Была ли жизнь на молодой Венере? Венера могла быть обитаемой.

07.08.2020

Продолжаем серию заметок о колонизации планет Солнечной системе. В прошлой заметке я показал, что Меркурий осваивать сложно, но можно. Сейчас передо мною - куда более простая задача: показать простоту и необходимость освоения Венеры.

"Позвольте!" - воскликнет читатель, - "но ведь Венера - это же страшное место! Температура у поверхности 470 градусов, давление 90 атмосфер. Там даже техника не выдерживает - как же там будут жить люди?" Возражаю шаблонно мыслящему читателю: Земля - не менее неуютное место. В недрах Земли температура поднимается до тысяч градусов, давление - до тысяч атмосфер. Но ведь люди спокойно живут на поверхности Земли! Так вот: если на поверхности Венеры не очень уютно, почему бы нам не освоить атмосферу Венеры?

Первый шаг: венерианские орбитальные станции

Освоение Луны проходило по схеме "орбита, поверхность" , ибо выйти на орбиту проще, чем попасть в гравитационный колодец поверхности планеты и вернуться из него. Впрочем, лунный гравитационный колодец неглубок, поэтому разница невелика. Освоение Марса проходит по схеме "орбита, поверхность, атмосфера" , поскольку приземлиться на поверхность Марса проще, чем полететь в разреженной марсианской атмосфере. При этом разрыв между освоением орбиты и поверхности гораздо шире, поскольку марсианский гравитационный колодец значительно глубже лунного.

Освоение Венеры ещё сложнее, чем Марса. Во-первых, венерианский гравитационный колодец ещё глубже марсианского. Во-вторых, есть дополнительная сложность: плотная горячая венерианская атмосфера, которая делает сложным доступ к поверхности планеты. С другой стороны, в атмосфере Венеры куда легче летать или парить. Следовательно, для освоения Венеры удобнее применить принципиально иную схему: "орбита, атмосфера, поверхность" . Освоение венерианской орбиты упрощает погружение в атмосферу, а, хорошенько освоив атмосферу, можно начинать опускаться на её дно - на поверхность планеты.

Для исследования поверхности и установления связи с ней на Земле и на Марсе применяются геостационарные и ареостационарные спутники, которые вращаются с той же скоростью, что и планеты, и поэтому всегда находятся над одной точкой на поверхности планет. Венера вращается очень медленно, поэтому использование "венеро-стационарных спутников" нецелесообразно - они просто будут летать слишком высоко. Кроме того, поверхность планеты с трудом "просвечивается" даже в инфракрасных лучах и радиоволнах. Поэтому для создания устойчивой системы связи и наблюдения за Венерой нужно вывести на её орбиту множество спутников. Между тем, спутников у Венеры - кот наплакал: на её орбиту выходили советские "Венеры", американские "Пионер-Венеры" и "Магеллан", но сейчас там функционирует только европейский (с несколькими русскими приборами) "Венера-Экспресс". Для освоения планеты их нужно в десятки раз больше!

Как обычно, создание сложной технической инфраструктуры - где бы оно ни происходило, хоть на орбите Венеры - требует присутствия искусственного интеллекта, а лучше человека. Отсюда - необходимость полёта человека к Венере и создания венерианской орбитальной станции. Полёт к Венере даже сейчас занимает всего 3-4 месяца; с развитием двигателей нового поколения - прежде всего, ядерных - он станет ещё быстрее. Так что персонал станции можно будет обновлять достаточно часто. Более сложная проблема - защита от солнечной радиации, ведь Венера не имеет собственного магнитного поля. Эта проблема решается созданием искусственного магнитного поля вокруг станции и вокруг межпланетных кораблей.

Верхняя часть атмосферы Венеры совершает оборот вокруг поверхности за 4 земных дня. Это значит, что запустить "венеро-атмосферо-стационарный" спутник гораздо проще, чем "венеро-стационарный". С этого спутника можно спустить возвращаемый аппарат, который возьмёт пробы атмосферы и доставит их на Землю. С Луны и Марса мы берём, прежде всего, пробы грунта . Но на Венере гораздо интереснее взять пробы атмосферы , ведь именно в ней может существовать жизнь. Венерианский грунт - обыкновенная базальтовая лава, какой с неё толк?

Освоение облачного слоя

Облачный слой Венеры можно условно разделить на 3 подслоя:

Нижний подслой (30-50 км) - кислотный туман, существующий при температуре более 100 градусов Цельсия и давлении в несколько атмосфер. Никакой жизни там быть не может, ничего интересного не происходит, и человеку там тоже делать нечего.
Средний подслой (50-70 км), в котором температура колеблется от -40 до +80 градусов Цельсия, а давление - от 0.1 до 2 атмосфер. Это основной облачный слой, в котором существуют облака из жидких и твёрдых кислотных частиц. Какая-то загадочная сила разгоняет ветер на верхнем участке основного слоя почти до 100 км/ч. Кстати, и колебания температур между дневными и ночными здесь могут быть значительными - до 20 градусов. Это самый сложный, "живой" участок атмосферы Венеры, климат в котором чем-то напоминает земной. По мнению НАСА, здесь лучшие условия для проживания человека после земных. Этот слой и должен осваивать человек.
Верхний подслой (70-90 км), в котором температура падает ниже -100 градусов, а давление - до сотых долей атмосферы. Климат в этом слое чем-то напоминает марсианский - наверно, когда марсиане прилетят гостить на Венеру, гостиница для них будет располагаться здесь.

Атмосферу Венеры уже исследовали с помощью аэростатов советские аппараты "Вега". Эти аэростаты, разумеется, остались на Венере навсегда, не имея возможности её покинуть. Для того, чтобы спустить в атмосферу планеты человека, нужны огромные аэростаты с запасом топлива и реактивными двигателями, способными преодолеть первую космическую скорость Венеры - 7 км/с. А это уже получаются целые летающие города! Именно концепция "летающих городов" - огромных обитаемых баз в атмосфере - и является единственно возможной при освоении Венеры. Эта концепция достаточно известна, но всё же повторю основные положения.

В атмосфере Венеры, состоящей в основном из углекислого газа, в качестве подъёмного газа для летающих городов целесообразно использовать самый обыкновенный кислород, который несложно получать из атмосферы биологическим или химическим путём. Летающие города условно можно разделить на:

стационарные, которые держатся над одной точкой поверхности
свободно парящие, которые летят туда, куда их несёт ветер
маневрирующие, которые целенаправленно перемещаются в атмосфере

В атмосфере Венеры возможны резкие вертикальные порывы ветра, которые могут поднять или опустить свободно парящий город на несколько километров. Поэтому свободно парящие города неудобны для людей из-за возможных больших перепадов температуры и давления. Источником энергии для стационарного или маневрирующего города частично может быть ветер. Но для маневрирования в атмосфере энергии ветра недостаточно - иначе это был бы вечный двигатель! Главным источником энергии всё-таки является Солнце, которого в верхнем облачном слое вполне достаточно для обеспечения скромных потребностей летающего города. Поднимая ветряки на воздушных шарах и тросах в верхние слои атмосферы, стационарный или маневрирующий город может пользоваться и поистине необъятной энергией ветра.

Естественная территория для летающих городов - средний облачный слой, в котором человек может жить без скафандра, лишь в дыхательной маске. Единственная проблема - капельки концентрированной серной кислоты, но, поскольку облака на Венере достаточно разреженные, от них, видимо, может защитить плотная одежда или вентиляторы, разгоняющие облака.

Погружения на поверхность

Пока что все аппараты, которые опускались на поверхность Венеры, существовали там не больше нескольких часов. Однако, возможность существования сложного технического комплекса на поверхности Венеры уже доказана на опыте. Дело за инженерами! Конечно, создать венероход гораздо сложнее, чем марсоход - но нет сомнений, что рано или поздно венероходы будут созданы. На поверхности Венеры можно даже соорудить базу для роботов, которая будет охлаждаться с помощью энергии, поступающей сверху, из стационарного города.

Иной вопрос - присутствие человека. Человек не может жить на поверхности Венеры - огромные температура и давление, которые уничтожили несколько разведывательных аппаратов из прочной стали, совсем не подходят для людей. Однако, мы можем совершать кратковременные погружения из облачного слоя на поверхность планеты, подобно тому, как погружаемся в прочных батискафах на дно земных океанов.

Поверхность Венеры богата радиоактивными материалами - такими, как уран и торий. Запасы урана на Земле скоро подойдут к концу. На Марсе урана еще меньше, чем на Земле. А вот на Венере его в избытке, что позволяет использовать его в местных АЭС летающих городов. В результате можно строить сколь угодно большие летающие города, независимые от солнечной энергии и погоды.

Итак, можно сделать два вывода о возможности освоения Венеры человеком:

В начале освоение Венеры будет проходить тяжело - куда сложнее, чем освоение Луны и Марса (и, тем более, Земли).
Но после создания соответствующей инфраструктуры Венеру станет осваивать куда легче, чем Луну и Марс.

Осталось ответить на один вопрос: а зачем человеку жить на Венере?

Венера - самое удачное место в Солнечной системе

Поговорим об экономике. В Солнечной системе всего три планеты, которые может колонизировать человек: Венера, Земля и Марс. В КОБ предложено измерять экономические возможности в энергетических единицах (например, киловатт-часах). Это разумно, ибо в современном производстве самый ценный ресурс - это энергия. Что касается материальных ресурсов, их и на Венере, и на Земле, и на Марсе вполне достаточно.

С точки зрения энергетики, Венера - самое выгодное место в Солнечной системе - из тех, которые пригодны для самостоятельной жизни человека. Действительно, энергетический ресурс, как и любой другой ресурс, оценивается не количеством его в наличии (в наличии у нас ресурс Солнца, который для человечества почти бесконечен!), а допустимым потоком ресурса . То есть, важна не энергия, а мощность. Кроме собственных ресурсов, у каждой планеты есть приходящий энергетический ресурс: поток солнечной энергии, который она получает, перерабатывает, превращая в другие виды энергии, и отдаёт назад в космос.

Но допустимый поток энергетического ресурса куда меньше приходящего потока солнечного света. Действительно, даже если бы можно было ловить весь приходящий солнечный свет, обклеив всю планету солнечными батареями (что уже нереально), планета просто перегрелась бы и разрушилась. Любая открытая сложная система имеет ограниченные возможности по понижению энтропии. Чем больше в систему приходит энергии, тем больше повышается её энтропия. Если поток энергии превышает негаэнтропийные возможности системы, энтропия системы неограниченно растёт и система разрушается.

Негаэнтропийные возможности Земли мы видим сейчас на практике: Земля потребляет слишком много высокоэнтропийной энергии сжигания топлива, что ведёт к парниковому эффекту. Но даже если перейти исключительно на солнечную энергетику, её возможности всё равно будут ограничены: солнечные батареи понижают альбедо Земли, заставляя её потреблять слишком много солнечной энергии. Если Земля будет потреблять больше солнечной энергии, чем потребляет Венера, она может превратиться в Венеру - то есть, погибнуть.
Негаэнтропийные возможности Марса ещё ниже, чем у Земли. Действительно, перегрев планеты приведёт к подтаиванию слоя вечной мерзлоты, который у Марса сплошной - то есть, будет таять и проваливаться вся поверхность планеты! Это приведёт к неизбежной гибели возможной марсианской жизни и разрушению всех искусственных построек.

Зато негаэнтропийные возможности Венеры необычайно высоки. Действительно, Венере практически не грозит перегрев: сколько её не грей, это приведёт разве что к поднятию облачного слоя ещё выше, что никак не отразится на летающих городах. Венере не грозит ни парниковый эффект, ни радиоактивное заражение поверхности (там и так полно радиоактивных металлов, да и жить на поверхности никто не будет). То есть, на Венере можно использовать в неограниченных количествах все виды энергетики, включая ядерную и термоядерную. В принципе, можно представить себе уровень производства энергии, который приведёт к разрушению системы венерианских баз - например, если поверхность планеты начнёт плавиться и испаряться. Но этот уровень превосходит все возможности и потребности человечества в течение ближайших веков.

Таким образом, в пересчёте на энергетический ресурс, Венера - экономически самое выгодное место для жизни людей в Солнечной системе. С учётом перенаселённости и экологических проблем на Земле, возможно, что Венера станет даже более благоприятной для освоения планетой, чем Земля! Возможно, Венера - будущий экономический (а значит, и политический) центр Солнечной системы.

Нужна ли терраформация Венеры?

Есть сторонники терраформации Венеры, которые утверждают, что в нынешнем виде планета непригодна для жизни, а сперва её, мол, нужно сделать похожей на Землю. Мы уже показали, что планета для жизни пригодна. Осталось показать, что терраформировать её незачем.

Выясним сперва, как можно терраформировать Венеру, ибо это определяет и ответ на вопрос, зачем её терраформировать.

Венере не хватает для терраформации трёх условий:

достаточного количества воды (напомним, что воды на Венере очень мало!)
температуры на поверхности хотя бы ниже 100 градусов Цельсия (сейчас там 470 градусов)
давления на поверхности не больше 10 атмосфер (сейчас там 90 атмосфер)

Чтобы понять, как выполнить эти условия, надо вспомнить, что Венера - планета земной группы. В начале её развития условия на ней были такими же, как на Земле. Но потом какие-то факторы привели к упомянутому различию условий. Рассмотрим иерархию этих факторов (с точки зрения современной науки), которой соответствует иерархия интервалов времени:

Медленное вращение Венеры и отсутствие у неё магнитного поля - фактор стал работать миллиарды лет назад.
Водяной пар распадается на кислород и водород, водород из-за отсутствия магнитного поля уносится солнечным ветром. Возможно, и сам водяной пар уносится солнечным ветром, поэтому воды на Венере мало. Фактор действует в течение сотен миллионов лет.
Нет воды, которая может поглощать углекислый газ, при этом вулканическая деятельность приводит к его выделению. В результате в атмосфере скапливается много углекислого газа, повышается атмосферное давление. Фактор действует в течение сотен тысяч и миллионов лет.
Обилие углекислого газа приводит к парниковому эффекту и нагреванию атмосферы. Фактор действует в течение десятков и сотен лет.

Изменить первые два фактора не так уж сложно: чтобы у Венеры появилось магнитное поле, нужно ускорить её вращение, придав ей необходимый момент импульса. Для этого нужно подвергнуть её бомбардировке массивными объектами - астероидами. Астероиды можно передвигать, устроив серию взрывов на их поверхности. А если астероиды - ледяные, то мы изменим сразу и второй фактор, добавив в атмосферу воду. Итак, первый этап терраформации Венеры - её бомбардировка ледяными астероидами и раскручивание. Даже если мы не проведём полную терраформацию, частичная терраформация первого этапа всё равно может нам понадобиться: вода - ценный ресурс.

На втором этапе нам нужна жидкая вода - но, чтобы она появилась в больших количествах, нужно понизить температуру на Венере. Чтобы понизить температуру, нужно снизить парниковый эффект, убрав лишний углекислый газ. Чтобы убрать лишний углекислый газ, нужно поглотить его водой. Замкнутый круг? Нет, ведь есть альтернативный способ понижения температуры и альтернативный способ уменьшения количества углекислоты. Отсюда две возможные стратегии проведения терраформации Венеры, которые и излагаются в ненаучно-популярной литературе:

Понизить температуру атмосферы, повысив альбедо Венеры. Если понизить её хорошенько, углекислый газ замёрзнет, так что можно быстро закопать его и похоронить в океанах.
Понизить количество углекислого газа, запустив некий механизм его преобразования в другие вещества. После этого парниковый эффект за считанные десятилетия понизит температуру атмосферы.

Ни для кого ни секрет, что с каждым годом перед человечеством все острее встает проблема перенаселения. В моменты, когда сообщают о том, что родился шестимиллиардный, семимиллиардный жители планеты (а ведь на миллиард наша численность увеличилась всего лишь за 11 лет!), с тоской смотришь на незаселенные места.

И если осваивать север или опасные тропики кажется пустой затеей, то космическая романтика часто привлекает и манит. Чаще всего люди обращают внимания на ближайших соседей Земли - Марс и Венеру. О последней и будет вестись речь.

Не только ученые, но писатели-фантасты замечали сходство Земли и Венеры. Если к газовым гигантам (Юпитеру, Сатурну, Урану) как к потенциальному дому относиться сложно, то такие планеты, как Венера, можно представить заселенными. Так, её размеры, сила тяжести и даже состав весьма напоминают земные. При этом до начала серьезных космических исследований о её поверхности практически ничего не было известно - планета была постоянно закрыта облаками.

Поэтому изучали планету радиолокационными способами, ориентируясь на отражение радиоволн от поверхности. Неудивительно, что до 60-х, а нередко и после, картина в книгах была весьма далека от того, что мы знаем сейчас. К примеру, у Стругацких в "Стране багровых туч" на Венере существуют и жидкая вода, и растения, и даже примитивный животный мир. Правда, космонавты могут находиться на поверхности только в скафандре - близость Венеры к Солнцу сказывается на повышенной температуре, а атмосфера значительно отличается от земной.

То, что на Венере "жарко", Стругацкие угадали, но промахнулись где-то на четыреста градусов. Средняя температура планеты составляет около +467 градусов по Цельсию, что даже жарче, чем на ближайшей планете к Солнцу - Меркурии. Воды там нет, и если человечество будет переселяться, то придется использовать кометы или астероиды для её доставки. Впрочем, можно попробовать и синтезировать жидкость - к примеру, из атмосферного водорода и углекислого газа.

При использовании бомбардировки кометами или водно-аммиачными астероидами потребуется огромное количество воды - десять в семнадцатой степени тонн! Самая известная комета, комета Галлея, весит примерно в сто тысяч раз меньше, а если попытаться сбросить на Венеру ледяной астероид требуемых размеров, то его диаметр составит 600 километров. Впрочем, если такая авантюра удастся, то точно рассчитанной бомбардировке под силу сократить длинные венерианские сутки (117 земных суток), "раскрутив" Венеру вокруг её оси. Но для значительного ускорения, к сожалению, нужен астероид побольше, чем просто для доставки воды.

Среди других проектов по улучшению венерианских условий - внедрение в среду Венеры живых организмов. В 1961 году известный астрофизик Карл Саган предлагал забросить в атмосферу организмы хлореллы, рассчитывая, что водоросли будут активно размножаться, а с ростом их популяции атмосфера будет обогащаться кислородом. Это поможет снизить парниковый эффект, и, как следствие, температуру на поверхности планеты. Сейчас в подобных планетах фигурируют в основном генно-модифицированные сине-зеленый водоросли или споры плесени, поскольку без генной модификации организмам на Венере выжить будет проблематично.

Но, к сожалению, какими бы перспективными не казались все перечисленные проекты, пока что их осуществлять слишком затруднительно. Так что остается лишь мечтать о том, что когда-нибудь человечество сможет покорить эту планету: одновременно и похожую на нашу Землю, и очень от неё отличающуюся.

Астрономы порой называют Венеру злым близнецом Земли, поскольку планета классифицируется как землеподобная, однако условия на этих двух мирах очень разнятся. Вторая планета Солнечной системы невероятно раскалена и покрыта токсичными облаками. Но всего лишь (по космическим меркам, конечно) один или два миллиарда лет назад две "сестры", возможны, были очень схожи.

Новое компьютерное моделирование американских учёных предполагает, что совсем ещё юная Венера могла напоминать нашу родную планету - и, вероятно, она могла быть даже пригодной для жизни.

"Это одна из самых больших загадок Венеры: почему она так отличается от Земли? Вопрос становится ещё интереснее, если учесть астробиологию и вероятность того, что Венера и Земля были очень похожи во время зарождения жизни на Земле", — говорит Дэвид Гринспун (David Grinspoon) из Планетологического института в Тусоне.

Гринспун и его коллеги не первые, кто предложил гипотезу, что Венера была когда-то пригодной для жизни. Она похожа на Землю по своему размеру и плотности, и тот факт, что две планеты образовались так близко друг к другу, говорит о том, что, вероятно, они созданы из аналогичных материалов.

Кроме того, Венера имеет необычайно высокое соотношение дейтерия к атомам водорода - признак наличия значительного количества воды, загадочным образом исчезнувшего со временем.

Чтобы создать имитацию ранней Венеры, исследователи обратились к модели условий окружающей среды, которая часто используется для изучения изменения климата на Земле. Они создали четыре версии для Венеры, каждая из которых слегка менялась в деталях - например, касательно количества света, получаемого от Солнца, или продолжительности суток Венеры.

Там, где информации о климате Венеры было мало, учёные заполняли их предположениями. Они также добавили не очень глубокий океан, занимающий около 10% от объёма океана Земли, покрыв им около 60% всей поверхности планеты.

Изучая то, как каждая версия могла эволюционировать с течением времени, исследователи заметили, что есть все основания полагать: Венера была схожа с ранней Землёй и могла быть пригодной для жизни в течение значительного периода. Наиболее перспективной оказалась та версия, в которой у Венеры была довольно умеренная температура и густой облачный покров.

Могла ли жизнь возникнуть на такой молодой Венере? Исследователи не исключают эту возможность. Однако всё равно спустя какое-то время вода в океанах испарилась и, конечно, вулканы также помогли резко изменить пейзаж около 715 миллионов лет назад.

По словам учёных, чтобы укрепить эти выводы, будущие миссии к Венере должны тщательно искать признаки эрозии, связанные с водой, недалеко от экватора. Они могли бы представить доказательства наличия океанов, которые были в их моделировании. Такие признаки уже были обнаружены на Марсе.

Последние статьи