Sauerstoff auf den Mond bringen - der einfache Weg

Es wäre schön, wenn es auf dem Mond eine Atmosphäre mit Sauerstoff gäbe; tatsächlich könnte es nur Sauerstoff bei 1/5 des Erddrucks sein. Dort könnten Menschen wohnen. Angesichts der geringeren Schwerkraft des Mondes würde die Atmosphäre natürlich in den Weltraum entweichen, aber dafür würde es Hunderttausende von Jahren dauern (ungefähr 1 Million Jahre, wenn ich mich gut erinnere). Genug Zeit für 50 menschliche Zivilisationen, um sich nacheinander zu entwickeln.

Jetzt gibt es Sauerstoff auf dem Mond, aber er ist in Felsen und wahrscheinlich in etwas Wasser fixiert. Was wäre der beste und einfachste Weg, eine Atmosphäre daraus zu machen?

Meine Vermutung ist, dass dies mit einer ausreichend starken Energiequelle möglich ist. Steine ​​oder Wasser können durch Erhitzen zersetzt werden.

Dafür könnte man das Licht der Sonne verwenden, wenn man es konzentriert. Kernreaktoren und Atombomben könnten auch verwendet werden, aber das scheint nicht so einfach zu sein, weil es kostet, sie zu schicken; Der Bau eines automatisierten Kernkraftwerks / einer Bombenfabrik auf dem Mond mag billiger sein, aber es treten andere Probleme auf (Erze, Anlagendefekte usw.).

Meine erste Vermutung zu einer Lösung wäre also die Nutzung von Sonnenenergie mit Spiegeln, die an Ort und Stelle eingebaut oder von der Erde (als dünne Plastikplatten) gebracht werden können. Aber wie viel von der Mondoberfläche müsste dafür genutzt werden? Ich würde nicht zu viel davon mit Sauerstofffabriken abdecken; das würde auch einiges kosten. Nehmen wir an, wir wollen dort in einer angemessenen Zeit (Hunderte von Jahren) eine Atmosphäre haben. Welcher Ansatz ist zu verwenden?

Wenn es hilft, können Sie an einen anderen Planeten denken, sagen wir Mars. Was auf dem Mond problemlos funktionieren würde, sollte auch auf dem Mars funktionieren.
"wie viel Mondoberfläche müsste genutzt werden" - das hängt nur von dem Zeitrahmen ab, den Sie benötigen. Wenn es wirklich möglich ist, einen Sauerstoff am Mond zu halten, dann braucht man dafür in einem Jahrzehnt zehnmal mehr Spiegel als in einem Jahrhundert.
Siehe auch hier – die Zeit bis zum Verlust der erdähnlichen Atmosphäre beträgt etwa tausend Jahre, nicht eine Million. Dies bedeutet, dass Ihre dünne Sauerstoffatmosphäre in viel kürzerer Zeit in gewisser Weise unbewohnbar wäre.
Warum allerdings? Der einzige überzeugende Grund, den Mond zu besiedeln, ist die geringe Schwerkraft und das Fehlen von Atmosphäre. So wie es ist, ist es eine gute Werft mit reichlich Rohstoffen und geringem Treibstoffbedarf, um in den Orbit zu gelangen. Wenn Sie riesige „Außen“-Räume benötigen, können Sie einen Krater überwölben und das Innere unter Druck setzen. Es wäre sicherlich ein unglaubliches Mega-Engineering-Projekt, aber weit weniger als eine Atmosphäre zu schaffen und aufrechtzuerhalten.
@Molot: Ich bin mir immer noch nicht sicher, wann die Atmosphäre in den Weltraum entweichen würde. Ich werde nach genaueren Ergebnissen darüber suchen.
@UIDAlexD: Sie haben Recht, aber ich glaube nicht, dass eine Atmosphäre schaden würde; Starts würden im Weltraum mit geringeren Geschwindigkeiten durchgeführt als hier auf der Erde. Vielleicht könnte sogar ein Mondflugzeug entkommen, indem es in seine Atmosphäre beschleunigt.
Hat der Mond genug Schwerkraft, um überhaupt eine Atmosphäre zu halten? Befindet es sich tief genug in der Magnetosphäre der Erde, dass die Atmosphäre nicht vom Sonnenwind abgestreift wird? Das könnte so sein, als würde man versuchen, einen Eimer voller Löcher zu füllen. Sie können es kurz voll halten ... bis Ihre Wasserquelle versiegt ist.
@JBH: Stimmt. Aber "kurz" könnte für Hunderttausende von Jahren bedeuten, was im Maßstab der menschlichen Zivilisation eine enorme Zeitspanne ist.
Es scheint, dass der Mond vor etwa 3,5 Milliarden Jahren aufgrund vulkanischer Aktivität tatsächlich eine Atmosphäre hatte. Es hatte 1% des atmosphärischen Drucks der Erde und dauerte für eine Zeit in der Größenordnung von 10-70 Millionen Jahren (nicht klar, welche Grundlinie dies ist, wahrscheinlich der heutige Druck): dies und das .
Unter Verwendung der Daten in dem oben zitierten Artikel scheint es, dass die Fluchtzeit (t, Jahre) mit dem Druck (p, Pa) als variiert T = 75177 P . Das würde den Luftdruck der Erde auf dem Mond ergeben P =100 000 Pa eine Fluchtzeit T =7,5 Milliarden Jahre. Das ist jetzt in Ordnung, wenn es auf den heutigen Monddruck (3e-10 Pa) heruntergeht. Aber ich nehme an, ein Rückgang von nur 10 % (auf etwa 90 000 Pa) wäre signifikant. Das würde viel weniger Zeit in Anspruch nehmen. Die obige Formel ist dafür jedoch möglicherweise nicht sehr nützlich. Ich bin mir nicht sicher, wie ihr Modell gebaut wurde. Ich würde erwarten P variiert exponentiell mit der Zeit.
Ein weiteres Problem bei einer schweren Mondatmosphäre ist, dass sie sich extrem in den Weltraum ausdehnen würde. Dies bedeutet, dass die Schwerkraft an seiner Spitze erheblich unter der Oberflächengravitation liegen kann. Im Extremfall würde die Atmosphäre einen Erde-Mond-Lagrange-Punkt erreichen und in Richtung Erde entweichen. Dies ist ein anderer Fluchtmechanismus als die üblicherweise in Betracht gezogenen.
Sonnenwinde nicht vergessen. Die Schwerkraft hat weniger mit der Atmosphärenretention zu tun als mit einem guten Magnetfeld. Ihre Berechnungen könnten die Stabilität einer Mondatmosphäre stark überschätzen, wenn Sie nicht berücksichtigen, wie viel davon einfach weggeblasen wird. Ein weitaus realistischeres Modell für Planeten ohne geschmolzenen Kern ist der Bau einer Reihe großer Biodoms oder unterirdischer Bunker, dann produziert man einfach den Sauerstoff und nutzbare Immobilien nach Bedarf, anstatt zu versuchen, Jahrhunderte mit einem nicht nachhaltigen Terraforming zu verschwenden Projekt.
Sie haben Recht mit Sonnenwinden, aber ich suche sowieso nach einer Atmosphäre, die nicht lange anhält. Aber diese Idee von unterirdischen Räumen mit eigener Atmosphäre ist vielleicht noch besser: einfacher, billiger und effizienter. Kernreaktoren können die harte Arbeit erledigen, einschließlich Beleuchtung und Heizung.

Antworten (4)

Um eine dauerhafte Atmosphäre auf dem Mond zu erzeugen, müssten wir etwa 10.000 Tonnen Gas pro Tag produzieren, nur um ihn stabil zu halten. Quelle: http://www.geoffreylandis.com/moonair.html

Das ist viel. Um Ihnen eine Vorstellung zu geben: Unter normalen Bedingungen hat 1 m 3 Luft eine Masse von 1,024 kg. 10.000 Tonnen hätten ein Volumen von ca. 10.000.000 m 3 . Das ist fast das 50-fache des Abflusses pro Sekunde des Amazonas.

Wir können uns nur ein industrielles Setup vorstellen, das in der Lage ist, diese Leistung im Bereich von Sci-Fi zu erzielen. Bis wir die Technologie haben, um das wirklich auf dem Mond aufzustellen, sollten unsere Solarzellen effizienter sein als jetzt, und wir werden die Eisablagerungen auf dem Mond besser verstehen. Ansonsten erscheint mir die Berechnung Ihres Energiebedarfs sinnlos.

Zu guter Letzt glaube ich nicht, dass Sie Steine ​​verbrennen wollen, um eine Atmosphäre zu schaffen. Das ist verschwenderisch, und die Abfallnebenprodukte können die Luft unatmbar machen. Sie müssen auch die Karten für die Mondoberfläche alle paar Tage neu schreiben, um die gesamte Oberfläche auszugleichen, die Sie gegraben und herumbewegt haben.

Ferred, ich möchte ein Zitat aus dem von Renan verlinkten Artikel zitieren: The moon, however, keeps very little of the atmosphere it receives. Any gas it momentarily captures escapes from the surface very rapidly.Diese Antwort unterstützt meinen Hole-in-the-Bucket-Kommentar.
"Wir können uns nur ein industrielles Setup vorstellen, das in der Lage ist, diese Leistung im Bereich von Sci-Fi zu erzielen." Ich kann es nicht ertragen, keinen Spaß daran zu haben. Es ist schließlich Science-Fiction. Dr. Who konnte das mit seinem Schraubenzieher. :-P
@JBH Ich habe viel Spaß damit. Ich habe das nur aufgrund der Tags in der Frage erwähnt.
@JBH: Ihr Zitat gilt für eine sehr verdünnte Atmosphäre, in der der mittlere freie Weg der Moleküle (Länge zwischen 2 Kollisionen) sehr lang ist, vielleicht so groß wie die Höhe der Atmosphäre, sodass Moleküle leicht entweichen können, wenn sie Geschwindigkeiten über dem haben Fluchtgeschwindigkeit. Aber eine dichte Atmosphäre hätte eine in sich geschlossene Eigenschaft: Die mittlere freie Weglänge ist so klein, dass sie die meisten Moleküle zurückhalten würde, die sich schneller als die Fluchtgeschwindigkeit bewegen. Es würde nur die Moleküle verlieren, die in der oberen Schicht liegen und schnell genug sind.
Übrigens, 10 000 Tonnen Gas/Tag (ca. 100 kg/s) können mit einem automatisierten Generator erreicht werden, der mit Solarenergie betrieben wird. Im Vergleich dazu würde das Verbrennen von 100 kg/s Erdöl eine Leistung von etwa 4-5 GW erzeugen, was nicht so viel ist. Aber ich müsste mehr recherchieren, um ein realistisches Modell für atmosphärische Flucht auf dem Mond zu finden.

Die Verwendung von Wärme zur Zersetzung von Molekülen ist in einer Umgebung mit geringer Schwerkraft wie dem Mond eine schlechte Idee.

Bei hoher Temperatur haben die Moleküle eine höhere Durchschnittsgeschwindigkeit, was bedeutet, dass ein höherer Anteil der Moleküle genügend Geschwindigkeit hat, um der Schwerkraft gut zu entkommen. Dies wiederum bedeutet, dass Ihre geschätzte Lebensdauer der Atmosphäre erheblich kürzer sein wird.

Außerdem würdest du aus einer heißen Masse sowohl den Sauerstoff als auch das Material entwickeln, an das er gebunden war. Sie müssen sie schnell trennen, sonst rekombinieren sie (deshalb verwenden Sie kein Wasser, um extrem heiße Brände zu löschen, weil Sie damit nur Sauerstoff und Wasserstoff neben einen heißen Körper stellen). Problem der Ableitung der Wärmemenge, es sei denn, Sie möchten einen kochenden Planeten haben, der für das Leben völlig ungeeignet ist.

Sobald Sie über eine reichliche Energiequelle verfügen, wählen Sie den elektrolytischen Weg: Lösen Sie das Material in einem geeigneten Lösungsmittel, legen Sie Strom an und ernten Sie die entwickelten Substanzen.

Einerseits erhältst du Sauerstoff für deine Atmosphäre, andererseits erhältst du Metalle, die du für andere Zwecke auf deiner Mondkolonie verwenden kannst.

Wie wir hier sehen können, wird es selbst bei Umgebungstemperatur des Mondes keinen Sauerstoff für längere Zeit halten. Und auf der anderen Seite ist es in Ordnung, Wasser mit Temperatur zu brechen - solange Sie die entstehenden Gase natürlich kühlen, bevor Sie sie herauslassen. Aber die Kühlung sollte kein Problem sein, Spiegel bewirken, dass die Dinge an einer Stelle heiß und an einer anderen kühler werden, also gibt es reichlich kühles Gestein, das als Wärmeabfuhr dient.
Wasser ist praktisch ein universelles Lösungsmittel. Glaubst du, den Mond mit Wasser zu ersticken, kann den gewünschten Effekt haben? Außerdem kann Wasser bestrahlt werden, um zweiatomigen Sauerstoff und Wasserstoff freizusetzen, vielleicht wird die Sonne auf diese Weise für uns arbeiten?
Ich beabsichtige nicht, dass die Atmosphäre plötzlich erscheint, also kein riesiges Sieden der Mondoberfläche. Stattdessen soll Sauerstoff mit einer geringen Rate produziert und mit ausreichend hohem Druck in den Weltraum freigesetzt werden, damit er abkühlt, bevor die Moleküle der Schwerkraft des Mondes vollständig entkommen. Im Wesentlichen soll es als Gasfahne freigesetzt werden, die sich ausdehnen und abkühlen würde.
@B.fox: Ich würde sagen, Wasser hat auf dem Mond eine wichtigere Verwendung als die Gewinnung von Sauerstoff daraus. Außerdem kann es sein, dass dafür nicht genug Wasser vorhanden ist. Wasser zersetzt sich bei etwa 3000 Grad Celsius, was eine ziemlich hohe Temperatur ist. Es kann auch mit UV-Strahlung zersetzt werden, aber die Sonne produziert ziemlich wenig, also denke ich, dass es so lange dauern würde. Das Erhitzen von Wasser mit Licht kann besser sein.
@ Ferred Du hast recht, aber ich ziehe nur aus meinen alten Notizen zum Terraforming des Mondes. Das Wasserproblem könnte gelöst werden, indem der Mond mit Kometenfragmenten aus dem äußeren Sonnensystem bombardiert wird.
Sie können Wasser hereinbringen, indem Sie Kometen auf dem Mond abstürzen lassen; Sie können auf diese Weise sogar etwas Atmosphäre freisetzen. Kometen zum Mond zu bringen ist jedoch nicht einfach.
@Ferred Weder manifestiert noch eine Atmosphäre auf dem Mond und erhält diese aufrecht. Ich würde mir gerne vorstellen, dass eine Gesellschaft, die in der Lage ist, eine Mondatmosphäre zu schaffen, auch über eine bedeutende Weltrauminfrastruktur verfügt und möglicherweise auch Zugang zu einfachen Technologien wie Atomraketen (siehe Projekt Orion) hat, die die Aufgabe des Schleppens von Kometen und Asteroiden recht gut erfüllen können.
Jede Fabrik, die etwas durch Erhitzen produziert, wird/sollte die Wärme der Produkte nutzen, um die Eingangsmaterialien vorzuwärmen. Andernfalls wäre es eine wahnsinnige Energieverschwendung. Die Produkte werden immer nur moderat wärmer als die Inputs. Außerdem ist der Weltraum kalt, sodass Sie nur einen Heizkörper vor Sonnenlicht schützen müssen, und er kühlt die erzeugten Gase problemlos auf ziemlich frostige Temperaturen. -- Nichtsdestotrotz ist Erhitzen möglicherweise nicht der effizienteste Weg, um überhaupt Sauerstoff zu produzieren.
@B.fox: Die Zivilisation, die Luft auf den Mond bringen würde, ist ziemlich raumfahrtfähig und könnte theoretisch Kometen einfangen und sie auf den Mond stürzen. Aber sie machen Großes gerne auf die leichte Art, lassen die Dinge am liebsten geschehen. ZB: Sie würden ihre Leute nicht durch großflächige Landwirtschaft auf offenen Feldern ernähren, die arbeitsintensiv ist; Stattdessen würden sie riesige Tanks verwenden, um Bakterien und Hefen auf fossilen Brennstoffen zu züchten und diese dann in Lebensmittel umzuwandeln. Sie züchten lieber Insekten als Kühe. Sie würden glücklich Termiten essen, die auf Holz gewachsen sind. Sie halten die Dinge so einfach wie möglich.

Einfach. Alles, was Sie tun müssen, ist den Sauerstoff in der Atmosphäre des Mars auf den Mond zu übertragen. Hier ist wie.

  • Die Marsatmosphäre besteht zu etwa 96 % aus CO2. Stationen an den Polen komprimieren freie Luft in Kohlefasertanks, wo die Luft verflüssigt wird. Die Panzer werden mit einer elektromagnetischen Railgun senkrecht in den Weltraum geschossen.

  • Stationen im polaren Orbit fangen die Panzer ein und schießen sie per Railgun in nahe äquatoriale Umlaufbahnen.

  • Ionengetriebene Bomber fangen so viele der Panzer wie möglich in einem einzigen Orbitalvorbeiflug und einer Schleuder zum Mond.

  • Unterwegs frieren die Bomber den flüssigen Inhalt der Tanks zu großen Blöcken ein, die dann in einem weiteren Orbitalvorbeiflug auf wartende Stationen entlang des Mondäquators fallen gelassen werden und mit ihren Ladungen leerer Tanks wieder zum Mars geschleudert werden (ein Kreis). Die Panzer werden in eine äquatoriale Umlaufbahn abgeworfen, wo sie von den Polarumlaufbahnstationen wieder eingesammelt und von den Polarstationen zurückgeworfen werden.

  • Die Mondstationen vergasen die Luftblöcke des Mars in Sonnenkollektoren. Das CO2-Gas wird dann über lokal abgebauten Nickelkatalysatoren mit Wasserstoff kombiniert – der teilweise durch Cracken von Mond-Regolith in Sonnenöfen gewonnen wird, das andere Nebenprodukt ist Glas – und bildet eine Mischung aus Wasser und Methan.

  • Die wichtigsten Abgase wären Stickstoff und Argon, die beide auf dem Mond äußerst selten sind. Der Stickstoff hätte viele praktische Anwendungen in Industrie und Biochemie. Das Argon könnte verwendet werden, um Laser für den Krieg zu bauen.

  • Das Wasser wird über Solarvoltaik in Wasserstoff, der wieder in den Katalyseprozess eingespeist wird, und Sauerstoff, der frei in die Atmosphäre abgegeben wird, elektrolysiert.

  • Das Methan wird durch Glasstabmatrizen – hergestellt aus dem gebrochenen Regolith – in Hochtemperatur-Solarkollektoren geleitet, wodurch Wasserstoffgas produziert wird, das auch in den Katalyseprozess zurückgeführt wird, und feste Kohlenstoffe.

  • Der Kohlenstoff wird zur Herstellung zusätzlicher Kohlefasertanks verwendet, die mit Railguns in eine äquatoriale Umlaufbahn geschossen werden, um von vorbeifliegenden Bombern opportunistisch eingesammelt zu werden.

  • Wiederholen.

Der grundlegende Prozess ist hier dokumentiert https://patents.google.com/patent/US4452676 .

Das würde funktionieren, aber ich glaube nicht, dass es einfach sein wird. Ich würde lieber einige einfache Installationen die ganze Arbeit erledigen lassen. Aber trotzdem nette Idee.
Warum nicht das CO2 von der Venus mitbringen? Das CO2 würde auch Wärme zum Mond bringen.

Sobald Sie eine signifikante Atmosphäre mit einer Dichte von etwa einem Hundertstel Millibar haben, stabilisiert sie sich selbst, da sie mit der Höhe viel kälter wird. Das heißt, solange Sie sich an Sauerstoff und Stickstoff halten (keine Treibhausgase ausstoßen, und eine Ozonschicht ist auch schlecht)! Die Temperaturunterschiede zwischen Tag und Nacht werden ziemlich viel Wind erzeugen, aber nicht in den obersten Atmosphärenschichten, weil dort nicht genug Druck herrscht.

Wichtig ist, dass, wenn der Druck so weit (mit der Höhe) abgefallen ist, dass die mittlere freie Weglänge in den Kilometerbereich geht, die Temperatur so niedrig sein muss, dass praktisch kein Teilchen mehr Fluchtgeschwindigkeit hat.

Das Problem wird sein, über den ersten Schritt hinauszukommen, wenn die Gasmoleküle noch direkt von der heißen, sonnenbeschienenen Mondoberfläche ins All fliegen können, ohne andere Moleküle zu treffen.

@cmaster :-) Frohes neues Jahr übrigens!
Sauerstoff auf den Mond bringen - der einfache Weg
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