Herkunft von Terraforming-Materialien.

Sie erwähnen, Dinge aus dem Asteroidengürtel zu holen. Vielleicht gibt es einen einfacheren Weg. Da Sie Fracht schnell bewegen können (0,1c), können Sie es sich leisten, die Fracht aus größerer Entfernung zu holen. Asteroiden sind im Allgemeinen felsig mit möglicherweise etwas Eis darauf. Saturnmonde sind im Allgemeinen eisig mit einigen Felsen in der Mitte.

Es gibt viele Saturnmonde (und die Monde von Uranus und Neptun sind wahrscheinlich auch gute Ziele). Zusammen haben sie weit mehr Ammoniak und Wasser, als Sie jemals zur Terraformung eines Planeten verwenden könnten. Warum also nicht einfach ein paar kleine bis mittelgroße Monde eines Gasriesen in eine Umlaufbahn um Ihren Planeten ziehen und sich darauf vorbereiten, sie nach unten zu schicken?

Raffination

Was nicht erwähnt wird, ist die Notwendigkeit, die Materialien zu verfeinern. Wenn Sie möchten, dass Ihrem Mond innerhalb von Jahrzehnten die richtigen Elemente hinzugefügt werden, müssen Sie vorsichtig sein, was Sie hinzufügen. Wie bei jeder guten kulinarischen Kreation müssen Sie Ihre Zutaten sorgfältig abmessen.

Ihre Zutaten sind Bruchstücke und/oder ganze Monde. Wie misst man sie? Du musst sie schmelzen. Sie können die fraktionierte Destillation verwenden, um die verschiedenen Verbindungen wegzuschmelzen. Wenn Sie einen Kometen langsam kochen (erhitzen), schmilzt zuerst das gesamte Kohlenmonoxid (68 K), dann Methan (~91 K), Ammoniak (195 K), Kohlendioxid (217 K) und schließlich Wasser (273 K). All diese Temperaturen sind ziemlich weit voneinander entfernt, also schmelzen Sie einfach die Eiskugel langsam und trennen Sie dann bei jedem Schritt die festen Teile von der Flüssigkeit.

Jetzt haben Sie eine Reihe von flüssigen oder matschigen Kugeln im Weltraum. Wenn Sie schlau wären, würden Sie dies weit von der Sonne entfernt tun, damit Kohlenmonoxid und Methan vor dem Transport für Sie wieder gefrieren. Sie haben jetzt einen Haufen Eisbälle aus einigermaßen reinen Verbindungen, die bereit sind, in Ihren Planeten einzudringen!

Rezeptliste

In den Kommentaren sagen Sie, Sie wollen eine Pflanze mit etwa 0,75 Erdradius und Masse; und 0,7 Erdanziehungskraft. Das funktioniert nicht genau, aber mit einigen Zahlen, die mehr oder weniger auf die Rechnung passen, nehmen wir an, Ihr Mond hat einen Radius von 0,9 der Erde und eine Dichte von 0,8 der Erde, um eine Oberflächengravitation von 0,72 der der Erde zu erhalten. Die Masse beträgt am Ende 0,58 der Erde.

Da die Oberfläche proportional zum Quadrat ist, benötigen wir etwa 80 % der Erdatmosphäre, der Ozeane und der biologischen Materie. Eine Atmosphäre benötigt 20 % Sauerstoff und 80 % Inertgas; Stickstoff ist das häufigste Inertgas und sollte gut funktionieren. Die Anforderungen für unseren Mond werden sein$3.3\times10^{18}$kg Stickstoff u$2.1\times10^{17}$Kilogramm Sauerstoff. Der Ozean wird brauchen$1.1\times0^{21}$kg Wasser (obwohl dies stark variieren kann, je nachdem, wie nass der Planet sein soll). Schließlich wird die Biosphäre mindestens brauchen$1\times10^{12}$kg Kohlenstoff.

Um diese Inhaltsstoffe bereitzustellen, können wir hauptsächlich drei Verbindungen hinzufügen. Ammoniak kann zur Erzeugung von Luftstickstoff verwendet werden; Kohlendioxid kann in Luftsauerstoff umgewandelt werden; und Wasser ist nur Wasser. Bei einem Verhältnis von zwei Ammoniak pro zweiatomigem Stickstoff und einem Kohlendioxid pro zweiatomigem Sauerstoff lautet unsere Einkaufsliste ungefähr:

• $1\times10^{21}$kg Wasser
• $4\times10^{18}$kg Ammoniak
• $2\times10^{17}$kg Kohlendioxid

Das Tolle an diesen Inhaltsstoffen ist, dass sie drei der häufigsten Verbindungen im äußeren Sonnensystem sind. Sie liefern auch reichlich überschüssiges Material für die Herstellung einer Biosphäre: Kohlendioxid hat zusätzlichen Kohlenstoff und Ammoniak hat zusätzlichen Wasserstoff. Es muss kein Methan hinzugefügt werden, es gibt viele fossile Brennstoffe!

Wie man kein Chaos macht

Die nächste Herausforderung besteht darin, bei der Lieferung Ihrer Materialien kein allzu großes Durcheinander zu verursachen. Hier sind die verschiedenen Faktoren, die Sie skizziert haben.

Wie man die Mondoberfläche nicht wesentlich beschädigt

Ohne Atmosphäre wird Ihr Mond wahrscheinlich eine Oberfläche haben, die mit feinem Regolith bedeckt ist, ähnlich wie Luna und Mars . Wenn diese Oberfläche von Einschlägen aus dem Weltraum getroffen wird, setzt sich der Staub größtenteils wieder auf der Oberfläche ab. Aus dieser Perspektive wird also nicht allzu viel Schaden angerichtet, wenn der Planet mit Weltraumschneebällen getroffen wird; Die Löcher werden (relativ) kurz nach dem Aufprall mit Staub gefüllt. Mond-Regolith hat eine Dichte von etwa 2/3 der Mondoberflächenfelsen (und Erdfelsen), sodass die Löcher mit einem Material gefüllt werden, das einigermaßen fest ist.

Newtons Tiefennäherung für Stöße ist

$$D\approx L\frac{\rho_i}{\rho_p}$$ wobei L die Länge (oder Durchmesser, falls kugelförmig) des Geschosses ist und $\rho_i$und $\rho_p$sind die Dichten des Impaktors bzw. des Planeten. Beachten Sie, dass diese Annäherung nirgendwo die Geschwindigkeit des Impaktors beinhaltet. Nehmen wir an, der Planet hat eine ähnliche Krustendichte wie die Erde (2500 kg/m $^3$), während die abgegebenen flüchtigen Stoffe wie CO $_2$, Wasser und Ammoniak haben jeweils Dichten von weniger als 1000 kg/m $^3$.

Angenommen, wir wollen die Einschlagtiefe auf 200 m begrenzen, damit wir Krater nicht zu groß machen, können wir Objekte mit einem Durchmesser von bis zu 500 m auf die Oberfläche werfen, ohne allzu viel Chaos zu verursachen.

Wie man keine Trümmerwolke macht

Das Zurückbringen von Sachen in den Weltraum wird sowohl Ihren Weltraumschrott-OCD -Chefingenieur verärgern als auch einen Materialverlust darstellen. Das wollen wir nicht. Wie können wir es vermeiden?

Zuerst müssen wir die Fluchtgeschwindigkeit unseres Planeten herausfinden. Aus diesem Beitrag sehen wir, dass Radius und Dichte beide proportional zur Oberflächengravitation sind. Wie oben berechnet, haben wir einen Radius von 0,9 der Erde, eine Dichte von 0,8 der Erde, um eine Oberflächengravitation von 0,72 der Erde zu erhalten. Die Masse beträgt am Ende 0,58 der Erde.

Die Fluchtgeschwindigkeit wird hier berechnet als$\sqrt{2gr}$, wo$g$ist Schwerkraft und$r$Radius ist. Angesichts der oben genannten Faktoren beträgt die Fluchtgeschwindigkeit Ihres Mondes 0,8 der Erde oder 9000 m / s. Um sicherzustellen, dass nichts in den Weltraum gelangt, werden wir die durchschnittliche Auswurfgeschwindigkeit unserer Einschlagskrater auf nicht mehr als 4000 m/s einstellen.

In diesem Beitrag führe ich Berechnungen zur Höhe einer Auswurffahne durch. Dieses Modell berechnet die Auswurfgeschwindigkeit als Funktion der Entfernung von der Aufprallstelle. Wir wollen, dass die Auswurfgeschwindigkeit am Rand des Impaktors weniger als 4000 m/s beträgt. Wenn Sie die Gleichung ausarbeiten, stellen Sie fest, dass die maximale Auswurfgeschwindigkeit nur proportional zur Aufprallgeschwindigkeit und nicht zur Masse oder zum Radius des Impaktors ist (obwohl die Dichte des Impaktors sehr wichtig ist). Am Ende steht die Beziehung

$$4000 \text{ m/s} = .1313v_i.$$ Somit muss für einen Auswurf von 4000 m/s die maximale Aufprallgeschwindigkeit etwa 30 km/s betragen.

Wie man flüchtige Gase nicht in den Weltraum ausstößt

Von den Gasen, die Sie interessieren, sind die beiden leichtesten und daher am ehesten entweichenden Gase Wasser (Molmasse 18) und Ammoniak (Molmasse 17). Daher müssen wir herausfinden, wie wir diese Gase beim Aufprall auf dem Planeten halten können.

Schauen wir uns zuerst die Ejektawolke aus dem letzten Problem an. Unter Verwendung der grundlegenden Kinematik erreicht ein Partikel (aus Ammoniak), das mit 4000 m / s ausgestoßen wird, eine Höhe von etwa 1100 km (Keine Sorge! Ich weiß, dass dies weit im Weltraum liegt, aber ohne Umlaufgeschwindigkeit kommt es wieder herunter !). Die Zeit, die benötigt wird, um ganz nach oben zu gelangen, beträgt etwa 400 Sekunden, und die Fluchtgeschwindigkeit in dieser Höhe beträgt etwa 8200 m/s.

Mithilfe der Berechnungen in den Antworten zu diesem Beitrag können wir herausfinden, wie heiß ein Ammoniakpartikel in dieser Höhe sein muss, um der Schwerkraft des Mondes zu entkommen. Unter diesen Bedingungen muss ein Teilchen etwa 40000 K erreichen, um zu entkommen. Autsch! Nun können einzelne Teilchen entkommen, weil die molekulare Verteilung der kinetischen Energie eine gewisse Varianz aufweist. Angesichts der Tatsache, dass die Fluchtgeschwindigkeit an der Spitze der Auswurfexplosion immer noch ungefähr dieselbe ist wie die im letzten verlinkten Beitrag berechnete notwendige Fluchtgeschwindigkeit, um Gase über geologische Zeit zu halten (8500 m / s in Erdentfernung von der Sonne), denke ich wir davon ausgehen, dass sehr wenig von unserem gasförmigen Auswurf den Weltraum treffen wird.

Wie man die Umlaufbahn und Rotation eines Mondes nicht ändert

Ich hatte hier einige tiefergehende Berechnungen, aber sie werden nicht wirklich benötigt. Solange Sie über die Technologie verfügen, um die Dinge auf 0,1 c zu beschleunigen, gehe ich davon aus, dass Sie über genügend Weltraumpferdestärken verfügen, um Ihre gelieferten Nutzlasten nach Belieben auszurichten. Wenn das der Fall ist, dann schlagen Sie einfach aus allen Richtungen auf den Mond, sodass die Nettokraft des Aufpralls Null ist.

Fazit

Finden Sie einen geeigneten mittelgroßen Mond. Schmelzen Sie es. Trennen Sie die verschiedenen Verbindungen in Stücke mit einem Radius von nicht mehr als 250 m. Wirf sie mit Aufprallgeschwindigkeiten von weniger als 30 km/s auf deinen Planeten. Sehr wenig wird in den Weltraum entweichen. Profitieren!

Die Zustellung

Ich würde denken, dass der Abbau des Asteroidengürtels, entweder bemannt oder automatisiert, durchgeführt werden könnte, um die Brocken in kleinere als SUV-große Stücke zu zerlegen, die auf den Mond geschossen werden könnten. Dies würde jegliches Vermüllen von Raketen oder anderen künstlichen Materialien vermeiden.

Es würde Krater hinterlassen, aber so kleine Größen wären nicht so verheerend wie ein voller Komet oder Asteroid. Wenn es auf die Oberfläche auftrifft, könnte es helfen, etwas zu verteilen und Reibungswärme zu erzeugen, um die Temperatur eines öden Planetoiden zu erhöhen.

Größere Stücke könnten verwendet werden, um Divots herzustellen, die groß genug sind, um ein See oder Reservoir zu sein, ohne die schweren Maschinen, die derzeitige Methoden erfordern. Kleinere Stücke vermeiden einen großen Rückstoß aus der beabsichtigten Atmosphäre. Starkes Stampfen auf die felsige Oberfläche hilft tatsächlich dabei, sie in leichter zu pflanzende Erde zu pulverisieren.

Es wird wahrscheinlich erhebliche Veränderungen an der Mondoberfläche geben müssen, damit Menschen dort leben können, also warum nicht mit den Pot-Shots der Lieferung von Material, bevor wir einziehen? Fließendes Wasser wird die Oberfläche ebenso verändern wie Pflanzen und die neuen Wettermuster.

Auch das Hinzufügen von Masse in Form von Luft, Wasser usw. wird die Umlaufbahn des Mondes bis zu einem gewissen Grad verändern, was unvermeidlich ist. Wir haben die Umlaufbahn der Erde verändert, indem wir Seen mit Dämmen und anderen Wasserreservoirs geschaffen haben.

Ein Vorteil des Orbitalbombardements besteht darin, dass es hilft, das Niveau der verfügbaren Atmosphäre zu beurteilen. Während sich die Atmosphäre bildet, zeigt sich immer mehr Reibung auf den Trümmern. Sobald es sich der Erddichte nähert, werden die meisten Trümmer in der Größe eines Sub-SUVs nicht einmal die Oberfläche erreichen. Diese Reibung hat den Vorteil, dass O2, N2, H2O und andere Materialien/Mineralien, die Sie wahrscheinlich benötigen, an der Oberfläche und in der Atmosphäre weiter abgegeben werden.

Bergbau

Der Einsatz von Robotic Minern wäre schneller als bemanntes Mining, aber es könnte eine Mischung aus beiden geben, da die Roboter wahrscheinlich gewartet werden müssen. Es besteht immer die Notwendigkeit, dass die Menschen ihre Familien ernähren, also gibt es wahrscheinlich den „Abenteuersucher“, der bereit ist, seine Zeit damit zu verbringen, Gefahrengeld für den Asteroidenabbau zu verdienen. Schließlich sind Roboter teuer (sie gehen immer wieder kaputt) und Menschen sind vergleichsweise billig (da es auf der Erde nicht genug Jobs gibt).

Es besteht keine Notwendigkeit, die Materialien in einen veredelten Zustand zu bringen, sondern nur in ausreichend kleine Stücke. Es könnte notwendig sein, zu verhindern, dass bestimmte flüchtige Materialien/Substanzen zum Mond gelangen, aber bei dem riesigen Volumen, das Sie füllen möchten, spielen kleine Taschen mit Chlorgas wahrscheinlich keine Rolle. Und wenn Sie es mit etwas Natrium versenden, könnte es sogar helfen, wie bei der Salzherstellung.

Flora

Es besteht die hohe Wahrscheinlichkeit, dass eine Art genetische Modifikation der mikro- und makrobiologischen Elemente der ersten Pflanzenstufe verwendet werden muss. Die Pflanzen müssten genau an diese Umgebung angepasst werden. Nicht alle Pflanzen können mit dem felsigen, CO2-armen, O2-armen, niedrigen Temperatur-, Schwerkraft- und Feuchtigkeitsbereich, von dem Sie sprechen, fertig werden. Dies müssten wahrscheinlich auch ertragreiche Pflanzen und Mikroben sein, die hohe Mengen an O2, N2 und vielen anderen Dingen abgeben würden, um in der Lage zu sein, in sogar 100 Jahren eine Atmosphäre zu schaffen. Diese Flora müsste auch in der Lage sein, in die felsige Oberfläche einzudringen, um die erforderlichen Mineralien zu erhalten, die sie benötigt.

Sie müssen möglicherweise auch sehr anfällig für eine bestimmte Chemikalie oder ein Spray sein, das das sich schnell ausbreitende Biom abtöten würde, damit mehr erdähnliche, zahme Pflanzen eingebracht werden könnten, ohne befürchten zu müssen, von den sich auf dem ursprünglichen Planeten entwickelnden Lebensformen getötet zu werden.

Reisegeschwindigkeit

Selbst 1/10 der Lichtgeschwindigkeit ist wirklich schnell. Dies würde es uns ermöglichen, in Stunden oder Tagen von der Erde zum Asteroidengürtel zu gelangen, anstatt in den derzeitigen Monaten, sodass eine bemannte Expedition für diese Geschwindigkeit durchaus in Reichweite ist. Wir müssten nur sicherstellen, dass wir mit dieser Geschwindigkeit kein Material auf den Mond schicken.

Sie könnten jedoch einen großen Transporter haben, der von den Bergleuten gesammelt wird, dann zum Mond schießt, langsamer wird, um seine Türen zu öffnen, um den Planeten mit den kleinen Fragmenten zu entladen / zu bombardieren, und dann zum Sammelpunkt zurückkehrt. Mit 1/10 c könnte dies möglicherweise an vielen Punkten im Asteroidengürtel mit nahezu konstanter Lieferung zum Mond erfolgen.

The Martian Way von Isaac Asimov tat etwas Ähnliches. Es geht um eine Marskolonie, die Wasserknappheit hatte und die Erde bat, sie zu liefern. Ein Erdpolitiker sprach sich dagegen aus, ihnen mehr zu geben, und verwies auf eine Versorgungsknappheit, also fand die Marskolonie ihre eigene Lösung. Sie schickten eine Gruppe in einer großen Rakete los, um einen großen, hauptsächlich aus Eis bestehenden Asteroiden zu finden und zurückzubringen. Am Ende betteten sie die Rakete in den Asteroiden ein und nutzten sie als Treibstoffquelle, um nach Hause zu kommen. Am Ende hatten sie mehr als genug Wasser für sich selbst, mussten aber einen beträchtlichen Teil davon aufwenden, um es dorthin zu bringen und zu landen, anstatt es einfach zum Absturz zu bringen.

https://en.wikipedia.org/wiki/The_Martian_Way

Großprojekte wie dieses müssen die Wirtschaftlichkeit berücksichtigen, all dieses Material durch das Sonnensystem zu bewegen. Sie müssen Energie aufwenden, um es aus den Umlaufbahnen zu bewegen, in denen es sich gerade befindet, und dann, da Sie gegen einen ballistischen Aufprall sind, mehr Energie, um die Umlaufgeschwindigkeit des Ziels zu erreichen und es mit minimalen Geschwindigkeiten zu liefern.

Je nachdem, wo sich die Materialien in Bezug auf das Ziel befinden, haben Sie mehrere Möglichkeiten. Wenn Sie sich in einer Umlaufbahn befinden, die weiter von der Materialquelle entfernt ist als die lokale Sonne, können Sie Hochleistungs- Sonnensegel verwenden , um die Materialien in die entsprechenden Umlaufbahnen zu schleppen. Das Segel kann auf den Zielplaneten beschleunigen und dann "wenden", indem es den Vertrauensvektor gegen die Fahrtrichtung dreht, um es an die Umlaufgeschwindigkeit anzupassen.

Sonnensegel, das zum Ziel beschleunigt

Sonnensegel, das zum Ziel abbremst

Während das übliche Bild von Sonnensegeln riesige, sich langsam bewegende Geräte sind, können sich Hochleistungssegel mit Beschleunigungen von 1 mm/s^2 mit beeindruckender Geschwindigkeit über das Sonnensystem bewegen, eine einfache Fahrt von der Erde zum Pluto mit diesen Geschwindigkeiten würde nur 3 dauern Jahren (obwohl das ein Vorbeiflug ist). Der eigentliche Schlüssel liegt darin, eine „Pipeline“ einzurichten und Materialien in einem stetigen Strom zu versenden. Während es 3 Jahre dauern kann, bis das erste „Paket“ ankommt, ist nach dem Befüllen der Pipeline ein stetiger Strom von Materialien unterwegs.

K Eric Drexler war bereits in den 1970er Jahren der Pionier der Idee von Dünnschicht-Solarsegeln

Die Verwendung von Spiegelsystemen am Ziel, um Sonnenlicht auf sich schnell bewegende Sonnensegel zu reflektieren, um sie zu verlangsamen, löst zwei Probleme: Sie haben nicht nur eine feinere Kontrolle über ankommende Segel, sondern Sie können auch die Sonnenenergie nutzen, wenn Sie keine Segel steuern, um Energie bereitzustellen an die Oberfläche, um dabei zu helfen, Feststoffe zu verflüssigen oder flüssige Materialien in Gase umzuwandeln (ein Extremfall wäre, Sonnenenergie auf die Marsoberfläche zu fokussieren und Sauerstoff aus dem Eisenoxid auf der Oberfläche zu kochen. Dies ist offensichtlich energieintensiv und ineffizient, aber mit genügend Energie kann man fast alles machen).

Wenn Sie in die andere Richtung schauen, könnten Sie kontinentalgroße Spiegel oder Spiegelzüge aufstellen, um Sonnensegel aus den fernen Bereichen des Sonnensystems zu beschleunigen und zerschnittene Kometenstücke für Ihr Terraforming-Projekt zurück in das innere Sonnensystem zu schicken. Angesichts des schwächeren Sonnenlichts und der großen Entfernungen dauert es vielleicht ein Jahrzehnt, bis die ersten Lieferungen aus der „Pipeline“ eintreffen, aber sobald die Pipeline gefüllt ist, haben Sie einen stetigen Strom von Lieferungen.

Ohne wichtige Fragen wie die tatsächlichen Entfernungen zwischen den Versorgungsquellen und -zielen, Umlaufgeschwindigkeiten usw. zu kennen, wird die Antwort von Hand gewinkt, aber die immer nützliche Atomic Rockets - Website enthält viele relevante Informationen und Gleichungen, mit denen Sie arbeiten können, damit Sie die Lieferung berechnen können Zeiten, Geschwindigkeitsänderungen usw.