Сколько времени потребуется, чтобы терраформировать безжизненную, но чем-то похожую на Землю планету с помощью бактерий, грибков, семян и яиц?

Корт сказал: нам потребовалось 3,5 миллиарда лет, чтобы пройти путь от одноклеточных существ до наземных растений. Это будет верхняя граница этого процесса.

Что не совсем верно. Это одна из верхних границ развития решения. то есть: одна точка данных. Это может занять намного больше времени, если вы хотите разработать решения; возможно, Земля находится на самом быстром из всех возможных путей эволюции.

В любом случае, суть в том, что вы ничего не развиваете. Вы берете уже разработанные решения и выборочно вставляете их.

Дронц сказал: с импортированными/искусственными микробами, предварительно разработанными на Земле, это может быть намного быстрее, чем то, что естественным образом эволюционировало из первобытного ила.

Именно так.

Вероятно, вы захотите начать с мониторинга. На выбранной вами планете уже есть жизнь? Вы сказали, что не будете знать, что у вас есть, пока не доберетесь туда - это может быть сочтено враждебным актом, чтобы прийти с автоматическим зондом и попытаться преобразовать чужую планету :) Помимо этических соображений уничтожения жизни, которая развивается себя (зависит от этических ограничений вашего общества).

Вам, вероятно, понадобится как минимум десятилетие, чтобы увидеть, какие типы климатических изменений вы собираетесь получить от орбитальных возмущений, а также для изучения звезды — часть выходных данных звезды можно проанализировать издалека, но некоторые могут потребоваться в системном анализе. Это может определить, какую жизнь вы хотите посеять, чтобы смягчить эффекты, существующие в вашей системе. Возможно, вы сможете пропустить это и играть в догонялки, когда вас удивят события. Но это приведет к увеличению количества отказов.

Я бы дал этому столетие изучения, если у вас есть время гореть.

Самое главное, помимо того, что находится в обитаемой зоне, имеет примерно земную массу и атмосферу с углекислым газом, это наличие достаточного количества жидкой воды.

Жидкая вода даст вам шанс запустить свои автотрофы и цианобактерии. Который начнет получать органику из неорганики и атмосферу на основе кислорода. Как только вы это начнете, введение чего-то с хлоропластами (скорее всего, водорослями) станет большим делом — вы хотите, чтобы ваше Великое событие оксигенации произошло как можно скорее. Сроки этого неизвестны и могут зависеть от условий. Но вы захотите, чтобы у ваших автотрофов было время поработать. Сколько вы сажаете изначально? Вы настраиваете реакторы, чтобы производить их тонны на орбите? Или просто вводить нанолитр (микролитр?, миллилитр?, литр?) в выбранные места (сколько мест?).

Превратить вашу атмосферу в океан, чтобы удалить CO2 и O2, будет чем-то особенным. Это довольно сложная область исследования. Один из ключевых факторов заключается в том, есть ли у вас полярные ледяные шапки (или вы можете их создать?)? Это приводит к термохалинной циркуляции и выбрасывает тонну CO2 в океан (хотя в атмосфере, состоящей преимущественно из CO2, океан уже может быть насыщен...). Железо является ограничивающим питательным веществом, и если у вас есть технология, измельчение железоникелевых астероидов и рассеивание пыли в океанах (или рассеивание от летунов) может значительно ускорить производство водорослей/кислорода.

http://benmatthews.eu/benphd/chap1.html Много информации об обмене Земли, то есть: не совсем то, о чем мы говорим, но мы делаем 92 GtC на входе и 90 GtC на выходе в наших океанах.

Как только вы приступите к работе с океаном/атмосферой, вы захотите начать с массива суши. Цианолишайники и лишайники — это то, что вам нужно, чтобы начать разрушать камни, чтобы получить почву, и поместить органику в почву стартового уровня. Вы можете сбрасывать их на любые камни. Нет необходимости в плотинах. На самом деле, если растения не дышат, у вас может не оказаться достаточно пресной воды для работы, как только вы окажетесь в глубине суши.

На этом этапе вам нужно будет выбрать несколько типов форм жизни, чтобы управлять засевом облаков / облачным покровом и альбедо. Вам понадобится спутниковое покрытие и компьютерный мониторинг, чтобы понять это. Для этого потребуется довольно надежное компьютерное программирование или человек, который входит в стазис и выходит из него раз в год / десятилетие. Я предполагаю, что вы не отправляете людей, так как самый дешевый способ сделать это — отправить что-то размером с футбольный мяч с ДНК-кодами изготовителю и несколько расширяемых емкостей (они будут собирать экраны в системе, чтобы защитить от вспышки/гамма-излучение).

Это примерно то, на что вы можете (легко) пойти с футбольным мячом. Ваш зонд должен иметь возможность значительно расширяться, чтобы производить тонны семян и/или животных. Возможно, вы сможете хранить немного насекомых и икру микрокреветок / рыб — но вы, вероятно, ищете что-то больше размером с комнату — и вы легко можете не насекомые и рыбы, если у вас слишком мало икры. Ваш первый набор (ы) может быть отложен слишком рано, и все они потерпят неудачу из-за недостаточного количества поддерживающего субстрата. Каждый раз, когда вы бросаете яйца, ожидайте, что часть капель будет потеряна из-за ошибок или неправильного размещения. Вы можете взять с собой семена растений, но, как и животным, вам будет трудно взять достаточно, чтобы вскоре сделать большую вмятину. Лучше всего создать автоматизированную ферму на орбите и собирать семена. Это сильно заставит ваш зондболее сложный.

В любом случае, как только вы добавите немного органики в почву, вам захочется заняться некоторыми растениями. Много семян и мало прибыли для начала. Вам понадобится материал, который справляется с засушливостью и почвой с низким или нулевым содержанием. После того, как вы поработаете над этим некоторое время и, возможно, настроите цикл пресной воды, вы сможете подумать о насекомых и других вещах.

Вероятно, до этого вы могли засеять океан рыбой.

Если у вас есть рыба, вы можете быстро перейти к птицам и млекопитающим, которые охотятся на рыбу, и к некоторым травоядным. Посадить их с орбиты будет непросто. Много чего другого можно сбросить с помощью теплозащитного/охлаждающего устройства и микро-желоба, и дать ему подпрыгнуть. Млекопитающее или птица, не так уж и много. Научить птицу летать по орбите... тоже сложно. Вы не собираетесь сбрасывать птичьи яйца, если только вы не сбрасываете инкубаторы. Вам могут понадобиться мамы-роботы, чтобы обучить некоторым навыкам.

Scifi: The Forgotten Planet — это история неудачного терраформирования.

Это во многом зависит от состояния планеты по прибытии, от того, насколько достаточным будет источник энергии для запуска и в какой степени ваши роботы способны использовать передовые нанотехнологии. Я предполагаю, что в вашем мире есть как водные океаны, так и искусственно контролируемые нанотехнологии, без которых это было бы довольно безнадежным делом (полагаться на биологические нанотехнологии, также известные как микробы, потребовалось бы от сотен тысяч до миллионов лет).

1. Состояние планеты.

   • Атмосфера: масса венерианской атмосферы составляет около$5\times10^{20}kg$, в то время как Земля примерно в сто раз легче на$5\times10^{18}kg$, а Марс примерно в 200 раз легче, чем на$2.5\times10^{16}kg$. Если вы хотите, чтобы неадаптированные люди жили на поверхности, вам может потребоваться вспышка или внесение значительного количества летучих веществ. Излишне говорить, что вспыхнуть сложно, а обогащение зависит от того, сколько летучих веществ вы можете найти в местных поясах астероидов и внешних (в стиле Оорта) замороженных окраинах. Очевидно, что любой из них потребует крупного промышленного предприятия на порядок выше, чем все, что человечество делало до сих пор. Для сравнения, 150 лет промышленной деятельности изменили атмосферу Земли, изменив соотношение газов примерно до 200 частей на миллион, то есть «следовых количеств». И это при том, что наша промышленность сжигает нефть и уголь буквально так быстро, как мы можем добывать их из-под земли. В зависимости от исходного состава вам буквально понадобится процесс буквально в 10 000 раз более интенсивный, чем на Земле.

   • Почвы. Предположим, что аналогичная площадь земли ~$100,000,000 km^2$, и что нам нужно обработать 10-метровый слой (хотя сток в океан реально будет проблемой). В$10^{15}m^3 \times 2\times10^3kg/m^3$, это примерно столько же массы в атмосфере.

   • Жизнь. При наличии достаточно продвинутых нанотехнологий формы жизни можно производить и засевать в почву в рамках обычной обработки почвы. Тем не менее, процесс, скорее всего, будет довольно, гм, энергичным, и, следовательно, с большей вероятностью оставит после себя органическую золу, а не почву, к которой мы привыкли. Возможно, второй набор процессоров сможет последовать за первой волной и использовать гигантские чаны с бактериальным и вирусным супом, чтобы засеять почву по их следам. Жизнь составляет около 10 ^ 12 кг, на много порядков меньше. Подойдут изящные конструкторы наноботов второй волны.

2. Источник питания.

   • Очевидно, если влияние человечества на нашу собственную атмосферу за столетие сводится к модификации следовых количеств, этот процесс может показаться немного пугающим. Не бойтесь, на помощь придет сила экспоненциального роста. За прошедшее столетие цивилизации, находящиеся на пороге технологического бума (т. е. не играющие в догонялки и просто копирующие ранее существовавшие технологии), росли примерно на 2-5% в год.
   • Предположим, вы хотите осуществить это через столетие или два. Если мы возьмем 4% в качестве медианы и экстраполируем (предполагая, что в будущем не будет темных веков, это консервативное предположение, учитывая вероятное увеличение на несколько порядков с учетом вообразимых в настоящее время производственных мощностей ОИИ и нанотехнологий молекулярного времени), мы получим (пост- ?) Человечеству произвести примерно столько продукции, сколько необходимо, чтобы осуществить это за несколько столетий, ну, примерно через 2,5 века от сегодняшнего дня.
   • Конечно, человечество такое, какое оно есть, и маловероятно, что мы дойдем до того момента, когда весь годовой объем производства можно будет инвестировать в производство зондов и материалов для колонизации нового мира. Мы будем заняты борьбой друг с другом, превращением планет в скрепки , бурением в рай, чем угодно. Давайте снизим его на ступеньку или две. Миссии Аполлона были значительными затратами, и когда они были запущены, они производили столько энергии, что это составляло около 2 секунд всей энергии, выработанной Человечеством в том году. Таким образом, если мы продолжим предполагать экспоненциальный рост в 4%, объем производства человечества будет достаточно высоким, чтобы терраформирование было эквивалентно программе «Аполлон» примерно через 700 лет, примерно 2700 г. н.э. (или 750 г. по Эпохе ) .

Тем не менее, планеты с их глубокими гравитационными колодцами далеки от оптимальной недвижимости для космической цивилизации. Добыча астероидов и сбор летучих веществ со спутников газовых гигантов кажется намного проще с точки зрения соотношения энергии и энергии.

Ответ очень зависит от того, насколько планета похожа на Землю. Эволюция работает в темпе эволюции, поэтому, если бактериям и грибкам нужно адаптироваться, им может понадобиться несколько миллионов или миллиардов лет.

Давайте предположим, что вы нашли Землю 2.0 (как в «Путеводителе» Хитчкера по Галактике ), поэтому никакой эволюции не требуется, достаточно простого действия бактерий и грибков, «делающих свое дело».

Первой трудной задачей будет баланс. На каждом этапе пути вам нужно будет сбалансировать экосистему. Совершенно пустой мир вознаградит самых агрессивно размножающихся организмов. Наша современная экосистема очень зависит от этого баланса: жизнь выживет, как только вы ее посеете, но может быть трудно внедрить высшие формы жизни, такие как растения и люди, если баланс существенно отличается.

Ваша цель будет состоять в том, чтобы критически демпфировать все умножения, член дифференциальных уравнений, который стремится достичь стабильности в кратчайших постоянных времени. Вам пришлось бы постоянно сеять разные организмы, чтобы в краткосрочной перспективе «облагодетельствовать» один над другим, чтобы достичь баланса в долгосрочной перспективе.

Как только появляется почва, мы документально подтверждаем, что это занимает мало времени: столетия. Современный натурализм обнаружил, что лес может перезагрузиться после сильного пожара в течение нескольких жизненных циклов. Для этого существует хорошо понятный процесс: сначала появляются травы, затем папоротники, затем невысокие деревья, затем высокие деревья. Эта часть природы удивительно живучая!

Однако ему нужна почва. Ваша Земля будет массой песка и камня. Это не простой пейзаж. Никаких азотфиксирующих бактерий или чего-то подобного. Огромные проблемы с эрозией. В зависимости от ландшафта вам может понадобиться много времени, чтобы исправить это: нам потребовалось 3,5 миллиарда лет, чтобы пройти путь от одноклеточных существ до наземных растений. Это будет верхняя граница этого процесса.

Теперь, чтобы дать вам не такой ужасно пессимистичный временной интервал (3,5 миллиарда лет + 100 лет!), я хотел бы отметить, что на вашей планете уже есть одно сложное творение:

Ваши роботы

Хотя у вас может и не быть «живых» роботов, они, безусловно, могут помочь зародить жизнь. Если ваши роботы стремятся выполнить фиксированный план, прописанный в их коде перед запуском, они могут стремиться к воспроизведению на поверхности планеты, копаясь в скалах, чтобы добывать необходимые им ресурсы.

Когда у вас будет большой объем контролируемой силы, вы сможете помогать организмам. Вы можете за считанные минуты сделать то, на что ушли века эрозии и бактериальной активности. Вы можете построить искусственные дамбы (например, соломенные, которые мы используем для контроля дренажа), чтобы удерживать почву там, где она должна быть, пока организмы не смогут ее заблокировать.

Благодаря этой возможности вы переносите задачу на временную шкалу мелиорации земель, деятельности под руководством человека, которая занимает период времени в десятилетия или столетия.

Соответственно, с почти, но не совсем зондом фон Неймана, воспроизводящимся, чтобы помочь организмам двигаться вперед, для терраформирования планеты потребуются столетия.

Интересно, что это смешение жизни и машины не является уникальным для этой проблемы. Современные шахматные программы, наконец, достигли точки, когда они сокрушают каждого игрока-человека. Ноутбука более чем достаточно, чтобы победить гроссмейстера высшего уровня. Однако комбинированные решения: человек с ноутбуком настолько сильнее, чем компьютер или человек, что комбинированные силы категорически запрещены почти на любом уровне соревнований.

Вероятно, порядка миллиарда лет, но, возможно, десятков миллионов.

Проблема в том, что существуют массивные неорганические поглотители, которые будут поглощать кислород, прежде чем вы сможете создать стабильную, благоприятную для жизни планету. На Земле производство кислорода продолжалось где-то около 1,6 миллиарда лет, прежде чем атмосферный кислород поднялся до пригодного для жизни уровня (см. Великое событие оксигенации ), и такой масштаб времени, вероятно, потребуется для вашей планеты.

Вполне возможно, что это можно значительно сократить, приняв методы генной инженерии, предоставив источники питательных веществ и тщательно отобрав штаммы используемых бактерий, но я считаю маловероятным, что вы сможете производить кислород достаточно быстро, чтобы создать пригодные для жизни условия быстрее, чем десятки миллионов.

Наземные растения будут производить кислород, но они не могут выжить в атмосфере без кислорода, поэтому их нельзя использовать до поздней стадии процесса, поэтому вы будете полагаться на бактерии. Чтобы получить более быстрые результаты, вам нужно будет внедрить тяжелые промышленные процессы, а не полагаться просто на засев органической жизни.

Учитывая почву и земную планету для начала, некоторые вещи будут происходить быстрее. Если вам нужно разбивать камни, чтобы получить почву, то вам нужны вещи, чтобы разбивать камни, а это занимает столько времени, сколько требуется. Вероятно, вы могли бы начать с небольшой площади и купола, а затем расширить его оттуда. Лучше всего, вероятно, было бы иметь спящую колонию с несколькими людьми, которые время от времени не спят, чтобы следить за ходом событий, и просто позволить машинам работать. Вы должны быть в состоянии собирать материалы с планеты, чтобы поддерживать работу, пока вы создаете почву и распространяете оттуда вещи. С одного места потребовалось бы довольно много времени, но несколько мест..?
Чтобы ограничить моральные затруднения, давайте предположим, что здесь нет местной жизни. Фабрики могут существовать только для того, чтобы производить воздух, пока растения не дойдут до этого момента. Балансировка не займет много времени, учитывая, что у нас уже есть пример работающей системы. Некоторая настройка, чтобы не отставать от случайных мутаций и парадигмы новой планеты, безусловно, будет необходима, но это не неразрешимая ( :) ) проблема.
Как только место будет расчищено для жизни, все будет развиваться немного быстрее, так как появятся люди, которые будут помогать и подталкивать вещи. Не просто толчки раз в год, а настоящие инновации. То, что это сделало бы с любой существующей социальной структурой, тоже может быть интересным.
Я не думаю, что потребуется так много времени, чтобы получить статус «обитаемого», но это зависит от множества факторов: почвы, атмосферы, гравитации, температуры, радиации и т. д. Корректировки всего этого были бы важны и могли бы легко изменить характер планеты/истории/игры/и т.д. Переходя к научной фантастике, тип излучения, который облегчает рост растений, но препятствует / изменяет развитие животных, насекомых и т. Д., Сократит необходимое время и изменит баланс для себя.
Спасибо всем, кто ответил.