?

Log in

No account? Create an account

zelenyikot


Открытый космос Зеленого кота

Космос ближе, чем кажется


Previous Entry Share Next Entry
Зачем бомбить Марс?
zelenyikot


В прошлую пятницу американский промышленник Илон Маск, в эфире вечернего юмористического шоу поделился мыслью, что ядерная бомбардировка марсианских полюсов могла бы превратить Красную сухую и холодную планету в более комфортную для человека. Идею бросились обсуждать чуть ли не все мировые и российские СМИ, но почти никто не попытался взглянуть на ситуацию в контексте современных научных знаний о Марсе. А мы сегодня рассмотрим свежие научные данные и определим бомбить или не бомбить.

Собственно, идее бомбардировки марсианских полюсов для терраформинга - создания землеподобной планеты - немногим меньше чем времени с изобретения термоядерных бомб. Альтернативный вариант - сбросить астероид или комету на полюса. Эта идея описана в википедии в соответствующей статье, поэтому непонятно почему СМИ схватились за нее только после слов Маска. Скорее всего он почерпнул их из книги футуриста Митио Каку “Физика будущего”. Хотя, надо признать, что эта концепция уже десять лет как устарела.

Ученые еще с XIX века знали о существовании марсианских ледяных полярных шапок. Тогда уже наблюдали их сезонную изменчивость и представляли, как оттаивающие полярные льды наполняют ирригационные каналы марсиан. Т.е. считали, что этот лед водяной. Потом, к середине XX века, еще при помощи телескопов определили примерно состав атмосферы и средние температуры Марса. Оказалось, что атмосфера углекислотная, очень разреженная и холодная. После этого пришлось смириться с тем, что на полюсах лежит замерзшая углекислота известная как "сухой лед". Такое название она получила за то, что в земном давлении из твердого состояния сразу переходит в газообразное т.е. сублимируется. При марсианском давлении подобными свойствами обладает и водяной лед, но ему требуется более высокая температура для сублимации. Углекислота испаряется при -77 градусах Цельсия, а вода при +1 С. Только в самых глубоких впадинах Марса, где атмосферное давление чуть выше, вода может поддерживать жидкое состояние в диапазоне нескольких градусов выше ноля.

Первые космические аппараты уточнили состав марсианской атмосферы, температуру на поверхности, и состав полярного льда, и только подтвердили догадки - полярная шапка показалась углекислотной. В то же время человечество преуспело в развитии ядерного вооружения. Тогда-то и возникла идея бомбить марсианские полюса.



Идея терраформирования вырисовывалась простая и логичная: ядерными бомбами/скинутыми астероидами/гигантскими зеркальными отражателями растапливаем полярный углекислотный лед => атмосфера повышает плотность => углекислый газ - парниковый значит становится теплее, а давление выше => грунт оттаивает и снова, благодаря повышенному давлению, текут реки, идут дожди. После этого, сравнительно быстрого периода обогрева планеты, придется заслать на Марс одноклеточные водоросли и подождать несколько тысяч лет, пока они не создадут нам пригодную для жизни атмосферу. PROFIT

Но в 2003 году к Марсу полетел европейский космический аппарат Mars Express, и испортил всю картину. В 2005 году он развернул свой радар MARSIS и "просветил" северную и южную полярные шапки. Оказалось, что постоянные ледяные отложения, которые не меняются во время смены сезонов - это замерзшая вода.



А сухой лед на полюсах - это тонюсенькая корочка, намерзающая зимой. Об этом догадывались и ранее, но не знали соотношения углекислотного и водяного льда. Бомбить воду бесполезно - она требует слишком большой температуры для оттаивания, и имеет слишком высокую для Марса температуру замерзания. Даже если мы выпарим полярные льды, то вода сконденсируется в верхних слоях атмосферы, замерзнет и выпадет снегом. Кроме того, водяные облака и снежный покров эффективно отражают солнечный свет, поэтому испарив полярную воду можно получить снегопады, которые еще сильнее выморозят атмосферу Марса, т.к. лучи солнца будут отражаться вместо того чтобы поглотиться грунтом.



Вода на Марсе есть и не мало. Мощность водяных отложений на севере превышает полтора километра, а на юге достигает трех с половиной. Сезонные же льды, намерзающие зимой - это действительно углекислота, но толщина этого слоя зимой на северном полюсе не превышает трех метров, а на южном - восьми метров. Летом вся сезонная углекислота испаряется на одном полюсе и откладывается на другом. Из-за особенностей вытянутой орбиты Марса зима в южном полушарии короче, но холоднее поэтому льда там больше и водяного и углекислотного.



Когда углекислота вымораживается на южном полюсе, атмосферное давление на планете падает на треть от максимального значения. В среднем давление на Марсе составляет 7,1 миллибар. Давление на Земле около 1 бар, приставка "мили" означает 1/1000, т.е. Марс обладает примерно 1/150 земного давления. Даже если мы сможем нагреть оба марсианских полюса одновременно, вряд ли давление на Марсе подойдет к 10 мбар или 1% от земного.

Если нам нужна планета с атмосферой пригодной даже не для жизни, а для более-менее безопасного существования, давление на Марсе стоит повышать хотя бы в десять раз, тогда будет достигнут т.н. “предел Армстронга” - давление 60 мбар, ниже которых вода закипает при температуре человеческого тела. А лучше повысить давление на Марсе в 50 раз - так условия приблизятся к тому, что есть на Эвересте - дышать не сможем, но хоть получится скафандр сменить на теплую куртку.

Вернемся в реальный мир. В 2005 году к Марсу прилетел американский космический аппарат MRO. У него тоже имелся радар, хоть и не такой дальнобойный как у Mars Express. Он не смог увидеть дна у южной полярной шапки, зато сумел рассмотреть кое-что интересное для любителей бомбардировок.



В верхней части полярной шапки нашлись погребенные залежи углекислого льда. Летом они не испаряются благодаря тому, что их частично прикрывает водяной лед и они находятся в центральной, самой холодной части полярной шапки.Хотя понемногу испарение запасов углекислоты все же идет, поэтому на поверхности они имеют характерный "сырный" рельеф.



Оценив радарные данные с глубиной залегания и данные спутниковой съемки с распространением "сырного" рельефа ученые сделали вывод, что на южном полюсе Марса залегает от 9,5 до 12 тыс кубических километров льда. Звучит солидно, но если эти залежи выпарить, то плотность атмосферы повысится на 4-5 мбар или на 80%. То есть даже не удвоится, а нам нужно в десять или в пятьдесят раз больше, не 5 мбар, а 60 или 350! Даже если мы растопим весь углекислотный лед Марса для человеческого организма фактические условия все равно не изменятся и будут близки к абсолютному вакууму.

Тогда есть ли какой-нибудь смысл растапливать запасенный углекислотный лед? В принципе есть, это немного облегчит процесс посадки космических аппаратов, которые смогут эффективнее тормозить об атмосферу. Получится брать на несколько килограмм полезного груза больше. На дне самых глубоких впадин, где атмосферное давление будет выше чем везде, чуть легче будет работа людям в скафандрах, и возведение долговременных построек. Т.е. с точки зрения дальнейшего освоения и заселения планеты любая дополнительная капля газа (а лучше кубический километр "жосткого газа") будет полезна. Но все равно это шлюзы, скафандры, мороз и вечная опасность разгерметизации.

Кстати если бы подобная бомбардировка была оговорена в книге "Марсианин", то описываемый сюжет был бы хоть немного ближе к реальности. Тогда можно было бы обосновать мощную бурю, с которой начинается повествование, и относительную легкость передвижения в скафандре.

Теперь подумаем над другим вопросом: а может ли в принципе человечество растопить даже эти несчастные 12,5 тыс кубических километров сухого льда? Что будет, если мы сбросим туда самую мощную бомбу из когда-либо созданных в человеческой истории?



Этот вопрос был задан подписчикам сообщества "Открытый космос". Ответы получились слегка разные, но расхождение было из-за вводных: кто-то считал затраты на испарение сухого льда при земном давлении, а кто-то в марсианском. Ответ перепроверил "Суровый технарь". И вот что получилось: если мы загоним "кузькину мать" в самую толщу льда, не позволив энергии взрыва рассеиваться в стороны, и там подорвем...



То взрыв позволит испарить 353 миллиона тонн сухого льда. Или 0,23 кубического километра. Напомню, в залежах содержится до 12,5 тыс кубокилометров льда. Т.е. чтобы испарить все известные залежи сухого льда на Марсе (и увеличить существующую плотность атмосферы в 1,8 раз вместо желаемых 10 или 50 раз) нам понадобится 55 тысяч (!) "царь-бомб". Столько термоядерных зарядов на Земле нет физически, и если б были, я бы серьезно беспокоился за будущее человечества.

Более того, одна "кузькина мать" весила 26,5 тонн. Сейчас нет такой ракеты, которая могла бы доставить столько к Марсу за один раз. Возможно будущая американская SLS смогла бы. Но строить 55 тыс сверхтяжелых ракет не осилит никакая экономика в мире. Даже мировая не осилит.

Поэтому все рассуждения о том как наши ученые слегка изменят ось Земли, разбомбят марсианские полюса, не более чем мысленная эквилибристика никак не связанная с объективной реальностью. Не в этом веке.

Однако, отвечая на вопрос бомбить или не бомбить, я бы ответил утвердительно. Да, пару-тройку ядерных, а лучше термоядерных бомб я бы на Марс сбросил. Одну, мощнее, скинул бы на южный полюс - ради эксперимента. Посмотреть сколько газа выделится в действительности, какие процессы возникнут в атмосфере, как долго они будут наблюдаться. Провести первый этап прикладного терраформирования - натурный эксперимент.

Еще пару, а лучше четыре заряда, сбросить на экватор, равноудаленно друг от друга. Разумеется сначала нашпиговать поверхность Марса сейсмодатчиками, и климатическими станциями. Это позволит провести сейсмическое зондирование недр планеты, благодаря чему мы узнаем о его глубинном строении намного больше чем известно сейчас. В принципе можно обойтись и без бомб, просто расставить датчики и ждать падения астероида покрупнее, но ожидание может затянуться, а все взрывы пройдут запланировано и в нужном месте.

К реализации такого эксперимента человечество уже технически готово. Россия одна может реализовать его самостоятельно. У Роскосмоса даже был проект совместный с Финским метеорологическим институтом - "МетНет" (Марс-Нет). Не бомбардировки, а сети климатических и сейсмических станций на Марсе. И он даже официально не закрыт, хотя, по слухам, деньги уже закончились.



Сделать таких 2-3 метнета, заслать на Марс, и останется только договориться в ООН снять ненадолго мораторий на проведение ядерных испытаний в космосе. Этот проект выйдет сравнительно недорогим даже по сравнению со стоимостью марсохода Curiosity, не говоря уж о стоимости полета человека. Все технологии готовы или можно подготовить менее чем за 10 лет - бомбить дело нехитрое, на это хватит одной кассетной боеголовки ракеты РС-20В "Воевода" - а научный выхлоп будет не меньше чем от десятка дорогостоящих миссий.

Радетелям за марсианскую экологию напомню, что на Земле было проведено 2474 ядерных и термоядерных взрыва, и ничего, живем как-то, и марсиане выживут, если вообще существуют.

В следующем выпуске "Прикладного терраформирования" мы поговорим о том куда девается атмосфера планет, и какое значение имеет магнитное поле. Если вам есть, что об этом сказать, подождите следующего выпуска, а пока запаситесь пруфами.

Чтобы не пропустить подпишитесь в ЖЖ, в Twitter или Facebook.

Zelenyikot


promo zelenyikot сентябрь 5, 07:45 77
Buy for 800 tokens
Наконец-то я могу официально объявить, что в продаже появилась научно-популярная книга моего авторства об исследовании Солнечной системы автоматическими межпланетными станциями. Здесь можно найти как описание отдельных космических миссий последних лет, так и обобщенные результаты исследований…

  • 1
Самое смешное что никто не может ответить на простой вопрос - а нафига нам вообще этот терраформинг? Без атмосферы - удобней же.
Вот возмем то что поближе - Луну. Положим мы решили там основать колонию...
Первый вопрос - зачем? Нет ну понятно затем же зачем и коту, но все же - какой практический смысл? Правильно - копать что-нибуть дорогое, легкое, компактное и жизнено необходимое, то что есть смысл отправлять на Землю... Что это может быть? Извините, но мне не приходит в голову ничего окромя U235...
Отмазка - я знаю теорию по которой на Луне нет месторождений урана, я знаю теорию по которой на Луне есть месторождения урана.. Я знаю много теорий, но все они не стоят и выеденого яйца, поскольку серьезной геологоразведки не проводилось ни на одной планете, кроме Земли. И история геологоразведки содержит кучу примеров, когда находили месторождения там, где по общепринятой теории их быть не может - после чего общепринятой становилась другая теория. :)
Итак для начала нам нужна станция для геологоразведки. Этот этап пропустим и считаем что нашли то что нужно - иначе просто нет смысла строить что-то более крупное и станция так и останется научной станцией, ну или может - воротами в космос, космопортом. И проводить из-за нее терраформирование - глупо.
Итак - нашли богатейшие залежи урана, нужны люди и техника чтоб его осваивать... Если смысл проводить терраформирование? Да однозначно нет! Во-первых нам нужна будет энергия - чтоб работали машины, чтоб добывать кислород из реголита, чтоб охолождаться днем и отапливаться ночью, чтоб добывать уран и обогощать его... Для всего нужна энергия - много дешевой и доступной энергии. Откуда ее брать? Правильно - сСолнце. Нет противной атмосферы, которая поглощает львиную долю, наносит пыль на панели, создает противные облака и т.д. То есть чтоб у нас было много энергии - атмосфера нам противопоказана.
Второе - производство. Что нам даст атмосфера? Пыльные бури, коррозию и т.д. Нафиг атмосферу - не нужна она для производства!
Отправка груза на землю - 2-я орбитальная скорость на Луне 2.4 км/с. Это задача для тупого линейного ускорителя масс. Но это скорость порядка 7 МАХ, то есть - гиперзвук. Нафиг такую атмосферу - она будет только мешать и тут. Да она несколько облегчит посадку на Луну... но и только. К тому же в сязи с небольшим гравитационным колодцем возможно можно будет использовать не только хим. двигатели для торможения.

То есть атмосфера по большому счету нужна небольшой группе людей, которые присматривают за автоматами. Для всего остального - от нее только вред.

Вы же про Луну говорите, а у нас тут разговор про Марс.

Вообще вы должны понимать что основная сложность - вытащить себя, и все необходимое из гравитационного колодца Земли, прорваться через ее плотную атмосферу. Дальше - проблемы на порядок меньше. И вообще с точки зрения колонизации Марс куда менее интересен чем Луна - лететь - дальше, атмосфреа - из самых противных, для жизнедятельности явно недостаточно, но вот чтоб гадить технике - более чем достаточна. Энергии - меньше, то есть обеспечивать колонию - в разы сложней чем на Луне.
Еслиб я решал задачу колонизации Марса, то я бы наоборот - попытался уничтожить атмосферу, а не сделать ее более плотной - это сильно бы облегчило задачу.

атмосфера нехило помогает при посадке

Помогает. Но сесть проще чем взлететь.

она сильно помогает при посадке и не сильно мешает при взлете

Даже при ракетном взлете - сильно мешает. А уж если говорить об альтернативных вариантах запуска, типа линейного ускорителя масс, то она становится непреодолимым препятствием для многих вариантов. Двигаться на гипермахе в тропосфере - это еще та задачка...
А между прочим эти альтернативные варианты - единственно возможные если мы хотим наладить коммерческую доставку грузов с других планет на землю. На ракетах - не навозишся, слишком накладно.

Во-первых нам нужна будет энергия - чтоб работали машины, чтоб добывать кислород из реголита, чтоб охолождаться днем и отапливаться ночью

Охлаждать технику об атмосферу все таки удобнее, чем излучением. Да, и постоянно работать в страхе разгерметизации, знаете ли... Плюс мелкие метеориты атмосферой не гасятся, а значит дохрена опасны.

Охолождение да, хотя проблема решаемая - берем бочку с водой и поливаем ей радиатор... :) Поскольку на там же Марсе воды у нас достаточно - проблем с водой не будет. Да и атмосфера Марса - и в этом плане "противная", охолождать она будет плохо, по нашим понятиеям атмосфера Марса не сильно отличается от того что находится в внутри колбы термоса.. :) Вообщем я говорил выше, что атмосфера Марса - удивительно гадостная. Достаточно плотная чтоб проявлялись все отрицательные факторы наличия атмосферы с одной стороны, а с другой - слишком разряженная чтоб смогли проявиться положительные факторы ее наличия.
Кстати сильно подозреваю что и на Луне особых проблем с водой не будет. При наличае немеренного кол-ва энергии разумеется. А энергии там будет море :)

Зачем "работать в страхе разгерметизации"? Зачем вообще для работы выходить из удобного и комфортного подземного купола? Телеуправление же. Кстати метеориты - мелочь, вот излучение... это может быть проблемой. Посему думается мне что на подобных планетах будут жить в подземных городах, на поверхности - только солнечные батареи и космодром. Ну и производственные цеха.
И еще на счет страха разгерметизации - а не боитесь что у вас рванет газ? что вас ударит током? что вы просто упадете с 10-го этажа? Не боитесь - просто привыкли. А ведь если взять человека 18-го века и затащить его в современный жилой дом на 10+ этажей - он обделается от страха... Но ничего - привыкли - и тут так же привыкнем.
А в подземных городах - можно и сады развести, не проблема. Солнечный свет? Серные лампы вполне решают проблему с выращиванием эээ... орхидей. Забористые орхидеи говорят получаются. :) Кто не понял - посмтрите фильм "Спасение Грейс" - отличный английский юмор. Именно из-за этого фильма серные лампы везде рекламируются как прекрасный вариант для выращивание орхидей, только вот листки растений, использующиеся в оформлении... они немного нетипичны для орхидей. :) Ну это я отвлекся...

Edited at 2015-09-15 05:33 pm (UTC)

U235 легкое? Я тоже хочу такое пыхнуть ;)

Легкое в смысле что его требуется относительно немного. Мировая добыча урана в пересчете на U235 - всего 400-500 тонн. То есть нефть/сталь и т.д. требуется настолько много по объему и массе, что их с той же Луны - не навозишся, ну даже если предположить что там есть нефть - очень в этом сомневаюсь ибо не верю в абиотическую теорию ее происхождения.
Возможно найдется еще что-то - требуещееся в таких же небольших кол-вах и такое же дорогое и необходимое. U235 просто первое что приходит в голову. :)
В принципе наличае халявной солнечной энергии в неограниченных кол-ва дает очень большие возможности - тот же термоядерный синтез, но не в виде источника энергии, а в роли "нейтронного запала" для синтеза плутония или U233 из тория - нам плевать что реакция будет энергодефицитной. МОХ-топливо, ога.

Собственно про уран я подумал по одной-единственной причине - человечеству ОЧЕНЬ нужна энергия. Она просто жизнено необходима - даже сейчас, чтоб обеспечить всему населению земли уровень жизни, соизмеримый с уровнем жизни "золотого миллиарда", необходимо увеличить выработку энергии примерно в 6-7 раз. В переспективе на ближайшие сто лет необходимо увеличить выработку энергии в 10-15 раз. Ископаемые топливо - не способно обеспечить такой рост. Всякая альтернативщина, типа ветра и солнца - не может иметь в эергобалансе более ~10%, при более высоких значениях энергосистеме приходит северный пушной зверек. Во всякие СЭС на орбите с передачей энергии микроволнами - я извините не верю. И какие варианты у нас остаются?
Если что - я вообще не верю что мы решим эти проблемы, я считаю что сейчас мы наблюдаем работу Великого Фильтра Ферми. И мы его - не пройдем.

Edited at 2015-09-16 07:47 am (UTC)

А нужно ли всему человечеству такое же энергопотребление? Может быть проще отключить золотой миллиард (ибо он точно никому не нужен) и остальным всего хватит. И даже на космос, освоение мирового океана и жратву останется?

Он нужен себе, в основном он же и вырабатывает эту энергию, разрабатывает технологии ее производства и экономии. И да, он как раз и решает кого отключать.

=Вот возмем то что поближе - Луну. Положим мы решили там основать колонию...
Первый вопрос - зачем? Нет ну понятно затем же зачем и коту, но все же - какой практический смысл?=

Делать там кислород и водород и снабжать ими космические аппараты: от дозаправки спутников до межпланетных полетов.

Чуть попозже - снабжать космонавтов едой.
Еще попозже, и если на Луне будут нужные ископаемые - делать там всякие модули/конструкции КА, чтобы не поднимать их с Земли.

То есть вы рассматриваете Луну исключительно как космопорт и обслуживающий комплекс в комплекте. Разумно. Но это все же имхо 2й этап, если мы говорим о коммерческом освоении, ибо если на первом этапе - возникает "вопрос кота". Я все-таки очень надеюсь что там есть полезные ископаемые, в первую очередь - тех что нужно относительно немного при высокой стоимость. Редкие земли, в первую очередь - уран. И KREEP позволяет мне думать что эта надежда - не бесплодна.
А так сам по себе реголит сам по себе полезное ископаемое - железо, аллюминий, магний, титан, кремний... Ну и кислород разумеется. Все что нужно собственно.
Вообще я согласен - тащить конструкции на орбиту с земли это расточительно. Даже при наличие гипотетических средств запуска, типа пусковой петли. С земли на орбиту имхо будут таскать две эээ... вещи - собственно людей раз, два - аммиачную селитру. :)

Edited at 2015-09-16 10:06 am (UTC)

  • 1