Читать книгу Raumfahrt - wohin und wozu - Thomas Ahrendt - Страница 10

Im Gegensatz zur Venus ist der Treibhauseffekt auf dem Mars zu gering, er ist wie eine gefrorene Wüste. Allerdings besaß er bereits vor etwa 4 Gigajahren - als die Sonne noch nicht so hell strahlte wie heute - eine flüssige Hydrosphäre.

Um aus Mars eine zweite Erde zu machen, müsste man seine Oberflächentemperatur um 60 K erhöhen, damit sie über den Gefrierpunkt von Wasser kommt. Außerdem muss die Dichte beziehungsweise der Druck seiner Lufthülle auf 1/3 des irdischen Luftdrucks erhöht werden, auch deshalb, damit das Wasser flüssig bleibt und nicht so schnell verdunstet. Aufgrund seiner geringen Oberflächenschwerkraft vom nur 0,38fachen der Erde wäre eine 1-bar-Atmosphäre dreimal so hoch wie auf der Erde und würde unter Einfluss des Sonnenwindes schnell ins All entweichen - ein globales Magnetfeld könnte dies verhindern, müsste aber erst erzeugt werden. Um dieses wie bei der Erde durch einen "Dynamoeffekt" zu erschaffen, bräuchte es einen flüssigen äußeren Kern und in diesem einen festen inneren Kern. Vielleicht liefert die Kernenergie einen Ausweg?

Mit Terraforming ließe er sich wieder in sein ursprüngliches und angenehmes Klima wieder zurückversetzen. Eine clevere Kombination aus Weltraumspiegeln, Albedoveränderungen und Treibhausgasen wie Kohlendioxid, Ammoniak, Wasser, FCKW usw. würde die Oberflächentemperaturen nahe an die 273 Kelvin-Grenze bringen, so dass die nächste Terraformingphase beginnen kann, in der die Temperaturen wegen der großen Wasserdampfmengen noch weiter ansteigen.

Schon in einem frühen Stadium des Terraformingprozesses ließen sich Extremophile, die entweder gentechnisch verändert oder sogar gentechnisch erzeugt wurden , und niedere Pflanzen wie Flechten auf dem 4. Planeten ansiedeln, um Sauerstoff zu erzeugen, so dass höhere Tiere und Pflanzen angesiedelt werden können, bevor die Marsumwelt den Erfordernissen ungeschützter Siedler entspricht.

Mit Terraforming werden die Lebensverhältnisse grundlegend verändert; das heißt für die Marsianer verbessert. Dazu wird das im Polareis und unterirdisch gebundene Kohlendioxid erhitzt; als Gas erhöht es dann den atmosphärischen Druck und erzeugt einen Treibhauseffekt, durch den sich die Marstemperatur erhöht - wodurch noch mehr Kohlendioxid verdampft. Diese positive Rückkopplung wird so lange fortgesetzt, bis eine dichte Atmosphäre erreicht ist, wobei jedoch die geringere Marsgravitation dem Aufbau einer dichten Atmosphäre Grenzen setzt. Vulkane könnte man hinsichtlich des Terraformings wieder aktiv machen, damit deren Lava den Permafrostboden aufschmilzt. Außerdem blasen sie Treibhausgase aus. Als weiteren Ausweg böte sich vielleicht ein globales Kuppeldach an, um den Verlust der Atmosphäre zu verhindern.

Zusätzlich zum natürlichen Treibhauseffekt könnte man einen künstlichen starten, um den natürlichen zu verstärken und/oder zu beschleunigen, indem die Marsoberfläche mit A- und H-Bombenexplosionen erwärmt wird oder Planetoiden und Kometen auf ihn umgelenkt werden. Auch könnten große Spiegel als umgebaute Sonnensegel in den marsstationären Orbit (MSO) oder auf polare Marsumlaufbahnen gebracht werden, die das Sonnenlicht sammeln und auf ihn reflektieren.

Eine Temperaturerhöhung um einige Grad Celsius würde ausreichen, um flüssiges Wasser freizusetzen, den Luftdruck zu erhöhen und die UV-Durchlässigkeit mittels einer Ozonschicht stark zu verringern. Wenn dieses Gasgemisch auch noch nicht atembar ist, sind für "Marsianer" keine schweren und steifen Druckanzüge mehr nötig, sondern nur noch Atemmasken beziehungsweise leichte Atemanzüge. Anaerobe extremophile Mikroorganismen erzeugen eine sauerstoffreiche Atmosphäre; einige von ihnen können sogar gewisse Gesteinsarten auflösen und Kohlendioxid, Stickstoff und Sauerstoff freisetzen und damit den Nährboden für aerobe Organismen schaffen. Dieser Prozess wird extrem beschleunigt, weil er durch Menschen gesteuert wird. Der atmosphärische Umwandlungsprozess wäre in etwa 200 Jahren abgeschlossen, der allgemeine Terraformingprozess jedoch erst in in 10⁴ bis 10⁵Jahren. Die Anteile von Sauerstoff und inerten Gasen wie zum Beispiel Stickstoff oder ein Stickstoff-Xenon-Gemisch müssen erhöht werden; allerdings findet bei über 1,6 bar Sauerstoffdruck eine Sauerstoffvergiftung statt und Stickstoff wirkt ab 3,2 bar betäubend. Ein gewisser Stickstoffanteil ist für das Pflanzenwachstum wichtig und sollte etwa so hoch wie die Sauerstoffmenge sein. Eine Tropopause würde verhindern, dass die Planetenoberfläche austrocknet, denn sie lässt das Wasser nicht in die höheren Schichten, wo es photodissoziiert und der Wasserstoff durch den Sonnenwind in den interplanetaren Raum geblasen werden würde. Das für sein Terraforming wichtige Kohlendioxid ist in großen Mengen in den Polkappen gespeichert; noch größere Mengen sind im Regolith gebunden. Wenn es gelingt, dieses freizusetzen und gasförmig zu machen, ließe sich eine dichte Atmosphäre erschaffen, in der sich zum Beispiel Algen wohlfühlen. Am einfachsten ließe sich die Oberflächentemperatur durch die Verteilung von Ruß oder anderen lichtabsorbierenden Stoffen auf den Wasser- und Trockeneispolen erhöhen. Durch die verstärkte Lichtabsorption steigt die Temperatur, die das Wassereis schmelzen und das Trockeneis sublimieren lässt. Zusätzlich zum Ruß könnte man auch Mikroorganismen mit dunklen Zellhäuten über die Pole verteilen, die das Eis schmelzen, Sauerstoff freisetzen usw. Höhere Temperaturen führen dann zu einem verstärktem Abschmelzen der Polarkappen, wodurch sich die Atmosphäre weiter anreichert; durch diese Temperatur- und Druckerhöhung entsteht flüssiges Wasser, welches unter Einfluss der Kohlendioxid-reichen Luft Kohlensäure bildet, die Kohlendioxid aus dem Regolith löst. Weiterhin könnte die Kohlensäure möglicherweise Stickstoff aus den nitratreichen Mineralien extrahieren und die Atmosphäre damit anreichern und ihre Dichte erhöhen. Gibt es erst einmal flüssiges Wasser, dann ist der freiwerdende Wasserdampf ein 20-fach effektiveres Treibhausgas als Kohlendioxid. Das bio-chemo-physikalische Abschmelzen zunächst der Pole hat eine bedeutend dichtere Kohlendioxid-Atmosphäre zur Folge. Marsregolith gibt nun unter Einfluss von Kohlendioxid und Wasser große Sauerstoffmengen frei und könnte damit zu einer möglichen Sauerstoffquelle werden. Wasser scheint zwar auf dieser Welt in den Polen und im Permafrostboden reichlich vorhanden zu sein, doch selbst eine vollständige Freisetzung von allem Kohlendioxid könnte unter Umständen nicht ausreichen, die Oberflächentemperatur um die kritischen 60 Kelvin zu erhöhen; dazu müssten gegebenenfalls weitere, sehr viel effektivere Treibhausgase wie FCKW oder Oktafluor-Propan mit dem 8000-fachen Treibhauspotenzial von Kohlendioxid zusätzlich in großen Mengen zugeführt werden, was jedoch teuer werden würde, denn selbst mit Saturn- und Energija-Raketen müsste man 100 Jahre lang täglich eine neue Ladung hochschießen. Jedoch würde FCKW die Bildung einer Ozonschicht verhindern, so dass man die UV-Strahlung mit einer Schicht aus Planetoiden- oder Oberflächenstaub oberhalb davon absorbieren müsste. Oktafluor-Propan ist dagegen über 2,6 Kilojahre stabil und nicht ozonschädigend. Ammoniak wäre ein weiteres mögliches Treibhausgas; der Mars-Stickstoff könnte durch Mikroorganismen und/oder von marsianischen Fabriken zu Ammoniak umgewandelt werden. Man könnte den Stickstoff auch aus anderen Regionen des Sonnensystems zum 4. Planeten bringen, um dieses Niveau dauerhaft zu erreichen und eine flüssige Hydrosphäre zu erschaffen. Die durch das flüssige Wasser erhöhte Luftfeuchtigkeit würde den Treibhauseffekt dann zusätzlich verstärken. Auch Carbonate und Trockeneis könnte man in gasförmiges Kohlendioxid verwandeln, um aber einen überkritischen Treibhauseffekt zu erzeugen, wäre es nötig, seine gesamte Oberfläche bis in mehrere Kilometer Tiefe umzugraben; was aber einer unverantwortlichen Zerstörung seiner Oberfläche und damit einzigartiger wissenschaftlicher Quellen gleichkäme, abgesehen von den technischen Schwierigkeiten und den Unannehmlichkeiten für die bereits angesiedelten Marsbewohner; es sei denn dies geschieht "unterirdisch" mit "Maulwürfen" und "Regenwürmern“: KLs, die unter der Oberfläche Lagerstätten erschließen, nach Kohlendioxid, Wasser und anderen Rohstoffen graben, sie weiterhin abbauen, extrahieren und teilverarbeiten. Weltraumspiegel Der Mars erhält aufgrund seiner Entfernung nur 43% soviel Sonnenstrahlung wie die Erde; um diesem Planeten die benötigte Energie für die Temperaturerhöhung zuzuführen, wäre die Positionierung von Solettas, von gigantischen Weltraumspiegeln im Marsorbit eine weitere Methode. Sie hätten einen Durchmesser von 100 bis 200 km, eine Masse von 100 Kilotonnen bis 1 Megatonne und würden Sonnenlicht auf die verrußten Pole aus Trockeneis und Wassereis reflektieren, die dadurch verflüssigt und verdunstet werden. Die somit initiierte Kohlendioxid-Emission würde einen gewünschten Treibhauseffekt erzeugen, der den Mars zusätzlich zum umgelenkten Sonnenlicht erwärmt. Um biologische Prozesse überhaupt stattfinden lassen zu können, muss der Mars primär erwärmt werden, denn mit einer bloßen Freisetzung von Treibhausgasen würde die Erwärmung einige Jahrhunderte dauern; mit anderen Varianten wie Ruß auf die Polkappen, biologische Anreicherung der Marsluft mit Sauerstoff und Stickstoff würde das Terraforming ebenfalls über 100 Kilojahre dauern. Mit einem entsprechenden Lichtspiegelsystem im Marsorbit und ergänzenden Technologien ließe sich die Marstemperatur erhöhen, die Atmosphäre mit Sauerstoff und Stickstoff anreichern und der Planet besiedlungsfreundlich gestalten. Das Material für die Marsspiegel ließe sich auf dem Erdmond, auf den Marsmonden oder auf ENAs gewinnen. Dort oder auch in EML4 oder 5 würden sie hergestellt und zusammengebaut. Sie transportieren sich fast von selbst zum Beispiel in eine marssynchrone, stationäre Umlaufbahn; entweder als Solarsegel oder mithilfe solarelektrischer Antriebe, bei etwa 250 km Spiegeldurchmesser ergeben sich über 100 t Schub. Unter weiterer Verwendung günstiger Startfenster und Hohmannbahnen lassen sich auch deren flugdynamische Kräfte nutzen. Impakte Es lässt sich sogar vorstellen, die Bahn von Planetoiden und Kometen so zu verändern, dass sie mit ihrem großen Gehalt an flüchtigen Stoffen auf den Mars gelenkt werden und beim Eintritt in die Lufthülle beziehungsweise beim Aufschlag diese Stoffe freigeben und somit einen sich selbst verstärkenden Treibhauseffekt auslösen. Kometen würden zusätzlich große Wasserdampfmengen in die Atmosphäre bringen; der gewaltige Einschlag selbst würde zusätzlich unterirdische Wasserreservoirs freisetzen. Effektivere Treibhausgase ließen sich auch von Planetoiden mit hohem Methan- und Ammoniakanteil importieren. Diese Impaktmethode könnte zu einem zukünftigen Zeitpunkt technisch machbar sein, allein schon mit dem Motiv, Erdimpakte zu verhindern, indem bedrohliche ENOs aktiv mittels Kernkraft, Segelantrieben, Laser usw. abgelenkt werden - von der Abwendung katastrophaler Einschläge zu absichtlichen Impakten zu Terraforming-Zwecken ist es nur ein kleiner Schritt, denn was für den einen Planeten katastrophal wäre, könnte für den anderen zu Besiedlungszwecken ein Segen sein. Am Ende dieses chemophysikalischen Terraforming-Teilprozesses hätte der Mars eine dichtere, wärmere und feuchtere Kohlendioxid-Atmosphäre wie er und auch die Urerde sie wohl schon einmal vor 3,5 bis 4 Gigajahren hatten. Ein rein chemischer, abiologischer Prozess ließe sich schon nach 0,1 bis 1 Kilojahr realisieren. Zum Abschluss dieser Phase wären die Voraussetzungen für Pflanzenwachstum gegeben und Menschen könnten sich im Freien unter Verwendung einer Sauerstoffmaske aufhalten. In der Endphase des Terraformings muss die Kohlendioxid-Menge verringert werden. Der Weg über die ausschließlich pflanzliche Fotosynthese würde sehr lange dauern. Durch zusätzliche künstliche Foto- oder Elektrolyse ließe sie sich wesentlich schneller reduzieren, müsste aber durch andere Treibhausgase ersetzt werden, um eine Abkühlung zu vermeiden. Ein Marsbesiedlungsszenario könnte letztlich etwa so aussehen: In die mit Weltraumspiegeln erwärmte Marsluft strömen in chemischen Mars-Fabriken erzeugte Treibhausgase, die seine Wärmeabstrahlung zurückhalten und dadurch die Lufttemperatur erhöhen. Um die Albedo zu verringern, werden die Polkappen mit Ruß bestreut. Genetisch angepasste Mikroorganismen verstärken den Effekt. Sie geben Stickstoff und Sauerstoff ab, während die Weltraumspiegel den Rest erledigen. Die dichter werdende Atmosphäre erzeugt steigende Temperaturen und zunehmende Wärme erhöht den atmosphärischen Druck; währenddessen werden Kohlendioxid, Wasser und Stickstoff aus der Oberfläche frei. Da es noch kein Ozon gibt, muss ein künstlicher Schutzschild dessen Funktion übernehmen. Bei durchschnittlichen -15º C bilden sich erste Wolken und der Luftdruck erreicht etwa den der Erde in 6 km Höhe. Entlang des Marsäquators erzeugen womöglich erste Tundrapflanzen, also Moose und Flechten, Sauerstoff, dessen weitere abiologische Quellen das atmosphärische Kohlendioxid, der Kalkstein und das Eisenoxid sind. In der letzten Phase des Terraforming erreicht die Temperatur ca. 273 Kelvin und der Sauerstoff-Anteil nimmt zu, während das Kohlendioxid abnimmt. Es gibt immer mehr - auch künstliche - Lebensformen; es entsteht eine Hydrosphäre aus Teichen, Flüssen und kleinen Meeren. Polareis und Permafrostböden schmelzen bei nunmehr 10º C; die Hydrosphäre vergrößert sich und die Marsbevölkerung liegt bei einigen Hunderttausend "Menschen", die Anzahl der Trans- und Posthumanen und der KLs dürfte sogar noch etwas höher sein . Auch beim Mars scheint es kein Patentrezept zu geben; wahrscheinlich kommt man nur mit mehreren parallel laufenden, sich unterstützenden Prozessen zum Ziel. Phobos und Deimos Die Marsmonde sind vielversprechende Zwischenstationen auf dem Weg von der Erde zum Mars. Als Chondriten stellen sie sehr attraktive Tankstellen im Marssystem dar und könnten Raumfahrzeuge mit Treibstoff beliefern. Diese würden dort im Marssystem mit fast leeren Tanks ankommen und bei jedem Stopp 100 t Wasser aufnehmen. Da Phobos und Deimos vermutlich Billionen Tonnen Wasser haben, reicht diese Menge für mehrere Megajahre, so dass sie als Rast- und Tankstätten auf dem Weg zu den Sternen dienen könnten. Eine Robotersonde könnte mit einem Plasmastrahl Wasserstoff und Sauerstoff zum Beispiel auf Phobos, einem vom Mars eingefangenen Planetoiden, aber auch auf anderen Planetoiden und Kometen erschließen. Die Marsmonde Phobos und Deimos sind somit potenzielle Treibstofflager für Marsflugkörper. Würde man Phobos und Deimos in eine marsstationäre Umlaufbahn (MSO) bringen (noch ein Grund für Planetoidenbilliard), wären sie nicht mehr im Weg und könnten gleichzeitig als eine ausgezeichnete rohstoffhaltige MSO-Plattform für die Herstellung eines Himmelhakens dienen. Die 2 Billionen Tonnen Eisen und Nickel würden für ein Kabel mit einer Querschnittfläche von 1 m² ausreichen, das vom Mars bis zur Sonne reicht. Die Geschwindigkeit an der Spitze des 20 Marsradien langen Himmelhakens beträgt 4,7 km/s, damit lassen sich Frachtladungen bis zum äußersten Rand des Planetoidengürtels in 3,3 AE Entfernung schleudern. Langfristig sind die fernen Teile des Sonnensystems vom Mars aus viel leichter zu erreichen als von der Erde und vom Mond. In etwas fernerer Zukunft könnten sich die Marsianer dazu entschließen, zuerst Phobos in eine künstliche Sonne umzuwandeln, wobei sich das Antimaterielager in einem Lagrangepunkt zwischen Mars und Phobos befinden würde; später wäre Deimos für diese Zwecke verfügbar oder sie verwenden andere Planetoiden als Antimaterie-Kunstsonnen, die sie sich aus dem Gürtel holen. Die Besiedlung seiner Monde könnte vorher, nachher oder parallel zur Planetenkolonisation erfolgen. Vollautomatische Missionen starten zum Beispiel vom Mars aus und landen auf Phobos und Deimos, um Rohstoff- und Energiegewinnungsanlagen zu installieren. Außerdem wird man an ihnen die Besiedlung des Planetoidengürtels und der Kometen trainieren und wertvolle Erfahrungen sammeln können. Gelingt die Umwandlung der Atmosphäre und das Terraforming allgemein, könnte der Mars Zwischenstation für irdische Raumschiffe auf dem Weg ins äußere Sonnensystem sein; schließlich könnte auch er zu einem blauen Planeten mit Himmelsleitern und einem künstlichem, bewohnbaren Ringsystem werden. (Überhaupt könnte die Anzahl blauer Welten mit Himmelsleitern und künstlichen, bewohnbaren Ringsystemen stark zunehmen: erdartige Planeten und große Monde wären wohl dafür geeignet; Planetoiden und Kometen ließen sich zu Kilometergroßen, reifen- oder zylinderförmigen Weltraumstädten umbauen und die Superplaneten könnte man in Kunstsonnen verwandeln.) Ausgereifte Nanotechnologie könnte Terraformprozesse revolutionieren. Auch Planeten außerhalb von habitablen Zonen oder Planeten, die Sterne umkreisen, deren Leuchtkraft höher als die der Sonne ist, ließen sich mit Nanomaschinen für Menschen bewohnbar machen. Nehmen wir z.B. einen "erdartigen" Planeten, der Tau Ceti umkreist. Die ursprüngliche Welt war venusartig und von einer schwefligen Kohlendioxid-Atmosphäre umgeben. Außerdem hat dieser Stern eine höhere Leuchtkraft als die Sonne, aber in der oberen Atmosphäre des Planeten befindet sich jetzt ein Nanoschwarm - eine Kombination aus Nanocomputern und Nanomaschinen, die darauf programmiert sind, kurzwelliges Licht herauszufiltern, damit Pflanzen besser auf dieser Welt gedeihen können, aber auch um mit der absorbierten Energie die Atmosphäre umzuwandeln. Dazu zerlegen die Nanosonden die Kohlendioxid-Moleküle, verringern den Schwefelanteil und reichern die Luft mit Sauerstoff und Stickstoff an. Über mehrere Umläufe haben die Nanocomputer den Planeten beobachtet, bevor sie zu dem Schluss kamen, dass er unbewohnt und für Terraforming geeignet war. Zuerst bauten Nanoschwärme aus dem in der Uratmosphäre enthaltenen Kohlenstoff ein Diamantkabel für einen Weltraumlift. Weitere Schwärme erschufen aus dem Planetengestein und atmosphärischem Schwefel fruchtbaren Boden. Die giftigen Gase wurden durch molekulare Neuordnung allmählich in atembare Luft umgewandelt und die Oberfläche wurde immer erdähnlicher. Schließlich war der Planet bereit für menschliche Siedler. Nachdem sie aus dem Weltraumaufzug stiegen, betraten sie eine grüne, angenehme Enklave inmitten einer feindlichen, tödlichen Wildnis - eine wahre Oase, die von hunderten von Nanoschwärmen geschützt wird. Je länger diese am Werk sind, umso größer wird die Oase. Ganze Schwärme von Nanomaschinen dringen weiterhin ständig in das Planeteninnere ein, fördern atomweise nützliche Metalle und Mineralien und transportieren sie zu den Nanofabriken, die daraus neue Solarsegel und Kl-Nanoschwärme erschaffen, die zur weiteren Erforschung und zur Kolonisierung ferner Welten (oder deren Erschaffung) dienen sollen. Auf dem Planeten "Nano" herrscht keine Eile, denn die Menschen leben beinahe ewig; in ihren Blutgefäßen schwimmen Nano-Reparaturmaschinen, die Infektionen und Krankheiten bereits im Keim ersticken. So werden Neuankömmlinge und Touristen immer noch von den allerersten Siedlern begrüßt. (Damit würde man dem „Projekt Genesis“ aus Star Trek recht nahe kommen. Siehe auch das Kapitel: "Nachtrag: Die Technologische Singularität")