Benutzer:FredericL/Marskolonisation

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Künstlerische Darstellung einer Marskolonie, mit Ausschnitt eines Raumes

Die Kolonisation des Mars durch den Menschen steht im Mittelpunkt seriöser Studien, weil die Bedingungen der Oberfläche und die Verfügbarkeit von Wasser auf dem Mars ihm zum gastlichsten Planeten mit Ausnahme der Erde machen. Der Mond wurde als erster Ziel einer menschlichen Besiedlung vorgeschlagen, jedoch hat der Mars eine Atmosphäre, die ihm die potentielle Möglichkeit gibt, menschliche und anderen organischen Lebensformen zu tragen.

Ähnlichkeiten mit der Erde

Die Erde hat eine sehr große Ähnlichkeit mit ihrem "Schwesterplanet" Venus in der Zusammensetzung, Größe und Oberflächenschwerkraft, jedoch sind die Ähnlichkeiten mit dem Mars überzeugender, wenn es um eine Kolonisation geht. Dazu gehören:

• Der Länge des Marstages ("Sol" genannt) ist dem des Erdentages sehr ähnlich. Ein Sol dauert 24 Stunden und 40 Minuten.

• Der Mars besitzt eine Fläche, die 28,4% der Erde entspricht und ist damit nur geringfügig kleiner als die Landfläche der Erde (29,2% der Erdoberfläche). Der Mars hat die Hälfte des Radius der Erde und nur ein Zehntel der Masse. Dies bedeutet, dass er ein kleineres Volumen (~ 15%) und niedrigere durchschnittliche Dichte als die Erde hat.

• Der Planet hat eine axiale Neigung 25,19 °, gegenüber der Erde 23,44 °. Als Ergebnis hat der Mars Jahreszeiten wie die Erde, obwohl sie fast doppelt so lang sind, weil das Mars-Jahr ungefähr 1,88 Erd-Jahre dauert.

• Der Mars besitzt eine Atmosphäre. Sie ist zwar sehr dünn (ca. 0,7% der Erdatmosphäre). Sie bietet dennoch einen gewissen Schutz vor der kosmischen und der Sonnenstrahlung und wurde erfolgreich für eine Atmosphärenbremsung von Raumfahrzeugen verwendet.

• Neuere Beobachtungen von NASA's Mars Exploration Rovers, der ESA-Sonde Mars Express und der NASA Phoenix Lander bestätigen das Vorhandensein von Wassereis auf dem Mars. Der Mars scheint alle notwendige Elemente zu besitzen, die benötigt werden um Leben wie auf der Erde zu ermöglichen.

Unterschiede zur Erde

• Die Oberflächenschwerkraft des Mars ist die 0,38-fache der Erde. Es ist nicht bekannt, ob dies genügt, um die gesundheitlichen Probleme, die mit der Schwerelosigkeit verbunden sind vorzubeugen.

• Der Mars ist mit einer durchschnittlichen Oberflächentemperatur von -63°C und einem Tief von -140°C deutlich kälter als die Erde. Die niedrigste Temperatur, die auf der Erde gemessen wurde ist -89.2°C, in der Antarktis.

• Es gibt keine stehenden Gewässern mit flüssigem Wasser auf der Marsoberfläche.

• Weil der Mars weiter von der Sonne entfernt ist, ist die Menge an Sonnenenergie, die die obere Atmosphäre erreicht weniger als die Hälfte, der Menge, die die obere Atmosphäre der Erde oder die Oberfläche des Mondes erreicht. Allerdings ist die Sonnenenergie, die die Oberfläche des Mars erreicht nicht durch eine dichte Atmosphäre wie auf der Erde behindert.

• Die Umlaufbahn des Mars ist exzentrischer als die der Erde, was die Variation der Oberflächentemperatur und Solarkonstante erhöht.

• Der Luftdruck auf dem Mars ist ~ 6 mbar, was weit unter dem Armstronglimit (61,8 mbar) liegt, bei dem Menschen ohne Druckanzügen leben können. Da Terraforming nicht als eine kurzfristige Lösung zu erwarten ist, müssten auf dem Mars bewohnbare Strukturen mit Druckbehältern, ähnlich wie in einem Raumschiff, die fähig sind einen Druck zwischen zwei Drittel und einen ganze Bar aufzubauen.

• Die Marsatmosphäre besteht hauptsächlich aus Kohlenstoffdioxid. Aus diesem Grund ist, selbst mit dem niedrigen Luftdruck, der Partialdruck des CO₂ an der Oberfläche des Mars etwa 52 mal höher als auf der Erde. Die Atmosphäre besitzt auch ein erhebliches Maß an Kohlenmonoxid.

• Der Mars hat eine schwache Magnetosphäre, wodurch Sonnenwinde nur schlecht abgelenkt werden.

Bewohnbarkeit

Die Bedingungen der Oberfläche des Mars sind viel näher an der Bewohnbarkeit als die Oberfläche eines anderen Planeten oder Mond, wie z.B. die extrem heißen und kalten Temperaturen auf dem Merkur, der ofen-heißen Oberfläche der Venus, oder die extreme Kälte der äußeren Planeten (z.B. Merkur) und ihrer Monde. Nur die Wolkenschichten der Venus ist, im Bezug auf die Bewohnbarkeit, näher an der Erde dran. Es gibt natürliche Orte auf der Erde, die Menschen mit den fast gleichen Bedingungen, wie auf dem Mars erforscht haben. Die höchste Höhe,die durch eine bemannte Ballonfahrt erreicht wurde, beträgt 34.668 Meter. Der Druck in dieser Höhe ist etwa der Gleiche wie auf der Oberfläche des Mars. Extreme Temperaturen in der Arktis und Antarktis entsprechen denen auf dem Mars, bis auf wenige Extremfällen.

Terraforming

Eine künstlerische Darstellung von einem terrageformten Mars (2009)

→ Hauptartikel: Methoden für das Terraformen des Mars

Es könnte möglich sein den Mars zu terraformen um eine Vielzahl von Lebewesen, einschließlich des Menschen, das Überleben auf dem Mars zu ermöglichen.

Strahlenschutz

Der Mars hat kein globales Magnetfeld, dass vergleichbar wäre mit dem Erdmagnetfeld. Kombiniert mit einer dünnen Atmosphäre, erlaubt dies, dass eine erhebliche Menge an ionisierender Strahlung die Marsoberfläche erreicht. Die Raumsonde Mars Odyssey führte ein Instrument mit sich, das Mars Radiation Environment Experiment (MARIE), um die Gefahren für den Menschen zu messen. MARIE hat festgestellt, dass die Strahlung im Orbit über dem Mars 2,5 mal höher ist, als an der Internationalen Raumstation. Durchschnittliche Dosen waren etwa 22 Millirad pro Tag (220 micrograys pro Tag oder 0,08 gray pro Jahr). Eine dreijährige Belastung bei solchem Niveau wäre in der Nähe des Grenzwertes, das derzeit von der NASA festgelegt ist. Das Niveau auf der Marsoberfläche wäre ein wenig niedriger und stark variierend an verschiedenen Orten je nach Höhenlage und der Stärke des lokalen Magnetfelds.

Gelegentliche Sonnenprotonenereignisse (SPEs) produzieren viel höhere Dosen. Einige SPEs wurden von MARIE beobachtet die nicht durch Sensoren in der Nähe der Erde betrachtet werden konnten aufgrund der Tatsache, dass SPEs in eine Richtung gerichtet sind, was es schwierig macht, Astronauten auf dem Mars früh genug zu warnen.

Vieles bleibt noch zu erlernen über Weltraumstrahlung. Im Jahr 2003 eröffnete das NASA Lyndon B. Johnson Space Center eine Einrichtung, das NASA Weltraumstrahlungslabor (NSRL), am Brookhaven National Labor, dass Teilchenbeschleuniger beschäftigt um Weltraumstrahlung zu simulieren. Die Einrichtung wird die Wirkung der Teilchenbeschleuniger auf lebende Organismen zusammen mit Abschirmungtechniken studieren. Es gibt einige Hinweise, dass bei diesem niedrigem Niveau, chronische Strahlung nicht ganz so gefährlich ist wie früher angenommen; und dass die Strahlung Hormesis auftritt. Die Übereinstimmung zwischen denen, die sich mit dem Thema beschäftigt haben, ist, dass das Strahlungsniveau das während dem Flug zum Mars und auf der Oberfläche des Mars auftaucht ein Problem ist. Dieses Problem verhindert nicht eine Reise mit aktueller Technik.

Transport

Mars (Viking 1, 1980)

Um den Mars zu erreichen benötigt man weniger Energie pro Masseneinheit (Delta-V) als zu allen anderen Planeten außer der Venus. Mit der Hohmannbahn, erfordert eine Reise zum Mars etwa neun Monate im All. Geänderte Flugbahnen, die die Reisezeit auf sieben oder sechs Monate im All verringern sind möglich mit höheren Mengen an Energie und Treibstoff im Vergleich zu einer Hohmannbahn und sind bereits Standard für unbemannte Marsmissionen. Die Verkürzung der Reisezeit auf unter sechs Monate erfordert eine höhere Geschwindigkeitsänderung und eine exponentiell zunehmende Menge an Treibstoff, und ist nicht realisierbar mit chemischen Raketen, könnte aber möglich gemacht werden durch fortschrittlichen Antriebstechnologien, die gegenwärtig nicht in Gebrauch sind, wie VASIMR, und nukleare Raketen. Letzteres könnte die Flugzeit potenziell auf etwa zwei Wochen verkürzen. Eine andere Möglichkeit sind konstant beschleunigende Technologien wie Solarsegel oder Ionenantriebe, die Durchlaufzeiten in der Größenordnung von mehreren Wochen ermöglichen. Beide sind derzeit realisierbar und können ohne weiteres eine konstante Beschleunigung von 0,1 g erreichen.

Während der Reise unterliegen die Astronauten einer Strahlung, vor der sie geschützt werden müssen. Kosmische Strahlung und Sonnenwind verursachen DNA-Schäden, die das Krebsrisiko deutlich erhöhen. Die Wirkung von langfristigen Raumfahrten in den interplanetarischen Raum sind unbekannt, aber Wissenschaftler schätzen eine Wahrscheinlichkeit von 19%, dass eine männliche Person an Krebs, aufgrund der Strahlung, während der Hin- und Rückfahrt stirbt. Zusammen mit der Basiswahrscheinlichkeit von 20% für eine männliche Person auf der Erde an Krebs zu sterben ergibt dies eine Wahrscheinlichkeit von 39% an Krebs zu sterben. Die Wahrscheinlichkeit, dass eine Frau stirbt ist noch höher, aufgrund ihres größeren Drüsengewebes.

Landung auf dem Mars

Der Mars hat die 0,38-fache Gravitation der Erde und die Dichte der Atmosphäre ist nur 1% der Atmosphärendichte der Erde. Die relativ starke Schwerkraft und das Vorhandensein von aerodynamischen Effekten macht es erheblich schwieriger, ein bemanntes Raumfahrzeug mit Schubdüsen zu landen, wie es bei der Apollo Mondlandungen getan wurde. Die Atmosphäre ist zu dünn um aerodynamische Effekte hervorzurufen, die bei der Landung eines großen Raumfahrzeuges von Vorteil sein könnten. Pilotprojekte zum Mars werden andere Brems- und Landungssysteme erfordern, die bei früheren bemannten Mondmissionen oder unbemannten Marsmissionen verwendet wurden.

Geht man davon aus, dass Kohlenstoffnanoröhren als Baustoff mit einer Stärke von 130 GPa verfügbar sind könnte man ein Weltraumaufzug bauen, um Menschen und Material auf dem Mars zu bringen. Ein Weltraumaufzug auf Phobos wurde auch vorgeschlagen.

Versorgung

Um das Überleben der Astronauten zu sichern, müssen Wasser und Energie auf dem Mars zur Verfügung gestellt werden. Da den Mars nur ca. 44% des Sonnenlichts, das auf der Erde ankommt, erreicht, kann die Energieversorgung nicht allein durch Sonnenkollektoren gesichert werden. Selbst größere Kollektorenfelder in der Nähe des Äquators, würden dafür nicht ausreichen. Außerdem wüten auf dem Mars, teilweise globale, Stürme, die periodisch auftreten und Monate andauern. Dadurch wird der Himmel verdunkelt und die Solarzellen sind mit Staub belegt. Eine Lösung für die Anfänge der Marskolonie wäre, mehrere kleine Atomreaktoren mit einer Lebensdauer von ca. 15 Jahren auf den Mars zu schaffen oder dort herzustellen. Wenn man davon ausgeht, dass eine Marskolonie frühestens 2030 entstehen soll, kann man davon ausgehen, dass die Reaktortechnik sich weit genug entwickelt hat, um die Anforderung an den Mars zu erfüllen. Außerdem werden wahrscheinlich kleinere Reaktoren mehr Energie produzieren können.

Um die Wasserversorgung zu sichern, müssen Siedler die Wasserreservoirs des Mars finden und nutzbar machen. Eine andere Möglichkeit wäre es, mit Wasserstoff von der Erde und Kohlenstoffdioxid vom Mars, Wasser zu produzieren. Mit einer Tonne Wasserstoff ließen sich zwei Tonnen Methan und ca. viereinhalb Tonnen Wasser produzieren.

Die Einrichtung einer Marsbasis würde wie folgt aussehen:

• Bau von Wohnanlagen aus Containern
• Gewinnung von Rohstoffen aus der Marsoberfläche
• Produktion von Wasserstoff, Sauerstoff und Treibstoff
• Anbau von Nutzpflanzen

Siehe auch

• Mondkolonisation
• Venuskolonisation

Literatur

G. Madhavan Nair, (et al.): Strategic, technological and ethical aspects of establishing colonies on Moon and Mars. Acta Astronautica, Volume 63, Issues 11-12, Dezember 2008, S.1337-1342

Stefan Deiters, Dr. Norbert Pailer, Susanne Deyerler: ASTRONOMIE. Komet Verlag,S.399-443, ISBN 978-3-89836-598-7