Leben auf dem Mars: Wie die jüngsten Entdeckungen uns der Bewegung zum Roten Planeten näher bringen und wie lange es dauern wird.
Am 16. August 2019 twitterte der exzentrische Milliardär und Erfinder Elon Musk Nuke Mars! ("Lasst uns den Mars mit Atombomben treffen!"). Der Mars – und was ein Mensch damit anstellen kann – beunruhigt die Menschheit spätestens seit Ray Bradburys The Martian Chronicles. Aber es gibt einen großen Unterschied zwischen den Fantasien vor einem halben Jahrhundert und unseren Tagen: Neueste wissenschaftliche Erkenntnisse haben Gespräche über das Leben auf dem Mars aus Fantasiekreisen in die Büros von Forschern und sogar Geschäftsleuten übertragen.
Der vierte Planet des Sonnensystems ist im Radius halb so groß wie die Erde, aber flächenmäßig gleicht er allen Kontinenten der Erde zusammen (zum Glück gibt es keine Ozeane), und 2008 fand die NASA-Forschungssonde dort Wasser (in die Form von Eis). Es ist nicht verwunderlich, dass die Versuchung besteht, den Planeten zu bevölkern, und buchstäblich im Juli 2019 konnten Raketentriebwerke für einen Flug dort zum ersten Mal Starhopper in die Luft heben, ein Prototyp, der in wenigen Jahren zu Starship werden wird - eine Rakete und ein Raumschiff, die speziell für Flüge zum Mars entwickelt wurden. Dank der vollständigen Wiederverwendbarkeit von Starship (mehr als hundert Anwendungen) sollten die Kosten für Flüge zum Mars sinken.
Gleichzeitig beträgt die durchschnittliche Jahrestemperatur auf dem Mars -63 Grad Celsius, ungefähr so viel wie an der Antarktisstation Vostok. Es ist dort so kalt, weil seine Atmosphäre 150-mal dünner ist als die der Erde. Bei einer so dünnen Gashülle ist der Treibhauseffekt sehr schwach, weshalb es kalt ist. Das Problem lässt sich lösen, indem man die klimatischen Bedingungen auf dem Mars näher an das Erdklima heranbringt – diesen Vorgang nennt man Terraforming. Im Fall des Mars muss dazu die Oberfläche des Planeten, die selbst in den besten Jahren 56 Millionen Kilometer von hier entfernt liegt, irgendwie stark erhitzt werden.
Wissenschaftler kämpfen hart gegen dieses Problem, und kürzlich, im Sommer 2019, wurde eine ungewöhnliche Möglichkeit vorgestellt, den Roten Planeten bewohnbar zu machen - für den Anfang, zumindest teilweise. Es stellte sich heraus, dass eine nur wenige Zentimeter dicke transparente Kuppel aus einem exotischen Gelmaterial die terrestrische Nachahmung des Marsbodens bei schlechter lokaler Beleuchtung so stark erwärmt, dass sie das Pflanzenleben ohne zusätzliche Heizung unterstützen kann. Und das ist eine echte Sensation. Wir sagen Ihnen, was man allgemein tun kann, damit die Menschen nach einer gewissen Anzahl von Jahren durch die Marsfelder gehen und zwei Monde gleichzeitig bewundern.
Aerogel-Kuppeln: Vor einem Monat von Wissenschaftlern entdeckte Gewächshäuser der Stufe 80
Kommen wir direkt zur neuesten Entdeckung. Im Juli 2019 führte ein Team von Wissenschaftlern einfache Laborexperimente durch, bei denen sie ein Analogon des Marsbodens in eine Kammer mit verdünnter Atmosphäre und Marstemperatur brachten. Dann beschienen sie die Kuppeln mit Lampen, die 150 Watt Energie pro Quadratmeter abgeben - genau so viel, wie die Sonne im Durchschnitt auf die Marsoberfläche gibt.
Es stellte sich überraschend heraus: Ohne die geringste äußere Erwärmung erwärmte sich die von oben mit einer Gelkuppel bedeckte Oberfläche des Marsbodens leicht über null Grad. Die nur zwei Zentimeter dicke Kuppel überträgt sichtbares Licht gut und erwärmt den Boden, aber sehr schlecht ultraviolette, infrarote Strahlung und Wärme. Rohstoffe für seine Herstellung (normaler Sand) gibt es auf dem Mars, aber auch auf der Erde mehr als genug.
Das Aufheizen des Bodens um 65 Grad mit einer einfachen transparenten Kuppel sieht wie ein Wunder aus, denn von unten hat der Boden keine spezielle Wärmedämmung und ein Teil der Wärme geht immer noch an die Seiten. Das heißt, es ist, als würde man den gefrorenen Boden mit einem geschickt arrangierten Wachstuch bedecken – und dann passiert alles von selbst. Aber hier gibt es kein besonderes Wunder. Aerogele wurden 1931 entdeckt, und tatsächlich ist es ein normales Alkoholgel, aus dem der gesamte Alkohol durch Erhitzen verdampft und ein Netzwerk von luftgefüllten Kanälen hinterlässt. Seine Wärmedämmeigenschaften bei gleicher Dicke sind bis zu 7,5-mal höher als die von Schaumstoff oder Mineralwolle, dabei ist es praktisch transparent. Eine konventionelle Behausung aus ihm und auf der Erde, die völlig transparent ist, würde keine Heizung benötigen, außer während der langen Polarnacht.
Interessanterweise wurde dieses Material bereits auf dem Mars getestet: Amerikanische Rover verwenden Aerogel, damit ihre internen Instrumente während der Marsnacht, wenn die Temperatur auf -90 Grad sinken kann, nicht unterkühlt.
Forscher, die solche Kuppeln vorgeschlagen haben, um eines Tages zum Mars zu fliegen, stellen fest, dass Aerogel-Kuppeln leicht über weite Strecken transportiert werden können. Darüber hinaus haben Experimente in terrestrischen Labors bereits gezeigt, dass sogar Tomaten vollständig auf einem Analogon des Marsbodens wachsen, wenn die Temperatur normal wäre. Für sie muss auch nicht viel Wasser ausgegeben werden: Es kann nirgendwo unter der Kuppel verdunsten, dh selbst eine kleine Menge davon wird ständig von Pflanzen "im Kreis" verbraucht. Um diese Vorschläge zu bestätigen, planen die Autoren übrigens, die Experimente in die Antarktis zu übertragen – die trockenen Täler von McMurdo, die klimatisch und wasserlos dem Mars extrem nahe sind.
Musk hat recht: Der Mars kann tatsächlich bombardiert werden – und möglicherweise sinnvoll (aber keine Tatsache)
Die radikalste Lösung des Problems wurde, wie so oft, von Elon Musk vorgeschlagen: die Pole des Mars mit thermonuklearen Bomben zu bombardieren. Die Explosionen sollten Kohlendioxid verdampfen, das den größten Teil des Eises in den Polkappen dieses Planeten ausmacht. CO2 wird einen Treibhauseffekt erzeugen, das heißt durch Atombombenabwürfe auf dem vierten Planeten wird es sich ernsthaft und für lange Zeit erwärmen.
Zwar vertrat 2018 eine von der NASA gesponserte Studie einen ganz anderen Standpunkt: Es bringt nichts, die Pole zu bombardieren. Und im Allgemeinen reicht das gesamte Kohlendioxid des Mars nicht aus, um eine Atmosphäre zu schaffen, die dicht genug für eine ernsthafte Erwärmung ist. Nach den Berechnungen der wissenschaftlichen Gruppe "Nasov" kann der Druck dort nur um das 2,5-fache erhöht werden, nachdem die polaren Kohlendioxidkappen geschmolzen sind. Es wird wärmer, aber es sind immer noch antarktische Temperaturen – und die Atmosphäre ist 60-mal dünner als bei uns. Die Autoren der Arbeit erwähnten direkt die Person, deren Standpunkt sie kritisieren: Elon Musk. Aber das störte ihn anscheinend nicht im Geringsten.
Auch auf dem Mars findet man eine tausende Kilometer lange Schlucht – und kann sich darin niederlassen.
Der Mars hat sehr ungewöhnliche Reliefmerkmale, die auf der Erde nicht zu finden sind. Eines davon ist das 4.000 Kilometer lange Canyon-System Mariner Valley, das längste bekannte im Sonnensystem. Seine Breite beträgt bis zu 200 Kilometer und seine Tiefe bis zu 7 Kilometer. Das bedeutet, dass am Grund der Schluchten der Luftdruck anderthalbmal höher ist und es dort spürbar wärmer und feuchter ist als auf dem Rest der Erde. Über einem Teil der Mariner Valleys fotografieren Raumschiffe echten Nebel aus Wasserdampf (siehe Abbildung unten) und an den Hängen anderer Gebiete - dunkle Spuren von Bächen im Sand, und diese Bäche sind Wasser verdächtig ähnlich.
Die Täler der Mariner sind nicht überall breit – an manchen Stellen beträgt ihre Breite nur wenige Kilometer. Es wurde seit langem vorgeschlagen, solche Orte mit einer Glaskuppel abzudecken, da dies ausreicht, um die Wärme zu speichern und eine lokale hohe Temperatur zu bilden. Eine Aerogelkuppel über einer solchen Fläche mit Wasser kann zur Bildung eines lokalen relativ warmen Klimas mit eigenem Niederschlag und Wasser führen. Solche Orte können nach und nach aufgebaut werden, und je größer die mit angrenzenden Kuppeln bedeckte Fläche ist, desto höher ist die Durchschnittstemperatur (weniger Wärmeverlust durch die Wände). Tatsächlich kann ein so allmähliches, "kriechendes" Terraforming einen sehr großen Bereich des Planeten einnehmen.
Was ist falsch an den Berechnungen der NASA und warum werden abweichende Wissenschaftler bereits bei SpaceX eingestellt?
Es gibt einen einfacheren Weg zur globalen Erwärmung des Mars auf die Temperaturen der Erde. Wie von einer anderen Gruppe von Wissenschaftlern festgestellt, haben wir diese Methode bereits auf der Erde ausprobiert, ohne zu wollen - 37 Milliarden Tonnen Kohlendioxid in die Atmosphäre emittieren und die Temperatur auf dem Planeten allmählich erhöhen. Dieser Weg ist Treibhausgase.
Natürlich gibt es auf dem Mars keine Kohle, die beim Verbrennen einen Treibhauseffekt erzeugen kann. Und CO2 ist nicht das effizienteste Treibhausgas. Es gibt viel bessere Kandidaten, von denen SF6 am vielversprechendsten ist. Sein Molekül besteht aus einem Schwefelatom, um das herum sechs Fluoratome herausragen. Aufgrund seiner "Körperigkeit" fängt das Molekül sowohl ultraviolette als auch infrarote Strahlung perfekt ab und überträgt sichtbares Licht gut. In Bezug auf die Stärke des dadurch verursachten Treibhauseffekts ist er 34.900-mal größer als Kohlendioxid. Das heißt, nur eine Million Tonnen dieser Substanz würden den gleichen Treibhauseffekt bewirken wie die heute von der Menschheit emittierten zig Milliarden Tonnen CO2.
Darüber hinaus ist SF6-Gas sehr zäh – seine Lebensdauer in der Atmosphäre beträgt je nach äußeren Bedingungen 800 bis 3200 Jahre. Um seinen Zerfall in der Marsatmosphäre braucht man sich also keine Sorgen zu machen: Einmal produziert, bleibt es dort sehr lange. Zudem ist das Gas für den Menschen und alle lebenden Organismen ungefährlich. Tatsächlich ist es auf dem Mars ziemlich nützlich, weil es UV-Strahlen nicht schlechter abfängt als Ozon, das noch nicht da ist.
Berechnungen zufolge kann die Injektion von Super-Treibhausgasen dieser Art in etwa 100 Jahren die Temperaturen auf dem Planeten um mehrere zehn Grad anheben.
Es ist interessant, dass etwas früher mit Unterstützung der NASA eine weitere wissenschaftliche Arbeit durchgeführt wurde, die ein solches Szenario beschrieb - die Terraforming des Mars aufgrund von künstlichen Treibhausgasen mit erhöhter Effizienz. Eine der Autoren dieser Arbeit war Marina Marinova, die lange Zeit für die NASA arbeitete und heute einen Job bei SpaceX bekam. Darüber hinaus bezeichnete Elon Musk ihn selbst als Co-Autor und kritisierte die Arbeit, die vom Mangel an CO2 auf dem Mars spricht und angeblich verhindert, dass er sich in einen erdnahen Planeten verwandelt.
Ein wichtiges Merkmal eines so übermächtigen Treibhauseffekts: Nach der Erwärmung des Marsbodens soll das darin gebundene CO2 in die Atmosphäre abgegeben werden, was die Erwärmung des Planeten weiter erhöht.
Wann wird der Mars tatsächlich wie die Erde aussehen?
Obwohl SF6 tatsächlich den gesamten Planeten verändern kann, muss klar sein, dass dies nicht morgen passieren wird. Berechnungen zufolge muss man dafür jährlich Milliarden Kilowattstunden aufwenden – und diese auf dem Mars ausgeben, um das gleiche SF6-Gas aus einem fluorreichen Boden und grauer Erde herzustellen. Das heißt, wer terraformieren möchte, muss ein ganzes 500-Megawatt-Kernkraftwerk auf dem Planeten bauen, automatisierte Produktionsanlagen, die ständig SF6-Gas in die Atmosphäre freisetzen. Dieser Prozess wird nach hundert Jahren Arbeit zu greifbaren Ergebnissen führen. Nun, oder etwas schneller mit sehr großen Investitionen in die Schaffung von Fabriken.
Während dieser ganzen Zeit müssen Menschen, die ihre Aktivitäten anbieten und den Mars studieren, irgendwo leben. Es liegt auf der Hand, dass Aerogel-Kuppeln die beste Lösung für die lokale Transformation des Planeten an den Orten ihrer Besiedlung sein werden. Das heißt, wenn nötig, wird Terraforming auf zwei Arten gleichzeitig durchgeführt: lokal - für die derzeitigen Kolonisten mit Hilfe von Kuppeln - und global - für den Planeten als Ganzes.
Wer kann schon auf dem Mars leben – und warum das wichtig ist
Apfelbäume auf dem Roten Planeten werden in naher Zukunft nicht blühen, aber die Outdoor-Vegetation könnte tatsächlich früher kommen, als wir denken.
Bereits 2012 hat die Deutsche Luft- und Raumfahrtbehörde ein Experiment mit der arktischen Flechte Xanthoria elegans durchgeführt. Er wurde auf einem 150-mal niedrigeren Druck als auf der Erde gehalten - ohne Sauerstoff, bei Marstemperaturen. Trotz der fremden Natur der Umgebung überlebte die Flechte nicht nur, sondern verlor auch nicht die Fähigkeit zur erfolgreichen Photosynthese (in Zeiten, die Tageslicht nachahmen).
Das bedeutet, dass in einer Reihe von Regionen des Mars – den gleichen Valleys of the Mariners – solche Organismen in der äquatorialen Zone bereits heute leben können. Und nach dem Beginn der Produktion von SF6-Gas auf dem Mars wird sich das dafür geeignete Gebiet schnell ausdehnen. Wie andere Flechten produziert auch die elegante Xanthoria bei der Photosynthese Sauerstoff. Tatsächlich war es die Freisetzung von Flechten auf dem Erdboden vor etwa 1,2 Milliarden Jahren (0,7 Milliarden Jahre vor höheren Pflanzen), die es der Erdatmosphäre ermöglichte, den Sauerstoffgehalt stark auf das Niveau des heutigen terrestrischen Hochlandes anzuheben. Auf dem Mars werden Flechten höchstwahrscheinlich die gleiche Funktion haben - die Atmosphäre vorzubereiten, damit komplexere Kreaturen einfacher darin leben können.
Vielleicht Leute.
