellenlängen Wärmestrahlung aus der unteren Atmosphäre der Venus durch teilweise transparente atmosphärische „Fenster“ – spektrale Lücken zwischen starkem CO – in den Weltraum “entweichen” kann2 und H.2O-Absorptionsbanden im nahen Infrarotbereich 0,8–2,4 μm (31–94 μin). Die ausgehende Wärmestrahlung ist wellenlängenabhängig und variiert von der Oberfläche bei 1 μm (39 μin) bis ungefähr 35 km (22 mi) bei 2,3 μm (91 μin).[33]Die Nanophotonik und die Konstruktion von Metamaterialien eröffnen neue Möglichkeiten, das Emissionsspektrum einer Oberfläche durch das richtige Design periodischer Nano- / Mikrostrukturen anzupassen.[34][35]

Vor kurzem gab es Vorschläge für eine Vorrichtung, die als “Emissions-Energie-Harvester” bezeichnet wird und Wärme durch Strahlungskühlung in den Weltraum übertragen und einen Teil des Wärmeflusses in überschüssige Energie umwandeln kann.[36] Erschließung von Möglichkeiten eines sich selbst replizierenden Systems, das den Planeten exponentiell abkühlen könnte.

Künstliche Berge[edit]

Als Alternative zur Veränderung der Atmosphäre der Venus wurde vorgeschlagen, auf der Oberfläche der Venus einen großen künstlichen Berg zu errichten, der als “Venusian Tower of Babel” bezeichnet wird und bis zu 50 Kilometer in die Venus hineinreicht Atmosphäre, in der die Temperatur- und Druckbedingungen der Erde ähnlich sind und in der auf dem Gipfel dieses künstlichen Berges eine Kolonie errichtet werden könnte. Eine solche Struktur könnte unter Verwendung autonomer Roboter-Bulldozer und Bagger gebaut werden, die gegen die extreme Temperatur und den extremen Druck der Venus-Atmosphäre gehärtet wurden. Solche Robotermaschinen würden mit einer Schicht aus Wärme- und Druckschutzkeramik bedeckt sein, mit internen Wärmepumpen auf Heliumbasis innerhalb der Maschinen, um sowohl ein internes Kernkraftwerk zu kühlen als auch die interne Elektronik und die Motoraktuatoren der Maschine nach innen zu kühlen Betriebstemperatur. Eine solche Maschine könnte für den jahrelangen Betrieb ohne externe Intervention ausgelegt sein, um kolossale Berge auf der Venus zu errichten, die als Kolonisationsinseln am Himmel der Venus dienen sollen.[37][citation needed]

Einführung von Wasser[edit]

Da die Venus nur einen Bruchteil des Wassers auf der Erde hat (weniger als die Hälfte des Wassergehalts der Erde in der Atmosphäre und keinen an der Oberfläche),[38] Wasser müsste entweder durch das oben erwähnte Verfahren zur Einführung von Wasserstoff oder aus einer anderen extraplanetaren Quelle eingeführt werden.

Erfassung des Eismondes[edit]

Paul Birch schlägt die Möglichkeit vor, die Venus mit einem der Eismonde des äußeren Sonnensystems zu kollidieren.[24] Dadurch wird das gesamte für die Terraformation erforderliche Wasser auf einmal eingebracht. Dies könnte durch schwerkraftunterstützte Erfassung von beispielsweise Saturnmonden Enceladus und Hyperion oder Uranus ‘Mond Miranda erreicht werden. Eine einfache Änderung der Geschwindigkeit dieser Monde, um sie aus ihrer aktuellen Umlaufbahn zu bewegen und einen schwerkraftunterstützten Transport zur Venus zu ermöglichen, würde große Energiemengen erfordern. Durch komplexe schwerkraftunterstützte Kettenreaktionen konnten die Antriebsanforderungen jedoch um mehrere Größenordnungen reduziert werden. Wie Birch es ausdrückt “Theoretisch könnte man einen Kieselstein in den Asteroidengürtel werfen und am Ende den Mars in die Sonne werfen”.[24]

Tag-Nacht-Zyklus ändern[edit]

Die Venus dreht sich einmal alle 243 Erdentage – mit Abstand die langsamste Rotationsperiode eines bekannten Objekts im Sonnensystem. Ein venusianischer Sternentag dauert somit mehr als ein venusianisches Jahr (243 gegenüber 224,7 Erdentagen). Die Länge eines Sonnentages auf der Venus ist jedoch erheblich kürzer als der Sternentag; Für einen Beobachter auf der Oberfläche der Venus würde die Zeit von einem Sonnenaufgang zum nächsten 116,75 Tage betragen. Daher würde die langsame Rotationsrate der Venerianer zu extrem langen Tagen und Nächten führen, ähnlich den Tag-Nacht-Zyklen in den Polarregionen der Erde – kürzer, aber global. Die langsame Rotation könnte auch das Fehlen eines signifikanten Magnetfelds erklären.

Argumente, um den aktuellen Tag-Nacht-Zyklus unverändert zu lassen[edit]

Bis vor kurzem wurde angenommen, dass die Rotationsrate oder der Tag-Nacht-Zyklus der Venus erhöht werden müsste, um eine erfolgreiche Terraformation zu erreichen. Neuere Forschungen haben jedoch gezeigt, dass die derzeitige langsame Rotationsrate der Venus die Fähigkeit des Planeten, ein erdähnliches Klima zu unterstützen, keineswegs beeinträchtigt. Vielmehr würde die langsame Rotationsrate bei einer erdähnlichen Atmosphäre die Bildung dicker Wolkenschichten auf der der Sonne zugewandten Seite des Planeten ermöglichen. Dies wiederum würde die planetare Albedo erhöhen und die globale Temperatur trotz der größeren Nähe zur Sonne auf ein erdähnliches Niveau abkühlen. Berechnungen zufolge würden die Höchsttemperaturen bei einer erdähnlichen Atmosphäre nur etwa 35 ° C (95 ° F) betragen.[39][40] Eine Beschleunigung der Rotationsrate wäre daher sowohl unpraktisch als auch schädlich für den Terraforming-Aufwand. Eine terraformierte Venus mit der gegenwärtigen langsamen Rotation würde zu einem globalen Klima mit “Tag” – und “Nacht” -Perioden von jeweils ungefähr 2 Monaten (58 Tagen) führen, die den Jahreszeiten in höheren Breiten auf der Erde ähneln. Der “Tag” würde einem kurzen Sommer mit einem warmen, feuchten Klima, einem stark bewölkten Himmel und reichlich Regen ähneln. Die “Nacht” würde einem kurzen, sehr dunklen Winter mit ziemlich kalten Temperaturen und Schneefall ähneln. Es würde Perioden mit gemäßigterem Klima und klarem Wetter bei Sonnenaufgang und Sonnenuntergang geben, die einem “Frühling” und “Herbst” ähneln.[39]

Raumspiegel[edit]

Das Problem sehr dunkler Bedingungen während der ungefähr 2 Monate langen “Nacht” -Periode könnte durch die Verwendung eines Raumspiegels in einer 24-Stunden-Umlaufbahn (die gleiche Entfernung wie eine geostationäre Umlaufbahn auf der Erde) ähnlich dem Znamya (Satellit) gelöst werden. Projektexperimente. Die Extrapolation der Zahlen aus diesen Experimenten und ihre Anwendung auf die Bedingungen auf Venerian würde bedeuten, dass ein Raumspiegel mit einem Durchmesser von knapp 1700 Metern die gesamte Nachtseite des Planeten mit der Leuchtkraft von 10 bis 20 Vollmonden beleuchten und einen künstlichen 24-Stunden-Lichtzyklus erzeugen könnte . Ein noch größerer Spiegel könnte möglicherweise noch stärkere Beleuchtungsbedingungen erzeugen. Eine weitere Extrapolation legt nahe, dass ein kreisförmiger Spiegel mit einem Durchmesser von etwa 55 Kilometern erforderlich wäre, um Beleuchtungsstärken von etwa 400 Lux (ähnlich wie bei normaler Bürobeleuchtung oder Sonnenaufgang an einem klaren Tag auf der Erde) zu erreichen.

Paul Birch schlug vor, den gesamten Planeten durch ein permanentes System von Schieferschirmen in L1 vor Sonnenlicht zu schützen und die Oberfläche durch einen rotierenden Solettaspiegel in einer polaren Umlaufbahn zu beleuchten, was einen 24-Stunden-Lichtzyklus erzeugen würde.[24]

Drehzahl ändern[edit]

Wenn eine Erhöhung der Rotationsgeschwindigkeit des Planeten erwünscht wäre (trotz der oben erwähnten potenziell positiven klimatischen Auswirkungen der aktuellen Rotationsgeschwindigkeit), würde dies Energie in einer Größenordnung erfordern, die viele Größenordnungen größer ist als die Konstruktion umlaufender Sonnenspiegel oder sogar die Entfernung der venerianischen Atmosphäre. Birch berechnet, dass eine Erhöhung der Rotation der Venus zu einem erdähnlichen Sonnenzyklus etwa 1,6 × 10 erfordern würde29 Joules[41] (50 Milliarden Petawattstunden).

Wissenschaftliche Untersuchungen legen nahe, dass enge Vorbeiflüge von Asteroiden oder Kometenkörpern mit einem Durchmesser von mehr als 100 Kilometern verwendet werden könnten, um einen Planeten in seiner Umlaufbahn zu bewegen oder die Rotationsgeschwindigkeit zu erhöhen.[42] Die dafür erforderliche Energie ist groß. In seinem Buch über Terraforming diskutiert Fogg unter anderem, den Spin der Venus mit drei Billiarden Objekten zu erhöhen, die alle zwei Stunden zwischen Venus und Sonne zirkulieren und sich jeweils mit 10% der Lichtgeschwindigkeit fortbewegen.[2]

G. David Nordley hat in der Fiktion vorgeschlagen,[43] dass die Venus bis zu einer Tageslänge von 30 Erdentagen gedreht werden könnte, indem die Atmosphäre der Venus über Massentreiber in den Weltraum exportiert wird. Ein Vorschlag von Birch beinhaltet die Verwendung dynamischer Kompressionselemente, um Energie und Impuls über Hochgeschwindigkeitsmassenströme auf ein Band um den Äquator der Venus zu übertragen. Er berechnete, dass ein ausreichend hoher Massenstrom mit etwa 10% der Lichtgeschwindigkeit der Venus in 30 Jahren einen Tag von 24 Stunden geben könnte.[41]

Schaffung einer künstlichen Magnetosphäre[edit]

Der Schutz der neuen Atmosphäre vor dem Sonnenwind, um den Verlust von Wasserstoff zu vermeiden, würde eine künstliche Magnetosphäre erfordern. Der Venus fehlt derzeit ein intrinsisches Magnetfeld, daher ist die Erzeugung eines künstlichen planetaren Magnetfelds erforderlich, um über seine Wechselwirkung mit dem Sonnenwind eine Magnetosphäre zu bilden. Laut zwei japanischen NIFS-Wissenschaftlern ist dies mit der derzeitigen Technologie möglich, indem ein System aus gekühlten supraleitenden Breitenringen aufgebaut wird, die jeweils eine ausreichende Menge Gleichstrom führen.[44]

In demselben Bericht wird behauptet, dass die wirtschaftlichen Auswirkungen des Systems minimiert werden können, indem es auch als planetares Energieübertragungs- und Speichersystem (KMU) verwendet wird. Eine andere Studie schlägt die Möglichkeit vor, einen magnetischen Dipolschild am L1-Lagrange-Punkt einzusetzen, wodurch eine künstliche Magnetosphäre entsteht, die den gesamten Planeten vor Sonnenwind und Sonnenstrahlung schützt.[45]

Siehe auch[edit]

Verweise[edit]

  1. ^ Adelman, Saul (1982). “Kann die Venus in einen erdähnlichen Planeten verwandelt werden?” Zeitschrift der British Interplanetary Society. 35: 3–8. Bibcode:1982JBIS … 35 …. 3A.
  2. ^ ein b c d Fogg, Martyn J. (1995). Terraforming: Engineering planetarischer Umgebungen. SAE International, Warrendale, PA. ISBN 978-1-56091-609-3.
  3. ^ ein b c d e Landis, Geoffrey (2011). “Terraforming Venus: Ein herausforderndes Projekt für die zukünftige Kolonialisierung” (PDF). AIAA SPACE 2011 Konferenz & Ausstellung. doi:10.2514 / 6.2011-7215. ISBN 978-1-60086-953-2. Artikel AIAA-2011-7215, AIAA Space 2011 Conference & Exposition, Long Beach, CA, 26. bis 29. September 2011.
  4. ^ ein b c Sagan, Carl (1961). “Der Planet Venus”. Wissenschaft. 133 (3456): 849–58. Bibcode:1961Sci … 133..849S. doi:10.1126 / science.133.3456.849. PMID 17789744.
  5. ^ Williams, David R. (15. April 2005). “Venus Fact Sheet”. NASA. Archiviert von das Original am 4. März 2016. Abgerufen 12. Oktober 2007.
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Externe Links[edit]


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