Esta es una sabrosa pregunta.
Respuesta simple: Marte, porque ya tiene un día que tiene la longitud adecuada, y calentar planetas es más fácil que enfriarlos.
Respuesta complicada: ¿CUÁN mucho más difícil es terraformar varios planetas?
- ¿Tendrían los planetas joviales extrasolares que se han detectado orbitando cerca de su estrella tener grandes sistemas complejos de lunas como los gigantes gaseosos en nuestro propio sistema solar?
- ¿Qué pasará si drenamos toda el agua de la tierra?
- ¿Qué pasaría con la Tierra si fuera trasladada a la órbita de Venus? ¿Qué hay de Marte?
- ¿Es posible saber la hora observando las estrellas y / o la luna?
- ¿Hay un ajuste fino en las órbitas planetarias?
Para responder a esta pregunta, voy a estimar (por orden de magnitud) las cantidades de energía necesarias para hacer cosas y expresarlas en términos fáciles de entender. La energía se mide en julios (J). Un julio es la energía necesaria para calentar un gramo de agua en aproximadamente un cuarto de grado Celsius. ¡No mucho!
Para medir grandes cantidades, utilizo notación científica. Como ejemplo, [matemáticas] 10 ^ 6 = 1,000,000 [/ matemáticas]. El 6 significa seis ceros después del 1. ¡Las escalas como la escala de Richter (para los terremotos) y los decibelios (para el sonido) usarían solo el 6 y terminarían!
Varias cantidades de energía en julios y qué podrías hacer con ella.
- [matemática] 10 ^ 0 = 1J [/ matemática]: Energía requerida para hervir una lágrima.
- [matemática] 10 ^ 3 = 1,000J = 1kJ [/ matemática]: Energía liberada al comer 1/8 de un maní.
- [matemática] 10 ^ 6 = 1,000,000J = 1MJ [/ matemática]: Energía requerida para hervir una botella de cerveza.
- [matemática] 10 ^ 9 = 1,000,000,000J = 1GJ [/ matemática]: Energía producida como electricidad por una planta de energía típica a escala de servicio público en un segundo. Energía contenida en un tanque de gas.
- [matemáticas] 10 ^ {12} = 1,000,000,000,000J = 1TJ [/ matemáticas]: Energía cinética del transbordador espacial en órbita.
- [matemáticas] 10 ^ {15} = 1,000,000,000,000,000J = 1PJ [/ matemáticas]: Energía producida por una planta de energía en un mes de operación continua. Energía liberada por una gran bomba nuclear de fisión (no fusión).
- [matemáticas] 10 ^ {18} = 1,000,000,000,000,000,000J = 1EJ [/ matemáticas]: Energía liberada por un gran terremoto.
- [matemáticas] 10 ^ {21} = 1ZJ [/ matemáticas]: Energía consumida por todo el mundo en 2 años.
- [matemáticas] 10 ^ {24} = 1YJ [/ matemáticas]: Energía requerida para elevar la temperatura del océano en 1 grado Celcius. Energía liberada por un gran impacto de meteorito.
- [matemáticas] 10 ^ {27} = 1,000YJ [/ matemáticas]: Energía requerida para hervir los océanos. Energía producida por el sol en 10 segundos.
- [matemáticas] 10 ^ {30} = 1,000,000YJ [/ matemáticas]: Energía producida por el sol en 7 horas.
- [matemáticas] 10 ^ {33} = 1,000,000,000YJ [/ matemáticas]: Energía requerida para vaporizar la Tierra. También la energía producida por el sol en un año.
De esto podemos concluir que la Estrella de la Muerte es una BAMF.
Me complace entrar en detalles en los comentarios sobre estos cálculos. También exploraré algunos escenarios diferentes.
Marte
- Energía requerida para calentar Marte desde la temperatura promedio actual de -60 ° C a una temperatura más cómoda de 15 ° C (como la Tierra): [matemáticas] 6 \ veces10 ^ {25} J [/ matemáticas]. Esto se debe principalmente al derretimiento del permafrost. Tenga en cuenta que esto es 10 millones de veces más que la energía producida por el arma nuclear más grande jamás construida, por lo que simplemente atacar a Marte realmente no ayudará tanto.
- Sin embargo, está a la par con el impacto que aniquiló a los dinosaurios. Energía requerida para mover un asteroide de 10 km a una trayectoria de impacto en Marte (pero no en la Tierra): [matemáticas] ~ 10 ^ {22} J [/ matemáticas], o [matemáticas] 10 ^ {20} J [/ matemáticas] si usted ‘ está preparado para esperar mucho tiempo y usar interacciones de tres cuerpos. Cien asteroides más pequeños de la misma masa total serían más fáciles pero aún requieren la misma energía total.
Conclusión: los asteroides / cometas son proposiciones difíciles, más bien energéticamente dolorosas y desordenadas. Un impacto lo suficientemente grande como para derretir todo el permafrost y, como resultado, reconstituir la atmósfera probablemente haría de Marte un lugar terrible para vivir. Mucho polvo. El polvo enfría la atmósfera y entierra a los rovers. Dicho esto, es posible que grandes éxitos en el pasado hayan calentado temporalmente el planeta durante unos pocos millones de años, y los xenobiólogos lo encuentran emocionante.
Claramente, se requiere algo de sutileza.
- Insolación solar en Marte: [matemáticas] 10 ^ {16} W [/ matemáticas], o [matemáticas] 10 ^ {23} J / año terrestre [/ matemáticas].
La temperatura de la superficie de Marte es estable, lo que significa que toda esta energía que cae sobre la superficie se corresponde con la radiación que regresa al espacio. Para aumentar la temperatura de la superficie, es necesario reducir la cantidad de radiación de la espalda. ¡Efecto invernadero! Los gases de efecto invernadero no son mi área de especialización, pero haré algunas conjeturas informadas de todos modos.
El vapor de agua y el CO [math] _2 [/ math] son buenos gases de efecto invernadero, pero ambos están parcialmente congelados a la temperatura actual de Marte. A medida que se calienta, sublimarán y aumentarán el efecto, lo que con suerte conducirá a un efecto desbocado similar a la jungla. Varios estudios sugieren que un cambio de 5 ° C en la temperatura es suficiente para desencadenar esto. Pero mientras tanto, el metano y varios HFC como el perfluorometano tendrán que funcionar. Los óxidos nitrosos también funcionan de manera brillante, pero Marte parece ser bastante pobre en nitrógeno. Tendremos que ser bastante buenos para producir metano a partir del agua local y el CO [matemáticas] _2 [/ matemáticas] como combustible, pero el calentamiento de un planeta requerirá la producción de metano en una escala comparable a la quema de combustibles fósiles en la Tierra. Sí, también estamos haciendo terraformación …
- Voy a adivinar que convertir 1/1000 [math] ^ {th} [/ math] de la atmósfera de Marte en metano sería un buen comienzo. Energía para hacer esto: [matemáticas] 10 ^ {16} J [/ matemáticas] (principalmente en la electrólisis del agua).
Esta es energía eléctrica, que es más fácil de obtener que el combustible de cohete. La energía nuclear sería el camino a seguir, pero incluso la energía solar podría darle un mordisco decente. Especialmente si la electrólisis solar se industrializa.
Otro enfoque no totalmente carente de mérito sería aumentar el flujo solar mediante el uso de espejos GIGANTES.
- Energía requerida para lanzar un espejo a Marte-Sol L1 que aumentaría la insolación a los niveles de la Tierra: [matemáticas] 10 ^ {17} J [/ matemáticas]. Si tiene maquinaria autorreplicante de energía nuclear, podría procesar un asteroide cercano a la órbita (~ 200 m de ancho) en un espejo gigante / vela solar, y navegarlo en su posición. Eso reduciría los requerimientos de energía incurridos al construir en un planeta y lanzarlo de esa manera.
Otra idea propuesta es cavar unas docenas de agujeros enormes en la corteza para que el calor salga a la superficie.
- Energía requerida para eliminar [matemática] 500 km ^ 3 [/ matemática] de roca con explosivos y camiones: [matemática] 10 ^ {16} J [/ matemática]. Perforar pozos profundos y desencadenar una cadena de grandes bombas nucleares también podría hacer el truco, pero también causaría muchas consecuencias radiactivas.
Conclusión: se presentan algunos métodos diferentes para la terraformación. Los más conservadores requieren en orden [matemáticas] 10 ^ {16} J [/ matemáticas] de energía. Si bien esto es mucho, es comparable a la producción anual de una gran central nuclear o de carbón. Es probable que si unos pocos miles de personas en Marte puedan alcanzar la autosuficiencia, muchos de los métodos anteriores y más en los que nadie haya pensado se emplearán para tratar de calentar un poco la atmósfera. Sin embargo, una atmósfera cálida de metano, CO [matemática] _2 [/ matemática] y HFC aún es venenosa, incluso si puede cultivar algunas plantas en el exterior. Crear una atmósfera respirable llevaría siglos y posiblemente una máscara de gas.
Venus es una apuesta MUCHO más difícil que Marte. Si bien Marte podría ser terraformado en solo unos pocos miles de años, ningún enfoque suave podría funcionar en Venus.
Primero, alternativas a la terraformación. Sería posible vivir en Venus en la alta atmósfera, en ciudades gigantes flotantes. Usando una mezcla atmosférica estándar de la estación espacial en aproximadamente la mitad de una atmósfera terrestre, una esfera geodésica presurizada flotaría naturalmente en algún lugar sobre la mayor parte de las nubes de ácido sulfúrico. Los movimientos atmosféricos probablemente conducirían a una cierta rotación sobre las áreas polares, donde los habitantes experimentarían una puesta de sol casi perpetua. Las ciudades flotantes podrían rotarse mecánicamente para proporcionar un ciclo día-noche para la agricultura a bordo. La atmósfera venusiana es rica en carbono, oxígeno, azufre y tiene trazas de agua. Estos podrían extraerse para materiales de construcción, mientras que los elementos más raros podrían extraerse de la superficie con cucharadas largas o importarse de otros lugares con transbordadores de avión espacial.
Pero Venus es casi tan grande como la Tierra, con una gravedad y montones de sol similares. Las ciudades flotantes están muy bien, pero necesitamos albergar miles de millones de humanos, no millones. ¿Cuál es el siguiente paso?
Primero, la atmósfera tiene que desaparecer. 200 atmósferas de presión aplastante, calor y lluvia de ácido sulfúrico.
- Energía requerida para que el espejo gigante refleje toda la luz de la superficie: [matemáticas] 10 ^ {17} J [/ matemáticas]. Se aplica la misma discusión que con Marte.
Después de aproximadamente cien años, la atmósfera se congela en la superficie (pasando brevemente por una interesante fase supercrítica). Mientras espera, puede usarlo para absorber el impacto de algunos cometas y lunas heladas, para darle a Venus un poco de agua que tanto necesita. [matemáticas] 10 ^ {24} J [/ matemáticas]. Pero aún no hemos terminado. Necesitamos un ciclo día-noche que permita que las plantas crezcan. La duración del día de Venus es de 116 días. Podríamos reciclar nuestro espejo de congelación para crear días y noches artificiales en diferentes partes del planeta, incluido el lado alejado del sol. Pero si alguna vez se arruina entre ahora y el final de los tiempos, todos se quemarán o se congelarán. Toda la atmósfera precipitada se evaporará rápidamente hacia afuera, y volverás al punto de partida, solo las casas derretidas estarán en YouTube.
Necesitamos una forma de hacer girar Venus más rápido. El enfoque obvio es estrellar los asteroides en la superficie para que gire más rápido. El costo de esto es [matemáticas] 10 ^ {22} J [/ matemáticas] por asteroide, y necesitaría todos los asteroides en el sistema solar y algo más. El problema es que Venus pesa MUCHO más que todo el cinturón de asteroides en su conjunto, y aunque un asteroide que se estrella contra la superficie parece rápido, se mueve como máximo 10 o 20 km / s más rápido que usted. Esto no es realmente lo suficientemente bueno.
De hecho, la masa de la atmósfera, ahora congelada a cientos de metros de espesor en todo el planeta, es casi la misma que la masa de todo el cinturón de asteroides, y ya está en Venus. Todo lo que tiene que hacer es arrojarlo de la superficie lo suficientemente rápido y en la dirección correcta, y puede girar el planeta en la dirección que desee. Para hacer girar el planeta hasta un día de 24 horas Y deshacerse de la atmósfera congelada, necesita salir de la superficie a aproximadamente [matemáticas] 10 ^ 7 m / s [/ matemáticas], que es un pequeño porcentaje de la velocidad de luz. Necesitaría decenas de miles de conductores de masas dispersos por las regiones ecuatoriales que se ejecutan constantemente durante al menos décadas. No hace falta decir que el material abandona la superficie más rápido que la velocidad de escape de Venus. De hecho, también puede escapar del sol, la galaxia y el grupo local. Unos pocos disparos bien dirigidos a Marte podrían ayudar a completar su atmósfera. La energía requerida para hacer esto es [matemáticas] \ aproximadamente 10 ^ {34} J [/ matemáticas], que es aproximadamente lo que produce el sol en un año. Obviamente, se necesitarán algunos reactores de fusión bastante radicales, pero esa es la parte fácil del problema.
Una vez hecho esto, el presupuesto de energía puede ser robado para esculpir algunas cuencas oceánicas y continentes, sintetizar la atmósfera deseada, abrir un poco la sombrilla y comenzar a cultivar plantas.
Conclusión: Debido al problema de la rotación, la terraformación de Venus requerirá cantidades insanas de energía. Mientras que la terraformación de Marte requiere una fracción de la energía que solo llega desde el sol, Venus requiere una fracción sustancial de TODA la energía del sol.
Posdata: Sin duda he cometido errores. Discutamos en los comentarios y descubramos mejores estimaciones. Además, alguna discusión sobre el costo de la energía para luego aplicar estas técnicas para tratar de remediar algunos de los problemas en la Tierra no se perdería.
Comentarios del artículo de pizarra: Este artículo fue publicado en el blog de pizarra. ¿Qué planeta sería más fácil de terraformar: Venus o Marte?
Algunos de los comentarios plantearon ideas interesantes que responderé aquí.
- ¡Campos magnéticos! Algunas personas preguntaron si Marte o Venus tienen un campo magnético, si podrían hacer uno, si lo necesitan, etc.
La respuesta corta es no. Ni Marte ni Venus tienen un fuerte campo magnético. Venus carece de rotación, por lo que no hay convección para conducir un campo magnético en su núcleo. Marte carece de calor, por lo que tampoco hay un motor de calor magnético allí. Marte tiene algunos campos magnéticos fósiles en rocas en la superficie en algunos lugares. Pero esto no es un gran problema en particular. La roca debajo y el gas arriba proporcionan mucho blindaje en la superficie, y una atmósfera más espesa y parcialmente terraformada sería aún mejor. De lo contrario, dormir bajo tierra o con un montón de tierra en el techo sería suficiente para reducir los riesgos de cáncer mortal muy por debajo de los riesgos de muerte por falla del equipo. Podría crear un campo magnético, local o globalmente, con cantidades suficientemente grandes de energía. Como ya se dijo, no haría mucho para proteger a las personas en la superficie. Una vez hice los cálculos para un anillo superconductor orbital: debe tener unos 10 m de ancho para evitar la saturación actual. Desafortunadamente, es dinámicamente inestable, y si un asteroide hace un agujero en él, toda la energía se descargará muy rápidamente en los rayos X a través de Brehmstrahlung a medida que los electrones se aceleran a través de la brecha. El calentamiento destruirá el súper conductor, que pronto hervirá en un espectacular anillo de plasma en expansión. Solo los rayos X cocinarán todo dentro de una UA, lo que socava ligeramente su propósito de protección inicial. Del mismo modo, un escudo magnético local es menos útil que una gran pila de tierra. En cuanto a la atmósfera, la radiación solar la eliminará lentamente, pero en una escala de tiempo de millones de años. Presumiblemente, si eso se convierte en un problema, podemos teletransportar algunos gases adicionales de los gigantes gaseosos en ese momento. - Gravedad y niños. No soy un experto en embriología. Existe alguna evidencia que sugiere que la microgravedad o la gravedad reducida podrían ser perjudiciales para los embriones o los niños. Sospecho que esta evidencia es exagerada por personas que desean obtener subvenciones para investigar este tema. La razón más poderosa para pensar que todo estará bien (OMI) es que tanto la vida temprana (evolucionada en el océano) como los embriones se forman en condiciones de flotabilidad neutra. Del mismo modo, las madres confinadas a la cama generalmente dan a luz niños sanos, a pesar de que la gravedad está en la dirección “incorrecta”. El crecimiento postnatal es otro problema. Algunos autores de ciencia ficción piensan que los niños crecerán más alto en menor gravedad. Sabemos que los niños que sufren lesiones o deformidades a menudo desarrollan extremidades dobladas, debido a la falta de presiones regulares, etc. Hoy en día, muchos de estos efectos son tratables mediante cirugía. Si se demuestra que es un problema, los niños pueden dormir y pasar parte del día en una centrífuga cónica grande, o bien usar ropa pesada para proporcionar fuerza adicional. La desmineralización ósea es un problema más grave, ya que los huesos no serán tan fuertes sin un uso regular. Sin embargo, es mucho menos probable que sea un problema en Marte como en órbita. Los primeros colonos tendrán mucho trabajo que hacer, levantar cosas. Regresar a la Tierra puede requerir gravedad artificial agresiva a bordo, o algún tipo de exoesqueleto.
- Mueve Marte o Venus a la órbita de la Tierra. Cada planeta está en una resonancia orbital. Mover uno probablemente causaría inestabilidad y eventual expulsión o colisión con otro planeta, o más probablemente, autocorregir nuevamente a su órbita original, con Júpiter comiendo toda la energía que gastaste.
- Microbios para comer ácido sulfúrico en Venus. Necesitas mucha más agua para que esto funcione. Tal vez podrías sacrificar a Europa.