Die Idee des Terraforming des Mars – auch bekannt als „Earth’s Twin“ – ist eine faszinierende Idee. Zwischen dem Schmelzen der Polkappen, der langsamen Schaffung einer Atmosphäre und der anschließenden Gestaltung der Umgebung mit Laub, Flüssen und stehenden Gewässern gibt es genug, um fast jeden zu inspirieren! Aber wie lange würde ein solches Unterfangen dauern, was würde es uns kosten und ist es wirklich ein effektiver Einsatz unserer Zeit und Energie?
Mit diesen Fragen beschäftigten sich zwei bei der NASA präsentierte Papiere. Planetary Science Vision 2050 Workshop ” letzte Woche (Mo. 27.02. – Mi. 01.03.). Die erste mit dem Titel „ Die Terraforming-Zeitleiste “, präsentiert einen abstrakten Plan, um den Roten Planeten in etwas Grünes und Bewohnbares zu verwandeln. Die zweite mit dem Titel „ Mars Terraforming – der falsche Weg “, lehnt Terraforming insgesamt ab und stellt eine Alternative vor.
Das ehemalige Papier wurde von Aaron Berliner von der Universität von Kalifornien, Berkeley , und Chris McKay von der Abteilung Weltraumwissenschaften am NASA-Ames-Forschungszentrum. In ihrem Paper präsentieren die beiden Forscher einen Zeitplan für die Terraforming des Mars, der eine Erwärmungsphase und eine Oxygenierungsphase umfasst, sowie alle notwendigen Schritte, die vorausgehen und folgen.
Künstlerische Darstellung der Terraforming des Mars, von seinem aktuellen Zustand zu einer lebenswerten Welt. Bildnachweis: Daein Ballard
Wie sie in der Einleitung ihres Papiers sagen:
„Terraforming Mars lässt sich in zwei Phasen unterteilen. Die erste Phase besteht darin, den Planeten von der gegenwärtigen durchschnittlichen Oberflächentemperatur von -60 °C auf einen Wert nahe der Durchschnittstemperatur der Erde auf +15 °C zu erwärmen und eine dicke CO²-Atmosphäre wiederherzustellen. Diese Erwärmungsphase ist relativ einfach und schnell und kann ~100 Jahre dauern. Die zweite Phase produziert O² in der Atmosphäre, die es Menschen und anderen großen Säugetieren ermöglichen würde, normal zu atmen. Diese Sauerstoffanreicherungsphase ist relativ schwierig und würde 100.000 Jahre oder länger dauern, es sei denn, man postuliert einen technologischen Durchbruch.“
Bevor diese beginnen können, erkennen Berliner und McKay an, dass bestimmte „Pre-Terraforming“-Schritte unternommen werden müssen. Dazu gehören die Untersuchung der Marsumgebung, um den Wassergehalt an der Oberfläche, den Kohlendioxidgehalt in der Atmosphäre und in Eisform in den Polarregionen sowie den Nitratgehalt im Marsboden zu bestimmen. Wie sie erklären, sind all dies der Schlüssel zur praktischen Herstellung einer Biosphäre auf dem Mars.
Bisher deuten die verfügbaren Beweise darauf hin, dass alle drei Elemente auf dem Mars im Überfluss vorhanden sind. Während das meiste Marswasser derzeit in Form von Eis in den Polarregionen und Polkappen vorliegt, gibt es dort genug, um einen Wasserkreislauf zu unterstützen – komplett mit Wolken, Regen, Flüssen und Seen. In der Zwischenzeit behaupten einige Schätzungen, dass in den Polarregionen genug CO² in Eisform vorhanden ist, um eine Atmosphäre zu schaffen, die dem Meeresspiegeldruck auf der Erde entspricht.
Stickstoff ist auch eine Grundvoraussetzung für das Leben und notwendiger Bestandteil einer atembaren Atmosphäre, und neuere Daten der Neugier Rover weisen darauf hin, dass Nitrate ~0,03% der Masse des Bodens auf dem Mars ausmachen, was für Terraforming ermutigend ist. Darüber hinaus müssen sich Wissenschaftler mit bestimmten ethischen Fragen im Zusammenhang mit den Auswirkungen von Terraforming auf den Mars befassen.
Künstlerisches Konzept einer möglichen Terraforming-Anlage auf dem Mars. Quelle: National Geographic Channel
Wenn es zum Beispiel derzeit Leben auf dem Mars gibt (oder Leben, das wiederbelebt werden könnte), würde dies für menschliche Kolonisten ein unbestreitbares ethisches Dilemma darstellen – insbesondere, wenn dieses Leben mit dem Leben auf der Erde zusammenhängt. Wie sie erklären:
„Wenn das Leben auf dem Mars mit dem Leben auf der Erde zusammenhängt – möglicherweise aufgrund des Austauschs von Meteoriten –, dann ist die Situation bekannt und Fragen, welche anderen Arten von Erdenleben wann eingeführt werden sollten, müssen angegangen werden. Wenn das Leben auf dem Mars jedoch nichts mit dem Leben auf der Erde zu tun hat und eindeutig eine zweite Genese des Lebens darstellt, werden erhebliche technische und ethische Fragen aufgeworfen.“
Um Phase Eins – „The Warming Phase“ – kurz zu brechen, greifen die Autoren ein uns heute bekanntes Thema auf. Im Wesentlichen verändern wir unser eigenes Klima hier auf der Erde, indem wir CO² und „Super-Treibhausgase“ in die Atmosphäre einbringen, was die Durchschnittstemperatur der Erde um viele Grad Celsius pro Jahrhundert erhöht. Und während dies auf der Erde unbeabsichtigt war, könnte es auf dem Mars umfunktioniert werden, um die Umwelt absichtlich zu erwärmen.
„Die Zeitskala für die Erwärmung des Mars nach einer gezielten Anstrengung der Super-Treibhausgasproduktion ist kurz, nur 100 Jahre oder so“, behaupten sie. „Wenn der gesamte Sonneneinfall auf dem Mars mit 100 % Effizienz erfasst würde, würde sich der Mars in etwa 10 Jahren auf erdähnliche Temperaturen erwärmen. Die Effizienz des Treibhauseffekts liegt jedoch plausibel bei etwa 10 %, sodass die Erwärmung des Mars etwa 100 Jahre dauern würde.“
Die Südpolareiskappe des Mars, wie sie im April 2000 von der Mars-Odyssey-Mission gesehen wurde. Bildnachweis: NASA/JPL/MSSS
Sobald diese dicke Atmosphäre geschaffen ist, besteht der nächste Schritt darin, sie in etwas Atmungsaktives für den Menschen umzuwandeln – wobei der O²-Gehalt etwa 13% des Luftdrucks auf Meereshöhe hier auf der Erde und der CO²-Gehalt weniger als 1% entsprechen würde. Diese als „Oxygenationsphase“ bezeichnete Phase würde deutlich länger dauern. Noch einmal wenden sie sich einem irdischen Beispiel zu, um zu zeigen, wie ein solcher Prozess funktionieren könnte.
Hier auf der Erde, behaupten sie, seien der hohe Sauerstoffgehalt (O²) und der niedrige CO²-Gehalt auf die Photosynthese zurückzuführen. Diese Reaktionen beruhen auf der Sonnenenergie, um Wasser und Kohlendioxid in Biomasse umzuwandeln – was durch die Gleichung H²O + CO² = CH²O + O² dargestellt wird. Wie sie veranschaulichen, würde dieser Prozess zwischen 100.000 und 170.000 Jahre dauern:
„Wenn das gesamte auf den Mars einfallende Sonnenlicht mit 100%iger Effizienz genutzt würde, um diese chemische Umwandlung durchzuführen, würde es nur 17 Jahre dauern, um hohe O²-Werte zu produzieren. Die wahrscheinliche Effizienz jedes Prozesses, der H²O und CO² in Biomasse und O² umwandeln kann, liegt jedoch weit unter 100 %. Das einzige Beispiel, das wir für einen Prozess haben, der CO² und O² einer ganzen Pflanze global verändern kann, ist die globale Biologie. Auf der Erde beträgt die Effizienz der globalen Biosphäre bei der Nutzung von Sonnenlicht zur Produktion von Biomasse und O2 0,01%. Somit beträgt die Zeitskala für die Produktion einer O²-reichen Atmosphäre auf dem Mars 10.000 x 17 Jahre oder ~ 170.000 Jahre.“
Sie berücksichtigen jedoch die synthetische Biologie und andere Biotechnologien, von denen sie behaupten, dass sie die Effizienz steigern und die Zeitskala auf solide 100.000 Jahre verkürzen könnten. Wenn der Mensch außerdem die natürliche Photosynthese (die eine vergleichsweise hohe Effizienz von 5% hat) auf dem gesamten Planeten nutzen könnte – also überall auf dem Mars Laub pflanzen – könnte die Zeitskala sogar auf einige Jahrhunderte reduziert werden.
Schließlich skizzieren sie die Schritte, die unternommen werden müssen, um den Ball ins Rollen zu bringen. Zu diesen Schritten gehören die Anpassung aktueller und zukünftiger Robotermissionen zur Bewertung der Ressourcen des Mars, mathematische und Computermodelle, die die beteiligten Prozesse untersuchen könnten, eine Initiative zur Schaffung synthetischer Organismen für den Mars, ein Mittel zum Testen von Terraforming-Techniken in einer begrenzten Umgebung und eine planetarische Vereinbarung, die Beschränkungen und Schutz vorsehen.
Zitat von Kim Stanley Robinson, Autor des Roter Mars-Trilogie , (das bahnbrechende Werk der Science-Fiction über das Terraforming des Mars) rufen sie zum Handeln auf. In Bezug darauf, wie lange der Prozess der Terraformung des Mars dauern wird, behaupten sie, dass wir „genauso gut jetzt beginnen könnten“.
Valeriy Yakovlev – ein Astrophysiker und Hydrogeologe vom Labor für Wasserqualität in Kharkov, Ukraine – bietet hierzu eine abweichende Sichtweise. In seiner Zeitung „ Mars Terraforming – der falsche Weg “, plädiert er für die Schaffung von Weltraum-Biosphären in der niedrigen Erdumlaufbahn, die auf künstlicher Schwerkraft beruhen (wie ein O'Neill Zylinder ), damit sich der Mensch an das Leben im Weltraum gewöhnen kann.
Mit Blick auf eine der größten Herausforderungen der Weltraumkolonisierung weist Yakovlev darauf hin, dass das Leben auf Körpern wie dem Mond oder dem Mars für menschliche Siedler gefährlich sein könnte. Kolonisten sind nicht nur anfällig für Sonnen- und kosmische Strahlung, sondern müssen auch mit einer wesentlich geringeren Schwerkraft umgehen. Beim Mond wäre dies ungefähr das 0,165-fache dessen, was der Mensch hier auf der Erde erlebt (aka 1 g), während es auf dem Mars ungefähr das 0,376-fache wäre.
Innenansicht eines O'Neill-Zylinders. Es gibt abwechselnde Streifen bewohnbarer Fläche und „Fenster“, die Licht hereinlassen. Quelle: Rick Guidice/NASA Ames Research Center
Die langfristigen Auswirkungen davon sind nicht bekannt, aber es ist klar, dass es Muskeldegeneration und Knochenschwund beinhalten würde. Bei näherer Betrachtung ist völlig unklar, welche Auswirkungen dies auf die Kinder haben würde, die in einer der beiden Umgebungen geboren wurden. In Bezug auf die Möglichkeiten, wie diese gemildert werden könnten (einschließlich Medizin und Zentrifugen), weist Jakowlew darauf hin, wie sie höchstwahrscheinlich ineffektiv sein würden:
„Die Hoffnung auf die Medikamentenentwicklung wird den körperlichen Abbau der Muskeln, Knochen und des gesamten Organismus nicht aufheben. Die Sanierung in Zentrifugen ist im Vergleich zur Schiffsbiosphäre, wo es möglich ist, eine im Wesentlichen konstante Nachahmung der normalen Schwerkraft und den Schutzkomplex vor schädlichen Einflüssen der Weltraumumgebung bereitzustellen, weniger zweckmäßige Lösung. Wenn der Weg der Weltraumforschung darin besteht, eine Kolonie auf dem Mars zu gründen und darüber hinaus die anschließenden Versuche, den Planeten zu terraformieren, wird dies zu ungerechtfertigtem Zeit- und Geldverlust führen und die bekannten Risiken der menschlichen Zivilisation erhöhen.“
Darüber hinaus weist er auf die Herausforderungen hin, das ideale Umfeld für den im Weltraum lebenden Menschen zu schaffen. Neben der Schaffung besserer Fahrzeuge und der Entwicklung der Mittel zur Beschaffung der notwendigen Ressourcen besteht auch die Notwendigkeit, ein ideales Raumumfeld für Familien zu schaffen. Dies erfordert im Wesentlichen die Entwicklung von Gehäusen, die hinsichtlich Größe, Stabilität und Komfort optimal sind.
Vor diesem Hintergrund präsentiert Yakolev die seiner Meinung nach wahrscheinlichsten Perspektiven für den Austritt der Menschheit in den Weltraum bis 2030. Dazu gehört die Schaffung der ersten Weltraum-Biosphären mit künstlicher Schwerkraft, die zu wichtigen Entwicklungen im Materialbereich führen werden Technologie, Lebenserhaltungssysteme und die Robotersysteme und die Infrastruktur, die benötigt werden, um Lebensräume im Low Earth Orbit (LEO) zu installieren und zu warten.
Künstlerische Darstellung eines O'Neill-Zylinderpaares. Bildnachweis: Rick Guidice/NASA Ames Research Center
Diese Lebensräume könnten dank der Entwicklung von Roboter-Raumfahrzeugen, die Ressourcen von nahegelegenen Körpern – wie dem Mond und erdnahen Objekten (NEOs) – ernten könnten, versorgt werden. Dieses Konzept würde nicht nur die Notwendigkeit eines planetarischen Schutzes beseitigen – d. h. Sorgen über eine Kontamination der Biosphäre des Mars (vorausgesetzt, dass Bakterien leben), sondern es würde auch den Menschen ermöglichen, sich langsamer an den Weltraum zu gewöhnen.
Wie Yakovlev Universe Today per E-Mail mitteilte, können die Vorteile für Weltraumlebensräume in vier Punkte unterteilt werden:
„1. Dies ist ein universeller Weg, die unendlichen Räume des Kosmos sowohl im Sonnensystem als auch außerhalb zu meistern. Wir brauchen keine Flächen, um Häuser zu errichten, sondern Ressourcen, die Roboter von Planeten und Satelliten liefern. 2. Die Möglichkeit, einen Lebensraum so nah wie möglich an der Wiege der Erde zu schaffen, ermöglicht es einem, der unvermeidlichen physischen Degradation unter einer anderen Schwerkraft zu entkommen. Es ist einfacher, ein schützendes Magnetfeld aufzubauen.
'3. Der Transfer zwischen Welten und Ressourcenquellen wird keine gefährliche Expedition, sondern ein normales Leben. Ist es gut für Segler ohne ihre Familien? 4. Die Wahrscheinlichkeit des Todes oder der Degradierung der Menschheit durch die globale Katastrophe wird deutlich reduziert, da die Besiedlung der Planeten Aufklärung, Warenlieferungen, Shuttletransporte von Menschen umfasst – und dies viel länger dauert als der Aufbau der Biosphäre in der Mondbahn. Dr. Stephen William Hawking hat recht, ein Mensch hat nicht viel Zeit.“
Und da Weltraumlebensräume vorhanden sind, könnten einige sehr wichtige Forschungen beginnen, einschließlich medizinischer und biologischer Forschung, an der die ersten im Weltraum geborenen Kinder beteiligt wären. Es würde auch die Entwicklung zuverlässiger Raumfähren und Ressourcengewinnungstechnologien erleichtern, die für die Besiedlung anderer Körper – wie Mond, Mars und sogar Exoplaneten – nützlich sein werden.
Letztlich seien Weltraum-Biosphären nach Ansicht von Yakolev auch in einem vertretbaren Zeitrahmen – also zwischen 2030 und 2050 – realisierbar, was mit Terraforming schlicht nicht möglich ist. Unter Berufung auf die wachsende Präsenz und Macht des kommerziellen Raumfahrtsektors glaubte Yakolev auch, dass ein Großteil der notwendigen Infrastruktur bereits vorhanden (oder in Entwicklung) ist.
„Nachdem wir die Trägheit des Denkens überwunden haben +20 Jahre, die experimentelle Biosphäre (wie die Siedlung in der Antarktis mit Uhren), wird in 50 Jahren die erste Generation von Kindern im Kosmos geboren und die Erde wird kleiner, weil sie in die Welt eintreten wird Legenden als Ganzes… Infolgedessen wird Terraforming abgebrochen. Und die anschließende Konferenz wird den Weg für eine echte Erforschung des Kosmos ebnen. Ich bin stolz, auf dem gleichen Planeten wie Elon Reeve Musk zu sein. Seine Raketen werden nützlich sein, um Designs für die erste Biosphäre aus den Mondfabriken zu heben. Dies ist ein naher und direkter Weg, den Kosmos zu erobern.“
Da NASA-Wissenschaftler und -Unternehmer wie Elon Musk und Bas Landorp in naher Zukunft den Mars kolonisieren wollen und andere kommerzielle Luft- und Raumfahrtunternehmen LEO entwickeln, ist die Größe und Form der Zukunft der Menschheit im Weltraum schwer vorherzusagen. Vielleicht entscheiden wir uns gemeinsam für einen Weg, der uns zum Mond, Mars und darüber hinaus führt. Vielleicht werden wir unsere besten Bemühungen in den erdnahen Weltraum lenken.
Oder vielleicht sehen wir uns in mehrere Richtungen gleichzeitig losziehen. Während einige Gruppen die Schaffung von Weltraumlebensräumen in LEO (und später auch anderswo im Sonnensystem) befürworten, die auf künstlicher Schwerkraft und Roboterraumschiffen basieren, die Asteroiden nach Materialien abbauen, konzentrieren sich andere darauf, Außenposten auf planetarischen Körpern zu errichten, mit dem Ziel, sie in „Neue Erden“.
Zusammen können wir davon ausgehen, dass die Menschen in diesem Jahrhundert ein gewisses Maß an „Weltraumexpertise“ entwickeln werden, was sich sicherlich als nützlich erweisen wird, wenn wir die Grenzen der Erforschung und Kolonisierung noch weiter verschieben!
