Wie hoch ist der Energiebedarf, um einen Teil der Venusatmosphäre zum Mars zu transportieren?

Angenommen, wir haben zwei große Portale gebaut und eines zur Venus und eines zum Mars geschickt, ähnlich wie in dieser Frage , aber mit Portalen, die groß genug sind, dass Massenströme kein Problem darstellen, da niemand 108 Milliarden Jahre auf bewohnbarere Planeten warten möchte .

Die Idee ist, einen Teil der Venusatmosphäre auf den Mars zu werfen, um ihn auf eine vernünftige Temperatur zu bringen, und uns so zwei halb terraformierte Planeten statt nur einem zu hinterlassen. (Der Rest der überschüssigen Atmosphäre der Venus wird in den Weltraum entsorgt und ist daher nicht Teil unseres Energieproblems.)

Jetzt wies Demi in einer der Antworten darauf hin, dass Gas natürlich trotz eines 15.000:1-Unterschieds im bodennahen atmosphärischen Druck zur Venus strömen würde, da die Venus viel tiefer in der Schwerkraft der Sonne sitzt . Daher unser Problem, wir müssen einen Teil der Venusatmosphäre auf den Mars verlagern, aber wie groß werden wir für ein Kraftwerk brauchen ...

Was ich gerne wissen würde, ist: Angenommen, wir würden eine ganze Flotte von Luftkompressoren bauen, um die Atmosphäre der Venus durch unser Portal zum Mars zu zwingen (idealerweise vor dem Ende des Jahrtausends), wie viel Energie würden wir realistischerweise erreichen müssen diese? (unter der Annahme, dass die Portale nur einen kleinen Bruchteil des gesamten Energieaufwands ausmachen)

Bearbeiten: Diese Portale sparen Energie und Schwung, wenn dies nicht der Fall wäre, müssten wir uns nur um den atmosphärischen Druckunterschied kümmern. Aber wenn wir anfangen, Gravitationsquellen (potentielle Gravitationsenergie) und Umlaufgeschwindigkeit (kinetische Energie) hinzuzufügen, dann wird das Endergebnis ... zu viel für mein Gehirn, um es in den Griff zu bekommen. Vermutlich etwas Schlimmes, wenn man von den aktuellen Antworten ausgeht.

Der Druck ist Ihre geringste Sorge ... Sie müssen die Umlaufgeschwindigkeit des Mars beginnend mit der Venus eins erreichen.
@L.Dutch Ah, das habe ich vergessen. Nun, ich nehme an, das wird das Energiebudget ziemlich sprengen.
Es ist wahrscheinlich sinnvoll zu sagen, dass diese Portale eine echte Technologie oder eine Möglichkeit darstellen, die Luft zu bewegen, und der Einfachheit halber keine Frage sind. Und sie bewahren Energie und Schwung dieses 2-Körper-Systems. Und die Energie der Schaffung von Portalen ist eine Darstellung der Effizienz des Pumpsystems. Wenn es der Fall ist, weil Q sonst nicht interessant ist und die Eigenschaften dieser Portale unbekannt sind und möglicherweise vorhanden sind.
@L.Dutch OP hat "Portale". Das allein entfernt orbitale Eigenschaften von der Liste der Überlegungen.

Antworten (4)

Ich würde das Portal auf Jupiter setzen und die Anforderung hinzufügen, dass die extrahierte Atmosphäre einer fraktionierten Destillation unterzogen wird. Das würde es ermöglichen, die Gase in den gewünschten Verhältnissen aufzunehmen, um tatsächlich Terraforming durchzuführen.

Sie müssen keine Energie aufwenden, um die Atmosphäre der Venus in das Portal zu bringen, da es eine solche Druckdifferenz gibt (90 Atmosphären zu 0,006), dass das Bernoulli-Prinzip uns eine Geschwindigkeit von gibt:

Luftgeschwindigkeit = 2 ∗ Venus-Oberflächendruck (9.000.000) − Mars-Oberflächendruck (vernachlässigbar) Luftdichte auf der Venusoberfläche(67) = 518  Frau

Sie werden keine Probleme haben, die Luft durchzulassen. Sie erhalten 34.706 kg pro Sekunde pro Quadratmeter Portal (518 m/s * 67 kg/m^3)

Allerdings (und darum gehe ich davon aus, dass es in der Frage geht) gibt es immer noch den Energieunterschied zwischen Venus und Mars, um den Sie sich Sorgen machen müssen.

Energie aus Orbitalgeschwindigkeit

Die minimale Umlaufgeschwindigkeit der Venus beträgt 34,78 km/s und die maximale des Mars 26,5 km/s. Die Luft geht von etwa 605 MJ/kg auf 351 MJ/kg. Ihr Portal muss 244 MJ/kg von der Umlaufgeschwindigkeit absorbieren. Unter der Annahme, dass die Fläche des Portals 1 Quadratmeter beträgt, werden Sie etwa 8,22 TW verbrauchen. Ich weiß nicht, woraus Ihr Portal besteht, aber es wird wahrscheinlich durch absorbierte Energie schmelzen, außer beim nächsten Teil.

Energie aus Orbitalhöhe

Aber es gibt auch die Energiekosten, die für die Höhenänderung (von der Sonne) benötigt werden. Auf der Venus hat die Luft eine Gravitationsenergie von -12,2 GJ/kg. Auf dem Mars hat die Luft eine Gravitationsenergie von -6,41 GJ/kg. Um die Luft zum Mars zu bringen, müssen Sie 5,8 GJ/kg aufwenden. Oder mit dem obigen Portal (1 m ^ 2, 518 m / s niedrige Rate) müssen 201 TW betrieben werden. Jetzt schmilzt es durch die Abwärme des Betriebs.

Fazit

Sie werden ungefähr 5,6 Gigajoule pro Kilogramm gesendeter Luft ausgeben. Öffnet man ein Portal mit einer Fläche von einem Quadratmeter, strömt die Luft mit 518 m/s hindurch. Bei der Dichte der Venusatmosphäre bedeutet dies, dass Ihr Portal 192 TW benötigt, um zu funktionieren. Ich weiß nicht, woraus es besteht, aber die Abwärme wird es wahrscheinlich schmelzen.

Das scheint jeden Versuch, eine nennenswerte Menge Planeten weiter draußen im Sonnensystem zu bewegen, ziemlich sinnlos zu machen, denn wenn ich nicht einen ganzen Stern anzapfe, werde ich entweder einfach nicht die Energie haben oder ich werde verkohlen grillen Sie den betreffenden Planeten. Ich schätze, ich muss woanders nach meiner neuen Marsatmosphäre suchen.
Ein paar Sätze darüber, wie Sie das Durchflussportal und die damit erforderlichen Kräfte annehmen, würden die Antwort erheblich verbessern.
@Samwise, wenn Sie die Dose mit Würmern öffnen wollen, die die Energieerhaltung bricht, schlagen Sie sich um.
@MolbOrg Nach der Berechnung der Strömungsgeschwindigkeit wurde eine Zeile hinzugefügt, die dies erklärt.

Angenommen, wir können die Sache mit der Schwerkraft beiseite lassen, da wir bereits mit "Portalen" arbeiten, die zwei entfernte Punkte verbinden, als ob sie zusammenhängend wären. (Ich denke, das macht Sinn, denn wenn es anders wäre, würde das Öffnen eines Endes eines Portals an einer anderen Stelle als sehr nahe am anderen Ende große Störungen verursachen.)

Die venusianische Atmosphäre wiegt 4.8 × 10 20 kg und fast alles davon ist CO₂, das praktischste aller Treibhausgase. Wenn Sie nur die Temperatur auf dem Mars erhöhen wollen, brauchen Sie für einen Treibhauseffekt nur wenig CO₂, können also vielleicht nur ein Hunderttausendstel der Venusatmosphäre importieren. Das würde etwas mehr als den doppelten CO₂-Gehalt der Erdatmosphäre ergeben. Wenn der relative Druck das einzige Problem ist, denke ich, dass das Problem darin besteht, den ausgehenden Fluss zu stoppen , sobald Sie die Portale geöffnet haben.

Aber natürlich bräuchte man eine viel dichtere Atmosphäre, um die Wärme zu halten, und es wäre praktisch, den atmosphärischen Druck auf dem Mars zu erhöhen, damit die Menschen ohne Raumanzug (nur mit Atemlufttanks) draußen herumlaufen können. Es könnte also besser sein, viel mehr von der venusianischen Atmosphäre zu importieren. Auf der Venusoberfläche herrscht ein Druck von 93 bar. Der Mars hat 42% der Schwerkraft der Venus, daher bräuchte man proportional mehr Atmosphäre, um den gleichen Oberflächendruck zu erreichen. Wenn Ihr Ziel der Druck auf Meereshöhe der Erde (~ 1 bar) war, sollten Sie dies benötigen

4.8 × 10 20 k g 93 × 0,42 = 1.2 × 10 19 k g

Dies ist eine äußerst grobe Berechnung, da die Dinge nicht so sauber linear sind. Außerdem habe ich keine Ahnung, ob der Mars all das Gas im Laufe der Zeit halten kann.

Methan und Wasserdampf sind noch bessere Treibhausgase. Sag nur...
@ventsyv Ja, aber zumindest neigt Wasserdampf dazu, bei den auf dem Mars üblichen Temperaturen nicht besonders dampfig zu sein, was ein Problem sein könnte ...
Beachten Sie, dass die Marsatmosphäre auch fast ausschließlich aus CO besteht 2 , mit einem CO-Gehalt von 96 % 2 laut Wikipedia . Um nicht übertroffen zu werden, erreicht die Venus einen CO-Gehalt von 96,5 % 2 .
@ventsyv Methan könnte in großen Mengen durch Platzieren eines Portals auf Titan gewonnen werden, aber es wäre keine gute Idee, da jeder Versuch, der Atmosphäre dann Sauerstoff hinzuzufügen, eine Verbrennung hervorrufen würde.
Könnte eigentlich eine gute Idee sein. Wenn Sie CH4 verbrennen, erhalten Sie CO2 und Wasser, daher möchten Sie vielleicht CH4 verwenden, um die Temperatur schneller zu erhöhen, und es dann verbrennen. Aber wir schweifen hier vom Thema ab...

Am einfachsten ist es, eine grobe Berechnung durchzuführen, indem man die Gravitationsbrunnen- Metapher verwendet; in allen Berechnungen, die den Zahlen folgen (wie von @MolbOrg hervorgehoben), virtuelle Meter von 9,81 m / s ^ 2-Äquivalenten. Das bedeutet, dass wir das variable Gravitationsfeld in ein festes Äquivalent verwandeln und alle Berechnungen "als-ob" auf der Erdoberfläche durchführen. Aufgrund der Energieeinsparung können diese Faktoren trivial hinzugefügt werden.

In der Schwerkraft der Sonne befindet sich Venus bei 124,9 mm und Mars bei 59,3 mm, also haben wir eine Differenz von 124,9-59,3 = 65,6.

Die eigene Schwerkraft der Venus ist 5407 km lang, während der Mars nur 1274 km lang ist, also müssen Sie weitere 5,407-1,274 mm = ~ 4,25 mm für eine Gesamtsumme von ~ 70 mm hinzufügen.

Dies bedeutet, dass Sie die Atmosphäre anheben müssen, um übertragen zu werden, als ob Sie sie 70000 km anheben würden. Der Energieverbrauch ist ziemlich hoch.

Viel besser wäre es, Jupiter oder Saturn als Quelle zu nutzen und dabei Energie zu gewinnen.

Andernfalls können Sie einen Teil der Venusatmosphäre sehr nahe an der Sonne abladen und so Energie gewinnen. Wenn Sie den Ort wählen, an dem Sie Ihre überschüssige "Luft" entleeren, können Sie genau die Energie kompensieren, die erforderlich ist, um das zu pumpen, was zum Mars gelangen soll.

"In der Schwerkraft der Sonne befindet sich die Venus bei 124,9 mm und der Mars bei 59,3 mm" - falsche Zahlen, wenn Sie Umlaufbahnen und Entfernungen von Planeten von der Sonne meinen
@MolbOrg: Nein, ich meine die Tiefe der Schwerkraft gut. Denn die Zahl, die Sie angeben, ist, wie tief die Planeten in der Schwerkraft der Sonne liegen, dann gibt es noch die Schwerkraft des Planeten selbst: Sie müssen aus der Venus herausklettern und in die des Mars fallen (siehe: spiralwishingwells.com/guide/Gravity_Wells_Mirenberg. pdf ; Zahlen wurden tatsächlich entnommen aus: explainxkcd.com/wiki/index.php/681:_Gravity_Wells )
ok, das sind virtuelle Meter von 9,81 m/s^2 Äquivalenten. Sie sollten das wahrscheinlich in der Antwort klarstellen.
Wie hoch ist der Energiebedarf, um einen Teil der Venusatmosphäre zum Mars zu transportieren?
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