Würde das Terraforming der Venus ihre Ionosphäre zerstören?

Eine kurze Antwort ist nein, die Venus würde ihre Ionosphäre nicht verlieren, wenn der Zielzustand des Terraforming mit der atmosphärischen Zusammensetzung, Temperatur und dem Druck der Erde übereinstimmt. Die lange Antwort ist jedoch etwas interessanter, insbesondere warum dies ein Problem und keine Lösung für das fehlende Magnetfeld der Venus ist. Lassen Sie uns zuerst den ersten Punkt ansprechen, und ich werde langsam zu den problematischen Teilen übergehen;

Ionosphäre ist nichts Besonderes, es ist etwas, das wir auf jedem Himmelskörper erwarten sollten, der nahe genug an seinem Stern ist und leichtere Elemente auf seiner Oberfläche freigelegt hält, ob er anfänglich Atmosphäre hat oder nicht, damit seine obersten Schichten mit der hohen Energie des Sterns interagieren können Protonenfluss und elektromagnetische Strahlung. Sogar der Mond hat eine Ionosphäredenn obwohl seine Exosphäre nicht dicht genug ist, damit seine Moleküle miteinander interagieren können, interagieren sie immer noch mit der solar (durch Licht und/oder ionisierende Strahlung induziert) geladenen Mondoberfläche. Wir sehen auch, dass diese Wechselwirkung mit Kometen und ihrer Oberflächenaktivität zunimmt, wenn sie die Schneegrenze des Sonnensystems ungefähr irgendwo in der Mitte der Entfernung des Hauptasteroidengürtels zur Sonne überqueren. Eigentlich braucht es nicht einmal die Nähe zu einem Stern und diese Wechselwirkung wird auf lange Sicht durch kosmische Strahlung ausreichend bereitgestellt, es wird nur länger dauern, bis sich ein Großteil des Drucks über der Oberfläche des Himmelskörpers und des Gesamtdrucks gebildet hat wird uns nicht ausreichen, es eine Atmosphäre zu nennen, wenn es dann ständig von Sonnenwinden weggeblasen wird oder der Körper nicht massiv genug ist, um diese Ionen gravitativ oder durch starke Kraft, sagen wir Oberflächenspannung oder elektrostatisch, festzuhalten. Zum Beispiel würden wir es wahrscheinlich eine Exosphäre nennen, da ihr Druck nicht ausreichen würde, damit freigesetzte Partikel miteinander interagieren, wie wir es in richtigen Atmosphären erwarten würden (wo die Dichte hoch genug ist, dass ihre Bestandteile, Atome, Moleküle oder komplexere und schwerere Teilchen kollidieren häufig miteinander).

Unabhängig von der Wechselwirkungsquelle mit hochenergetischen atomaren und subatomaren Teilchen oder Quelle starker elektromagnetischer Strahlung wie z. B. UV-, Gamma- usw. oder sogar Betateilchenstrahlung, wenn sie auf ein Molekül mit schwächerer Wertigkeit treffen, verursachen sie ihre molekularen Bindungen brechen und Atome selbst verlieren Elektronen oder seltener sogar Protonen. Im Wesentlichen werden sie ionisieren, und ein Bereich der Atmosphäre, der diesen Protonengradienten hält, wo leichtere, energiereichere positiv geladene Teilchen über dem verbleibenden Nebenprodukt einer solchen Wechselwirkung schweben, ihren schwereren negativ geladenen Anionen, ist das, was wir normalerweise eine Ionosphäre nennen würden. Daraus bezieht die Venus ihren schwachen Elektromagnetismus ihrer Ionosphäre. Jetzt besteht der größte Teil seiner Atmosphäre aus CO ₂, und es gibt nicht viel in dem Sinne, dass sich extrem leichte Ionen bilden, wie wir es erwarten würden, wenn es in der oberen Atmosphäre Wassermoleküle gäbe, die sich zunächst in H ⁺ und OH ^– aufspalten . Und das ist ein Problem, wenn die terraformierte Venus kein eigenes Magnetfeld hätte. Lassen Sie uns untersuchen, wie die Interaktion der Venus mit dem Sonnenwind jetzt aussieht:

                             ^{Wechselwirkung der Venus mit dem Sonnenwind (Quelle: Venus: The veiled planet )}

Wie Sie auf dem Bild sehen können, ist die Venus in der Lage, eine ausreichend dicke Plasmaschicht in ihrem Magnetschweif aufrechtzuerhalten, um mit ihrem Protonengradienten als schwaches Magnetfeld zu wirken und den größten Teil der jetzt geladenen / ionisierten oberen Atmosphäre festzuhalten, die von ihr weggedrückt wurde Sonnenwinde. Dies ist möglich, weil die meisten dieser Ionen (Kationen für positiv geladene Ionen und Anionen für negativ geladene Ionen) schwerere Atome mit einer ausreichenden Anzahl von Elektronen sind, die ihre Kerne umkreisen, damit dieser Protonengradient relativ stark ist und ihrer kinetischen Kraft entgegenwirkt, wenn sie beschleunigt werden durch Wechselwirkung mit dem Hochgeschwindigkeits-Protonenfluss der Sonnenwinde. Die Venus ist also in der Lage, den größten Teil ihrer Atmosphäre und die Geschwindigkeit, mit der sie sie durch stärkste Wechselwirkungen verliert, festzuhalten.

Dies wird zu einem großen Problem mit einer um Größenordnung dünneren erdähnlichen Atmosphäre, die auch leichte Elemente wie Wasserstoff in Wassermolekülen enthält. Der Magnetotail würde aus weniger und viel leichteren Elementen bestehen, einschließlich H ⁺ , und sie würden von der Venus weggeblasen, wodurch sie einen großen Teil ihrer terraformierten Atmosphäre verlieren würden, um für uns geeignet zu sein. Wenn Sie also diesen Terraforming-Prozess, der sie überhaupt erst bewohnbar gemacht hat, aufrechterhalten und den Atmosphärenverlust ausgleichen oder ein Magnetfeld auf der Venus auslösen können, um diese Wechselwirkungsrate zu senken, oder sogar irgendwie den einfallenden Sonnenwind blockieren oder ablenken, würde die untere Atmosphäre geschwächt und den Druck zum Weltraum verlieren. Die Ionosphäre wäre jedoch immer noch da und würde langsam die dichtere untere Atmosphäre ansaugen, bis sie selbst erschöpft ist.

Und das ist die Quelle meines jetzt gelöschten Kommentars, dass diese Frage nur ausreichend beantwortet werden kann, wenn Sie Mittel zum Terraforming der Venus einbeziehen. Eines der Hauptprobleme dabei ist, den größten Teil seines CO ₂ loszuwerden , und eine Möglichkeit, dies zu erreichen, besteht darin, enorme Mengen an Wasserstoff in seine Atmosphäre zu pumpen, vorzugsweise mit Zugabe eines metallischen (Eisen, Kobalt oder Nickel) Katalysators, um es zu forcieren in die Bosch-Reaktion , wo das Endergebnis atomarer Kohlenstoff und Wasser ist: CO ₂ + 2 H ₂ → C + 2 H ₂O. Aber welche Art von Terraforming auch immer gewählt werden würde, wenn der Endzustand der Erdatmosphäre entsprechen (oder nahe kommen) und der Planet Wasser enthalten soll, wäre ein wesentlicher Teil seiner Atmosphäre Wasserdampf. Und Wasserstoffbindungen sind nicht stark, und Wasser verliert gerne eines seiner Wasserstoffatome, selbst bei relativ schwacher Wechselwirkung mit kollidierenden hochenergetischen Teilchen und UV-Strahlung. Die Ionosphäre wäre also zu groß für Komfort, der Magnetschweif wäre schwächer (weniger dicht als jetzt und mit schwächeren Einzelelektronenträgerionen, weniger elektromagnetisch anziehend) und der Planet würde seine Atmosphäre schneller verlieren. Aber es würde seine Ionosphäre nicht verlieren, es würde sich durch die untere Atmosphäre wieder auffüllen, solange es welche gibt.

Für einen interessanten neuen Einblick in die ionosphärische Dynamik der Venus finden Sie hier einen Artikel von NASA Goddard (inkl. Video): Research Helps Unravel Mysteries Of The Venusian Atmosphere . Reproduzieren Sie hier einen schnellen, relevantesten Auszug daraus zum leichteren Nachschlagen:

Um zu interpretieren, was in der Ionosphäre der Venus passiert, muss man verstehen, wie die Venus mit ihrer Umgebung im Weltraum interagiert. Diese Umgebung wird von einem Strom aus Elektronen und Protonen dominiert – einem geladenen, erhitzten Gas namens Plasma – das aus der Sonne herauszoomt. Während sich dieser Sonnenwind fortbewegt, trägt er eingebettete Magnetfelder mit sich, die geladene Teilchen und andere Magnetfelder, denen sie unterwegs begegnen, beeinflussen können. Die Erde ist durch ihr eigenes starkes Magnetfeld weitgehend vor dieser Strahlung geschützt, die Venus hat keinen solchen Schutz.

Was die Venus jedoch hat, ist eine Ionosphäre, eine Schicht der Atmosphäre, die mit geladenen Teilchen gefüllt ist. Die Venus-Ionosphäre wird auf der Sonnenseite des Planeten vom Sonnenwind bombardiert. Folglich ist die Ionosphäre, wie die Luft, die an einem fliegenden Golfball vorbeiströmt, so geformt, dass sie vor dem Planeten eine dünne Grenze darstellt und sich dahinter in einen langen kometenartigen Schweif ausdehnt. Wenn der Sonnenwind in die Ionosphäre pflügt, türmt er sich wie ein großer Plasmastau auf und erzeugt eine dünne Magnetosphäre um die Venus – eine viel kleinere magnetische Umgebung als die um die Erde.

Ein Video von Glyn Collinson, Goddard Space Flight Center der NASA in Greenbelt, MA, das diese Prozesse bei der Arbeit erklärt, ist auf Goddard Multimedia und YouTube veröffentlicht .

Die Venus-Ionosphäre würde definitiv nicht zerstört werden. Ionosphären entstehen durch Wechselwirkung zwischen der Atmosphäre und der ultravioletten Strahlung der Sonne. Die UV-Strahlung ist näher an der Sonne intensiver, daher hätte die erdähnliche Atmosphäre auf der Venus wahrscheinlich eine noch dichtere Ionosphäre als die tatsächliche Erde. Die Venus erhält die 1,9-fache Bestrahlungsstärke im Vergleich zur Erde.

Die Ionosphäre auf der terraformierten Venus könnte sogar noch dicker sein als jetzt. Die UV-Strahlung dringt derzeit aufgrund ihrer immensen Dichte nicht tief in die venerische Atmosphäre ein. Es würde viel tiefer werden, wenn die Atmosphäre weniger dicht wäre. Siehe hier auf Seite 229. Dies könnte eine dickere Schicht der Atmosphäre ionisieren.

Die Frage ist natürlich, wie hoch die tatsächliche Elektronendichte (und ihr Höhenprofil) wäre und ob sie größer oder kleiner wäre als derzeit auf der Venus. Heute hat die Venus in ihrer Ionosphäre etwa die maximale Elektronendichte$3.10^{11} m^{-3}$. Der Peak der Elektronendichte der Ionosphäre der Erde ist ungefähr$1.5.10^{11} m^{-3}$das ist die Hälfte der Venus, also ist es tatsächlich vergleichbar. Wir könnten versucht sein zu glauben, dass die Dichte in der erdähnlichen Ionosphäre näher an der Sonne größer sein könnte. Aber die Dichte variiert stark mit der Höhe, und was genau mit erdähnlichen Ionosphären-Elektronendichteprofilen auf der Venus passieren würde, ist schwer abzuschätzen - mir ist keine solche Studie bekannt. Alles kann passieren, denn es gibt viele Effekte: Atmosphärendichte, Tiefe der UV-Eindringung usw.

Nebenbei bemerkt, die Venus hat eine induzierte Magnetosphäre . Natürlich ist sie schwächer als die Magnetosphäre der Erde, aber sie bietet einen teilweisen Schutz gegen den Sonnenwind.

All dies würde immer noch nicht aufhören, die terraformierte Venusatmosphäre durch den Sonnenwind abzustreifen.