Можно ли охладить Венеру и сделать её пригодной для жизни

Венера почти такого же размера, как Земля, а сила тяжести на ней лишь немного меньше земной. При этом на её поверхности температура достигает 465 градусов, а плотная углекислотная атмосфера создаёт давление, сравнимое с земным океаном почти на километровой глубине. Посадочным аппаратам приходится работать в условиях, при которых перегревается электроника и разрушаются привычные материалы.

Ещё в прошлом веке учёные начали обсуждать, можно ли изменить саму планету: охладить её, уменьшить давление и получить пригодную для жизни среду. Такое преобразование называют терраформированием. Среди предложений были фотосинтезирующие микроорганизмы и огромный солнечный экран, однако каждый проект требовал переработать планетарные запасы газа и изменить тепловой режим Венеры.

Что пришлось бы изменить на поверхности

У поверхности Венеры давление достигает примерно 92 бар. Её атмосфера содержит около 96,5 процента углекислого газа по объёму, а основную часть остатка составляет азот. Планету окружают облака из капель серной кислоты. На поверхности нет жидких водоёмов, а в атмосфере практически отсутствует свободный кислород для дыхания.

Снизить температуру до комнатной было бы только частью работы. Даже холодная среда с большим содержанием CO₂ не становится пригодным для дыхания воздухом, а давление определяется весом всего столба газа над поверхностью.

Поэтому в проектах терраформирования приходится одновременно решать несколько задач. Планете нужен иной тепловой режим, значительно менее массивная атмосфера с подходящим составом и доступная вода. Затем потребуется проверить, сможет ли получившийся климат сохраняться при венерианском солнечном освещении. Возможность на короткое время создать нужные условия ещё не гарантирует их устойчивость на протяжении жизни поселения.

Как солнечный экран мог бы охладить планету

Венера находится ближе к Солнцу и получает примерно в 1,9 раза больше солнечной энергии на единицу площади, чем Земля. Однако её светлые облака отражают большую часть падающего света. Высокая температура поверхности связана с тем, как плотная атмосфера поглощает и переизлучает тепловое излучение. Чтобы рассчитать охлаждение, необходимо учитывать и отражённый свет, и выход тепла в космос, и перенос энергии между слоями атмосферы.

Одна из предложенных схем — разместить между Венерой и Солнцем огромный экран, который отведёт часть света в сторону. Планета продолжит излучать энергию в космос, а поступать её станет меньше. После этого начнут остывать атмосфера и поверхность, причём скорость процесса будет зависеть от облаков, движения газа и накопленного в глубине тепла.

В 1991 году Пол Бирч рассмотрел вариант почти полного затенения с последующей конденсацией углекислоты. В его упрощённых оценках охлаждение до нужных для этого состояний занимало около 90-200 лет. Такой результат описывал поведение планеты при заданных условиях и уже установленном экране. Сам экран в проекте предполагал производство огромных конструкций в космосе и использование внеземного сырья — возможностей, которыми современная промышленность не располагает.

Чем ниже становилась бы температура, тем сильнее менялась бы сама атмосфера. При подходящих сочетаниях давления и температуры CO₂ мог бы перейти в жидкое, а затем и в твёрдое состояние. В расчётах Бирча это приводило к образованию углекислотных морей и залежей замёрзшей углекислоты. Но после такого охлаждения на Венере оказалось бы слишком холодно для открытых земных водоёмов, и следующий этап потребовал бы аккуратного прогрева.

Куда девать углекислый газ

Общая масса венерианской атмосферы оценивается примерно в 4,8 x 10²⁰ килограммов. Большую её часть составляет углекислота, поэтому даже очень производительная установка перерабатывала бы лишь небольшую долю планетарного запаса. Здесь приходится считать не только мощность оборудования, но и количество вещества, которое нужно собрать, переместить и где-то оставить.

Охлаждение позволяет осадить часть газа на поверхность и уменьшить давление. Однако замёрзший CO₂ остаётся на той же планете. При последующем нагреве он снова начнёт переходить в газ, если залежи не изолировать и не удерживать в подходящих условиях. В сценарии с солнечным экраном хранилище углекислоты становится такой же обязательной частью проекта, как и сам экран.

Другой путь — химически связать углерод, например в минеральных соединениях. Такие реакции известны, но для их использования на Венере потребовались бы подходящие реагенты, доступ к породам и способ обеспечить контакт веществ на огромной площади. Горную породу пришлось бы добывать и подготавливать к реакции, а полученные соединения хранить при температуре, при которой они не разлагаются с выделением газа.

Можно представить и вывоз атмосферного вещества за пределы планеты. Каждый килограмм придётся поднять из её поля тяготения, разогнать и направить туда, откуда он не вернётся. Венера по массе близка к Земле, поэтому вывоз газа потребовал бы огромных затрат энергии. Даже переработка небольшой доли атмосферы означала бы работу транспорта с грузопотоком планетарного масштаба.

Откуда взять воду и кислород

В нынешней атмосфере Венеры водяного пара очень мало. Даже если собрать его целиком, запаса, сопоставимого с земными морями, не получится. Воду для будущих водоёмов пришлось бы доставлять извне либо получать химически, используя привезённый водород и кислород из венерианских соединений.

В проектах обсуждают доставку льда и другого водосодержащего вещества из других частей Солнечной системы. Такой груз нужно направить к Венере и затормозить при прибытии. Столкновение с планетой превратило бы большую часть энергии движения в тепло, добавив новую нагрузку к системе охлаждения.

Кислород уже присутствует в составе молекул CO₂ и минералов, но химически связанный кислород непригоден для дыхания. Его можно было бы получать при переработке сырья, затрачивая энергию и одновременно решая судьбу остальных продуктов реакции. Выделившийся кислород способен вступать в реакции с породами и другими веществами, так что произведённое количество не обязательно целиком останется в атмосфере.

Для будущего климата придётся подобрать и содержание остальных газов. Азот после удаления углекислоты сохранится, если отдельно не менять его запас. Потребуется также проверить круговорот воды и скорость потерь вещества в верхних слоях атмосферы.

Почему нельзя просто запустить туда водоросли

В 1961 году Карл Саган обсуждал изменение Венеры с помощью фотосинтезирующих организмов. Тогда знания об атмосфере и поверхности были гораздо беднее современных. Привлекательность такого подхода понятна: размножающиеся организмы могли бы использовать солнечный свет и постепенно извлекать углерод из углекислого газа.

Фотосинтез требует воды, питательных веществ и подходящей температуры. На поверхности Венеры для известных земных организмов слишком жарко, а в облаках мешают серная кислота и нехватка доступной воды. В исследовании 2021 года доступность воды в типичных кислотных каплях оказалась намного ниже предела, при котором способны активно жить известные земные экстремофилы.

Кроме того, превращение CO₂ в биомассу не завершает задачу удаления углерода. Если органическое вещество затем разложится или окислится, углерод снова вернётся в газовую среду. Для долговременного эффекта его нужно накапливать в устойчивой форме и отделять от процессов, которые обратят реакцию. Это требование сохраняется даже в случае, если когда-нибудь удастся создать организмы, способные работать в специально подготовленных венерианских условиях.

Биологическое производство могло бы стать частью уже управляемой среды: например, внутри закрытого модуля с водой, нужной температурой и защищённым оборудованием. Для распространения такого процесса в атмосфере пришлось бы создавать условия для жизни и следить, какое количество вещества система действительно перерабатывает.

Жить над поверхностью, сохранив атмосферу

У Венеры есть область, где температура и давление гораздо ближе к земным. Примерно на высоте 50 километров давление сопоставимо с давлением у поверхности Земли, а температура в этой области составляет около 30-70 градусов. В 2003 году Джеффри Лэндис рассмотрел концепцию аэростатных поселений в этой части атмосферы.

Земная азотно-кислородная смесь легче окружающего углекислого газа, поэтому воздух внутри большой оболочки мог бы одновременно служить дыхательной средой и создавать подъёмную силу. При близком внутреннем и внешнем давлении оболочке не пришлось бы выдерживать перепад, характерный для космического корабля в вакууме. Но она по-прежнему должна удерживать свой газ, не пропускать внешнюю среду и переносить действие кислотных аэрозолей.

Такое поселение потребовало бы источников энергии, замкнутого водоснабжения, защиты материалов, ремонта и надёжной доставки людей и грузов. Внешний воздух оставался бы непригодным для дыхания, а поверхность — раскалённой. Публикация Лэндиса описывает концепцию, которую предстоит проверять по отдельным инженерным задачам; готовой системы для постоянного проживания людей на Венере нет.

Небольшие аэростаты на Венере уже работали. В июне 1985 года аппараты «Вега-1» и «Вега-2» выпустили по воздушному шару с приборами. Они дрейфовали примерно на высоте 54 километров и около 46 часов передавали измерения температуры, давления и других параметров атмосферы. За это время каждый прошёл с ветром примерно треть окружности планеты.