Die Idee, den Mars irgendwie zu terraformen, um ihn bewohnbarer zu machen, ist ein visionärer Science-Fiction-Traum. Aber obwohl die globale Terra-Formung des Mars unerreichbar ist, bleibt die Idee bestehen. Aber jetzt könnte ein Material namens Silica-Aerogel die ganze Idee der Terra-Bildung des Mars etwas weniger unmöglich machen.
Bemerkenswerte Leute von Carl Sagan bis Elon Musk haben vorgeschlagen, den Mars zu erwärmen und ihm eine Atmosphäre zu verleihen, und der Trick liegt im gefrorenen CO2 und im Wasser in den Polkappen des Planeten. Sagan sagte, wenn diese Kappen irgendwie verdampft werden könnten, dann würde der CO2-Treibhauseffekt den Rest erledigen. Musk sagte leichtfertig und halb im Scherz, dass Atombomben, die auf die Pole geworfen würden, ausreichen würden.
Es gibt ernsthafte wissenschaftliche Arbeiten, um die Idee zumindest theoretisch zu untersuchen. Die zentrale Frage lautet: Verfügt der Mars über genug CO2 und Wasser, um eine erdähnliche atmosphärische Dichte zu erzeugen?
Die Nordpolareiskappe des Mars, aufgenommen vom Mars Global Surveyor der NASA. Bildnachweis: NASA/JPL-Caltech/MSSS
Im Jahr 2018 haben Wissenschaftler der University of Colorado studierte die Frage . Ihr Fazit? Terraforming Mars ist nicht möglich Mit unserer aktuellen Technologie war etwas, von dem die meisten Menschen bereits überzeugt waren, wahr.
„Unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass nicht genug CO . vorhanden ist2Verbleibend auf dem Mars, um eine signifikante Erwärmung des Treibhauses zu bewirken, musste das Gas in die Atmosphäre abgegeben werden; außerdem ist das meiste CO2Gas ist nicht zugänglich und konnte nicht ohne weiteres mobilisiert werden. Infolgedessen ist das Terraforming des Mars mit der heutigen Technologie nicht möglich“, sagte Bruce Jakosky, Professor am Labor für Atmosphären- und Weltraumphysik der University of Colorado, Boulder.
Aber das war vor einem Jahr, und die Technologie entwickelt sich ständig weiter.
In einem neue Studie in Nature Astronomy schlagen drei Forscher des Jet Propulsion Laboratory der NASA, der Harvard University und der University of Edinburgh vor, dass der Mars bewohnbar gemacht werden könnte, wenn wir unser Denken ändern und neue Technologien einsetzen. Anstelle großer Träume, den gesamten Roten Planeten bewohnbar zu machen, was Wissenschaftler als Global Atmospheric Modification (GAM) bezeichnen, was wäre, wenn kleine Regionen transformiert werden könnten?
Der Schlüssel zu ihrer Denkweise ist Silica-Aerogel.
„Dieser regionale Ansatz, den Mars bewohnbar zu machen, ist viel leichter erreichbar als die globale Atmosphärenmodifikation.“
Robin Wordsworth, Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences
Silica-Aerogel ist nicht das, was Sie vielleicht denken. Es ist kein echtes Gel, sondern ein festes, starres, trockenes Material. Es wird hergestellt, indem die Flüssigkeit mit einem Prozess namens . aus einem Gel extrahiert wird überkritische Trocknung , das gleiche Verfahren verwendet, um entkoffeinierten Kaffee zu machen.
Die Forscher hinter dieser neuen Studie verwendeten Modelle und Experimente, um zu zeigen, dass eine dünne Aerogelschicht von 2 bis 3 cm (0,8 bis 1,2 Zoll) das Sonnenlicht durchdringen könnte, aber Wärme einschließen würde. Das Gel würde auch genügend Sonnenlicht für die Photosynthese zulassen und den bedeckten Bereich dauerhaft erwärmen, sodass Wassereis und gefrorenes CO2 schmelzen. Das Beste ist vielleicht, dass es dafür keine energiehungrige Wärmequelle braucht.
Eine dünne durchscheinende Schicht aus Material mit geringer Wärmeleitfähigkeit lässt sichtbares Licht durch, blockiert jedoch UV- und Infrarotstrahlung, wodurch die Strahlungswirkung der Erdatmosphäre direkt nachgebildet wird. Die Tiefe des bewohnbaren Bereichs im Untergrund nimmt aufgrund der thermischen Diffusion mit der Zeit zu.Tvonist die durchschnittliche Oberflächentemperatur. Bildquelle: R. Wordsworth et. al. 2019.
„Dieser regionale Ansatz, den Mars bewohnbar zu machen, ist viel leichter erreichbar als eine globale atmosphärische Veränderung“, sagte Robin Wordsworth, Assistant Professor of Environmental Science and Engineering an der Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) und dem Department of Earth und Planetologie. „Im Gegensatz zu den bisherigen Ideen, den Mars bewohnbar zu machen, kann dies mit Materialien und Technologien, die wir bereits haben, systematisch entwickelt und getestet werden“, sagte er in a Pressemitteilung .
„Kleine Inseln der Bewohnbarkeit“
„Der Mars ist neben der Erde der bewohnbarste Planet in unserem Sonnensystem“, sagt Laura Kerber, Research Scientist am Jet Propulsion Laboratory der NASA. „Aber es bleibt eine feindliche Welt für viele Arten von Leben. Ein System zur Schaffung kleiner bewohnbarer Inseln würde es uns ermöglichen, den Mars kontrolliert und skalierbar zu verändern.“
Die Idee für das Silica-Aerogel, Insel der Bewohnbarkeit, wurde von etwas inspiriert, das bereits an den Polen des Mars vorkommt.
Anders als auf der Erde ist das CO2 auf dem Mars gefroren und an den Polen gefangen. Während hier auf der Erde die Pole aus Wassereis bestehen, sind die Pole des Mars eine Kombination aus Wassereis und CO2-Eis. Aber obwohl es gefroren ist, lässt dieses CO2 immer noch Sonnenlicht durch, während es die Wärme einfängt.
Bilder der Pole des Mars zeigen, wie dies geschieht.
In diesem Bild von Eis auf dem Mars hat das CO2 die Sonnenwärme eingefangen. Dadurch entstehen im Sommer kleine Wärmenester, die sich als schwarze Schmelzflecken im Eis zeigen.
In der Erdatmosphäre lässt CO2 Sonnenlicht herein, fängt es jedoch in der Atmosphäre ein und erwärmt den Planeten. Das gleiche passiert auf dem Mars, wo das gesamte CO2 eingefroren ist. Polare Eiskappen auf dem Mars sind eine Kombination aus Wassereis und gefrorenem CO2. Genau wie seine gasförmige Form hier auf der Erde lässt gefrorenes CO2 Sonnenlicht durch, während es Wärme einschließt. Im Sommer führt dieser Festkörper-Treibhauseffekt zu Erwärmungszonen unter dem Eis, die hier als schwarze Punkte im Eis zu sehen sind. Bildquelle: NASA
„Wir begannen, über diesen Festkörper-Treibhauseffekt nachzudenken und wie er in Zukunft zur Schaffung bewohnbarer Umgebungen auf dem Mars herangezogen werden könnte“, sagte Wordsworth. „Wir begannen darüber nachzudenken, welche Materialien die Wärmeleitfähigkeit minimieren und dennoch so viel Licht wie möglich durchlassen könnten.“
Wie sich herausstellt, ist Silica-Aerogel genau das Richtige. Es war zuerst erfunden 1931 , und es ist eines der am stärksten isolierenden Materialien, die je hergestellt wurden. Das liegt daran, dass es sich um ein sehr poröses Material handelt, das fast vollständig aus Luft besteht. Es besteht zu etwa 99,8 % aus Luft, eine Art Wärmefenster.
Silica-Aerogele sind zu 97 Prozent porös, was bedeutet, dass sich Licht durch das Material bewegt, aber die miteinander verbundenen Nanoschichten aus Siliziumdioxid fangen Infrarotstrahlung ein und verlangsamen die Wärmeleitung stark. Diese Aerogele werden heute in mehreren technischen Anwendungen eingesetzt, darunter in den Mars Exploration Rovers der NASA. Sie werden verwendet, um die empfindliche Elektronik warm .
„Silica-Aerogel ist ein vielversprechendes Material, weil es passiv wirkt“, sagt Kerber. „Es würde keine großen Mengen an Energie oder Wartung von beweglichen Teilen erfordern, um einen Bereich über lange Zeiträume warm zu halten.“
Die Forscher stellten Experimente auf, um die Bedingungen auf dem Mars nachzuahmen. Sie experimentierten mit zwei Arten von Silica-Aerogel: Partikeln und Kacheln. Sie fanden heraus, dass beide wirksam waren, um die Temperatur zu erhöhen. Beide waren auch wirksam bei der Abwehr gefährlicher UV-Strahlung.
Dargestellt sind Temperaturunterschiede zwischen Oberfläche und Oberseite der Schicht für Aerogel-Partikel (links) und Kacheln (rechts) in Abhängigkeit von der Schichtdicke. Farben zeigen Daten für verschiedene einfallende sichtbare Lichtströme an. Fehlerbalken zeigen die geschätzten Standardabweichungen der Messungen an. Bildquelle: R. Wordsworth et. al., 2019.
Auftragung der UVA- und UVB- (links) und UVC- (rechts) Transmission durch Silica-Aerogel-Schichten (Partikel und Kacheln) mit einer Dicke von 1 µm bis 3 µm. Sowohl Partikel als auch Fliesen dämpfen UVC effektiv, wobei die Transmission von UVC durch Fliesenschichten von 2 &mgr;cm Dicke oder mehr auf unter 0,5 % sinkt. Bildquelle: R. Wordsworth et. al., 2019.
Ihre Ergebnisse zeigen, dass eine Aerogelschicht von 2 cm oder mehr die UVC-Strahlung auf weniger als 0,5% reduziert. UVC ist energiereichere UV-Strahlung und kann besonders schädlich sein. Auf der Erde gelangt aufgrund von Ozon, molekularem Sauerstoff und Wasserdampf in der oberen Atmosphäre fast keine messbare UVC-Strahlung an die Oberfläche.
„Über eine ausreichend große Fläche verteilt, bräuchte man keine andere Technologie oder Physik, man brauchte nur eine Schicht dieses Zeugs auf der Oberfläche und darunter hätte man permanent flüssiges Wasser“, sagte Wordsworth. „Dabei ergeben sich eine ganze Reihe faszinierender Ingenieurfragen.“
Es ist leicht, sich eine Art Kuppelstruktur aus Silica-Aerogel vorzustellen. Es wäre warm genug, um bewohnbar zu sein, und würde auch UV-Strahlen blockieren. Es könnte eine Art Gewächshaus auf der Erde sein, in dem das Wasser flüssig bleibt und Pflanzen angebaut werden können.
Es gibt natürlich noch viel zu tun und zu recherchieren. Wordsworth und die anderen Forscher beabsichtigen, Silica-Aerogele an marsähnlichen Orten hier auf der Erde zu testen. Sie zielen auf trockene Täler in Chile und der Antarktis.
Wordsworth ist sich in einem klar: Die Entwicklung des Marsklimas ist nicht nur eine technische und ingenieurtechnische Frage. Es ist auch eine ethische und philosophische Frage.
Wenn es bereits einige Mikroben auf dem Mars gibt, vielleicht irgendwo unter der Oberfläche, was ist mit ihnen? Sollen wir es tun? Haben wir das Recht?
„Wenn du Leben auf der Marsoberfläche ermöglichen willst, bist du dir dann sicher, dass es dort nicht schon Leben gibt? Wenn ja, wie gehen wir damit um“, fragte Wordsworth. 'In dem Moment, in dem wir uns dafür entscheiden, Menschen auf dem Mars zu haben, sind diese Fragen unvermeidlich.'
Quellen:
- Forschungsbericht: Ermöglichung der Bewohnbarkeit des Mars mit Silica-Aerogel über den Festkörper-Treibhauseffekt
- Pressemitteilung: Ein materieller Weg, um den Mars bewohnbar zu machen
- Pressemitteilung: Mars-Terraforming mit heutiger Technologie nicht möglich
- Wikipedia: Aerogel
- Universum heute: Sollten wir den Mars terraformieren?
