Терраформирование планет Солнечной системы

XI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке

Терраформирование планет Солнечной системы

Аверкин К.А. 1
1МАОУ "Лицей № 97 г. Челябинска"
Турятко Н.Г. 1
1МАОУ «Лицей № 97 г. Челябинска»
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Введение

 

Актуальность исследования. С тех пор, как люди узнали, что наша планета не единственная в Солнечной системе, они стали задаваться вопросом: возможна ли жизнь на других планетах? С раннего возраста я увлекаюсь изучением космоса, для меня эта тема очень интересна. Мне нравится сравнивать различные планеты. Я хочу, как можно больше узнать о планетах Солнечной системы, и о возможности жизни человека на них.

Земля – общий дом для более, чем 7,5-ой миллиардов человек. Пищи и ресурсов хватит ещё надолго. Однако учёные уверены, что вечно такая относительная идиллия не сможет продолжаться, и пусть не в ближайшее время, но когда-то наша планета перестанет быть пригодной для жизни. Поэтому неплохо было бы переселиться на другую пригодную для проживания планету, конечно, заблаговременно её для этого подготовив.

Цель данной работы: определить, возможно ли терраформирование планет Солнечной системы.

Для достижения указанной цели необходимо решить следующие задачи:

- изучить и систематизировать теоретический материал по теме.

- определить условия, необходимые для жизни человека на других планетах Солнечной системы.

- опираясь на собранный материал постараться сделать выводы по существу исследования.

Гипотеза: терраформирование планет Солнечной системы возможно.

Методы исследования: сбор литературы, изучение, осмысление и систематизация материала, обобщение полученной информации в сравнительных таблицах.

Практическая значимость работы: собранные в ходе исследования материалы, о возможности терраформирования планет Солнечной системы, могут быть использованы на уроках по окружающему миру учителями, учениками, родителями и любом человеком, заинтересованным изучением данной темы.

Наш дом - Солнечная система

Планеты Солнечной системы

Наш дом — Солнечная система (Приложение А). Наша звезда - Солнце, находится в центре Солнечной системы. Вокруг Солнца вращаются восемь планет, триллионы комет и астероидов и несколько планет-карликов. Восемь планет делятся на четыре планеты, подобные нашей: Меркурий, Венера, Земля и Марс, и четыре газовых гиганта: Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун [3].

Первая планета от Солнца - Меркурий. Это самая близкая к Солнцу планета. Свое имя она получила от древнеримского бога ремесел и торговли Меркурия. Как и большинство мелких объектов, близких к массивному телу, Меркурий развивает большую орбитальную скорость. И успевает сделать полный круг всего лишь за 87,97 земных суток. Меркурий – самый быстрый в Солнечной системе и при этом самый экстремальный по температурным режимам. Поскольку атмосферы у Меркурия почти нет, температура его поверхности меняется очень сильно. Разница дневных и ночных температур на Меркурии самая большая во всей Солнечной системе от -173 °C ночью до +427 °C днем в экваториальных регионах. (Приложение Б).

Вторая планета от Солнца - Венера.  Свое имя эта планета получила от древнеримской богини любви и красоты. Венера обращается вокруг Солнца за 225 земных дней, а вокруг своей оси поворачивается за 243 дня. То есть год на Венере короче, чем день. У Венеры есть очень плотная атмосфера, которая делает эту планету красивой при рассмотрении с Земли и одновременно скрывает ее истинное «лицо». Венера ненамного меньше Земли по массе и размерам и долгое время претендовала на роль космического объекта, который вполне мог стать пригодным в будущем для заселения. Однако это невозможно, т.к. на самом деле Венера представляет собой выжженную раскаленную пустыню, укутанную вечным полумраком [4] Атмосфера планеты состоит в основном из смертельного для жизни углекислого газа с облаками столь же смертоносной серной кислоты. Они удерживают тепло. Поэтому средняя температура на поверхности Венеры держится на уровне +463°C. Ядовитые облака Венеры настолько плотные, что сквозь них невозможно разглядеть планету даже в самый мощный телескоп. Днем и ночью на планете бушуют грозы. (Приложение В).

Четвёртая от Солнца и последняя из планет земной группы - Марс. Планета Марс названа в честь древнеримского бога войны. Такое название она получила из-за красноватого оттенка своей поверхности, отсюда и второе название – «Красная планета». Причина появления этого воинственного оттенка проста: в марсианском грунте содержится очень много оксида железа, то есть ржавчины [5]. Благодаря красновато – оранжевому цвету его легко отыскать на ночном небе. Сутки там длиннее, чем на Земле на 37 минут 22,7 секунды. А вот год на Марсе длится 22 земных месяца. На Марсе сменяются времена года. Там есть и своя зима, и свое лето. В северном полушарии Марса лето долгое и прохладное, а в южном полушарии — короткое и относительно тёплое [2]. Температура на планете колеблется от −153 °C на полюсах зимой и до +20 °C на экваторе летом. (Приложение Г).

Пятая планета от Солнца и крупнейшая в Солнечные системы - Юпитер. Свое имя Юпитер получил в честь древнеримского верховного бога-громовержца. Юпитер по размеру в 11 раз больше Земли и в 2,5 раза массивнее всех остальных планет вместе взятых. Полный оборот вокруг Солнца Юпитер совершает за 4332 дня. То есть год на Юпитере длится почти 12 земных лет. А вокруг своей оси Юпитер вращается быстрее всех остальных планет Солнечной системы. Сутки на Юпитере пролетают почти за 10 земных часов. Атмосфера Юпитера образована из газов, в основном из водорода и гелия. Юпитер настолько холодный (температура достигает -110°C), что эти газы внутри планеты находятся в жидком состоянии, поэтому жизни на планете быть не может. (Приложение Д).

Шестая от Солнца, и вторая по величине планета в Солнечной системе - Сатурн. Название планета получила в честь древнеримского бога плодородия и земледелия – Сатурна. Год на Сатурне длится почти 29,5 земных лет. А вот вокруг собственно оси Сатурн вращается почти так же быстро, как Юпитер. Зато время, пока у нас на Земле проходят день и ночь, Сатурн успевает прожить целых два дня и две ночи. Из-за такого быстрого вращения на планете дуют очень сильные ветры. Сатурн, как и Юпитер, покрыт водородно-гелиевым слоем. Поэтому условия пригодные для жизни на нём отсутствуют. (Приложение Е).

Седьмая по удаленности от Солнца, третья по величине планета в Солнечной системе – Уран. Она названа в честь греческого бога неба Урана. Год на Уране длится 84 наших земных года. А сутки – всего лишь 17 часов. Время года в южном и северном полушариях Урана, на его полюсах и экваторе меняются так странно, словно это происходит на разных планетах. Круглый год температура не поднимается выше – 200°C. (Приложение Ж)

Восьмая от Солнца и последняя планета в Солнечные системы – Нептун – ледяной гигант. Свое имя планета получила от древнеримского бога морей Нептуна из-за цвета его атмосферы. Однако бесполезно искать на этой планете океаны. Метан, а вовсе не вода окрашивает его внешние слои атмосферы в очаровательный синий цвет. Год на Нептуне длится 164,79 земных лет. А сутки – всего лишь 16 земных часов. Нептун – это планета ветров. В его атмосфере бушуют такие сильные ветра, каких нет больше ни на одной планете Солнечной системы. Нептун – очень холодная планета температура в верхних слоях атмосферы близка к −220 °C. (Приложение З).

Критерии пригодности планеты к терраформированию

Терраформирование (от лат. terra — земля и forma — вид) — изменение климатических условий планеты, спутника или же иного космического тела для приведения атмосферы, температуры и экологических условий в состояние, пригодное для обитания земных животных и растений [6].

Не всякая планета может быть пригодна к терраформированию. Все зависит от условий, в которых та или иная планета находится. Основными из этих условий являются: атмосферы; воды; гравитация; магнитного поля; температурного режима, схожего с земным; поверхности планеты из твердых материалов.

Рассмотрим эти условия более подробно.

1. Атмосфера - представляет собой газообразную оболочку, вращающуюся вместе с планетой как единое целое. Она служит надежной защитой от вредных космических излучений, определяет климат данной местности и планеты в целом. Атмосферный воздух - это источник дыхания человека, животных и растительности.

2. Вода - играет чрезвычайно важную роль в жизни человека, животного и растительного мира, и природы в целом. Вода доставляет в клетки организма питательные вещества (витамины, минеральные соли) и уносит отходы жизнедеятельности (шлаки). Кроме того, вода участвует в процессе терморегуляции (потоотделение) и в процессе дыхания (человек может дышать абсолютно сухим воздухом, но не долго) Для нормальной работы всех систем человеку необходимо как минимум 1,5 литра воды в день.

3. Гравитация – это, как известно, притяжение между двумя обладающими массой телами. Гравитация Земли – это сила, с которой наша планета притягивает любое расположенное на её поверхности материальное тело и зависит она от массы этого тела.

4. Магнитное поле служит защитой от солнечного ветра (солнечная радиация) – от чрезмерного количество тепла и света.

5. Температура воздуха — одна из важнейших характеристик погоды и климата, она оказывает прямое воздействие на человека, животных, растения. Для человека снижение температуры тела ниже 25°с и её увеличение выше 43°с, как правило, смертельно.

6. Поверхность планеты из твердых материалов - условие, при котором человек может находиться на планете, передвигаться по ней, создавать необходимые для своей жизни сооружения и т.д.

Терраформирование Марса

Не всякая планета может быть пригодна к терраформированию. (Приложение И, К). Если внимательно рассмотреть сравнительные таблицы планет Солнечной системы № 1 и 2, то можно сделать вывод, что планетами категорически не пригодными к заселению людьми являются планеты-гиганты. Непригодность этих планет обусловлена: отсутствием твердой поверхности, сверхвысокой гравитацией, температурными режимами атмосферы, высоким радиационным фоном.

Меркурий и Венера также непригодны к терраформированию, так как на этих планетах встречаются большие трудности к преобразованию климатических условий этих планет.

В Солнечной системе наиболее подходящими условиями для поддержания жизни в течение 1-2,5 миллиардов лет обладает планета Марс.

Именно Марс претендует на планету, которую человек колонизирует первой. Красная планета подходит для создания жизнепригодных для человека условий, по словам учёных, на сегодняшний день в наибольшей степени.

Климат на Марсе наименее экстремален среди всех планет Солнечной системы. Так же человеку будет гораздо проще привыкнуть к марсианским суткам. Неоспоримым преимуществом Марса является возможность производства пищевых ресурсов, кислорода и стройматериалов на месте. На Марсе точно есть вода. Это подтверждают последние исследования. А вода – это жизнь! Она, правда, в замороженном состоянии, но есть предположение, что на Марсе обширные подземные запасы [1]. Почва при дополнительной обработке пригодна к выращиванию земных растений.

Среди главных проблем, которые нужно решать, выделяют слабое магнитное поле Марса, разряженную атмосферу и низкую гравитацию.

Для защиты от радиации нужно создать нормальное магнитное поле. Многие считают, что проблему магнитного поля Марса нужно решить, чтобы обеспечить стабильность атмосферы Марса и что нет смысла даже пытаться восстановить на Марсе атмосферу пока не решена проблема магнитного поля. Это не вполне так. Это правда, что из-за отсутствия магнитного поля атмосферу Марса уносит в открытый космос солнечный ветер. Однако если каким-то образом нам бы удалось создать у Марса такую же атмосферу как у Земли, то прошло бы около миллиона лет, прежде чем солнечный ветер унес бы один процент атмосферы.

Было предложено множество способов защиты колонистов от губительного влияния радиации. Давайте рассмотрим основные из них. Вывод на орбиту вокруг Марса в качестве спутника Цереры. В теории, гравитация крупного небесного тела, обращающегося вокруг Марса будет действовать на ядро Марса. Это может вновь расплавить и привести в движение ядро Марса.

Создание планетарного электромагнита. В этом варианте предлагается проложить по экватору Марса соленоид из сверхпроводника и подключить его к мощному источнику тока. Несмотря на то, что этот проект потребует поистине титанических усилий и огромных затрат, из всех перечисленных он самый реалистичный, так как он не требует изобретения чего-то принципиально нового. (Приложение Л).

Создание искусственного магнитного поля только в районе колонии. Это можно сделать путем размещения мощного электромагнита в районе марсианской колонии.

Размещение поселения в пещерах. Толща марсианского грунта сама по себе будет хорошей защитой от радиации. Проблема этого способа в том, что подземная база накладывает существенные ограничения на мобильность и работу колонистов.

С имеющейся атмосферой на Марсе тоже придётся что-то решать, так как она не удерживает ни тепло, ни воздух. Атмосфера Красной планеты не обеспечивает должную защиту от метеоритов. Так что, пока не решится проблема с оптимальной атмосферой, придется жить в специальных жилых помещениях. Терраформирование Марса может происходить как при прямом введении в его атмосферу искусственно изготовляемых парниковых газов (фреонов), так и нагреве поверхности планеты с помощью направленного орбитальными зеркалами солнечного излучения и затемнения поверхности полярных шапок сажей или полимерными пленками. (Приложение М, Н). Оба процесса могут происходить одновременно и вносить большой вклад в изменение климата Марса. Например, развитие масштабной ядерной, а в перспективе и термоядерной энергетики позволит, так или иначе, высвобождать огромные объемы вторичного тепла в атмосфере, а в перспективе и в гидросфере Марса. Так, например, совершенно очевидно, что при наладке крупной энергетики и выработке водорода и кислорода для наземного марсианского транспорта, космических кораблей и энергоснабжения поселений возникнут условия для высвобождения больших объемов тепловой энергии в атмосфере. В совокупности общий объем энергетики будет нагревать атмосферу Марса, и способствовать при таянии полярных шапок значительному парниковому эффекту. После растопленные ледников Марса образуется океан и начнут заполняться реки. Наличие воды и интенсивное таяние ледников изменит атмосферу планеты, обогатив ее кислородом и вплотную приблизит к земному химическому составу.

Низкая гравитация на Марсе подвергнет организм человека большим испытаниям – ему придётся перестраиваться.

Таким образом, Марс оптимальный вариант для терраформирования, в плане соотношения пригодности для жизни и расстояния от Земли.

Заключение

Собирая материал о планетах Солнечной системы по различным направлениям, я получил много сведений о том, почему они так называются, о их размерах, о удаленности планет от Солнца, о температуре, о атмосфере, о наличии воды на планетах.

На сегодняшний момент, исходя из полученных данных, можно сделать вывод, что в настоящее время только планета Земля пригодна для жизни человека. На остальных планетах человек жить не сможет, так как там нет условий для жизни (отсутствует атмосфера, кислород, вода; очень сильные ветры; очень высокие и низкие температуры).

Однако, при всем при этом одна из планет Солнечной системы серьёзно рассматривается как место для создания «Колыбели человечества» на случай, если на нашей планете произойдёт глобальная катастрофа.

Таким образом гипотеза, взятая за основу работы, подтвердилась. Терраформирование планет Солнечной системы возможно. Наиболее подходящей планетой для терраформирования является Марс.

Конечно, что бы человек мог жить на планете Марс нужно еще приложить массу усилий, затрат и времени.

В целом терраформирование Марса, является непосильной задачей для человечества на его текущем этапе развития, однако может стать нам по плечу в уже обозримом будущем.

Следует понимать, что полное терраформирование Марса - очень долгий процесс, который вероятно займет тысячи, если не десятки тысяч лет. В итоге через тысячу- другую лет упорного труда и интенсивных экономических усилий человечество получит более-менее пригодную для жизни планету. Правда, это состоится не на нашей памяти…

Список литературы:

1. Вайткене Л.Д. Астрономия: Энциклопедия занимательных наук для детей / Л.Д. Вайткене; АСТ. - М.: Изд-во АСТ, 2016 - 160 с.

2. Качур Е. Увлекательная астрономия: серия «Детские энциклопедии с Чевостиком» / Е. Качур.- 3-е изд. – М.: Манн, Иванов и Фербер, 2017. – 80с.

3. Лиско В.В. Космос: Детская энциклопедия Аванта / В.В. Лиско; АСТ. - М.: Изд-во АСТ, 2017. - 160 с.

4. Романова М. Марс: Солнечная система в вопросах и ответах / М. Романова; РИПОЛ классик. – М.: Изд-во РИПОЛ классик, 2018 - 56 с.

5. Собе-Панек М.В. Увлекательный космос для самых маленьких: Энциклопедия малыша / М.В. Собе-Панек; АСТ. - М.: Изд-во АСТ, 2017.- 158 с. - (Энциклопедия малыша).

6. Википедия. Свободная энциклопедия. [Электронный ресурс]. Режим доступа - https://ru.wikipedia.org/wiki/

Приложения

Приложение А. Солнечная система

Приложение Б. Меркурий

Приложение В. Венера

Приложение Г. Марс

Приложение Д. Юпитер

Приложение Е. Сатурн

Приложение Ж. Уран

Приложение З. Нептун

Приложение И

Сравнительная таблица №1 планет Солнечной системы

Планеты

Солнечной системы

Поверхность планеты

Темпера тура

Атмосфера

Вода

Гравитация

(рассмотрим на примере веса 47 кг)

Магнитное поле

Меркурий

Твердая

Средняя температура от

-173°C до +427 °C

Атмосфера слабая и рассеянная. Она могла быть более плотной при своем формировании, но из-за мощных солнечных ветров ослабла.

Тонкая разряженная оболочка состоит из кислорода, гелия, калия.

Нет

На этой планете очень низкая гравитация. Человек, который весит 47 кг на Земле, на Меркурии будет иметь массу тела всего 17.766 кг.

Слабое магнитное поле.

Венера

Твердая

Средняя температура

+463 °C

В основном состоит из углекислого газа и азота

Нет

42.629 кг

Слабое магнитное поле.

Марс

Твердая

Температура на планете колеблется от −153 °C на полюсах зимой и до +20 °C на экваторе летом

Состоит на 95% из углекислого газа, 3% азота, 1,6% аргона, и следовых количеств кислорода, водяного пара и других газов. Кроме того, она очень сильно наполнена мелкими частицами пыли (в основном из оксида железа), которые придают ей красноватый оттенок

В замороженном состоянии, но есть предположение, что на Марсе обширные подземные запасы

Сила притяжения Марса заметно ниже и составляет 38% от силы тяжести Земли. Связанно это с тем, что Марс вполовину меньше Земли.

Человек в подобных условиях будет весить, примерно, 17.719 кг и сможет прыгать очень далеко и очень высоко.

В отличие от Земли, у Марса нет глобального магнитного поля, чтобы защитить его от суровых погодных условий, но у него есть пятна локального индуцированного магнетизма.

Юпитер

Газовая

Температура достигает

-110°C

Состоит из водорода и гелия.

Другие элементы присутствуют в небольших количествах в составе соединений, таких как метан, аммиак, сероводород и вода.

Состав атмосферы подобен составу всей планеты в целом

Есть в атмосфере.

Оказывается, вес человека на Юпитере будет совершенно другим, не таким, как на Земле. Если отправиться на эту планету, то человек станет очень тяжелым. В среднем вес там увеличивается в 2 – 2.5 раза. Человек на Юпитере будет весить, примерно, 111.108 кг. Связано это с большей силой притяжения.

Есть

Сатурн

Газовая

Средняя температура

-150 °C

Состоит из водорода

Есть

43.052 кг.

Есть

Уран

Газовая

Круглый год температура не поднимается выше – 200°C

Состоит в основном из водорода и гелия

Есть. Вода на Уране способна проводить больше тока по сравнению с водой на нашей планете

41.783 кг.

Есть

Нептун

Газовая

Температура в верхних слоях атмосферы близка к −220 °C

Состоит из водорода и гелия

Есть. Вода на Нептуне, как и на Уране способна проводить больше.

52.875 кг.

Есть

Приложение К

Сравнительная таблица № 2 планет Солнечной системы

Планета

Расстояние от солнца

Период обращения вокруг Солнца

Период вращения вокруг своей оси

Количество спутников

Сколько лететь от Земли до других планет Солнечной системы

Меркурий

58000000 км

87,97 суток

58,6 суток

0

Меньше чем за 5 месяцев

Венера

108000000 км

225 суток

243 зем.дня

0

Примерно 5 месяцев

Марс

228000000 км

686,9 суток

24 ч. 37 м.22,7 с

2

От 7 до 8 месяцев

Юпитер

778000000 км

4332

9 ч. 50 м. 30 с.

79

Примерно 5 лет

Сатурн

1426000000 км

29,5 зем.года

10 ч. 39 м.

82

Около 7 лет

Уран

4496000000 км

84 зем.года

17 ч. 14 м.

27

Примерно 9 лет

Нептун

5929000000 км

164,79 зем.лет

16 ч. 3 м.

14

Примерно 12 лет

Приложение Л. Создание планетарного электромагнита.

Вариантом этого способа является размещение по экватору кольца из меньших электромагнитов.

Приложение М. Космическое зеркало

Приложение Н. Модель Солнечной системы

Нагрев поверхности Марса с помощью направленного орбитальными зеркалами солнечного излучения.

Просмотров работы: 77