Okej, så den här artikeln är Colonizing the Outer Solar System, och är faktiskt del 2 av vårt team med Fraser Cain of Universe Today, som tittade på koloniserar det inre solsystemet . Du kanske vill hoppa dit nu och se den delen först, om du kommer in efter att ha sett del 1, välkommen, det är fantastiskt att ha dig här.
Låt oss utan vidare sätta igång. Det finns ingen officiell gränsdragning mellan det inre och yttre solsystemet men för idag kommer vi att börja det yttre solsystemet vid Asteroidbältet.
Konstnär koncept av asteroidbältet. Kredit: NASA
Asteroidbältet är alltid intressant för oss för kolonisering. Vi har pratat om att bryta dem tidigare om du vill ha detaljer om det, men för idag ska jag bara påminna alla om att det finns mycket rika metaller, inklusive ädelmetaller som guld och platina, och det ger all den motivation vi behöver för att kolonisera dem . Vi har många platser att täcka så vi kommer inte att upprepa detaljerna om det idag.
Du kan inte terraforma asteroider på samma sätt som Venus eller Mars så att du kan gå runt på dem som jorden, men i alla avseenden har de mycket att göra för dem som kandidat. De har mycket för sten och metall för konstruktion, de har massor av de grundläggande organiska elementen, och de har till och med lite vatten. De får också en anständig mängd solljus, mindre än Mars än mindre jorden, men ändå tillräckligt för att användas som en kraftkälla och för att odla växter.
Men de har inte mycket gravitation, som – ursäkta ordleken – har sina upp- och nedgångar. Det finns helt enkelt inte mycket massa i bältet. Det hela har bara en liten bråkdel av vår månes massa, och över hälften av den finns i de fyra största asteroiderna, i huvudsak dvärgplaneter i sig själva. Resten är utspridda över miljontals asteroider. Till och med den största, Ceres, är bara cirka 1 % av 1 % av jordens massa, har en tyngdkraft på 3 % jordnormal, och en flykthastighet som är tillräckligt låg kan de flesta modellraketer hamna i omloppsbana. Och återigen, det är det största, det mesta du kan komma ifrån genom att hoppa hårt och om du tappade ett föremål på ett så kan det ta några minuter att landa.
Blinka inte... en konstnärs föreställning om en asteroid som blockerar en avlägsen stjärna. Bildkredit: NASA.
Du kan dock fortfarande terraforma en, per definition också. Gentlemannen som myntade termen, science fiction-författaren Jack Williamson, som också myntade termen genteknik, använde den för en mindre asteroid bara några kilometer tvärs över, så alla definitioner av terraforming måste också inkludera små asteroider.
Naturligtvis i den historien är det som en liten planet eftersom de hade artificiell gravitation, det har vi inte, om vi vill fejka gravitationen utan att ha massa måste vi snurra runt saker. Så om vi vill terraforma en asteroid måste vi urholka den och fylla den med luft och snurra runt den.
Naturligtvis urholkar man faktiskt inte asteroiden och snurrar den, asteroider är lösa gruskulor och de flesta skulle flyga isär med tanke på något märkbart snurr. Istället skulle du urholka den och sätta en cylinder som snurrar inuti den. Ungefär som hur en bra termos har en utvändig behållare och inuti en med ett lager av vakuum mellan, skulle vi snurra den inre cylindern.
Du skulle inte behöva arbeta hårt för att urholka en asteroid heller, de flesta är inte tillräckligt stora för att ha tillräcklig gravitation och tryck för att krossa en tom ölburk ens i mitten. Så du kan dra ut materia från dem mycket enkelt och stötta upp sidorna med mycket tunna metallväggar eller till och med is. Eller bara ha din cylinder inställd i ett andra icke-snurrande yttre skal eller överbyggnad, som din tvättmaskin eller torktumlare.
Du kan sedan utföra din gruvdrift från insidan, avskärmad från rymden. Du skulle någonsin kunna trycksätta det ihåliga området om ditt snurrande vardagsrum var inuti sin egen överbyggnad. Ingen gravitation, men värme och luft, och du kunde komma undan med bara en liten snurr utan att slita isär det, kanske tillräckligt för att växterna ska växa till normalt.
Det bör noteras att du potentiellt kan kolonisera även gasjättarna själva, även om vårt fokus idag mest ligger på deras månar. Det kräver mycket mer ansträngning och teknik än de typer av kolonier vi diskuterar idag, Fraser och jag bestämde oss för att hålla saker nära framtiden och ganska lågteknologiska, även om han faktiskt gjorde en artikel om kolonisering av Jupiter själv förra året som var mitt huvudsakliga källmaterial innan jag började prata och bestämde mig för att göra en video tillsammans.
Jupiter med Io och Ganymedes tagen av amatörastronomen Damian Peach. Kredit: NASA / Damian Peach
Det finns gott om väte på själva Jupiter och flytande raffinaderier eller fartyg som flyger ner för att ösa upp det kan vara ganska användbara, men idag är vi mer intresserade av dess månar. Det största problemet med att kolonisera Jupiters månar är all strålning planeten avger.
Europa är mest känd som en plats där ytan är täckt av is men under den tros det vara ett stort hav under ytan. Det är den sjätte största månen som kommer precis bakom vår egen på nummer fem och är en av de fyra ursprungliga månarna som Galileo upptäckte redan 1610, nästan två århundraden innan vi ens upptäckte Uranus, så det har alltid varit en källa till intresse. Men när vi har upptäckt fler planeter och månar har vi kommit att tro att en hel del av dem också kan ha underjordiska hav.
Det som är snyggt med dem är att vatten, flytande vatten, alltid lämnar dörren öppen för möjligheten att liv redan finns där. Vi vet fortfarande så lite om hur livet ursprungligen utvecklades och vilka förhållanden som tillåter det att inträffa att vi inte kan utesluta att platser som Europa redan har sina egna växter och djur som simmar runt under den isen.
Det gör de förmodligen inte och uppenbarligen skulle vi inte vilja kolonisera dem, bortom forskningsbaser, om de gjorde det, men om de inte gör det blir de utmärkta platser att kolonisera. Man skulle kunna ha ubåtsstäder på sådana platser som flyter omkring i havet eller de som är begravda i ytislagret, väl avskärmade från strålning och skräp. Vattnet gejsrar också upp till ytan på vissa ställen så att du kan börja nära dem, du behöver inte borra ner genom kilometervis av is på dag ett.
Vatten och väte är också ganska ovanliga i det inre solsystemet så att ha tillgång till en plats som Europa där flykthastigheten bara är ungefär en femtedel av vår egen är ganska praktiskt för export. Nu när vi går vidare och pratar mycket om månar är det viktigt att notera att när jag säger att något har en femtedel av jordens flykthastighet, betyder det inte att det är fem gånger lättare att ta sig ur. Energin stiger med kvadraten på hastigheten så om du behöver gå fem gånger snabbare måste du spendera 5 kvadrat eller 25 gånger mer energi, och ännu mer om den platsen har massor av luft som skapar friktion och drag, är atmosfären svår att ta igen. långt upp genom även om de gör landningen lättare också. Men även om du ignorerar luftfriktion kan du flytta 25 liter vatten bort från Europa för varje liter du kan exportera från jorden och till och med det har en mycket hög gravitation jämfört med de flesta månar och kometer. Plus att vi förmodligen inte vill exportera massor av vatten, eller något annat, från jorden i alla fall.
Konstnärens koncept av trojanska asteroider, små kroppar som dominerar vårt solsystem. Kredit: NASA
Vi bör börja med att notera två saker. För det första är Asteroidbältet inte det enda stället du hittar asteroider, Jupiters trojanska asteroider är nästan lika många, och varje planet, inklusive jorden, har en motsvarighet till Jupiters trojanska asteroider vid sina egna Lagrange-punkter med solen. Fast precis som Jupiter dvärgar alla andra planeter så gör dess samling av lagrangiska objekt. De kan också vara ganska stora, den största 624 Hektor, är 400 km bred och har en storlek och form som liknar Pennsylvania.
Och eftersom dessa asteroider befinner sig vid stabila Lagrange Points, kretsar de med Jupiter men alltid framför och bakom den, vilket gör transiteringen till och från Jupiter mycket lättare och ger bra vägpunkter.
Innan vi går ut längre i solsystemet bör vi nog ta upp hur du får energi att hålla dig vid liv. Mars är redan ganska kall jämfört med jorden, och Asteroiderna och Jupiter ännu mer, men med tjock isolering och några speglar att studsa ljus i kan du göra ganska anständigt. I själva verket är solljuset utanför Jupiter redan nere på bara 4 % av vad jorden får, vilket betyder att på jovianska avstånd är det cirka 50 W/m²
Det kanske inte låter så mycket, men det är faktiskt nästan en tredjedel av den genomsnittliga belysningen på jorden, när man räknar in atmosfärisk reflektion, molniga dagar, nattetid och högre, kallare breddgrader. Det är också mycket ljusare än insidan av de flesta väl upplysta byggnader och räcker för en hyggligt robust fotosyntes för att odla mat. Speciellt med kompletterande ljus från speglar eller LED-växtlampor.
Men när du väl kommer ut till Saturnus och vidare blir det allt mer opraktiskt och ett allvarligt problem, för även om mattillväxt inte syns på din elräkning är det vad vi använder praktiskt taget all vår energi till. Närmare solen kan vi använda solpaneler för ström och vi behöver ingen ström för att odla mat. När vi kommer längre ut kan vi inte använda solenergi och vi behöver värma eller kyla livsmiljöer och leverera belysning för mat, så vi behöver mycket mer ström även när vår huvudkälla torkar ut.
Så vad är våra alternativ? Det första är enkelt, bygg större speglar. En spegel kan trots allt vara ganska stor och papperstunn. Alternativt kan vi bygga de där speglarna långt bort, närmare solen, och antingen fokusera dem på den plats vi vill ha upplyst eller skicka en energistråle, mikrovågor kanske eller lasrar, ut till destinationen för att leverera energi.
Vi har också möjlighet att använda fission, om vi kan hitta tillräckligt med uran eller torium. Det finns inte mycket av någondera i solsystemet, i området omkring en del per miljard, men det uppgår till hundratals biljoner ton, och det borde bara ta några tusen ton om året att försörja jordens hela elnät . Så vi skulle titta på miljontals år av energiförsörjning.
Naturligtvis är fusion ännu bättre, särskilt eftersom väte blir mycket mer rikligt när du kommer längre från solen. Vi har inte fusion ännu, men det är en teknik som vi kan planera för att förmodligen ha inom vår livstid, och även om uran och torium kan räknas i delar per miljard, är väte rikligare än alla andra grundämnen kombinerar, särskilt när du kommer långt från solen och det inre solsystemet.
Så det är en mycket bättre strömkälla, en i praktiken obegränsad sådan utom på tidsskalor av miljarder och biljoner år. Ändå, om vi inte har det, har vi fortfarande andra alternativ. Större speglar, strålande energi utåt från närmare solen och klassisk klyvning av uran och torium. Tillgång till fusion är inte absolut nödvändig men om du har det kan du låsa upp det yttre solsystemet eftersom du har din energiförsörjning, en billig och riklig bränsletillförsel och mycket snabbare och billigare rymdskepp.
Naturligtvis är väte, vanligt gammalt vaniljväte med en proton, som solen använder för fusion, svårare att smälta än deuterium och kan vara mycket längre under utveckling, vi har också fusion med Helium-3 som har vissa fördelar jämfört med väte, så att är värt att ha i åtanke så väl som vi fortsätter utåt.
Sedan NASA:s rymdskepp Cassini anlände till Saturnus har planetens utseende förändrats mycket. Denna vy visar Saturnus norra halvklot 2016, när den delen av planeten närmar sig sitt norra halvklots sommarsolstånd i maj 2017. Bildkredit: NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute.
Okej, låt oss gå vidare till Saturnus, och återigen är vårt fokus på dess månar mer än planeten själv. Den största av dem och den mest intressanta för kolonisering är Titan.
Titan heter det passande namnet, denna titaniska måne innehåller mer massa än alla Saturnus sextio eller så andra månar och med en hel storleksordning på det. Det är tillräckligt massivt för att hålla en atmosfär, och en där yttrycket är 45 % högre än här på jorden. Även om Titan är mycket mindre än jorden, är dess atmosfär cirka 20 % mer massiv än vår egen. Det är nästan allt kväve också, till och med mer än vår egen atmosfär, så även om du skulle behöva en andningsmask för att tillföra syre och det är också superkallt, så du skulle behöva en tjock isolerad kostym, behöver det inte vara en tryckdräkt som på Mars eller nästan var som helst annanstans.
Det finns inget syre i atmosfären, det lilla som inte är kväve är mestadels metan och väte, men det finns gott om syre i isen på Titan som är ganska rikligt. Så den har allt vi behöver för livet utom energi och gravitation. Vid 14 % av jordens normala är det förmodligen för lågt för människor att bekvämt och säkert anpassa sig till, men vi har redan diskuterat sätt att hantera det. Den är tillräckligt låg för att du förmodligen skulle kunna flaxa med armarna och flyga, om du hade vingen fäst.
Till vänster är TALISE (Titan Lake In-situ Sampling Propelled Explorer), ESA-förslaget. Detta skulle ha sin egen framdrivning, i form av skovelhjul. Kredit: bisbos.com
Det behöver dock någon energikälla, och vi diskuterade det. Självklart om du har fusion har du allt väte du behöver, men Titan är en av de platser som vi förmodligen skulle vilja kolonisera tidigt om vi kunde, det är något du behöver mycket av för att terraforma andra platser, och är också rik på många andra saker vi vill ha. Så vi tänker ofta på det som en lågteknologisk koloni eftersom det är en vi skulle vilja ha tidigt.
I ett scenario som detta är det väldigt lätt att föreställa sig mycket lokal transit mellan Titan och dess mindre närliggande månar, som är mer steniga och kan vara lättare att gräva ur klyvbara material som uran och torium. Du kanske har ett dussintal små utposter på närliggande månar som bryter klyvbart material och andra metaller och ett stort centralt nav på Titan, de levererade det också som också exporterade kväve till andra kolonier i solsystemet.
Att flytta fram och tillbaka mellan månar är ganska lätt, särskilt eftersom saker som landar på Titan kan aerobromsa ganska lätt, medan Titan själv har en ganska stark gravitationsbrunn och tjock atmosfär att klättra ur men är en bra kandidat för en rymdhiss, eftersom den kräver inget mer sofistikerat än en Lunar Elevator på vår egen måne och har ett rikligt utbud av de material som behövs för att göra Zylon till exempel, ett material som är tillräckligt starkt för att göra en hiss där och som vi kan masstillverka just nu.
Titan kan vara den största och mest användbara av Saturnus månar, men återigen är det inte den enda och alla de andra är inte bara stenar för gruvdrift. Till sist har den över sextio och många av dem ganska stora. En av dem, Enceladus, Saturnus sjätte största måne, är mycket lik Jupiters måne Europa, eftersom vi tror att den har ett stort och tjockt hav under ytan. Så precis som Europa är det en intressant kandidat för kolonisering. Så Titan kan vara navet för Saturnus men det skulle inte vara den enda betydande platsen att kolonisera.
Molnen tornar upp sig i en skymningshimmel på Saturnus. Planetens glödande ringar verkar böja sig vid horisonten på grund av den täta luften. (målning ©Michael Carroll)
Medan Saturnus är mest känd för sina fantastiska ringar, tenderar de att förbises i koloniseringen. Nu är dessa ringar nästan helt is och i total massa ungefär en fjärdedel så mycket som Enceladus, som återigen är Saturnus sjätte största måne, som i sig inte ens är en tusendel av Titans massa.
Trots det är ringarna inte ett dåligt ställe att sätta upp butik på. Eftersom de mestadels är vatten, finns det rikligt med väte för fusionsbränsle och har liten massa individuellt gör dem lika lätta att närma sig eller lämna som en asteroid. Bara stora isberg i rymden egentligen, och det finns många månar i ringarna som kan vara så stora som en halv kilometer i diameter. Så du kan gräva ner i en för skydd mot strålning och stötar och eventuellt bryta mindre för att deras is ska föras till platser där det inte finns mycket vatten.
Sammanlagt dessa ringar, som alla är fruset vatten, samlar bara cirka 2 % av jordens hav och ungefär lika mycket som hela Antarktis. Så det är mycket sötvatten som är mycket lätt att komma åt och flytta någon annanstans, och isgruvor i Saturnus ringar kan vara ganska användbara och göra bra hem. Att bo inne i en isboll låter kanske inte tilltalande men det är bättre än det låter som och vi kommer att diskutera det mer när vi når Kupierbältet.
Uranus och Neptunus, solsystemets isgigantiska planeter. Kredit: Wikipedia Commons
Men först har vi fortfarande två planeter till att titta på, Uranus och Neptunus.
Uranus och Neptunus kallas ibland isjättar istället för gasjättar eftersom den har mycket mer vatten. Den har också mer ammoniak och metan och alla tre kallas för isar i sammanhanget eftersom de utgör det mesta av det fasta materialet när man kommer så långt ut i solsystemet.
Medan Jupiter är över tusen gånger jordens massa, väger Uranus ungefär 15 gånger jordens vikt och har bara ungefär dubbelt så mycket som jordens flykthastighet, den minsta av någon av gasjättarna, och det är märklig rotation, och dess konstiga lutning bidrar till att den har mycket mindre vind än andra jättar. Dessutom är tyngdkraften bara lite mindre än jordens i atmosfären så vi har möjlighet att återigen flyta livsmiljöer, även om det skulle vara mycket mer som en ubåt än en luftballong.
Precis som Venus har Uranus väldigt långa dagar, åtminstone när det gäller platser som får kontinuerligt solljus, polerna får 42 år av evigt solljus sedan 42 år av mörker. Solljus är en relativ term, ljuset är ganska minimalt, särskilt inuti atmosfären. Den låga vinden på många ställen gör det till en bra plats för gasutvinning, som Helium-3, och det är en bra planet att försöka ösa gas från eller till och med ha permanenta installationer.
Nu har Uranus också en stor samling månar, användbara och koloniserbara som de andra månarna vi har tittat på, men annars omärkliga utöver att de är namngivna efter karaktärer från Shakespeare, snarare än de vanligare mytologiska namnen. Ingen har atmosfär även om det finns en möjlighet att Oberon eller Titania kan ha hav under ytan.
Neptunus gör ett kort inlägg, den är väldigt lik Uranus förutom att den har de karakteristiskt höga vindarna från gasjättar som Uranus sneda poler dämpar, vilket betyder att den inte har några fördelar jämfört med Uranus och nackdelarna med höga vindhastigheter överallt och att den ligger ännu längre från Sol. Den har också månar och en av dem, Triton, tros också ha hav under ytan. Triton har förmodligen också en bra mängd kväve inuti sig eftersom det ofta bryter ut gejsrar av kväve från dess yta.
Neptunus största måne Triton fotograferad den 25 augusti 1989 av Voyager 2. Kredit: NASA
Triton är en av de största månarna i solsystemet, kommer på sjunde plats strax efter vår måne, nummer 5, och Europa på nummer 6. Det betyder att om det inte var en måne skulle den förmodligen kvalificera sig som en dvärgplanet och det anses ofta Pluto kan vara en förrymd måne Neptunus. Så Triton kan vara en som inte flydde, eller som inte undvek att bli tillfångatagen. Faktum är att det finns en ohygglig mängd kroppar i detta allmänna storleksintervall och sammansättning som vandrar omkring i de yttre delarna av vårt solsystem när vi kommer ut i Kuiperbältet.
Pluto och dess kohorter i det isiga asteroidrika Kuiperbältet bortom Neptunus omloppsbana. Kredit: NASA
Kuiperbältet är en av de saker som har anspråk på den något godtyckliga och disiga gränsen som markerar kanten av solsystemet. Det sträcker sig från förbi Neptunus till bortom Pluto och innehåller mycket mer massa än asteroidbältet. Det är där många av våra kometer kommer ifrån och även om det finns gott om stenar där ute tenderar de att vara täckta av is. Med andra ord är det som vårt asteroidbälte, bara det finns mer av det och det enda som bältet inte är särskilt rikt på, vatten och väte i allmänhet, är ganska rikligt där ute. Så om du har en kraftkällas livsfusion kan de lätt terraformas och är lika attraktiva som en mineralkälla som de olika asteroiderna och månarna närmare in.
Upptäcktes 2005, Makemake, a Kuiper Belt Object (KBO) har . Kredit: NASA
Vi nämnde idén att leva inuti urholkade asteroider tidigare och du kan använda samma trick för kometer. Du kan faktiskt forma dem till att vara mycket större om du vill, eftersom de skulle vara ihåliga och is inte är svårt att flytta och forma, särskilt i noll gravitation. Samma knep som tidigare, du placerar en snurrande cylinder inuti den. Alla objekt är inte helt isar och din genomsnittliga komet är faktiskt mer en frusen lerkula än is med steniga kärnor. Vi tror att många jordnära asteroider bara är överblivna kometer. Så de är nog ganska bra hem om man har fusion, mycket bränsle och råvaror för både liv och byggnation.
Detta är förmodligen din billigaste interstellära rymdfarkost också, vad gäller ansträngning i alla fall. Man pratar ofta om att omdirigera kometer till Mars för att föra den med luft och vatten, men man kan lika gärna dirigera om det helt och hållet från solsystemet. Kometer tenderar att ha mycket excentriska banor, så om du fångar en när den är nära solen kan du accelerera den då, faktiskt dra nytta av Oberth-effekten, och driva den ut ur solsystemet och ut i rymden. Om du har en fusionskraftkälla för att leva inuti en så har du också ett interstellärt rymdskepp, så du täljer bara en liten koloni inuti kometen och beger dig ut i rymden.
Du har förnödenheter som kommer att hålla dig i många århundraden åtminstone, även om det vore hem för tiotusentals människor, och även om vi tänker på mindre asteroider och kometer som små, är det bara i jämförelse med planeter. Dessa saker tenderar att vara lika stora som berg så det finns gott om livsutrymme och en kilometer smutsig is mellan dig och rymden gör en stor sköld mot även de typer av strålning och kollisioner du kan uppleva i relativistiska hastigheter.
Konstnärernas intryck av Kuiperbältet och Oorts moln. Kredit: NASA/JPL
Nu är Oorts moln ungefär som Kupierbältet men börjar ännu längre ut och sträcker sig förmodligen ett helt ljusår eller mer. Vi har ingen bestämd uppfattning om dess exakta dimensioner eller massa, men den nuvarande uppfattningen är att den har åtminstone flera jordens massa, mestadels i olika isiga kroppar. Dessa kommer att vara ganska många, uppskattningar brukar anta minst biljoner isiga kroppar en kilometer tvärs över eller större, och ännu fler mindre. Men volymen av rymden är så stor att dessa kilometer breda kroppar kan vara ungefär en miljard kilometer bort från grannar, eller ungefär en ljustimme. Så det är utspritt ganska tunt, och även den inre kanten är cirka 10 ljusdagar bort.
Det betyder att det ur praktisk synvinkel inte finns någon kraftkälla där ute, solen är helt enkelt för diffus för att även stora samlingar av speglar och solpaneler ska vara till nytta. Det betyder också att meddelanden i ljushastighet hem eller till grannar är ganska försenade. Så när det gäller kommunikation är det mycket mer som förmodern tid i glest bebyggda områden där det kan krävas en timmes lång promenad till deras gård att prata med dina närmaste grannar, och alla nyheter från storstäderna kan ta månader att strömma ut till du.
Det finns förmodligen uran och torium där ute att hitta, kanske en anständig mängd av det, så klyvning som kraftkälla är inte utesluten. Om du istället har fusion men var och en av dessa kilometer breda isiga kroppar är som en gigantisk bensintank, och som med Kupierbältet, är isen en bra sköld mot stötar och strålning.
Och även om det kan finnas biljoner kilometer breda isbitar där ute, och många fler mindre kroppar, skulle du också ha en hel del större. Det finns nästan säkert massor av planeter i Plutos storleksintervall av dessa, och kanske till och med större. Även efter Oort-molnet skulle du fortfarande ha många av dessa skurkplaneter i rymden som skulle kunna överbrygga gapet till ett annat solsystems Oort-moln. Så om du har fusion har du ingen brist på energi och kan kolonisera biljoner av dessa kroppar. Det finns förmodligen en anständig mängd sten och metall där ute också, men det kan vara ditt stora import-/exportalternativ som fraktar hem is och fraktar ut metaller.
Det är kanten på solsystemet så det är slutet på den här artikeln. Om du inte redan har läst den andra halvan, koloniserar det inre solsystemet , huvudet på nu.