МИНИСТЕРСТВО ОБЩЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РОСТОВСКОЙ ОБЛАСТИ
МАОУ ГИМНАЗИЯ «МАРИИНСКАЯ»
Колонизация Венеры
Наименование секции: естественно-научная
Работу выполнил:
Онопченко Тарас, 11 класс «б»
МАОУ гимназия «Мариинская»
Руководитель:
,
учитель физики
ТАГАНРОГ
2018
I Введение ……………………………………………
II Основная часть …………………………………….
2.1. История исследования планеты Венеры ………………….....…
2.2 Современные условия на Венере ………………
2.3. Привлекательность и трудности освоения и терраформирования
2.4. Земля и Венера. Сравнение параметров.
2.5. Способы освоения. Разработанные теории ученых.
III Заключение ………………………………………
Список использованной литературы ……………..
I. Введение
Актуальность
В последнее время демографы бьют тревогу: перенаселение Земли с каждым годом становится все более насущной проблемой для нашей планеты. Рост количества людей грозит социальной и экологической катастрофой. Опасные тенденции заставляют специалистов искать пути решения данной проблемы. Есть ли угроза?
Угроза заключается в том, что в случае демографического кризиса на Земле закончатся ресурсы, и часть населения окажется перед фактом недостатка пищи, воды или других важных средств существования.
Разработка решения этой проблемы ведется в разных направлениях. Существует несколько теорий о том, как справиться с демографической проблемой земли. Борьба с перенаселением планеты может осуществляться с помощью стимулирующей политики планирования семьи. В некоторых странах с высокой рождаемостью ведется ограничительная демографическая политика. Для того чтобы перенаселение Земли не стало фатальным для всей планеты, необходимо рациональнее использовать ресурсы. К примеру, Швеция уже к 2020 году откажется от источников топлива органического происхождения (их заменит энергия из возобновляемых источников). В качестве экологических мероприятий по охране биосферы отлично подходит открытие новых заповедников и национальных парков. Однако подобные меры не избавят мир от перенаселения, лишь сгладят его самые негативные последствия.
Я же предлагаю рассмотреть этот вопрос с другой стороны. Может ли помочь в решении проблемы перенаселения Земли само космическое пространство?
Земля перенаселена и рано или поздно станет вопрос об освоении ближайших планет Солнечной системы (Венера, Марс).
Рассмотрим вопрос колонизации Венеры.
Гипотеза
На Венере возможно провести колонизацию, если будет разработан технологически-доступный проект учеными.
Объект исследования: планета Солнечной системы, Венера.
Предмет исследования: создание условий на Венере для жизнедеятельности землян.
Обозначив проблему, выдвигаем следующую цель исследования: рассмотреть наиболее оптимальные методы колонизации Венеры.
В соответствии с проблемой, объектом, предметом и целью исследования были поставлены следующие задачи:
1) изучить научную литературу, интернет - ресурсы, связанные с проблематикой исследования;
2) выявить факторы, которые могут повлиять на колонизацию Венеры;
3) рассмотреть преимущества и недостатки существующих проектов колонизации;
4) сделать выводы о возможности колонизации Венеры.
Методы исследования:
- анализ литературы;
- анализ материалов Интернет;
- анализ и обобщение полученных данных.
II. Основная часть
2.1. История исследования планеты Венеры
Планета Венера была известна ещё людям эпохи неолита. Планету хорошо знали древние греки, египтяне, китайцы, жители Вавилона и Центральной Америки, племена Северной Австралии. Но, в связи с особенностями наблюдения Венеры только утром или вечером, древние астрономы считали, что видят совершенно разные небесные объекты, поэтому и называли утреннюю Венеру одним именем, а вечернюю — другим. Так, греки вечерней Венере дали имя Веспер, а утренней — Фосфор. Два названия планете дали и древние египтяне. Индейцы майя умели вычислять её синодический период.
Первыми людьми, понявшими, что Венера утренняя и вечерняя — одна и та же планета, были греческие пифагорейцы; чуть позже другой древний грек — Гераклид Понтийский, предположил, что Венера и Меркурий вращаются вокруг Солнца, а не Земли. Примерно в тоже время греки дали планете имя богини любви и красоты Афродиты.
А вот привычное для современных людей название «Венера» планета получила от римлян, назвавших её в честь богини-покровительницы всего римского народа, занимавшей в римской мифологии тоже место, что и Афродита в греческой.
Как видно, древние астрономы лишь наблюдали за планетой, попутно вычисляя периоды вращения и составляя карты звёздного неба. Делались и попытки вычислить расстояние от Земли до Солнца, наблюдая за Венерой. Для этого необходимо, при прохождении планеты непосредственно между Солнцем и Землёй измерить незначительные различия времени начала или окончания прохождения в двух достаточно удалённых точках нашей планеты. Расстояние между точками в дальнейшем используется как длина базы для определения расстояний до Солнца и Венеры.
Историки не знают, когда впервые астрономы наблюдали прохождение планеты Венеры по диску Солнца, зато знают имя человека, первым предсказавшим такое прохождение. Им был немецкий астроном Иоганн Кеплер, предсказавший прохождение 1631 года. Однако, в предсказанном году, ввиду некоторой неточности кеплеровского прогноза, в Европе прохождение никто не наблюдал...
Зато другой астроном — Джерома Хоррокс, уточнив расчёты Кеплера, выяснил точные периоды повторения прохождений, и 4 декабря 1639 года из своего дома в Мач Хул в Англии, смог воочию увидеть прохождение Венеры по диску Солнца.
С помощью простого телескопа Хоррокс спроецировал солнечный диск на доску, где можно было безопасно для глаз наблюдателя видеть всё, что происходило на фоне солнечного диска. И вот в 15 часов 15 минут, всего за полчаса до заката Солнца, Хоррокс наконец увидел спрогнозированное прохождение. С помощью проведённых наблюдений английский астроном попытался дать оценку расстоянию от Земли до Солнца, которое оказалось равным 95,6 млн. км.
В 1667 г. Джованни Доменико Кассини предпринял первую попытку определить период вращения Венеры вокруг оси. Полученное им значение было очень далёким от действительного и составляло 23 часа 21 минуту. После наблюдений Хоррокса и Кассини, зная расчёты Кеплера астрономы всего мира с нетерпением ждали следующей возможности наблюдать прохождение Венеры. И такая возможность им представилась в 1761 году. Среди астрономов, ведших наблюдения, был и наш русский учёный Михаил Васильевич Ломоносов, обнаруживший при вступлении планеты на солнечный диск, а также при сходе с него яркое кольцо вокруг тёмного диска Венеры. Ломоносов объяснил наблюдаемое явление, впоследствии названное его именем («явление Ломоносова») наличием у Венеры атмосферы, в которой преломлялись солнечные лучи.
Спустя 8 лет наблюдения продолжили английский астроном Уильям Гершель и немецкий астроном Иоганн Шретер, вторично "открыв" венерианскую атмосферу.
В 60-х годах XIX века астрономы стали делать попытки выяснить состав обнаруженной атмосферы Венеры, и прежде всего определить наличие в ней кислорода и водяного пара с помощью спектрального анализа. Однако ни кислорода, ни водяного пара найдено не было. Спустя какое-то время, уже в двадцатом веке, попытки найти «газы жизни» возобновились: наблюдения и исследования вели в Пулкове (Россия) и Весто Мелвин Слайфер во Флагстаффе (США).
В том же XIX в. итальянский астроном Джованни Скиапарелли вновь попытался установить период вращения Венеры вокруг своей оси. Предположив, что обращение Венеры к Солнцу всегда одной стороной связано с её очень медленным вращением он установил период её вращения вокруг оси как равный 225 суткам, что было на 18 дней меньше реального.
В 1923 году Эдисон Петтит и Сэт Николсон на обсерватории Маунт-Вилсон на горе Вильсон в Калифорнии (США) приступили к измерениям температуры верхних облаков Венеры, которые впоследствии проводили многие учёные. Спустя 9 лет американские астрономы У. Адамс и Т. Дэнхем на той же обсерватории зафиксировали в спектре Венеры три полосы, принадлежащие углекислому газу (CO2). Интенсивность полос позволила сделать вывод о том, что количество этого газа в атмосфере Венеры во много раз превышает его содержание в атмосфере Земли. Других газов в венерианской атмосфере обнаружено не было.
В 1955 году Уильям Синтон и Джон Стронг (США) измерили температуру облачного слоя Венеры, которая оказалась равной -40°С, а вблизи полюсов планеты ещё ниже.
Кроме американцев исследованием облачного слоя второй от Солнца планеты занимались советские учёные , и , французский астроном Б. Лио. Их исследования, а также теория рассеяния света плотными атмосферами планет, развитая Соболевым, свидетельствовали о том, что размеры частиц облаков Венеры около одного микрометра. Учёным оставалось лишь выяснить природу этих частиц и более подробно изучить всю толщу облачного слоя Венеры, а не только его верхнюю границу. А для этого необходимо было послать к планете межпланетные станции, которые впоследствии и были созданы учёными и инженерами СССР и США.
2.2. Современные условия на Венере
Температура поверхности планеты 462°С(Венера — одна из самых горячих планет Солнечной системы), огромное атмосферное давление — около 93 атм (бар), состав атмосферы: углекислый газ — 96 %, азот — 3,5 %, угарный газ и сернистый газ — 0,3 %, кислород и водяной пар — 0,12 %. Недавно были заново исследованы и обработаны телевизионные изображения (панорамы) поверхности Венеры, полученные тридцать лет назад и более. На них обнаружилось несколько объектов размером от дециметра до полуметра, которые меняли форму, положение в кадре, появлялись на одних изображениях и пропадали на других. А на ряде панорам явственно наблюдались осадки, которые выпадали и таяли на поверхности планеты.
2.3 Привлекательность и трудности освоения и терраформирования
Привлекательность:
Венера — сестра-близнец нашей планеты: диаметр Венеры 12104 км (95 % диаметра Земли), масса 4,87·1000000000000 млрд. тонн (81,5 % массы Земли), ускорение силы тяжести 8,9 м/сІ (91 % земной силы тяжести). Венера является ближайшей к нам планетой Солнечной системы. На Венеру попадает много солнечной энергии, которую потенциально можно использовать для терраформирования.Трудности:
На Венере очень жарко — средняя температура на поверхности +467 °C (жарче, чем на Меркурии).2. Давление на поверхности Венеры 93 атмосферы.
3. Атмосфера Венеры состоит на 97 % из CO2.
4. На Венере практически нет воды, поэтому её необходимо доставить туда искусственным путём. Например, из комет или астероидов, либо найти способ синтеза воды (например, из атмосферного CO2 и водорода).
5. Венера вращается в обратную сторону по сравнению с Землёй и другими планетами Солнечной системы, наклон оси вращения к перпендикуляру плоскости орбиты составляет 178°. Из-за такого необычного сочетания направлений и периодов вращения и обращения вокруг Солнца смена дня и ночи на Венере происходит за 117 земных суток, поэтому день и ночь продолжаются по 58,5 сут.
6. Магнитосфера Венеры значительно слабее земной, кроме того, Венера расположена ближе к Солнцу, чем Земля. Вследствие этого в ходе терраформирования (при уменьшении массы атмосферы) уровень радиации на поверхности планеты может оказаться повышенным в сравнении с Землей.
2.4. Земля и Венера. Сравнение параметров.
Сходство
Давайте посмотрим на сходство в первую очередь. Для начала, размер Венеры очень близок к Земле. Ее диаметр 12,103.6 км., это 95% диаметра нашей планеты (12,756.2 км.). Если поставить две планеты бок о бок, вам придется нелегко, угадывая какая из них больше.
Объем — 85,7% объема и 90% площади поверхности Земли. Масса — 81,5% и даже сила тяжести составляет 90% от той, что вы испытываете на Земле.
Состав планет тоже похож. Обе имеют металлические ядра, окруженные мантией, и покрытые тонкой корой. Однако есть некоторые различия.
Различия
Изучив специальную литературу, я выяснил, что ядро Земли имеет конвекцию, которая генерирует планетарное магнитное поле, в то время как она не имеет магнитное поле. Она имеет тектонику плит, которые помогают тепловыделению внутри планеты, в то время как на второй планете от Солнца это отсутствует.
Атмосфера
Над безжизненной поверхностью Венеры лежит уникальная, самая плотная в Солнечной системе, атмосфера, обнаруженная в 1761 г. , наблюдавшим прохождение планеты по диску Солнца.
Атмосфера Венеры настолько плотная, что разглядеть сквозь неё какие-либо детали на поверхности планеты абсолютно невозможно. Поэтому долгое время многие исследователи полагали, что условия на Венере близки к тем, что были на Земле в каменноугольный период, а следовательно, там обитает и похожая фауна. Однако, проведённые с помощью спускаемых аппаратов межпланетных станций исследования показали, что климат Венеры и климат Земли — две большие разницы. Так, если температура нижнего слоя воздуха на Земле редко превышает +57°C, то на Венере температура приповерхностного слоя воздуха достигает 480°C, причём её суточные колебания незначительны.
Значительные различия наблюдаются и в составе атмосфер двух планет. Если в атмосфере Земли преобладающим газом является азот, с достаточным содержанием кислорода, незначительным содержанием углекислого и других газов, то в атмосфере Венеры ситуация прямо противоположная. Преобладающую долю атмосферы составляет углекислый газ (~97%) и азот (около 3%), с небольшими добавками водяного пара (0,05%), кислорода (тысячные доли процента), аргона, неона, гелия и криптона. Она имеет облака, содержащие серную кислоту.
Давление и плотность атмосфер обеих планет также сильно различается. Например, атмосферное давление на Венере — около 93 атмосфер (в 93 раза больше чем на Земле), а плотность венерианской атмосферы почти на два порядка выше, чем плотность атмосферы Земли и всего в 10 раз меньше плотности воды. Столь высокая плотность не может не сказаться на общей массе атмосферы, которая примерно в 93 раза превышает массу атмосферы Земли.
Наличие воды
Земля имеет огромные запасы воды, в то время как Венера полностью суха. Нет никаких запасов воды на поверхности, и только следовые количества воды были найдены в атмосфере.
Спутники
И последняя разница: у Земли есть Луна, а у Венеры нет спутников.
Внутреннее строение
Средняя плотность Венеры — одна из самых высоких в Солнечной системе: 5,24 г/см3, что лишь на 0,27 г меньше чем плотность Земли. Очень похожи также массы и объёмы обеих планет, с той разницей, что у Земли эти параметры несколько больше: масса в 1,2 раза, объём в 1,15 раз.
Исходя из рассмотренных параметров обеих планет можно сделать вывод, что и внутреннее строение их схожее. И действительно: Венера, так же как и Земля состоит из 3-х слоёв: коры, мантии и ядра.
Самый верхний слой — венерианская кора, толщиной примерно 16 км. Состоит кора из базальтов, имеющих невысокую плотность — порядка 2,7 г/см3, и сформированных в результате излияния лавы на поверхность планеты.
Ядро Венеры, масса которого составляет около четверти всей массы планеты, а плотность — 14 г/см3 — твёрдое или частично расплавленное. Данное предположение выдвинуто на основании изучения магнитного поля планеты, которого попросту нет. А раз нет магнитного поля, значит нет источника, который это магнитное поле генерирует, т. е. в железном ядре нет перемещения заряженных частиц, следовательно, движения вещества в ядре не происходит. Правда магнитное поле может не генерироваться и из-за медленного вращения планеты...
Способы освоения. Разработанные теории ученых.
1.Идея Джеффри Лэндиса.
Джеффри Лэндис предложил идею заселения облаков Венеры на высоте 50 км над поверхностью. Для этого необходимо наполнить воздушный шар азотом, кислородом, и жить внутри шара. На этой высоте давление равно одной атмосфере.
Сферический шар диаметром в 1 км сможет поднять 700 000 тонн. Шар диаметром в 2 км поднимет шесть миллионов тонн. В результате получится среда по размерам как типичный город.
Даже если воздушный шар лопнет. Это не будет похоже на обычный лопнувший шарик. Поскольку давление внутри шара будет таким же, как давление снаружи, воздух через трещину будет просачиваться медленно и не приведет к мгновенному катастрофическому взрыву. Это будет похоже на открытое окно. Чем больше жилая среда, тем медленнее будет этот процесс.
Защитить воздушный шар от облаков серной кислоты возможно и проверено учеными. В 1985 году советская миссия «Вега» облетела Венеру. «Вега» привезла два шара в атмосферу Венеры, которые плавали в атмосфере как раз на уровне 50 км. Внешний слой этих шаров был простым тефлоном. Тефлон обеспечивал абсолютную защиту от серной кислоты.
2.Идея изменения атмосферы. Карл Саган.
Карл Саган предложил забросить в атмосферу Венеры некоторое количество хлореллы. Не имея естественных врагов, водоросли будут бурно размножаться в геометрической прогрессии и относительно быстро зафиксируют в органических соединениях находящийся там в большом количестве углекислый газ и обогатят атмосферу Венеры кислородом. Это, в свою очередь, снизит парниковый эффект, благодаря чему температура поверхности Венеры понизится
3.Нейтрализация кислотной атмосферы
Ударное распыление в атмосфере металлического метеора может привести к связыванию серной кислоты в соли, с сопутствующим выделением воды или водорода (в зависимости от точного состава метеора). Возможно использовать водородную бомбу достаточной мощности, чтобы одновременно вызвать пылевую "ядерную зиму" и этой же пылью связать кислоту.
4.Решение Проблемы отсутствия у Венеры магнитного поля
Первый путь — «раскрутка» планеты. Возникнет «магнитное динамо». По косвенным признакам, на Венере присутствуют механизмы, аналогичные земной тектонике плит. Венера имеет металлическое ядро.
Второй путь — прокладка вдоль экватора Венеры электрического провода (лучше всего сверхпроводникового) и возбуждение в нём тока. Несмотря на грандиозность этой задачи, она представляется более осуществимой в техническом плане, чем первый путь.
5.Доставка воды на Венеру
Путём астероидной бомбардировки. Для решения проблем с водой, и создания приемлемой гидросферы на Венере требуется не менее 1017 тонн воды. Требуемый ледяной астероид должен иметь диаметр около ~ 600 км, что примерно в 6 раз меньше диаметра Луны.
6.Доставка зонда на Венеру
Лори Глейз предлагает отправить роботизированный зонд в глубины венерианской атмосферы, чтобы лучше понять нашу соседку. «ДаВинчи» попытается ответить на фундаментальные вопросы о Венере, о составе и динамике ее атмосферы.
Существуют и другие планы колонизации, несвязанные с «оземлением» Венеры. Это создание на планете бункеров с подходящими для человека условиями, это использование роботов для эксплуатации венерианских ресурсов.
Вывод
Изучив научную литературу, интернет-ресурсы, связанные с проблематикой исследования, можно прийти к выводу о том, что на сегодняшний день колонизация венеры не возможна, ибо для создания сложной технической инфраструктуры необходимо присутствие искусственного интеллекта, а лучше человека. Отсюда - необходимость полёта человека к Венере и создания венерианской орбитальной станции. Полёт к Венере 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.
Еще не скоро уровень развития технологий будет таким, что позволит воплотить в жизнь теории освоения планеты.
Среди различных теорий колонизации, самой реальной можно считать Идея Джеффри Лэндиса, идею заселения облаков Венеры в шарах, но тут тоже есть проблема.
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.
Проживая в шарах в атмосфере можно начать терраформирование планеты, начать можно с переработки атмосферы Венеры, на это потребуются многие века, а может быть, и тысячелетия. Но такой вариант терраформации возможен. Только здесь возникает второй вопрос: зачем нужна такая терраформация? Ведь за века она неизбежно столкнётся со "встречным"процессом антропоформации.
Жители летающих городов изменятся до неузнаваемости, и им уже не нужна будет иная среда обитания. Более того, если Венера станет столицей Солнечной системы, вряд ли им нужен будет проект, превращающий Венеру во вторую Землю и тем самым снижающий её негаэнтропийные возможности.
Список литературы и ресурсов
http://cyclowiki. org/wiki/%D0%9A%D0%BE%D0%BB%D0%BE%D0%BD%D0%B8%D0%B7%D0%B0%D1%86%D0%B8%D1%8F_%D0%92%D0%B5%D0%BD%D0%B5%D1%80%D1%8B
https://vnpru. /36007.html
http://mirkosmosa. ru/solnechnaya-sistema/venera/venera-zagadki-poverhnosti-ili-est-li-zhizn-na-venere
http://zarya21veka. ru/zhizn-na-venere. html
https://cosmos. mirtesen. ru/blog/43685008295/ZHizn-na-Venere:-realnost-ili-fantastika
“Солнечная система” Маркус Чаун, ООО “Издательство АСТ”
