Vi fortsætter vores ' Definitiv guide til terraformning ” serie med et kig på et andet legeme i vores solsystem – dværgplaneten Ceres. Ligesom mange måner i det ydre solsystem er Ceres en verden af is og sten og er det største legeme i Asteroidebæltet. Mennesker kunne en dag kalde det hjem, men kunne dets overflade også gøres 'Jord-lignende'?
I solsystemet Hovedasteroidebælte , er der bogstaveligt talt millioner af himmellegemer at finde. Og mens størstedelen af disse varierer i størrelse fra små klipper til planetesimaler, er der også en håndfuld kroppe, der indeholder en betydelig procentdel af massen af hele Asteroidebæltet. Heraf dværgplaneten Ceres er den største, der udgør omkring en tredjedel af bæltets masse og er det sjettestørste legeme i det indre solsystem målt i masse og volumen.
Ud over sin størrelse er Ceres den eneste krop i Asteroidebæltet, der har opnået hydrostatisk ligevægt – en tilstand, hvor et objekt bliver afrundet af sin egen tyngdekraft. Oven i alt det menes det, at denne dværgplanet har et indre hav, et som indeholder omkring en tiendedel af alt det vand, der findes i jordens oceaner. Af denne grund har ideen om at kolonisere Ceres en dag en vis appel, såvel som terraforming.
Ceres udmærker sig også ved at være den eneste dværgplanet placeretinden forNeptuns kredsløb. Dette er især interessant i betragtning af, at Ceres med hensyn til størrelse og sammensætning er ret lig flere Trans-neptunske objekter (TNO'er) – som f.eks Pluto , Eris , Haumea , Vil gerne have , og flere andre TNO'er, der anses for at være potentielle kandidater til status som dværgplaneter.
Ceres, fotograferet af Dawn-rumfartøjet i halvskygge fra en afstand af 40.000 km (25.000 miles) den 25. februar 2015. Kredit: NASA/JPL/Caltech/UCLA/MPS/DLR/IDA
Dværgplaneten Ceres:
Aktuelle skøn placerer Ceres' gennemsnitlige radius på 473 km og dens masse på omkring 9,39 × 10tyvekg (svarende til 0,00015 Jorder eller 0,0128 Måner). Med denne masse udgør Ceres cirka en tredjedel af den anslåede samlede masse af Asteroidebæltet (mellem 2,8 × 10)enogtyveog 3,2 × 10enogtyvekg), hvilket igen er cirka 4 % af Månens masse.
De næststørste objekter er Vesta , Pallas og Hygiea, som har middeldiametre på mere end 400 km og masser på 2,6 x 10tyvekg, 2,11 x 10tyvekg og 8,6 x 1019kg hhv. Massen af Ceres er stor nok til at give den en næsten sfærisk form, hvilket gør den unik blandt objekter og mindre planeter i Asteroidebæltet.
Ceres følger en let skrånende og moderat excentrisk bane, der spænder fra 2,5577 AU (382,6 millioner km) fra Solen ved perihelium og 2,9773 AU (445,4 millioner km) ved aphelium. Den har en omløbsperiode på 1.680 jorddage (4,6 år) og tager 0,3781 jorddage (9 timer og 4 minutter) at fuldføre en enkelt rotation om sin akse.
Baseret på dens størrelse og tæthed (2,16 g/cm³) menes Ceres at være differentieret mellem en stenet kerne og en iskolt kappe. Baseret på beviser fremlagt af Keck teleskop i 2002 , er kappen anslået til at være 100 km tyk og indeholder op til 200 millioner kubikkm vand, hvilket svarer til omkring 10 % af, hvad der er i Jordens oceaner, og mere vand end alt ferskvandet på Jorden.
Ceres sammenlignet med asteroider besøgt til dato, herunder Vesta, Dawns kortlægningsmål i 2011. Kredit: NASA/ESA/Paul Schenck
Hvad mere er, infrarøde data på overfladen tyder også på, at Ceres kan have et hav under sin iskolde kappe. Hvis det er sandt, er det muligt, at dette hav kan rumme mikrobielt udenjordisk liv, svarende til det, der er blevet foreslået om marts , Titan , Europa og Enceladus . Det er yderligere blevet antaget, at ejecta fra Ceres kunne have sendt mikrober til Jorden tidligere.
Andre mulige overfladebestanddele omfatter jernrige lermineraler (cronstedtite) og carbonatmineraler (dolomit og siderit), som er almindelige mineraler i kulstofholdig kondrit meteoritter. Overfladen af Ceres er relativt varm, med den maksimale temperatur anslået til at nå cirka 235 K (-38 °C, -36 °F), når solen er over hovedet.
Forudsat tilstedeværelsen af tilstrækkelig frostvæske (såsom ammoniak), ville vandisen blive ustabil ved denne temperatur. Derfor er det muligt, at Ceres kan have en spinkel atmosfære forårsaget af udgasning fra vandis på overfladen. Påvisning af betydelige mængder af hydroxidioner nær Ceres’ nordpol , som er et produkt af vanddampdissociation ved ultraviolet solstråling, er en anden indikation på dette.
Det var dog først i begyndelsen af 2014, at flere lokaliserede kilder til vanddamp på mellembredden blev fundet på Ceres. Mulige mekanismer for dampfrigivelse omfatter sublimering fra eksponeret overfladeis (som med kometer), kryovulkaniske udbrud som følge af intern varme og tryk under overfladen. Den begrænsede mængde data hidtil tyder på, at fordampningen er mere sandsynlig forårsaget af sublimering fra eksponering for solen.
Mulige metoder:
Som med Jupiters måner og Saturn , terraforming Ceres ville først kræve, at overfladetemperaturen hæves for at sublimere dets iskolde ydre lag. Dette kunne gøres ved at bruge orbitale spejle til at fokusere sollys på overfladen, ved at detonere termonukleare enheder på overfladen eller ved at kollidere med små asteroider høstet fra Hovedbæltet på overfladen.
Dette ville resultere i, at Ceres' skorpe tøede op og forvandles til en tæt, vanddamprig atmosfære. Orbitalspejlene ville igen komme i spil her, hvor de ville blive brugt til at udløse fotolyse og omdanne vanddampen til brint og iltgas. Mens brintgassen ville gå tabt til rummet, ville ilten forblive tættere på overfladen.
Ammoniak kunne også høstes lokalt, da Ceres menes at have rigelige forekomster af ammoniakrig lerjord. Med introduktionen af specifikke bakteriestammer i de nyskabte atmosfærer - som f.eksNitrosomonas, PseudomonasogClostridiumarter – den sublimerede ammoniak kunne omdannes til nitrit (NO²-) og derefter nitrogengas. Slutresultatet ville være en havverden med have, der er 100 km i dybden.
En anden mulighed ville være at anvende en proces kendt som 'paraterraforming' - hvor en verden er indesluttet (helt eller delvist) i en kunstig skal for at transformere sit miljø. I tilfældet med Ceres-måner kan dette involvere at bygge store ' Shell-verdener ” for at omslutte det, holde de nyskabte atmosfærer inde længe nok til at bevirke langsigtede ændringer. Inden for denne skal kunne Ceres-temperaturen øges, UV-lys ville omdanne vanddamp til oxygengas, ammoniak kunne omdannes til nitrogen, og andre elementer kunne tilføjes efter behov.
Denne repræsentation af Ceres' 90 km (60 mi) Occator-krater i falske farver viser forskelle i overfladesammensætningen. Kreditering: NASA/JPL-Caltech/UCLA/MPS/DLR/IDA
På samme måde kunne der bygges en kuppel over et eller flere af Ceres' kratere – især Occator-, Kerwan- og Yalode-kraterne – hvor overfladetemperaturen langsomt kunne hæves, og silikater og organiske molekyler kunne indføres for at skabe en terrestrisk- som miljø. Ved at bruge vand høstet fra overfladen kunne dette land vandes, oxygengas kunne behandles, og nitrogen kunne pumpes ind for at fungere som en buffergas.
Potentielle fordele:
Fordelene ved at kolonisere og (para)terraforme Ceres er talrige. For eksempel ville det tage forholdsvis mindre energi at sublimere overfladen end med Jupiters eller Saturns måner. Under normale forhold er Ceres' overflade varm nok (og det er sandsynligt, at der er tilstrækkeligt med ammoniak), at dens is er ustabil.
Også Ceres ser ud til at være rig på ressourcer, som omfatter vandis og ammoniak, og har en overflade, der i det samlede landareal svarer til Argentina. Desuden modtager overfladen anslået 150 W/m2af solindstråling ved aphelion, en niendedel af Jordens. Dette energiniveau er højt nok til, at solenergianlæg kan køre på overfladen.
Og som det største legeme i asteroidebæltet, kan Ceres blive hovedbasen og transportknudepunktet for fremtidig asteroidmineinfrastruktur, hvilket gør det muligt at transportere mineralressourcer til Mars, Månen og Jorden. Dens lille flugthastighed kombineret med store mængder vandis betyder, at den også kunne behandle raketbrændstof, vand og iltgas på stedet for skibe, der sejler gennem og ud over Asteroidebæltet.
Topografiske kort over Ceres' østlige og vestlige halvkugler, taget af Dawn-missionen. Kredit: NASA/JPL
Potentielle udfordringer:
På trods af fordelene ved en koloniseret eller transformeret Ceres, er der også adskillige udfordringer, der skal løses først. Som altid kan de opdeles i følgende kategorier – Afstand, Ressourcer og Infrastruktur, Farer og Bæredygtighed. For det første er Ceres og Jorden (i gennemsnit) cirka 264.411.977 km fra hinanden, hvilket er 1,7675 gange afstanden mellem Jorden og Solen (og det dobbelte mellem Jorden og Mars).
Derfor ville enhver bemandet mission til Ceres - som ville involvere transport af både kolonister, byggematerialer og robotarbejdere - tage en betydelig mængde tid og involvere et stort brændstofforbrug. For at sætte det i perspektiv, har missioner til Mars taget alt fra 150 til over 300 dage, afhængigt af hvor meget brændstof der blev brugt. Da Ceres er omtrent det dobbelte af afstanden, kan vi roligt sige, at det ville tage minimum et år for et rumfartøj at nå dertil.
Men da disse rumfartøjer sandsynligvis ville være flere størrelsesordener tungere end noget, der tidligere er fløjet til Mars – dvs. store nok til at transportere besætninger, forsyninger og tungt udstyr – ville de enten have brug for enorme mængder af tryk for at klare rejsen på samme tid , ville skulle bruge meget længere tid i transit, eller ville have behov for mere avancerede fremdriftssystemer i det hele taget.
Og mens NASA i øjeblikket har planer på bordet om at bygge laser-sejl-rumfartøjer, der kunne klare det Mars om tre dage gange , disse planer er ikke praktiske, hvad angår kolonisering eller terraforming. Mere end sandsynligt er avancerede drivsystemer som f.eks Nuklear-termisk fremdrift (NTP) eller en Fusion-drivsystem ville være nødvendig. Og selvom det helt sikkert er muligt, eksisterer der ingen sådanne drivsystemer på nuværende tidspunkt.
Et rumskib, der bruger en nuklear-termisk raketmotorer til at etablere en bane omkring Mars. Kredit: NASA
For det andet ville processen med at bygge kolonier på Ceres' overflade og/eller orbitale spejle i kredsløb kræve et stort engagement i materielle og økonomiske ressourcer. Disse kunne høstes fra Asteroidebæltet, men processen ville være tidskrævende, dyr og kræve en stor flåde af dumpere og robot-minearbejdere. Der skulle også være en perlerække af baser mellem Jorden og Asteroidebæltet for at kunne tanke og forsyne disse missioner – dvs. en månebase, en permanent base på Mars og højst sandsynligt også baser i Asteroidebæltet.
Med hensyn til farer er Ceres ikke kendt for at have et magnetfelt, og vil derfor ikke være afskærmet mod kosmiske stråler eller andre former for stråling. Dette ville nødvendiggøre, at eventuelle kolonier på overfladen enten har betydelig strålingsafskærmning, eller at et orbitalskjold sættes på plads for at afbøje en betydelig mængde af den stråling, som planeten modtager. Denne sidste idé illustrerer yderligere problemet med ressourceudgifter.
Det omfattende system af kratere på Ceres vidner om, at stødlegemer ville være et problem, hvilket kræver, at de overvåges og omdirigeres væk fra planeten. Overfladetyngdekraften på Ceres er også ret lav, idet den er omkring 2,8 % af jordens (0,27 m/s)2vs. 9,8 m/s2). Dette ville rejse spørgsmålet om de langsigtede virkninger af næsten vægtløshed på den menneskelige krop, hvilket (som eksponering for nul-g-miljøer) højst sandsynligt vil involvere tab af muskelmasse, knogletæthed og skader på vitale organer .
Med hensyn til bæredygtighed udgør terraforming af Ceres et stort problem. Hvis dværgplanetens overfladeis skulle sublimeres, ville resultatet være en havplanet med dybder på omkring 100 km. Med en gennemsnitlig radius på mindre end 500 km betyder det, at omkring 21 % af planetens diameter ville bestå af vand. Det er usandsynligt, at en sådan planet (især en med tyngdekraften så lav som Ceres') ville være i stand til at bevare sine oceaner i lang tid, og en betydelig mængde af vandet ville sandsynligvis gå tabt til rummet.
Diagram, der viser en mulig indre struktur af Ceres. Kredit: NASA/ESA/STScI/A. Feild
Konklusioner:
Under disse omstændigheder ser det ud til, at det ville være mere fornuftigt at kolonisere eller paraterraformere Ceres end at udsætte den for fuld terraforming. Ethvert sådant foretagende ville dog skulle vente på oprettelsen af en månebase, en bosættelse på Mars og udviklingen af mere avanceret fremdriftsteknologi. Det krævede også oprettelsen af en flåde af dybe rumskibe og en hær af bygge- og minerobotter.
Men hvis og når en sådan koloni blev skabt, ville ressourcerne i Asteroidebæltet være til vores rådighed. Menneskeheden ville effektivt gå ind i en tidsalder med post-knaphed og ville være i stand til at montere missioner dybere ind i solsystemet (hvilket kunne omfatte kolonisering af de jovianske og kroniske systemer og måske endda den trans-neptunske region).
Så foreløbig ser det ud til, at vi bare bliver nødt til at være tilfredse med at udvikle hurtigere rumfartøjer, vende tilbage til Månen og montere bemandede missioner til Mars. Som de siger, baby skridt!
Vi har skrevet mange interessante artikler om terraforming her på Universe Today. Her er Den definitive guide til terraformning , Hvordan terraformerer vi Mars? , Hvordan Terraformer vi Venus? , Hvordan terraformerer vi månen? , Hvordan terraformerer vi kviksølv? , Hvordan terraformerer vi Jupiters måner? , og Hvordan terraformerer vi Saturns måner?
For at lære mere om Ceres her, er her nogle artikler om de mange lyspunkter fanget af Dawn sonde , og hvad det er de sandsynligvis . Og her er nogle artikler om Asteroidebælte og Hvorfor det ikke er en planet .
For mere information, tjek NASA's Dawn – Ceres og Vesta og Dværgplaneter: Oversigt .