Освоение Меркурия

[LonelyWanderer]

А за счёт чего частицы пыли будут держаться?

[crazy_terraformer]

Взаимное притяжение в этой точке Лагранжа, где влияние гравитации Солнца и Меркурия скомпенсировано. Главное определить необходимое распределение плотности частиц в этой области и скорость утечки, чтобы понять сколько нужно груза изначально и с какой скоростью пополнять. И тогда станет - ясно стоит ли овчинка выделки?

[crazy_terraformer]

Из обзора конференции Lunar and Planetary Science Conference (LPSC) 2017 в Хьюстоне.https://geektimes.ru/post/287712/
Тема"Недостаток кислорода на поверхности Меркурия. - Cвидетельство выплавки кремния?"

OXYGEN DEPLETION ON THE SURFACE OF MERCURY: EVIDENCE OF SILICON SMELTING?

Проведя 4 года на орбите вокруг Меркурия, аппарат MESSENGER сумел измерить содержание основных минералообразующих элементов (O, Si, Ti, Al, Cr, Fe, Mn, Mg, Ca, Na, K, S, Cl) в поверхности планеты.

Правда, прибор видит только концентрации атомов, а не химические связи между ними. Чтобы оценить минеральный состав, обычно предполагают все металлические элементы полностью окисленными. То есть, что кремний, например, присутствует в виде SiO2, алюминий — как Al2O3 и т.п. Из полученных оксидов потом, как из конструктора, составляют минералы (например, силикат кальция Ca2SiO4 – это 2*CaO + SiO2).

Всё бы хорошо, да вот только для Меркурия это не работает. Баланс кислорода не сходится. Его оказывается недостаточно, чтобы окислить всё, что окисляется, сохранив измеренное отношение кислорода к кремнию O/Si = 1.4 ± 0.03 (и даже меньшее, как утверждается в работе).

В попытках объяснить эту нестыковку выдвинута гипотеза: в глубинах Меркурия происходит своего рода «металлургическая выплавка» чистого кремния из кварца и графита, который, как мы сильно подозреваем, составляет несколько процентов коры планеты.

Если это верно, то 12.6–17.9% (по весу) поверхности северного полушария Меркурия должно быть образовано металлическим кремнием или его сплавом с железом.

Чем это интересно? Ну, во-первых, неокисленный кремний как породообразующее вещество – это необычно. Во-вторых, на всех других каменистых телах (Луна, Земля, Марс) кислород в избытке и всё, что в принципе может быть им окислено, окислено давно. Почему это вдруг не так на хорошо прожаренном Солнцем Меркурии? Загадка.

Оригинал на североамериканском аглицком: http://www.hou.usra.edu/meetings/lpsc2017/pdf/1742.pdf
Таким образом вероятно имеется хороший источник ресурсов -

12.6–17.9% (по весу) поверхности северного полушария Меркурия должно быть образовано металлическим кремнием или его сплавом с железом

.
Если этих материалов достаточно, то ими или одним из них можно будет связать лишний венерианский кислород, вопрос в отделении от него углерода. Либо можно будет использовать их для связывания выделенного из силикатов и алюмосиликатов щелочных, щелочноземельных металлов кислорода, а эти активные металлы и алюминий уже использовать для ликвидации углекислого газа и кислотных паров облаков на Венере ( из них образуются соотв.оксиды, карбонаты, сульфаты, сульфиты, хлориды, фториды и т.д.).

[Skipper_NORTON]

 
Вот такой вопрос появился.
Предположим что, в будущем человечество достигло уровня 2 типа,  и может изменять орбиты планет.
 
1) Меркурий подтянем выше, чтобы он вращатся по орбите вокруг Солнца  - круговой, и на расстоянии чуть более 71 млн км.
Тогда его период обращения вокруг Солнца,  будет примерно  1/3 периода обращения  Земли вокруг Солнца.
Т.е. Меркурий и Земля далее вращаются в резонансе  1:3. 
 
2) А Венеру если поднять на орбиту чуть более  113  млн км,  то ее период будет равен 2:3  с Землей, и все планеты - Меркурий-Венера-Земля,
врашаются в резонансе 1:2:3,  и через каждые 2 земных года, приходят в одну точку по орбите.
 
3) Заберем у Юпитера спутник - Каллисто,  и доставим его в район Меркурия, превратив его в близкий спутник Меркурия.
 
Что дальше произойдёт?
А вот интересно.  Каллисто, хотя по линейным размерам  примерно равен Меркурию, но у него плотность ниже в 3 раза.
А значит, и масса, у Меркурия - в 3 раза больше чем у Каллисто.
Также, и ускорение свободного падения.
 
Каллисто разогревается, и превращается в планету-океан, типа как в "Солярисе" Станислава Лема.
Точнее, даже в кипящий океан.  У Каллисто создается довольно мощная атмосфера, состоящая в основном, из водяного пара.
 
А т.к. этот пар Каллисто удерживать долго не может (у H2O  довольно высокая скорость убегания молекул, при столь высоких температурах),
то Каллисто теряет этот водяной пар,  за ним тянется "шлейф" из водяного пара, и потом этот водяной пар оседает на Меркурии.
Который как раз, его удержать может.  (всё таки там ускорение свободного падения в 3 раза больше, выше и вторая космическая).
 
Таким образом - два тела - Меркурий и Каллисто,  одновременно, сами по себе терраформируются -
1) Меркурий насыщается водой, которая ему нужна.
2)  Каллисто наоборот, избавляется от излишков воды, и превращается из планеты-океана, в планету, на которой есть континенты.
 
Всё верно? 
Т.е. эта связка - Меркурий-Каллисто довольно интересна.
 

[Skipper_NORTON]

Аналогичную связку можно сделать  Венера-Европа. 
 
 

[Инопланетянин]

Всё верно?

Нет.
1 Если мы можем двигать Каллисто и Меркурий, то проще сразу накидать куда что надо, а не ждать когда оно само прилетит.
2 Континенты на Каллисто будут недолго, т.к. она продолжит терять воду.
3 Там будет жарко. Нет, не так — ЖАРКО. Хотя, запустить и поддерживать зеркала на орбите для таких вторых типов несложно. И опять же, проще не двигать Меркурий, а подтащить туда воду и зеркала.

[Skipper_NORTON]

то проще сразу накидать куда что надо, а не ждать когда оно само прилетит.

 
Само прилетит - зато без катастрофы.  Если же "накидать", то я не знаю..  Сталкивать крупные тела
в Солнечной системе - это риск получить потом тучу опасных астероидов,  которые могут и к Земле прилететь. 
Да и нехорошо, ломать кору Меркурия и Венеры. 
 

[Skipper_NORTON]

Континенты на Каллисто будут недолго, т.к. она продолжит терять воду.

 
И за какое время Каллисто потеряет всю свою воду, на орбите Меркурия, и превратится в каменистую планету?
 
По той же логике, и Ганимед терраформировать не получится  ?    
1) Далеко от Солнца, вблизи Юпитера - тогда там холодно, лед и не может быть жизни.
2)  Доставить близко, скажем, на орбиту Земли или  Венеры - превратится в планету-океан,  а потом потеряет воду ??
 

[SpaceEngineer]

Ганимед и Каллисто наполовину состоят из воды. Если её всю сдуть, получатся тела размером всего лишь с Луну, и с очень нестабильной поверхностью (придется ждать миллионы лет, пока там всё устаканится).

[Skipper_NORTON]

SpaceEngineer,
Предположим,    Ганимед доставили в район Земли, и сделали спутником Земли. 
Правильно я понимаю, что в таком случае, 1) сначала на Ганимеде образуется океан воды, покрывающий чуть ли не всю поверхность.
2)  Затем Ганимед обзаведется атмосферой из водяного пара,
3)  а затем через несколько тысяч лет, потеряет всю свою воду,  т.к.  гравитация слишком низкая?
 
И будет у Земли, еще одна "Луна".  Т.е.  Ганимед и будет примерно такого же размера.
   

[Skipper_NORTON]

Если это так, то Ганимед, "не-терраформируемый" в принципе,  существовать с такой массой он может только на большом расстоянии от Солнца,
и со льдами вместо воды. 
Тогда минимальное  тело в Солнечной системе, которое можно терраформировать - это Меркурий, с гравитацией в 2 раза бОльшей чем у Ганимеда.
Раньше приводили данные что Меркурий растеряет свою воду и атмосферу (если ее туда доставить) - только за многие сотни миллионов лет, в отличие
от Ганимеда и Луны  (тысячи лет, максимум - десятки тысяч). 
   
Если Ганимед нельзя терраформировать, тогда вообще только 3 тела можно терраформировать в Солнечной системе - Меркурий, Венеру, и Марс,
 

[SpaceEngineer]

1) сначала на Ганимеде образуется океан воды, покрывающий чуть ли не всю поверхность.
2)  Затем Ганимед обзаведется атмосферой из водяного пара,
3)  а затем через несколько тысяч лет, потеряет всю свою воду,  т.к.  гравитация слишком низкая?

Именно так, только 1 и 2 будут происходить одновременно.

Если это так, то Ганимед, "не-терраформируемый" в принципе,  существовать с такой массой он может только на большом расстоянии от Солнца,
и со льдами вместо воды.

Это же должно быть очевидно с самого начала. О какого рода терраформировании может идти речь, если планета состоит из воды наполовину по массе? Максимум, чего можно добиться - это сделать либо планету-океан, либо снежную пустыню с дыхабельной атмосферой при температуре -30°С и ниже.

Если Ганимед нельзя терраформировать, тогда вообще только 3 тела можно терраформировать в Солнечной системе - Меркурий, Венеру, и Марс,

Луну тоже можно - она удержит атмосферу в течение десятков тысяч лет. Можно ещё и Ио, только атмосферу надо будет там сделать поплотнее для защиты от радиации (и наблюдать потом эпичной мощности северные сияния). Но кто захочет жить на вулкане?

[Skipper_NORTON]

Луну тоже можно - она удержит атмосферу в течение десятков тысяч лет. Можно ещё и Ио

 
Ио тогда надо оторвать от Юпитера, и доставить куда нибудь, например сделать спутником Венеры.
Да, в общем случае, терраформируемы только 5 тел Солнечной системы -
1) Меркурий, 2) Венера, 3) Марс, 4) Луна, 5) Ио.
 
У остальных - не годится плотность и состав.
Луна и Ио  хотя и терраформируемы, но кратковременно - на 10 тысяч лет, т.к. будут терять атмосферу.
 
На длительное время - миллионы лет, и вовсе терраформировать можно только три тела - 1) Меркурий, 2) Венера, 3) Марс.
 

[crazy_terraformer]

Масса Каллисто и Ганимеда каждого больше массы Луны и соответственно вторая космическая тоже больше. Около половины этой массы лёд. Так что воды может хватить на миллион(ы) лет, тут считать надо. Незабываем про альбедо.
Ганимед
Масса (m)    1,4819·10²³ кг (0,025 земной)
Средняя плотность (ρ)    1,936 г/см3
Ускорение свободного падения на экваторе (g)    1,428 м/с2 (0,146 g)
Вторая космическая скорость (v2)  2,741 км/с
Каллисто
Масса (m)    1,075 938 ± 0,000 137·10²³ кг (0,018 земной)
Средняя плотность (ρ)    1,834 4 ± 0,003 4 г/см3
Ускорение свободного падения на экваторе (g)    1,235 м/с2 (0,126 g)
Вторая космическая скорость (v2)    2,440 км/с
Луна
Масса (m)    7,3477·10²² кг 0,0123 или 1/81 земной
Средняя плотность (ρ)    3,3464 г/см³
Ускорение свободного падения на экваторе (g)    1,62 м/с²  0,165 g
Первая космическая скорость (v1)    1,68 км/с
Вторая космическая скорость (v2)    2,38 км/с

[SpaceEngineer]

Я уже где-то писал о том, как надо терраформировать крупные спутники гигантов. Точнее, "титаноформировать". Считается, что поверхностные льды Ганимеда и Каллисто содержат значительное количество вмороженных газов - O2, CO, CO2, NH3, возможно N2. На Европе - O2, на Тритоне и Плутоне - N2, CH4, CO, CO2. Если их перекопать и подогреть, можно получить вполне заметную атмосферу. Хоть какая-то атмосфера лучше, чем вакуум. Она даёт защиту от радиации (а вблизи планет-гигантов она высока), от метеоритной опасности, от взрывной декомпрессии. Снижает суточные колебания температуры, позволяет использовать авиацию, аэродинамическое торможение прибывающих космических кораблей, и воздушное охлаждение оборудования и реакторов.

Дальнейшее преобразование - расщепление водяного льда поверхности на H2 и O2, с целью довести парциальное давление кислорода до 0.2 бар, что позволит человеку обходиться простой дыхательной маской с подогревом входящего воздуха (конечно, при условии удаления из атмосферы токсичных газов). На Ганимеде могут быть значительные запасы аммиака, растворённого в подповерхностном океане. Наладив его добычу и расщепление на H2 и N2, можно наполнить атмосферу азотом. Повышенное давление ещё сильнее сгладит суточные колебания температуры. Пример Титана показывает, что на таком расстоянии от Солнца, давления всего 1.5 бар уже достаточно для установления практически одинаковой температуры на всей поверхности спутника.

На Титане азот уже есть, а добываемый кислород в первое время будет активно тратиться на окисление углеводородов. В результате получится весьма заметное количество CO2, от которого придётся как-то избавляться. (Но я считаю, что Титан стоит объявить заповедником - очень уж уникальные условия там). На поверхности Европы кроме льда практически ничего нет - её таким образом освоить будет крайне трудно. Но она тоже может оказаться заповедником, если на ней (в океане) будет обнаружена местная жизнь.

Параллельно можно производить суперпарниковые газы из местных или привозных ресурсов. Удобный источник серы в системе Юпитера - Ио, её можно прямо с поверхности грести экскаватором, засыпать в контейнеры и выстреливать э/м катапультами. Но надо также откуда-то брать также фтор. Температуру поверхности ледяных миров не стоит доводить до точки плавления льда - иначе все города утонут. Комфортной можно считать -20...-30°С - при такой температуре человек уже может обходиться просто тёплой одеждой, а при более высокой поверхность станет слишком подвижной - здания будут быстро погружаться в лёд. При не сильно плотной атмосфере на спутниках Юпитера будет заметная широтная зональность, а с учётом практически нулевого наклона оси к эклиптике можно будет создать экваториальный пояс талых вод - что-то вроде моря, опоясывающего весь спутник. Вода будет находиться прямо поверх льда, как реки на ледниках Гренландии. В этом море можно разводить различную морскую живность, в первую очередь фотосинтетические водоросли, рыбу и пр. на пищу. Специальные виды, сделанные методами генной инженерии на основе приполярных морских видов Земли. Кстати, пингвины годятся в пищу?

Города, скорее всего, удобнее будет строить не из отдельных зданий, а в виде законченных полностью замкнутых сооружений (аркологий), построенных на сплошном основании с неким запасом плавучести, чтобы не тонуть в подвижных льдах поверхности. Аркология будет иметь собственный внутренний климат, комфортный для человека, "на улицу" люди будут выходить не так часто. Транспорт - авиация и снегоходы, постоянных дорог (тем более железных) не будет из-за подвижности ледников. ЛЭП тоже будет проблематично строить, поэтому электростанции будут встроены в аркологии.

На поверхности Ганимеда и Каллисто находятся значительные запасы различных минералов, занесённые метеоритами (вместе со льдами CO2 и прочих летучих - эквивалентный слой в десятки метров). Этого с лихвой хватит для промышленного освоения, хотя оно и будет трудным (металлы, кремний, другие нужные элементы придётся добывать из практически однородного порошка). И его лучше провести до начала подоргева спутника, иначе полезные вещества могут быстро уйти под лёд. На поверхности Титана тоже должны быть приличные запасы минералов, но пока данных нет.

На поверхности Европы практически чистый водяной лёд с небольшими примесями чего-то красно-коричневого около трещин и зон хаоса - это, вероятно, соли из океана. Но на Европе океан сравнительно легкодоступен - каждый местный день повторяется цикл открытия и закрытия трещин шириной порядка метра, через которые выдавливается вязкая водно-ледяная шуга, насыщенная солями. Толщина ледяной коры оценивается всего от нескольких км до 20-30 км. Можно попробовать преобразование по сценарию Ганимеда и Каллисто, но атмосфера останется чисто кислородной и тонкой. Минеральные ресурсы поначалу придётся заводить извне (лучше тогда уж не ресурсы, а готовые изделия). Затем можно будет наладить добычу на дне океана - давление там сравнимо с давлением на дне Марианской впадины (1000 атм). Для этого надо будет сперва решить проблему строительства стабильной шахты/шлюза сквозь ледяную кору, и сделать развитый подводный транспорт и прочую технику.

Поселения на Европе будут своеобразные - "вертикальный город", выстроенный вдоль многокилометровой шахты сквозь лёд. На поверхности - строения вокруг шахты: купол, накрывающий её, энергостанции, сельхозпредприятия, космодром. Вдоль стен шахты - конструкции для её укрепления, охладители стенок, вертикальные железные дороги. По центральной оси могут перемещаться летательные аппараты. С интервалом в порядка километра - шлюзы, давление в отсеках шахты должно быть сравнимо с давлением окружающего льда. Параллельно шахте проходят разгрузочные колодцы - они останавливают распространение возможных трещин в коре, подобно камням, наполняющим бетон. На глубине 9/10 уже возможна открытая поверхность воды - там будут терминалы различного подводного транспорта, посадочные площадки для ЛА. Дальше шахта проходит под водой, достигая слоя вязкого очень подвижного льда - его надо или стабилизировать принудительным активным охлаждением, или все подводные аппараты придётся делать ледоколами/ледоплавами (например, реактор и его рубашка охлаждения находится на носу аппарата - он может буквально проплавлять себе путь сквозь лёд). Альтернатива - ректор города расположить в океане под основанием шахты, тепловые конвективные потоки от его системы охлаждения будут поддерживать основание шахты открытым. В 100 км ниже, на дне океана - карьеры и шахты по добыче полезных ископаемых, возможна местная геотермальная энергетика. Вообще, освоение океана - та ещё задачка.

Мой вердикт по перспективам колонизации:

Ио - однозначно нет, планета-вулкан с постоянными землетрясениями, подвижками грунта и "дождём" из пепела, плюс экстремальная радиация. Только исследовательские базы.

Европа - зависит от наличия местной жизни и её статуса. Если есть - то заповедник и только исследовательские базы. Если нет - сложная колонизация с освоением подледного океана.

Ганимед и Каллисто - отлично подходят по вышеописанному сценарию. Большая масса, удалённость от радиационных поясов Юпитера, богатые запасы минералов на поверхности, возможность создания дыхабельной и достаточно тёплой атмосферы из местных ресурсов. Уровень инсоляции достаточен для минимальной самостоятельной биосферы из ГМО организмов.

Титан - это Венера наоборот. Требует серьёзной работы по изменению атмосферы: надо будет сжигать углеводороды и избавляться от CO2. Уровень инсоляции низок, вряд ли какими-либо парниковыми газами удастся подогреть его до приемлемых температур. Самоподдерживающаяся биосфера невозможна без постоянного контроля человеком. Уникальность природных условий может обеспечить Титану статус заповедника, так что терраформация будет запрещена.

Тритон и Плутон - скорее всего нет. Это холодные и тёмные аналоги Европы. Подогрев возможен только с помощью астроинженерных конструкций или мощнейшей местной энергетики, без них они быстро замёрзнут обратно. Удалённость от пояса астероидов скорее всего означает бедность поверхности минеральными ресурсами, а океан и его дно скрыто под сотнями километров льда.

Остальные спутники - слишком мелкие для удержания какой-либо атмосферы, массовая колонизация вряд ли произойдёт.

Крупные объекты пояса Койпера - слишком холодные. Колонизация возможна по схеме Тритона и Плутона, если на тех она прокатит.

[crazy_terraformer]

Но я считаю, что Титан стоит объявить заповедником - очень уж уникальные условия там)

Заповедник гоблинов  .
Что там защищать? Жизнь? Если есть, то прозябает, т.к. температурки то уж больно низкие. И мелкая. Т.к. света мало и удобного окислителя в большом объёме нет.

Считается, что поверхностные льды Ганимеда и Каллисто содержат значительное количество вмороженных газов - O2, CO, CO2, NH3, возможно N2. На Европе - O2, на Тритоне и Плутоне - N2, CH4, CO, CO2. Если их перекопать и подогреть, можно получить вполне заметную атмосферу.

Ничего копать не надо, само выделится. Надо сначала атмосферу из тетрафторметан начать продуцировать и зеркала в космосе развернуть, а затем по мере того как температура будет подниматься выше точки кипения др. суперпарниковых фторидов, добавлять эти суперпарниковые газы.

[Skipper_NORTON]

Если есть, то прозябает, т.к. температурки то уж больно низкие. И мелкая. Т.к. света мало и удобного окислителя в большом объёме нет.

 
А если Титан сделать спутником Земли,  то он тоже растеряет всю воду, как и Ганимед?
Так это самый лучший способ терраформирования, лучше всяких "подледных городов".
 

[SpaceEngineer]

А если Титан сделать спутником Земли,  то он тоже растеряет всю воду, как и Ганимед?
Так это самый лучший способ терраформирования, лучше всяких "подледных городов".

Чем лучше? Потратить эквивалент годовой зарплаты энерговыделения Солнца, чтобы переместить планетоид, а потом просто выбросить на помойку половину его массы в виде воды (которой так не хватает на Венере)? И получить сухой безвоздушный аналог Луны? Отличный план!

Может надо разговор о спутниках перенести сюда?

[Skipper_NORTON]

Ну, я не знал что произойдет  и с Титаном.  Если так, он растеряет всю свою воду,  то конечно,
не годится перемещать ближе  к Солнцу.
Воды добавить надо на Меркурий и Венеру,  вот где хорошие шансы на терраформирование. 
А спутники Юпитера и Сатурна - видимо вечно будут "ледяными мертвыми" мирами.
 

[crazy_terraformer]

На Титане азот уже есть, а добываемый кислород в первое время будет активно тратиться на окисление углеводородов. В результате получится весьма заметное количество CO2, от которого придётся как-то избавляться.

Не придётся избавляться от CO2, его придётся хранить как зеницу ока, ибо растворяясь в бездонном океане ( даже извлечём аммиак и не будет образовываться карбонат аммония, будет образовываться угольная кислота) он будет образовывать на определённой глубине газогидраты, а ниже слои жидкой углекислоты. Таким образом надо формировать искусственную оболочку плавающую на поверхности Титана(силикон или фторопласт с наполнителем), которая будет мешать растворяться CO2 и др. газам(кислород, суперпарниковые газы) в этом океане, а аммиаку и метану прорываться в атмосферу (из них в этом случае будет что-то синтезироваться).
Сжигать метан и аммиак не стоит, стоит делать из метана углеводороды, а из NH3 и CH4 их производные, силиконы и т.д. побочный продукт водород стоит или вывозить, или сжигать в привозном кислороде. Кислород стоит привозить с малых спутников Сатурна с более низкой гравитацией, оставляя там водород (топливозаправка в космосе), можно даже использовать электромагнитные катапульты для этого.

А если Титан сделать спутником Земли,  то он тоже растеряет всю воду, как и Ганимед?

А зачем их делать спутниками Земли, всё будет отлично, там где они есть. Разве что галилеевы спутники хотелось бы подвинуть за радиационные пояса Юпитера ближе к периферии его спутниковой системы, все кроме Каллисто естественно. Если же сдвигать  то к Марсу или на орбиты между орбитами Марса и Земли.

Параллельно можно производить суперпарниковые газы из местных или привозных ресурсов. Удобный источник серы в системе Юпитера - Ио, её можно прямо с поверхности грести экскаватором, засыпать в контейнеры и выстреливать э/м катапультами. Но надо также откуда-то брать также фтор.

Серы много не надо. Зачем океан сульфатов, только для форм жизни и технологических нужд, гексафторида серы и суперпарниковых фтороуглеродов  группами включающими серу. Фтор естественно можно поискать на Ио возможно под глубокими отложениями серы или в регионах свободных от них. Больше потребуется других веществ - силикатов и алюмосиликатов, железа и т.д.