How to live on Mars

[eugenebo]

Некоторые мысли относительно возможности заселения Марса людьми. Преимущественно для таких же маньяков космонавтики, как и я. Вас предупредили :)

Comments

Одно упущение, Женя.

[mixalych.livejournal.com]

Ты рассматриваешь проект терраформинга Марса как нечто замкнутое (в понятиях массы\энергии), в реальности же при такой постановке вопроса надо рассматривать ресурсы всей солнечной системы. К примеру, можно оценить солеченую систему в плане поиска наиболее выгодных энергетически маршрутоов транспортировки легких элементов - к примеру, в поясе Койпера найти подходящий ледяной\газовый фрагмент, на него ядерный двигатель, ну и вперед, к внутренним планетам. Долго, правда, будет. Зато при ударном столкновении с поверхностью Марса тебе будет и кратер (см. планы локальных хабитатов), и тепло, и вода-газы.

Re: Одно упущение, Женя.

[eugenebo.livejournal.com]

В этом есть рациональное зерно, хотя трудности здесь выше, чем может показаться. Добавлю-ка я, пожалуй, раздел на эту тему в свой "трактат". Спасибо за подсказку :)

Re: Одно упущение, Женя.

[eugenebo.livejournal.com]

Добавил раздельчик "Незамкнутые решения".

[mixalych.livejournal.com]

Кстати, лучше фразу

Наконец, правильно вкачивая в тело Марса мощность "всего" в ~3*1014 ватт, можно, вероятно, разогреть его недра до возрождения вулканизма и восстановить тёплую плотную атмосферу, богатую парниковыми газами.

убрать из трактата, так как она просто не согласуется с современными представлениями о вулканизме. Маловато будет указанной мощности для возобновления мантийной конвекции, особенно учитывая то, что свободное железо (и его "низкокислородные" окислы) в макроскопическом количестве в мантии Марса уже давно отсутствует - все перешло в ядро. Так что процесс химико-плотностной литосферной дифференциации просто вкачивая энергию уже не запустить заново, а значит не будет никакой мантийной конвекции, и вулканизма тоже. Если же просто нагревать поверностные и относительно неглубокие слои, то большинство полученных газов будут утеряны в вследствие процесса серпентизации.

[eugenebo.livejournal.com]

Я, конечно, не геолог, и, может быть, ты прав. Но прежде чем менять текст, давай сначала разберёмся с некоторыми фактами которые, на мой взгляд, не вписываются в твою печальную картину. Не стесняйся поправить, если я где-то прогоню :)

1. Момент инерции Марса составляет 0.366*MR². Отличие от 0.4 невелико и указывает на относительно слабую дифференциацию. Для сравнения, у Земли этот коэффициент составляет 0.332*MR².

2. Ио, в элементном составе близкий к Марсу, имеет поток тепла в 2.5 Вт/м². Этого достаточно для поддержания совершенно буйного вулканизма при том, что Ио вдвое меньше Марса и, возможно, даже слабее него дифференцирован (0.378*MR²).

Тепловой поток из недр Земли составляет чуть меньше 0.1 Вт/м². При, правда, вдвое большем диаметре, чем у Марса, этого всё-таки хватает, чтобы Земля оставалась геологически активной планетой.

Тепловой поток Луны -- около 0.02 Вт/м². И диаметр мал. Луна мертва.

Эти три примера наводят на мысль, что если недра планеты земного типа размером с Марс выделют достаточно тепла для поддержания теплоотдачи, очень грубо, в 1 Вт с квадратного метра поверхности, то сопутствующий этому тепловой градиент достаточно велик, чтобы чего-нибудь поплавить ближе к центру и обеспечить там хоть какое-то перемешивание и активность. Плюс-минус лапоть, конечно.

3. Энергия в 3*10¹⁴ Вт, вкачанная на глубину, сопоставимую с диаметром Масра, обеспечит поток тепла из недр планеты примерно в 2 Вт/м². Что выше указанного порога и наводит на мысль, что оценка вряд ли ошибочна более, чем в пару-тройку раз.

Можно ли это увязать с вышеприведённым комментарием?

[mixalych.livejournal.com]

1. По безразмерному моменту инерции. Да, верно, дифференцирован Марс послабее Земли, но следует учесть то, что и доля железа и сидерофильных элементов там тоже меньше (у Марса - примерно 25%, у Земли вроде в районе 32%). К тому же сам Марс гораздо меньше Земли. Следствие всего этого - более быстрое затухание процессов дифференциации, несмотря на вроде бы больший по сравнению с Землей остаточный потенциал. Хотя геологическое строение Марса в настоящее время еще слабо изучено - вроде даже не могут рассчитать точный размер ядра, толщину коры и мантии. Но судя по (не)наблюдаемой современной активной сейсмичности и вулканизму, мантийная конвекция на Марсе почти затухла, сравнительно с Землей. Т.е мой прогон про "свободное железо (и его "низкокислородные" окислы) в >макроскопическом количестве< в мантии Марса уже давно отсутствует" лучше читать как "свободное железо (и его "низкокислородные" окислы) в >количестве, достаточном для поддержания заметных процессов конвекции< в мантии Марса уже давно отсутствует".

2. По Ио. Ну, про элементный состав, близкий к Марсу - это преувеличение, судить хотя бы по современным значениям средней плотности (для Марса - 3,97 г\см3, для Ио - 3,5г.\см3), или по положению в плане удалённости от солнца. Ио явно менее богат железом и другими тяжелыми элементами и возможно алюмосиликатами, более богат серой и халькофильными элементами. Впрочем, речь не о том, речь о геологической активности, которая в случае Ио носит явно экзогенный характер - там же Юпитер (ну и остальные галилееевы спутники) близко, масштаб и характер приливных явлений на Ио можешь сам подсчитать. Учитывая то, что наверняка верхние слои Ио сложены в основном из легких и легкоплавких сульфидов и серы, получаем жидкую оболочку под тонкой корой охлаждения. Приливная энергия соответственно выделяется именно в ней - как следствие имеем масштабный вулканизм. Скорее всего - серно-сульфидный, а не алюмосиликатный, как на Земле.

3. По тепловому потоку. Тепловой поток - это не причина активной геотектоники, а следствие. Т.е. что-то там внутри дифференцируется - как следствие имеем выход тепла. Не факт, что если мы будем там что-то внутри нагревать и вследствие нагрева получим значимую конвекцию. Это ж не чайник с водой, вязкость не та, структура не та. Давай подумаем, что нагревать:
a. Нагреваем ядро, что имеем? Тут есть два варианта - либо ядро ферросульфидное (эвтектический сплав Fe и FeS) - тогда оно уже жидкое, так как ферросульфиды относительно легкоплавки, и температура их плавления слабо зависит от давления; либо ядро, как у Земли состоит из сплава железа и его монооксида - тогда может быть и твердым. Нагревая его, можем и расплавить, так как кривая зависимости температуры плавления от давления для этого дела достаточно полога. Но и расплавив ядро (ну или его внешние слои) мы ничего дельного не добьемся - расплав будет все равно тяжелее вещества верхних слоев.
b. Нагреваем глубокие слои мантии - ничего дельного не получим, так как кривая зависимости температуры плавления алюмосиликатов от давления очень крута - уже для глубины 2000 километров будет в районе 7000-8000 градусов. Даже в центре Земли на глубине ~6000 км температура меньше.
с. Плавим что-нибудь относительно неглубоко - да, получаем алюмосиликатный расплав, который должен быть легче окружающих пород. Будут интрузии мантийного вещества в кору, будет газовыделение, но что легко пришло - легко и уйдет вследствие серпентизации.

4. Дополнительные соображения - по временным масштабам. Все геолого-тектонические процессы крайне медлительны на самом деле - чтобы получить реакцию на воздействие, потребуется подождать миллионы лет, что собственно говоря и закрывает весь класс подобного рода решений твоей задачи. Ну, либо для скорого получения результата просто расплавить значительную часть литосферы (десятки процентов), да. Но это уже не тот масштаб. Для такого воздействия нужно закачать в литосферу Марса энергии порядка 10^36-10^37 эрг, т.е. порядка 10^30 Вт.

Примерно так. Извини, задержался с ответом.

[eugenebo.livejournal.com]

Пункт №4 -- весьма серьёзен. Действительно, чтобы прогреть существенную часть недр Марса хотя бы на 1000 градусов, нужно никак не меньше эдак 10²⁸ Дж, что при указанной мощности в 10¹⁴ ватт растянет процесс на 10 миллионов лет. Не удовлетворяет исходным ограничениям. Убираю из текста. Спасибо за убедительный аргумент :)

Что касается п. №3 -- а сильно ли важны кривульки плавления? Ну будет у нас в мантии не хватать половины температуры, так удвоим вкачиваемую энергию. Сделаем 10 тысяч градусов. Тепловой поток всё равно будет на уровне единиц ватт на квадратный метр. Или нет?

По п №2: У Марса больше радиус. Грубые оценки показывают, что разница в плотности примерно соответствует тому, чего можно ожидать за счёт большего сжатия его недр при примерно одинаковом составе. Собственно, примерно то же относится и к Луне, Земле и Венере.

[Сие нисколько не отменяет некоторых различий -- скажем, того факта, что Луна сильно обеднена летучими элементами по сравнению с Землёй. Но разница эта совершенно смехотворна по сравнению, например, с различиями между каменными и ледяными телами, действительно имеющими кардинально несхожую тектонику].

Хотя, конечно, механизм генерации вулканизма на Ио совсем другой, согласен, и, возможно, Ио поэтому не очень подходящая "реперная точка" для рассмотрения Марса.