¿La terraformación de Venus destruiría su ionosfera?

Una respuesta corta es no, Venus no perdería su ionosfera si el estado objetivo de la terraformación es igual a la composición atmosférica, la temperatura y la presión de la Tierra. Sin embargo, la respuesta larga es un poco más interesante, particularmente por qué eso es un problema y no una solución a la falta de campo magnético de Venus. Primero abordemos el primer punto, y avanzaré lentamente hacia las partes problemáticas;

La ionosfera no es nada especial, es algo que deberíamos esperar en cualquier cuerpo celeste que esté lo suficientemente cerca de su estrella y tenga elementos más livianos expuestos en su superficie, ya sea que inicialmente tenga atmósfera o no, para que sus capas superiores interactúen con la alta energía de la estrella. flujo de protones y radiación electromagnética. Incluso la Luna tiene ionosfera.porque, si bien su exosfera no es lo suficientemente densa como para que sus moléculas interactúen entre sí, aún interactúan con la superficie lunar cargada solar (foto y/o radiación ionizante inducida). También vemos que esta interacción con los cometas y su actividad en la superficie aumenta a medida que cruzan la línea de nieve del sistema solar aproximadamente en algún lugar en el medio de la distancia del cinturón principal de asteroides al Sol. En realidad, ni siquiera se necesita estar cerca de una estrella y esta interacción a la larga será suficientemente proporcionada por los rayos cósmicos, solo tomará más tiempo para que se forme gran parte de la presión sobre la superficie del cuerpo celeste, y la presión total no será suficiente para nosotros llamarlo una atmósfera, si los vientos solares lo arrastran constantemente o si el cuerpo no es lo suficientemente masivo como para retener estos iones gravitacionalmente o por una gran fuerza, por ejemplo, tensión superficial o electrostática. Por ejemplo, probablemente lo llamaríamos exosfera ya que su presión no sería suficiente para que las partículas liberadas interactúen entre sí como esperaríamos que lo hicieran en atmósferas adecuadas (donde la densidad es lo suficientemente alta como para que sus elementos constituyentes, átomos, moléculas o partículas más complejas y más pesadas frecuentemente chocan entre sí).

Cualquiera que sea la fuente de interacción con partículas atómicas y subatómicas de alta energía, o fuente de fuerte radiación electromagnética como, por ejemplo, UV, gamma, etc., o incluso radiación de partículas beta, cuando golpean una molécula de valencia más débil, harán que sus enlaces moleculares se rompan. se rompen y los átomos mismos pierden electrones, o más raramente, incluso pierden protones. En esencia, se ionizarán, y el área de la atmósfera que contiene este gradiente de protones, donde las partículas de carga positiva más livianas y energéticas flotan sobre el subproducto restante de tal interacción, sus aniones de carga negativa más pesados, es lo que normalmente llamaríamos una ionosfera. Aquí es de donde Venus obtiene su débil electromagnetismo de su ionosfera. Ahora, la mayor parte de su atmósfera es CO ₂, y no hay mucho en el sentido de que se formen iones extremadamente ligeros, como esperaríamos si hubiera moléculas de agua en la atmósfera superior, al principio dividiéndose en H ⁺ y OH ^- . Y eso es un problema, si Venus terraformado no tendría su propio campo magnético. Inspeccionemos cómo se ve ahora la interacción de Venus con el viento solar:

                             ^{Interacción de Venus con el viento solar (Fuente: Venus: El planeta velado )}

Como puede ver en la imagen, Venus es capaz de sostener una hoja de plasma lo suficientemente gruesa en su cola magnética para actuar con su gradiente de protones como un campo magnético débil, reteniendo la mayor parte de la atmósfera superior ahora cargada/ionizada que ha sido empujada lejos de ella por el vientos solares. Esto es posible porque la mayoría de estos iones (cationes para los iones de carga positiva y aniones para los de carga negativa) son átomos más pesados ​​con una cantidad suficiente de electrones que orbitan alrededor de sus núcleos para que este gradiente de protones sea relativamente fuerte y contrarreste su fuerza cinética a medida que se aceleran. por interacción con el flujo de protones de alta velocidad de los vientos solares. Entonces, Venus es capaz de retener la mayor parte de su atmósfera y la velocidad a la que la pierde debido a las interacciones más fuertes,

Esto se convierte en un gran problema con una atmósfera similar a la Tierra más delgada que también contiene elementos ligeros, como el hidrógeno en las moléculas de agua. La cola magnética se compondría de menos elementos y mucho más livianos, incluido H ⁺ , y serían arrastrados lejos de Venus, perdiendo gran parte de su terraformación para adaptarse a la atmósfera estadounidense. Entonces, a menos que pueda sostener este proceso de terraformación que lo hizo habitable en primer lugar e igualar la pérdida de atmósfera, o iniciar un campo magnético en Venus para reducir esta tasa de interacción, o incluso bloquear o desviar de alguna manera el viento solar entrante, la atmósfera inferior se debilitaría. y perder presión hacia el espacio exterior. Sin embargo, la ionosfera todavía estaría allí, absorbiendo lentamente la atmósfera inferior más densa hasta su propio agotamiento.

Y esa es la fuente de mi comentario ahora eliminado de que esta pregunta solo puede responderse suficientemente si incluye medios para terraformar Venus. Uno de los principales problemas con eso es deshacerse de la mayor parte de su CO ₂ , y una forma de hacerlo es bombeando enormes cantidades de hidrógeno a su atmósfera, preferiblemente con la adición de un catalizador metálico (hierro, cobalto o níquel) para forzarlo . en la reacción de Bosch , donde el resultado final es el carbono atómico y el agua: CO ₂ + 2 H ₂ → C + 2 H ₂O. Pero cualquiera que sea el modo de terraformación que se elija, si el estado final es coincidir con la propia atmósfera de la Tierra (o acercarse a ella) y el planeta debe contener cuerpos de agua, una parte significativa de su atmósfera sería vapor de agua. Y los enlaces de hidrógeno no son fuertes, y al agua le gusta perder uno de sus átomos de hidrógeno incluso con una interacción relativamente débil con partículas de alta energía en colisión y radiación UV. Entonces, la ionosfera terminaría siendo demasiado grande para la comodidad, la cola magnética sería más débil (menos densa que ahora y con iones portadores de electrones individuales más débiles, menos atractivos electromagnéticamente) y el planeta comenzaría a perder su atmósfera más rápido. Pero no perdería su ionosfera, se reabastecería a través de la atmósfera inferior mientras quede alguna.

Para obtener una visión nueva e interesante sobre la dinámica ionosférica de Venus, aquí hay un artículo de Goddard de la NASA (incluye un video): La investigación ayuda a desentrañar los misterios de la atmósfera de Venus . Reproduciendo un extracto rápido y más relevante aquí para una referencia más fácil:

Interpretar lo que sucede en la ionosfera de Venus requiere comprender cómo interactúa Venus con su entorno en el espacio. Este entorno está dominado por una corriente de electrones y protones, un gas calentado y cargado llamado plasma, que se aleja del sol. A medida que este viento solar viaja, lleva consigo campos magnéticos incrustados, que pueden afectar a las partículas cargadas y otros campos magnéticos que encuentran en el camino. La Tierra está en gran medida protegida de esta radiación por su propio fuerte campo magnético, pero Venus no tiene tal protección.

Lo que sí tiene Venus, sin embargo, es una ionosfera, una capa de la atmósfera llena de partículas cargadas. La ionosfera de Venus es bombardeada en el lado del sol del planeta por el viento solar. En consecuencia, la ionosfera, como el aire que fluye más allá de una pelota de golf en vuelo, tiene la forma de un límite delgado frente al planeta y se extiende en una larga cola similar a la de un cometa detrás. A medida que el viento solar entra en la ionosfera, se acumula como un gran atasco de tráfico de plasma, creando una delgada magnetosfera alrededor de Venus, un entorno magnético mucho más pequeño que el que rodea a la Tierra.

El video de Glyn Collinson, del Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, MA, que explica estos procesos en funcionamiento, está publicado en Goddard Multimedia y YouTube .

La ionosfera de Venus definitivamente no sería destruida. Las ionosferas se forman por la interacción entre la atmósfera y la radiación ultravioleta del sol. La radiación ultravioleta es más intensa más cerca del Sol, por lo que la atmósfera similar a la de la Tierra en Venus probablemente tendría una ionosfera aún más densa que la que tiene la Tierra real. Venus recibe 1,9 veces la radiación en comparación con la Tierra.

La ionosfera en Venus terraformado podría ser incluso más gruesa de lo que es ahora. La radiación ultravioleta actualmente no penetra profundamente en la atmósfera veneriana debido a su inmensa densidad. Sería mucho más profundo si la atmósfera fuera menos densa. Ver aquí en la página 229. Esto podría ionizar una capa más gruesa de la atmósfera.

La pregunta es, por supuesto, cuál sería la densidad electrónica real (y su perfil de altitud) y si sería mayor o menor que la actual en Venus. Hoy, Venus tiene una densidad de electrones máxima en su ionosfera alrededor de$3.10^{11} m^{-3}$. El pico de densidad de electrones de la ionosfera terrestre es de aproximadamente$1.5.10^{11} m^{-3}$que es la mitad de Venus, por lo que de hecho es comparable. Podemos estar tentados a pensar que más cerca del Sol, la densidad en la ionosfera similar a la Tierra podría ser mayor. Pero la densidad varía mucho con la altitud y lo que sucedería exactamente con los perfiles de densidad de electrones de ionosfera similares a la Tierra en Venus es difícil de estimar; no tengo conocimiento de ningún estudio de este tipo. Puede pasar cualquier cosa, porque hay muchos efectos: densidad de la atmósfera, profundidad de penetración de los rayos UV, etc.

Como nota al margen, Venus tiene una magnetosfera inducida . Por supuesto, es más débil que la magnetosfera de la Tierra, pero proporciona una protección parcial contra el viento solar.

Todo esto todavía no dejaría de despojar a la atmósfera de Venus terraformada por el viento solar.