Địa khai hóa sao Kim

Nguyên nhân và đạo đức

Tăng trưởng dân số quá mức, nhu cầu về nguồn lực và một giải pháp để duy trì giống nòi nếu xảy ra ngày tận thế trên Trái Đất, việc xây dựng thuộc địa không gian chẳng hạn như Sao Hỏa, Sao Kim hay các mặt trăng các hành tinh, tiểu hành tinh khác trong hệ Mặt Trời hay các hệ khác cho con người trong tương lai là điều cấp bách. Việc thuộc địa hóa sẽ tạo điều kiện cho việc thu hoạch các nguồn năng lượng và năng lượng của hệ thống năng lượng Mặt Trời.
Trong nhiều khía cạnh, Sao Kim giống Trái Đất nhất trong tất cả các hành tinh khác của Hệ Mặt Trời. Các nhà khoa học tin rằng trong lịch sử Sao Kim có môi trường giống Trái Đất, với bầu không khí và nước dồi dào nhưng đã bị bốc hơi sau đó bị điện phân thành oxy và hydro bởi tia cực tím, việc thiếu một từ trường do quá trình quay chậm của hành tinh đã làm khí oxy và hydro bốc hơi ra ngoài. Với các khía cạnh giống nhau với Trái Đất, Sao Kim sẽ là một trong những mục tiêu thuộc địa đáng tin cậy nhất trong Hệ Mặt Trời.
Các cân nhắc về mặt đạo đức của việc hình thành địa hình bao gồm khả năng di chuyển hoặc phá hủy cuộc sống bản địa trên hành tinh, ngay cả khi vi khuẩn, nếu cuộc sống đó tồn tại.

Cách loại bỏ bằng phương pháp sinh học

Phương pháp được đề xuất vào năm 1961 bởi Carl Sagan liên quan đến việc sử dụng vi khuẩn biến đổi gen để cố định cacbon thành các dạng hữu cơ.  Mặc dù phương pháp này vẫn thường được đề xuất  trong các cuộc thảo luận của địa khai hóa Sao Kim, nhưng sau đó phát hiện cho thấy phương tiện sinh học sẽ không thành công. 
Những khó khăn bao gồm thực tế là việc sản xuất các phân tử hữu cơ từ cacbon dioxit đòi hỏi phải có một lượng hydro, mà trên Trái Đất được lấy từ nguồn cung cấp nước dồi dào của nó, nhưng rất hiếm  trên Sao Kim. Bởi vì Sao Kim không có từ trường, bầu khí quyển phía trên bị ảnh hưởng bởi sự xói mòn trực tiếp bởi gió Mặt Trời và đã mất phần lớn khí hydro ban đầu của nó vào không gian. Và, như Sagan lưu ý, bất kỳ cacbon nào bị ràng buộc trong các phân tử hữu cơ sẽ nhanh chóng được chuyển đổi thành cacbon dioxit một lần nữa bởi môi trường bề mặt nóng. Sao Kim sẽ không bắt đầu nguội đi cho đến khi phần lớn lượng khí cacbon dioxit đã được loại bỏ.
Các khuẩn lạc nổi  có thể dần dần biến đổi không khí Sao Kim. Chẳng hạn, sự phản xạ của chúng có thể làm thay đổi toàn bộ sự phản chiếu ánh sáng của Sao Kim. Các khuẩn lạc cũng có thể phát triển vật chất của thực vật, nếu nước hoặc một nguồn hydro khác được lấy từ nơi khác chẳng hạn như hành tinh khí hoặc vệ tinh khác, nó sẽ dần dần cô lập cacbon dioxit trong không khí. Tuy nhiên, nó sẽ chiếm một số lượng rất lớn các thuộc địa như vậy, và một lượng lớn hydro được đưa ra, có một tác động đáng kể trong khí quyển, bởi vì có hơn 1,2 × 10²⁰ kg cacbon trong bầu khí quyển của Sao Kim.
Mặc dù thông thường người ta thừa nhận rằng Sao Kim không thể được tạo hình bằng việc sử dụng các sinh vật quang hợp đơn lẻ, việc sử dụng các sinh vật quang hợp để tạo ra oxy trong bầu khí quyển vẫn tiếp tục là một thành phần của các phương pháp tạo hình đất khác.
Vậy là phương pháp này không hữu dụng để loại bỏ cacbon dioxit ban đầu nhưng có thể sẽ hữu dụng cho việc tạo oxy khi có đủ điều kiện cho vi sinh vật trên hành tinh - như nước...

Rửa cacbon dioxit trong cacbonat

Vào năm 1989, Smith đã đề xuất rằng Sao Kim có thể được tạo hình bằng cách bắn phá thiên thạch vào hành tinh, cho phép cacbon dioxit chuyển hóa thành cacbonat. Năm 2011, Landis tính rằng nó sẽ đòi hỏi sự nghiền bề mặt ở độ sâu trên 1 km để tạo ra đủ diện tích bề mặt đá để chuyển đổi đủ không khí. Mô hình của Mark Bullock và David Grinspoon về sự tiến triển của bầu khí quyển của Sao Kim cho thấy các khoáng chất bề mặt hiện tại, đặc biệt là canxi oxit và magie oxit có thể dùng làm bồn rửa cacbon dioxit và lưu huỳnh dioxit. Nếu chúng có thể tiếp xúc với khí quyển, khi đó hành tinh sẽ mát và áp suất khí quyển giảm xuống phần nào. Một trong những trạng thái cuối có thể được mô hình bởi Bullock và Grinspoon là bầu không khí có áp suất 43 bar và nhiệt độ bề mặt 400 K.
Việc bắn phá Sao Kim với magie và canxi tinh chế có thể hấp thụ cacbon dioxit dưới dạng Magie cacbonat và Canxi cacbonat. Khoảng 8 × 10²⁰ kg canxi hoặc 5 x 10²⁰ kg magiê sẽ được yêu cầu, điều này sẽ đòi hỏi rất nhiều việc khai thác khoáng sản và tinh chế khoáng sản. 8 × 10²⁰ kg là một vài lần khối lượng của tiểu hành tinh 4 Vesta (hơn 500 km đường kính).

Bắn phá bằng hydro

Theo Birch, bắn phá Sao Kim bằng Hydro để phản ứng với CO₂, có thể sản sinh ra các nguyên tố cacbon (than chì) và nước bởi phản ứng Bosch. Nó sẽ mất khoảng 4 × 10¹⁹ kg (40 triệu tỷ kg) hydro để chuyển đổi toàn bộ bầu không khí của Sao Kim, và như vậy một lượng lớn hydro có thể được lấy từ tinh khí khổng lồ hoặc nước từ mặt trăng hoặc tiểu hành tinh hay thiên thạch. Một nguồn có thể có của hydro có thể được chiết xuất nó từ các hồ chứa có thể có trong lõi của chính hành tinh. Theo một số nhà nghiên cứu, lõi của Trái Đất có thể chứa một lượng lớn hydro.
Thả sắt trong khí quyển cũng sẽ được yêu cầu cho phản ứng để làm việc, và sắt có thể đến từ sao Thủy, tiểu hành tinh, hoặc Mặt Trăng. (Mất hiđrô do gió Mặt Trời có vẻ không đáng kể về thời gian của việc tạo hình) Do bề mặt tương đối bằng phẳng, nước này sẽ chiếm khoảng 80% bề mặt, so với 70% đối với Trái Đất, mặc dù nó sẽ chỉ chiếm khoảng 10% lượng nước tìm thấy trên Trái Đất.
Bầu khí quyển còn lại, ở khoảng 3 bar (khoảng ba lần Trái Đất), chủ yếu gồm có nitơ, một số sẽ hòa tan vào các đại dương nước mới, giảm áp suất khí quyển hơn nữa, phù hợp với định luật của Henry.

Trực tiếp loại bỏ khí quyển

Việc loại bỏ khí quyển của Sao Kim có thể được thực hiện bằng nhiều phương pháp, có thể kết hợp. Việc đưa khí khí quyển từ Sao Kim vào không gian trực tiếp có thể sẽ rất khó khăn. Sao Kim có tốc độ thoát cao đủ để làm nổ nó với các tác động của tiểu hành tinh nhưng không thực tế. Pollack và Sagan tính trong năm 1994 là một đường hầm có đường kính 700 km nổi bật trên Sao Kim với tốc độ hơn 20 km/s sẽ đẩy tất cả bầu khí quyển trên đường chân trời như nhìn từ điểm va chạm, nhưng vì đây là chưa đầy một phần ngàn trong tổng số khí quyển và sẽ giảm dần khi mật độ bầu khí quyển giảm, cần phải có một số lượng lớn các tác nhân khổng lồ như vậy. Để giảm áp suất từ ​​92 bar xuống 1 bar sẽ đòi hỏi ít nhất 2.000 lần va chạm, ngay cả khi hiệu quả của việc loại bỏ khí quyển là hoàn hảo. Những vật nhỏ hơn cũng không hoạt động, bởi vì sẽ có nhiều yêu cầu hơn. Lực của vụ bắn phá cũng có thể dẫn đến việc bỏ ngoài khơi đáng kể có thể thay thế bầu khí quyển bị loại bỏ. Hầu hết bầu khí quyển bị đẩy ra đi vào quỹ đạo Mặt Trời gần Sao Kim mà không cần can thiệp thêm, có thể bị trường hấp dẫn Sao Kim bắt lại và trở thành một phần của bầu khí quyển một lần nữa. 
Việc loại bỏ khí trong khí quyển một cách kiểm soát cũng có thể gây khó khăn. Vòng quay cực kỳ chậm của Sao Kim có nghĩa là các thang máy không gian sẽ rất khó xây dựng bởi vì quỹ đạo địa lý của hành tinh nằm ở khoảng cách không thực tế trên bề mặt; Và bầu khí quyển rất dày bị dỡ bỏ làm cho động cơ điều khiển vô dụng để loại bỏ các trọng tải từ bề mặt của hành tinh. Có thể giải quyết bao gồm việc đặt trình điều khiển chung trên các quả cầu bay cao độ cao hoặc tháp được hỗ trợ bởi khí cầu trải dài trên phần lớn bầu khí quyển, sử dụng đường hầm vào không gian, hoặc máy dây kéo không gian.
Ngoài ra, nếu mật độ khí quyển (và hiệu ứng nhà kính tương ứng) được giảm đáng kể, nhiệt độ bề mặt (bây giờ có hiệu quả liên tục) có lẽ sẽ thay đổi lớn giữa ngày và đêm. Một ảnh hưởng phụ khác đối với việc giảm mật độ khí quyển có thể là tạo ra các khu vực có hoạt động thời tiết khắc nghiệt hoặc bão ở thiết bị đầu cuối vì lượng khí quyển lớn đã trải qua quá trình gia nhiệt hoặc làm lạnh nhanh.

Làm mát hành tinh bằng gương phản chiếu ánh sáng Mặt Trời 

Sao Kim nhận được khoảng hai lần ánh sáng Mặt Trời mà Trái Đất nhận được, ánh sáng Mặt Trời được cho là đã góp phần vào hiệu ứng nhà kính Runawaycủa nó. Một trong những phương tiện để tạo hình Sao Kim có thể làm giảm sự xâm nhập của ánh sáng Mặt Trời lên bề mặt Sao Kim để ngăn không cho hành tinh nóng lên.

Trong không gian

không gian che nắng có thể được sử dụng để làm giảm tổng số sự xâm nhập của ánh sáng vào Sao Kim, làm cho hành tinh này trở nên lạnh hơn.  Một bóng mát được đặt trong điểm Lagrangian Sun-Venus L ₁ cũng sẽ làm cản trở gió Mặt Trời, loại bỏ vấn đề bức xạ trên Sao Kim.
Một bóng mát lớn phù hợp với bóng mát sẽ gấp 4 lần đường kính của Sao Kim nếu ở điểm L ₁ . Điều này sẽ đòi hỏi phải xây dựng trong không gian. Cũng sẽ có sự khó khăn trong việc cân bằng một bóng màng mỏng vuông góc với tia Mặt Trời ở điểm Mặt Trời-Venus Lagrangian với áp lực bức xạ đến, điều này có xu hướng biến bóng đèn thành một chiếc buồm Mặt Trời khổng lồ. Nếu bóng được giữ ở điểm L ₁ , áp lực sẽ thêm lực vào Mặt Trời và cần thiết phải di chuyển bóng thậm chí gần Mặt Trời hơn điểm L ₁ .
Sửa đổi thiết kế bóng đèn L ₁ đã được đề xuất để giải quyết vấn đề buồm Mặt Trời. Một phương pháp được đề xuất là sử dụng những gương phản xạ cực, Mặt Trời và đồng bộ, phản xạ ánh sáng về phía sau tấm che nắng, từ phía Mặt Trời không phải là Mặt Trời của Sao Kim. Áp suất của photon sẽ đẩy gương hỗ trợ đến góc 30 độ so với Mặt Trời. 
Paul Birchđã đề xuất  một hệ thống có lát gương gần điểm L ₁ giữa Sao Kim và Mặt Trời. Các tấm che bóng sẽ không vuông góc với tia Mặt Trời, nhưng thay vào đó ở góc 30 độ, sao cho ánh sáng phản xạ sẽ tấn công bảng điều khiển tiếp theo, phủ nhận áp suất photon. Mỗi hàng liên tiếp của bảng sẽ là +/- 1 độ so với góc lệch hướng 30 độ, làm cho ánh sáng phản xạ bị lệch 4 độ so với Venus nổi bật.
Ánh sáng Mặt Trời cũng có thể phục vụ như máy phát điện năng lượng Mặt Trời. Các kỹ thuật bóng nắng dựa trên không gian và cánh buồm Mặt Trời màng mỏng nói chung, chỉ trong giai đoạn phát triển ban đầu. Kích thước khổng lồ đòi hỏi một lượng vật liệu có nhiều bậc độ lớn hơn bất kỳ vật nào do con người tạo ra mà đã từng được đưa vào không gian hoặc được xây dựng trong không gian.

Trong khí quyển hoặc trên bề mặt 

Xem thêm: Thuộc địa Venus ▪ Môi trường sống và các thành phố nổi
Sao Kim cũng có thể được làm mát bằng cách đặt các phản xạ trong bầu khí quyển. Những bóng bay phản chiếu trôi nổi ở bầu khí quyển phía trên có thể tạo bóng. Số lượng và / hoặc kích thước của các khí cầu chắc chắn sẽ rất lớn. Geoffrey A. Landis đã gợi ý  rằng nếu đủ các thành phố nổi được xây dựng, họ có thể tạo thành một lá chắn năng lượng Mặt Trời trên khắp hành tinh, và đồng thời có thể được sử dụng để xử lý khí quyển thành một dạng mong muốn nhiều hơn, do đó kết hợp các lý thuyết khiên năng lượng Mặt Trời và Lý thuyết chế biến khí quyển với một công nghệ có thể mở rộng mà ngay lập tức sẽ cung cấp không gian sống trong khí quyển của Sao Kim. Nếu được làm từ ống nano cacbon hoặc graphene (một loại cacbon allotrope) Sau đó các vật liệu cấu trúc chính có thể được sản xuất bằng cách sử dụng cacbon dioxit thu thập tại chỗ từ khí quyển. [  ] cacbonium vô định hình được tổng hợp gần đây có thể chứng minh một vật liệu cấu trúc hữu ích nếu nó có thể được dập tắt đến điều kiện STP, có lẽ trong một hỗn hợp với thủy tinh silic thường. Theo phân tích của Birch, các thuộc địa và vật liệu như vậy sẽ mang lại lợi ích kinh tế ngay lập tức từ việc định cư Sao Kim, tài trợ cho các nỗ lực địa hình tiếp theo.
Việc tăng hệ số phản xạ albedo của hành tinh bằng cách sử dụng các vật liệu có độ sáng hoặc phản xạ trên bề mặt (hoặc ở bất kỳ mức độ nào dưới đỉnh mây) sẽ không hữu ích, bởi vì bề mặt của Venus đã được bao phủ bởi đám mây, và hầu như không có ánh sáng Mặt Trời nào chạm tới bề mặt. Vì vậy, nó sẽ không thể phản ánh nhiều ánh sáng hơn so với các đám mây phản chiếu của Venus, với Bond albedo là 0,77. 

Sự kết hợp của ánh Mặt Trời và ngưng tụ khí quyển

Birch đề xuất rằng các bóng đèn năng lượng Mặt Trời có thể được sử dụng để không chỉ làm mát hành tinh mà còn có thể được sử dụng để giảm áp suất khí quyển, bằng quá trình đóng băng của cacbon dioxit.  Điều này đòi hỏi nhiệt độ của Sao Kim để được giảm, đầu tiên các hóa lỏng, đòi hỏi một nhiệt độ thấp hơn 304 K (31 °C; 88 °F) và áp lực một phần của CO₂ để mang lại áp suất khí quyển xuống 73,8 bar (nhiệt động lực học của cacbon dioxit); Và từ đó làm giảm nhiệt độ xuống dưới 217 K (-56 °C, -69 °F) (điểm ba của cacbon dioxit). Dưới nhiệt độ đó, cacbon dioxit biến thành băng khô sẽ làm cho nó lắng xuống bề mặt. Sau đó, ông đề xuất rằng CO₂ đông lạnh có thể được chôn cất và duy trì trong tình trạng đó bằng cách áp lực, hoặc thậm chí vận chuyển đến hành tinh khác (có lẽ để cung cấp khí nhà kính cần thiết cho địa khai hóa của sao Hỏa hay các mặt trăng của sao Mộc). Sau khi quá trình này hoàn thành, các sắc thái có thể được loại bỏ hoặc thêm gương Mặt Trời, cho phép hành tinh ấm lên một phần một lần nữa để nhiệt độ thoải mái cho cuộc sống Trái Đất. Một nguồn hyđrô hoặc nước vẫn cần thiết, và một số còn lại 3.5 bar  nitơ trong khí quyển cần được cố định vào đất. Birch gợi ý phá vỡ một vệ tinh băng giá của Sao Thổ và bắn phá Venus với các mảnh vỡ của nó để cung cấp có thể có chiều sâu trung bình 100 mét trên toàn bộ hành tinh.

Thay đổi chu kỳ ngày đêm

Sao Kim quay quanh trục cùng chiều kim đồng hồ (gọi là sự quay nghịch hành) với khoảng thời gian 243 ngày Trái Đất—tốc độ tự quay chậm nhất của mọi hành tinh trong Hệ Mặt Trời. Do vậy một "ngày" (thời gian sao-sidereal day) trên Sao Kim dài hơn một "năm" của Sao Kim (243 ngày so với 224,7 ngày Trái Đất). Với người quan sát trên bề mặt của Sao Kim, thời gian từ lúc Mặt Trời mọc đến Mặt Trời sẽ là 116,75 ngày. Tuy nhiên, tốc độ xoay vòng cực kỳ chậm của Sao Kim sẽ dẫn đến những ngày và đêm rất dài, điều này có thể chứng minh là khó khăn đối với hầu hết các loài thực vật và động vật Trái Đất được biết đến để thích nghi. Sự quay chậm cũng có thể là nguyên nhân của việc thiếu một từ trường quan trọng.

Thay đổi tốc độ quay 

Tăng tốc độ quay của Sao Kim sẽ đòi hỏi năng lượng nhiều hơn so với việc xây dựng các gương Mặt Trời xung quanh, hoặc thậm chí là loại bỏ không khí của Sao Kim. Birch tính toán rằng việc gia tăng vòng quay của Sao Kim lên một chu kỳ Mặt Trời tương tự như Trái Đất sẽ đòi hỏi khoảng 1,6 10 ²⁹ Joules  50  (50 tỷ petawat-giờ).
Nghiên cứu khoa học gần đây cho thấy rằng gần đường bay của các tiểu hành tinh hoặc sao chổi cơ quan lớn hơn 60 dặm(≈ 96,56064 km) có thể được sử dụng để di chuyển một hành tinh trong quỹ đạo của nó, hoặc tăng tốc độ quay.  Năng lượng cần thiết để làm điều này là lớn. Trong cuốn sách của ông về công nghệ cải tạo, một trong những khái niệm Fogg thảo luận là làm tăng sự quay của Sao Kim bằng cách sử dụng ba vật thể bốn phần tư lưu hành giữa Sao Kim và Mặt Trời mỗi 2 giờ, mỗi chuyến đi với tốc độ 10% tốc độ ánh sáng. 
G. David Nordley đã đề xuất, trong tiểu thuyết,  rằng Sao Kim có thể được kéo dài đến 30 ngày Trái Đất bằng cách xuất ra không khí của Sao Kim vào không gian thông qua các trình điều khiển khối lượng. Một đề xuất của Birch liên quan đến việc sử dụng các thành viên nén động để chuyển năng lượng và động lực thông qua các luồng khối lượng lớn đến một dải xung quanh đường xích đạo của Sao Kim. Ông tính toán rằng một khối lượng vận tốc đủ lớn, khoảng 10% tốc độ ánh sáng, có thể cho Sao Kim một ngày 24 giờ trong 30 năm. 
Tuy nhiên, những nghiên cứu gần đây đã chỉ ra rằng tốc độ quay nhanh hiện tại của Sao Kim không có hại đến khả năng của hành tinh để hỗ trợ một khí hậu giống Trái Đất. Thay vào đó, tốc độ quay chậm cho phép hình thành các lớp mây dày ở mặt hành tinh đối mặt với ánh nắng Mặt Trời, làm tăng hành tinh albedo và làm giảm nhiệt độ toàn cầu xuống mức Trái Đất, mặc dù gần Mặt Trời hơn. Theo tính toán, nhiệt độ tối đa sẽ chỉ khoảng 35 °C, cho một bầu khí quyển giống Trái Đất.  tăng tốc độ xoay vòng do đó sẽ không khả thi và gây bất lợi cho nỗ lực của công trình địa hình. Một Sao Kim có địa hình có tốc độ quay chậm nhưng có khí quyển giống Trái Đất hơn sẽ tạo ra một khí hậu toàn cầu tương tự như các phiên bản nóng hơn của Alaska hoặc Siberia với khoảng thời gian "ngày" và "ban đêm" mỗi khoảng 58 ngày. "Ngày" sẽ giống như một mùa hè ngắn với khí hậu ẩm ướt, bầu trời u ám nặng và lượng mưa dư dật. "Đêm" sẽ giống với một mùa đông ngắn với nhiệt độ và tuyết rơi khá lạnh. Có thể có các thời kỳ có khí hậu ôn đới và thời tiết trong khi Mặt Trời mọc và hoàng hôn. Có thể có các thời kỳ có khí hậu ôn đới và thời tiết trong khi Mặt Trời mọc và hoàng hôn. Có thể có các thời kỳ có khí hậu ôn đới và thời tiết trong khi Mặt Trời mọc và hoàng hôn. 

Tóm lại

Việc rửa  cacbon dioxit trong cacbonat là việc vô cùng tốn kém về nhân lực và máy móc nhưng ít hiệu quả. Chỉ giảm được một phần nào về áp suất và nhiệt độ của hành tinh. Còn nếu như trực tiếp loại bỏ khí quyển sẽ vô cùng tốn kém và khó xây dựng và kiểm soát. Nên việc bắn phá hydro vào bầu khí quyển hợp lý hơn bằng việc xây dựng trạm hóa lỏng khí hydro trên tầng thượng quyển trên sao mộc và lượng sắt có thể khai thác từ tiểu hành tinh hoặc thiên thạch gần đó và vận chuyển trên tàu vũ trụ bằng động cơ ion có thể thành công và sau khi hoàn tất quá trình thì có thể bao phủ 80% bề mặt sao mộc bằng đại dương và bầu khí quyển còn 3 bar - chủ yếu là nitơ lượng nitơ này có thể hóa lỏng một phần và chuyển đến sao Hỏa hoặc tạo phân đạm cho đến khi còn 1 bar.
Sau khi có nước và không khí nhiệt độ vẫn còn nóng nên hành tinh cần phải thay đổi chu kỳ ngày đêm để phù hợp cho sinh vật sống bằng cách nhanh nhất là kéo mặt trăng Io của sao Mộc vào quỹ đạo để làm tăng từ trường và rút ngắn chu kỳ này đêm của Sao Kim còn 30 giờ/ ngày. Tiếp theo con người có thể đem vi khuẩn tảo biến đổi gen để tạo O₂ để phù hợp với con người và động vật. Sau đó con người xây dựng cơ sở hạ tầng và di cư. Dự án này có thế thành công trong tương lai gần khoảng nữa thế kỷ XXII - cuối thế kỷ XXII