Seit fast einem Jahrhundert wird das Konzept des Terraforming sowohl von Science-Fiction-Autoren als auch von Wissenschaftlern ausführlich erforscht. Ähnlich wie das Betreten eines anderen Planeten oder das Reisen zum nächsten Stern ist die Idee, einen unbewohnbaren Planeten so zu verändern, dass er für den Menschen geeignet ist, ein Traum, auf den viele hoffen, eines Tages erfüllt zu werden. Derzeit richten sich viele dieser Hoffnungen und Spekulationen auf unseren Nachbarplaneten Mars.
Aber ist es tatsächlich möglich, den Mars mit unserer aktuellen Technologie zu terraformen? nach a neue von der NASA gesponserte Studie von zwei Wissenschaftlern, die an vielen NASA-Missionen mitgearbeitet haben, lautet die Antwort nein. Einfach ausgedrückt argumentieren sie, dass nicht genug Kohlendioxid (CO2), das praktisch wieder in die Marsatmosphäre zurückgebracht werden könnte, um den Mars zu erwärmen, ein entscheidender Schritt bei jedem vorgeschlagenen Terraforming-Prozess.
Die Studie mit dem Titel „ CO .-Bestand2verfügbar für Terraforming Mars “, erschien kürzlich in der ZeitschriftNaturastronomie.Die Studie wurde von Bruce Jakosky durchgeführt – einem Professor für Geologie und stellvertretender Direktor der Labor für Atmosphären- und Weltraumphysik (LASP) an der University of Colorado, Boulder – und Christopher S. Edwards, Assistenzprofessor für Planetenwissenschaften an der Northern Arizona University und Leiter der Edwards-Forschungsgruppe .
Die Studie wurde teilweise von der NASA durch die Atmosphärische und flüchtige Entwicklung des Mars (MAVEN) und Mars-OdysseeTHEMIS (Thermal Emission Imaging System) Projekte. Während Professor Jakosky der Principal Investigator der MAVEN-Mission war, ist Professor Edwards ein beteiligter Wissenschaftler an der Mars Science Laboratory Curiosity Rover (MSL) und arbeitete an derMars-OdysseeTHEMIS-Mission (neben anderen Mars-Missionen).
Wie wir in einem früheren Artikel untersucht haben, „ Wie terraformieren wir den Mars? “ wurden viele Methoden vorgeschlagen, um den Roten Planeten grün zu machen. Viele dieser Methoden erfordern eine Erwärmung der Oberfläche, um die polaren Eiskappen zu schmelzen, die eine große Menge CO . freisetzen würden2um die Atmosphäre zu verdicken und einen Treibhauseffekt auszulösen. Dies würde wiederum zusätzliches CO . verursachen2aus dem Boden und den Mineralien freigesetzt werden, wodurch der Kreislauf weiter verstärkt wird.
Nach vielen Vorschlägen würde darauf die Einführung photosynthetischer Organismen wie Cyanobakterien folgen, die das atmosphärische CO . langsam umwandeln würden2in Sauerstoffgas und elementaren Kohlenstoff. Diese Methode wurde 1976 in einer NASA-Studie mit dem Titel „ Zur Bewohnbarkeit des Mars: Ein Ansatz zur planetaren Ökosynthese “. Seit dieser Zeit, mehrere Studien und selbst Schülerteams haben vorgeschlagen, Cyanobakterien zu verwenden, um den Mars zu terraformen.
Nach ihrer Analyse kamen die Professoren Jakosky und Edwards jedoch zu dem Schluss, dass es nicht so einfach wäre, einen Treibhauseffekt auf dem Mars auszulösen. Für ihre Studie stützten sich Jakosky und Edwards auf Daten aus etwa 20 Jahren, die durch mehrere Beobachtungen des Mars mit Raumsonden gesammelt wurden. Wie Edwards in einem kürzlich erschienenen NASA Pressemitteilung :
„Diese Daten haben wesentliche neue Informationen über die Geschichte leicht verdampfender (flüchtiger) Materialien wie CO . geliefert2und H2O auf dem Planeten, die Fülle an flüchtigen Stoffen, die auf und unter der Oberfläche eingeschlossen sind, und der Gasverlust aus der Atmosphäre in den Weltraum.“
Wissenschaftler konnten die Wasserverlustrate auf dem Mars messen, indem sie das Verhältnis von Wasser und HDO von heute und vor 4,3 Milliarden Jahren maßen. Bildnachweis: Kevin Gill
Um festzustellen, ob der Mars genug Gase für einen Treibhauseffekt hatte, analysierten Jakosky und Edwards Daten von NASAs Mars-Aufklärungsorbiter (MRO) undMars-OdysseeRaumsonde zur Bestimmung des Vorkommens kohlenstoffhaltiger Mineralien im Marsboden und von CO2in polaren Eiskappen. Sie nutzten Daten der NASA-Mission MAVEN, um den Verlust der Marsatmosphäre an den Weltraum zu bestimmen. Als Prof. Jakosky erklärt :
„Kohlendioxid (CO2) und Wasserdampf (H2O) sind die einzigen Treibhausgase, die auf dem Mars wahrscheinlich in ausreichender Menge vorhanden sind, um eine signifikante Erwärmung des Treibhauses zu bewirken… Unsere Ergebnisse legen nahe, 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. Daher ist Terraforming des Mars mit der heutigen Technologie nicht möglich.“
Obwohl der Mars über beträchtliche Mengen an Wassereis verfügt, haben frühere Analysen gezeigt, dass Wasserdampf allein den Treibhauseffekt nicht aufrechterhalten kann. Im Wesentlichen ist der Planet zu kalt und die Atmosphäre zu dünn, als dass das Wasser sehr lange in einem dampfförmigen oder flüssigen Zustand bleiben könnte. Dies bedeute, so das Team, dass eine erhebliche Erwärmung mit CO . erfolgen müsste2Erste.
Der atmosphärische Druck auf dem Mars liegt jedoch im Durchschnitt bei etwa 0,636 kPA, was etwa 0,6% des Luftdrucks der Erde auf Meereshöhe entspricht. Da der Mars auch etwa 52 % weiter von der Sonne entfernt ist als die Erde (1.523 AE im Vergleich zu 1 AE), schätzen Forscher, dass ein CO2ein Druck ähnlich dem gesamten atmosphärischen Druck der Erde wäre erforderlich, um die Temperaturen so weit zu erhöhen, dass Wasser in flüssigem Zustand existieren kann.
Künstlerische Darstellung eines Sonnensturms, der den Mars trifft und Ionen aus der oberen Atmosphäre des Planeten entfernt. Credits: NASA/GSFC
Laut der Analyse des Teams würde das Schmelzen der polaren Eiskappen (die die am leichtesten zugängliche Kohlendioxidquelle ist) nur genug CO . beitragen2den atmosphärischen Druck des Mars auf 1,2 % des Erddrucks zu verdoppeln. Eine weitere Quelle sind die Staubpartikel im Marsboden, die nach Schätzungen der Forscher bis zu 4% des benötigten Drucks liefern würden. Andere mögliche Quellen von Kohlendioxid sind solche, die in Mineralvorkommen und Wasser-Eis-Molekülstrukturen, die als „Clathrate“ bekannt sind, eingeschlossen sind.
Allerdings schätzen Jakosky und Edwards anhand der jüngsten NASA-Raumsondenbeobachtungen von Mineralvorkommen, dass diese wahrscheinlich jeweils weniger als 5 % des erforderlichen Drucks liefern würden. Darüber hinaus würde der Zugang zu den Mineralien, die der Oberfläche am nächsten liegen, einen erheblichen Tagebau und den Zugang zum gesamten CO . erfordern2an Staubpartikeln haften, würde einen Abbau des gesamten Planeten bis in eine Tiefe von etwa 90 Metern (100 Yards) erfordern.
Der Zugang zu kohlenstoffhaltigen Mineralien tief in der Marskruste könnte eine mögliche Lösung sein, aber die Tiefe dieser Lagerstätten ist derzeit unbekannt. Darüber hinaus wäre ihre Rückgewinnung mit der aktuellen Technologie unglaublich teuer und energieintensiv, was eine Extraktion äußerst unpraktisch machen würde. Es wurden jedoch andere Methoden vorgeschlagen, die den Import von Verbindungen auf Fluorbasis und flüchtigen Stoffen wie Ammoniak umfassen.
Ersteres wurde 1984 von James Lovelock und Michael Allaby in ihrem Buch vorgeschlagen. Die Ergrünung des Mars . Darin beschrieben Lovelock und Allaby, wie der Mars durch den Import von Fluorchlorkohlenwasserstoffen (FCKW) erwärmt werden könnte, um die globale Erwärmung auszulösen. Diese Verbindungen sind zwar sehr wirksam, um einen Treibhauseffekt auszulösen, sind jedoch kurzlebig und müssten in erheblichen Mengen eingeführt werden (deshalb hat das Team sie nicht in Betracht gezogen).
Die MAVEN-Raumsonde der NASA ist im Orbit um eine künstlerische Darstellung des Planeten Mars abgebildet, der im Übergang von seiner alten, wasserbedeckten Vergangenheit zu der kalten, trockenen und staubigen Welt gezeigt wird, die er heute ist. Bildnachweis: NASA
Die Idee, flüchtige Stoffe wie Ammoniak zu importieren, ist ein noch altbewährteres Konzept und wurde von Dandridge M. Cole und Donald Cox in ihrem Buch von 1964 vorgeschlagen: „ Inseln im Weltraum: Die Herausforderung der Planetoiden, das Pionierwerk “. Hier zeigten Cole und Cox, wie Ammoniakeis (in Form von Eisteroiden und Kometen) aus dem äußeren Sonnensystem transportiert und dann auf die Oberfläche prallt.
Die Berechnungen von Jakosky und Edwards zeigen jedoch, dass viele tausend dieser eisigen Objekte benötigt würden und die schiere Entfernung, die ihr Transport erfordert, macht dies mit der heutigen Technologie unpraktisch. Zu guter Letzt überlegte das Team, wie atmosphärische Verluste verhindert werden könnten (was mit a magnetische Abschirmung ). Dies würde einen natürlichen Aufbau der Atmosphäre durch Ausgasung und geologische Aktivität ermöglichen.
Leider schätzt das Team, dass es bei der aktuellen Ausgasungsrate etwa 10 Millionen Jahre dauern würde, um die aktuelle Atmosphäre des Mars zu verdoppeln. Am Ende scheint es, dass alle Bemühungen zur Terraformierung des Mars auf die Entwicklung zukünftiger Technologien und praktikabler Methoden warten müssen.
Diese Technologien würden höchstwahrscheinlich kostengünstigere Mittel zur Durchführung von Weltraummissionen beinhalten, wie z nuklear-thermischer oder nuklear-elektrischer Antrieb . Auch die Einrichtung permanenter Außenposten auf dem Mars wäre ein wichtiger erster Schritt, der sich der Verdickung der Atmosphäre durch die Produktion von Treibhausgasen widmen könnte – was der Mensch hier auf der Erde bereits sehr gut kann!
Project Nomad, ein Konzept zum Terraforming des Mars mit mobilen Fabrik-Wolkenkratzern aus dem Skyscraper Competition 2013. Bildnachweis: evolo.com/Antonio Ares Sainz, Joaquin Rodriguez Nuñez, Konstantino Tousidonis Rial
Es besteht auch die Möglichkeit, Methangas aus dem äußeren Sonnensystem zu importieren, ein weiteres Super-Treibhausgas, das ebenfalls auf dem Mars heimisch ist. Obwohl es nur einen winzigen Prozentsatz der Atmosphäre ausmacht, wurden in der Vergangenheit während der Sommermonate bedeutende Plumes entdeckt. Dazu gehört die „zehnfache Spitze“ erkannt von derNeugierRover im Jahr 2014, der auf eine unterirdische Quelle hinwies. Wenn diese Quellen abgebaut werden könnten, müsste Methangas möglicherweise nicht einmal importiert werden.
Wissenschaftler wissen seit einiger Zeit, dass der Mars nicht immer der kalte, trockene und unwirtliche Ort war, der er heute ist. Wie das Vorhandensein trockener Flussbetten und Mineralvorkommen zeigt, die sich nur in Gegenwart von flüssigem Wasser bilden, kamen Wissenschaftler zu dem Schluss, dass der Mars vor Milliarden von Jahren ein wärmerer und feuchterer Ort war. Vor 4,2 bis 3,7 Milliarden Jahren Die Marsatmosphäre wurde langsam vom Sonnenwind weggerissen .
Diese Entdeckung hat zu einem erneuten Interesse an der kolonisieren und Terraforming des Mars. Und während es in naher Zukunft vielleicht nicht möglich ist, den Roten Planeten so umzugestalten, dass er für die menschlichen Bedürfnisse geeignet ist, kann der Prozess möglicherweise in nur wenigen Jahrzehnten eingeleitet werden. Es mag nicht zu unseren Lebzeiten passieren, aber das bedeutet nicht, dass der Traum, eines Tages dazu zu kommen, dass „Earth's Twin“ seinem Namen wirklich gerecht wird, nicht wahr wird.
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