¿Cuáles son los requisitos de energía para trasladar parte de la atmósfera de Venus a Marte?

Digamos que construimos dos portales a gran escala y enviamos uno a Venus y otro a Marte como en esta pregunta, pero con portales lo suficientemente grandes como para que las tasas de flujo de masa no sean un problema, ya que nadie quiere esperar 108 000 millones de años para encontrar planetas más habitables . .

La idea es descargar parte de la atmósfera de Venus en Marte para que alcance una temperatura razonable, dejándonos así con dos planetas semiterraformados en lugar de uno solo. (el resto del exceso de atmósfera de Venus se arroja al espacio y, por lo tanto, no es parte de nuestro problema energético)

Ahora, en una de las respuestas, Demi señaló que, naturalmente, el gas fluiría hacia Venus a pesar de una diferencia de 15 000:1 en la presión atmosférica a nivel del suelo, ya que Venus se encuentra mucho más profundo en el pozo de gravedad del Sol. De ahí nuestro problema, tenemos que trasladar parte de la atmósfera de Venus a Marte, pero ¿qué central eléctrica vamos a necesitar?

Lo que me gustaría saber es: asumiendo que construimos toda una flota de compresores de aire para forzar la atmósfera de Venus hacia Marte a través de nuestro portal (idealmente antes del final del milenio), ¿cuánta energía necesitaríamos de manera realista para lograr ¿este? (asumiendo que los portales solo representan una pequeña fracción del gasto total de energía)

Editar: estos portales conservan energía e impulso, si no lo hicieran , entonces todo lo que tendría que preocuparnos es la diferencia de presión atmosférica. Pero, cuando comenzamos a agregar pozos de gravedad (energía potencial gravitacional) y velocidad orbital (energía cinética), el resultado final se vuelve... demasiado para que mi cerebro lo controle. Presumiblemente, algo malo si las respuestas actuales son algo por lo que pasar.

La presión es lo que menos te preocupa... necesitas igualar la velocidad orbital de Marte a partir de uno de Venus.
@ L.Dutch Ah, me olvidé de eso. Bueno, supongo que eso va a hacer estallar un poco el presupuesto de energía.
Probablemente tenga sentido decir que esos portales representan una tecnología real o una forma de mover el aire y son para simplificar la pregunta. Y conservan la energía y el impulso de ese sistema de 2 cuerpos. Y la energía de crear portales es una representación de la eficiencia del sistema de bombeo. Si es el caso, porque de lo contrario Q no es interesante, y las propiedades de esos portales son desconocidas y podrían existir.
@ L.Dutch OP tiene "Portales". Eso solo elimina las características orbitales de la lista de consideraciones.

Respuestas (4)

Establecería el portal en Júpiter y agregaría el requisito de que la atmósfera extraída se someta a destilación fraccionada. Eso permitiría tomar los gases necesarios en las proporciones deseadas para realizar la terraformación.

No necesitará gastar energía para que la atmósfera de Venus ingrese al portal, ya que existe un diferencial de presión (90 atmósferas a 0,006) El principio de Bernoulli nos da una velocidad de:

Velocidad del aire = 2 Presión de la superficie de Venus (9,000,000) Presión de la superficie de Marte (insignificante) Densidad del aire en la superficie de Venus(67) = 518  milisegundo

No tendrás ningún problema para que pase el aire. Obtendrá 34 706 kg por segundo por metro cuadrado de portal (518 m/s * 67 kg/m^3)

Sin embargo, (y esto es de lo que supongo que se trata la pregunta) todavía existe la diferencia de energía entre Venus y Marte de la que debe preocuparse.

Energía de la velocidad orbital

La velocidad orbital mínima de Venus es de 34,78 km/s y la máxima de Marte es de 26,5 km/s. El aire pasa de unos 605 MJ/kg a 351 MJ/kg. Su portal tendrá que absorber 244 MJ/kg de la velocidad orbital. Suponiendo que el área del portal es de 1 metro cuadrado, estará disipando alrededor de 8,22 TW. No sé de qué está hecho tu portal, pero probablemente se derretirá debido a la energía absorbida, excepto por la siguiente parte.

Energía de la altitud orbital

Pero también está el costo de la energía necesaria para el cambio de altitud (del sol). En Venus, el aire tiene una energía gravitatoria de -12,2 GJ/kg. En Marte, el aire tiene una energía gravitatoria de -6,41 GJ/kg. Para llevar el aire a Marte, necesitas gastar 5,8 GJ/kg. O, con el portal anterior (1 m ^ 2, 518 m / s de velocidad baja) eso es 201TW para operar. Ahora, el calor residual de la operación lo derretirá.

Conclusión

Vas a gastar alrededor de 5,6 gigajulios por kilogramo de aire enviado. Si abre un portal con un área de un metro cuadrado, el aire lo atravesará a 518 m/s. Con la densidad de la atmósfera de Venus, esto significa que su portal requerirá 192TW para operar. No sé de qué está hecho, pero el calor residual probablemente lo derretirá.

Eso parece hacer que cualquier intento de mover una cantidad apreciable de planeta más lejos en el sistema solar sea bastante inútil, ya que básicamente, a menos que toque una estrella completa, simplemente no tendré la energía o me voy a carbonizar. parrilla el planeta en cuestión. Supongo que tengo que buscar en otra parte mi nueva atmósfera marciana.
algunas oraciones sobre cómo asume el flujo a través del portal y, por lo tanto, los poderes requeridos mejorarían significativamente la respuesta.
@Samwise si quieres abrir la lata de gusanos que está rompiendo la conservación de la energía, déjate llevar.
@MolbOrg Agregó una línea después del cálculo de la velocidad de flujo que lo explica.

Supongamos que podemos dejar de lado el tema de la gravedad, dado que ya estamos trabajando con "portales" que conectan dos puntos distantes como si fueran contiguos. (Supongo que esto tiene sentido, porque si no fuera así, abrir un extremo de un portal en cualquier lugar pero muy cerca del otro extremo causaría grandes interrupciones).

La atmósfera de Venus pesa 4.8 × 10 20 kg y casi todo es CO₂, el más práctico de los gases de efecto invernadero. Si solo desea aumentar la temperatura en Marte, solo necesita un poco de CO₂ para un efecto invernadero, por lo que puede importar solo una cienmilésima parte de la atmósfera de Venus. Eso le daría un poco más del doble del contenido de CO₂ de la atmósfera de la Tierra. Si las presiones relativas son la única preocupación, creo que el problema será detener el flujo de salida una vez que haya abierto los portales.

Pero, por supuesto, se necesitaría una atmósfera mucho más densa para mantener el calor, y sería conveniente aumentar la presión atmosférica en Marte para que la gente pueda caminar por el exterior sin traje espacial (solo con tanques de aire respirable). Así que sería mejor importar mucho más de la atmósfera de Venus. En la superficie de Venus la presión es de 93 bar. Marte tiene el 42% de la gravedad de Venus, por lo que necesitarías más atmósfera, proporcionalmente, para lograr la misma presión en la superficie. Si su objetivo era la presión del nivel del mar en la Tierra (~1 bar), debería necesitar

4.8 × 10 20 k gramo 93 × 0.42 = 1.2 × 10 19 k gramo

Este es un cálculo extremadamente crudo, ya que las cosas no son tan claramente lineales. Además, no tengo idea de si Marte podrá conservar todo ese gas a lo largo del tiempo.

El metano y el vapor de agua son gases de efecto invernadero aún mejores. Solo digo...
@ventsyv Sí, pero al menos el vapor de agua tiende a no ser particularmente vaporoso a las temperaturas que se ven comúnmente en Marte, lo que podría ser un problema...
Tenga en cuenta que la atmósfera de Marte también es casi exclusivamente CO 2 , registrando un 96 % de CO 2 según Wikipedia . Sin embargo, para no quedarse atrás, Venus registra un 96,5 % de CO 2 .
@ventsyv Se podría obtener metano en grandes cantidades colocando un portal en Titán, pero no sería buena idea porque cualquier intento de agregar oxígeno a la atmósfera provocaría una combustión.
En realidad podría ser una buena idea. Quemar CH4 le dará CO2 y agua, por lo que es posible que desee usar CH4 para aumentar la temperatura más rápido y luego quemarlo. Pero estamos fuera del tema aquí...

Lo más fácil para hacer un cálculo aproximado es usar la metáfora del pozo de gravedad ; en todos los cálculos que siguen a los números (como lo señala @MolbOrg) metros virtuales de 9,81 m/s^2 equivalentes. Esto significa que convertimos el campo de gravedad variable en un equivalente fijo y hacemos todos los cálculos "como si" en la superficie de la Tierra. Debido a la conservación de la energía, estos factores se pueden agregar trivialmente.

En el pozo de gravedad del Sol, Venus está a 124,9 Mm y Marte a 59,3 Mm, por lo que tenemos una diferencia de 124,9-59,3 = 65,6.

El pozo de gravedad propio de Venus tiene 5407 km, mientras que Marte tiene solo 1274 km, por lo que debe agregar otros 5,407-1,274 Mm = ~ 4,25 Mm para un total de ~ 70 Mm.

Esto significa que necesita levantar la atmósfera para que se transfiera como si la levantara 70000 km. El gasto de energía es bastante alto.

Sería mucho mejor usar Júpiter o Saturno como fuente y ganar energía en el proceso.

De lo contrario, puede volcar parte de la atmósfera de Venus muy cerca del Sol y así ganar energía; eligiendo apropiadamente el lugar donde volcar su exceso de "aire" puede compensar exactamente la energía necesaria para bombear lo que necesita para ir a Marte.

"En el pozo de gravedad del Sol, Venus está a 124,9 mm y Marte a 59,3 mm": números incorrectos si te refieres a las órbitas y distancias de los planetas al sol.
@MolbOrg: no, me refiero a la profundidad de la gravedad. Porque el número que cita es qué tan profundos están los planetas en el pozo de gravedad del sol, luego está el pozo de gravedad del planeta mismo: debe salir de Venus y descender a Marte (ver: spiralwishingwells.com/guide/Gravity_Wells_Mirenberg. pdf ; los números en realidad se tomaron de: Explainxkcd.com/wiki/index.php/681:_Gravity_Wells )
ok, esos son metros virtuales de 9.81 m/s^2 equivalentes. Probablemente deberías aclarar eso en la respuesta.