Eine Visualisierung, wie der Mars im Laufe der Zeit aussehen könnte, wenn es den Menschen gelänge, den Planeten zu terraformen.(Bildnachweis: Daein Ballard, CC BY-SA)
Das Terraforming des Mars könnte mit Hilfe von künstlich hergestellten Staubpartikeln, die vom Roten Planeten selbst stammen, in Gang gesetzt werden, um die Temperaturen um mehr als 30 Grad Celsius zu erhöhen, so eine neue Studie.
Die Durchschnittstemperatur auf der Marsoberfläche liegt derzeit bei minus 60 Grad Celsius (minus 80 Grad Fahrenheit), und der atmosphärische Druck beträgt nur 6 bis 7 Millibar, verglichen mit 1.013 Millibar auf Meereshöhe auf der Erde. Die dünne Marsatmosphäre kann nicht geatmet werden und besteht hauptsächlich aus Kohlendioxid. Das Wasser des Planeten ist als Eis in den Polkappen und in unterirdischen Eisschichten eingeschlossen, die vor allem in hohen und mittleren Breiten zu finden sind.
Im Moment ist der Mars also für menschliches Leben nicht geeignet. Aber interplanetarische Forscher träumen davon, den Mars bewohnbar zu machen, indem sie die Bedingungen auf dem Roten Planeten künstlich verändern, ein Prozess, der als Terraforming bekannt ist.
Der natürliche Treibhauseffekt des Mars erwärmt den Planeten nur um etwa 9 Grad Fahrenheit (5 Grad Celsius), so dass der erste Schritt zum Terraforming des Mars darin besteht, die Menge an Treibhausgasen in der Atmosphäre zu erhöhen. Es wurden verschiedene Methoden vorgeschlagen, die von der unpraktischen – dem Einschlag von Asteroiden und Kometen auf der Oberfläche, um Wasserdampf und andere wärmende Gase freizusetzen – bis zur einfachsten reichen, nämlich dem Bau riesiger Fabriken, die FCKW (Fluorchlorkohlenwasserstoffe) ausstoßen. Da Fluor auf dem Mars selten ist, müssten etwa 100.000 Millionen Tonnen von der Erde importiert werden, um FCKW auf dem Roten Planeten herzustellen, was enorme Startkosten verursachen würde.
Jetzt haben Forscher unter der Leitung von Samaneh Ansari von der Northwestern University in Illinois einen anderen Weg zur Erwärmung des Mars vorgeschlagen. Sie sei praktikabler, weil sie die bereits auf dem Roten Planeten vorhandenen Ressourcen nutze und 5.000 Mal effizienter sei.
Auf dem Mars gibt es viel Staub. Wenn sich Staubstürme zusammenbrauen, können sie den gesamten Planeten verschlingen, aber die Größe und Form der Körner bedeuten, dass der Staub in der Luft eine kühlende Wirkung auf den Planeten hat. Verschiedene Mars-Rover-Missionen haben jedoch festgestellt, dass der Marsstaub reich an Eisen und Aluminium ist. Diese Materialien könnten so bearbeitet werden, dass winzige Partikel, so genannte Nanostäbchen, entstehen, die so geformt sind, dass sie die entweichende thermische Infrarotstrahlung besser abfangen und das Sonnenlicht zurück auf die Oberfläche streuen, so die Forscher.
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Nanorods wären winzig, etwa 9 Millionstel Meter lang – etwa so groß wie handelsüblicher Glitter -, aber so konstruiert, dass sie die Hälfte der Wellenlänge der Wärmestrahlung haben, um die vom Mars abfließende Wärme besser absorbieren zu können.
Ansaris Team rechnet damit, dass jedes Jahr 20 Millionen Kubikmeter Marsstaub verarbeitet werden müssten, um 700.000 Kubikmeter Metalle zu gewinnen, aus denen die Nanostäbchen hergestellt werden könnten. Dies würde eine groß angelegte Produktion erfordern, die einem Drei-Tausendstel der jährlichen Metallproduktion auf der Erde entspricht. Der 3D-Druck von Maschinen für diese Aufgabe auf dem Mars könnte dazu beitragen, die Kosten niedrig zu halten, während große Linsen und Spiegel eingesetzt werden könnten, um das Sonnenlicht zu bündeln, damit Staubpartikel verdampfen und die Metalle isoliert werden können, um sie zu extrahieren und in Nanostäbchen zu verwandeln.
„Man bräuchte immer noch Millionen von Tonnen, um den Planeten zu erwärmen, aber das ist 5.000 Mal weniger als bei früheren Vorschlägen, um den Mars global zu erwärmen“, sagte Edwin Kite, Professor für Geophysik an der Universität von Chicago, Mitglied des Studienteams. „Das erhöht die Machbarkeit des Projekts erheblich.“
Sobald sie hergestellt sind, könnten die Nanostäbchen mit einer Geschwindigkeit von etwa 30 Litern pro Sekunde (ein Gartensprinkler arbeitet mit etwa 1 Liter pro Sekunde) über ein 10 bis 100 m hohes Rohr in den Marshimmel abgegeben werden, wo die Aufwinde am stärksten sind. Noch besser wäre es, wenn die Nanostäbchen in einer aufsteigenden Hadley-Zelle freigesetzt werden könnten, da sie sich dann in beiden Hemisphären bis zu einer Höhe von 60 km (37 Meilen) ausbreiten könnten. Die Nanostäbchen hätten in der Marsatmosphäre eine Lebensdauer von etwa 10 Jahren.
Damit würden sie den Treibhauseffekt auf dem Mars verstärken und die Oberflächentemperatur um mehr als 30 Grad Celsius (50 Grad Fahrenheit) anheben, heißt es in der Studie. Damit wäre der Mars zwar immer noch nicht warm genug, um das ganze Jahr über von Menschen bewohnt zu werden, aber während des Hochsommers (der etwa 70 Marstage dauert) könnte sich dort, wo es flaches Wassereis unter der Oberfläche gibt, flüssiges Wasser bilden, und es würden Bedingungen geschaffen, unter denen mikrobielles Leben gedeihen könnte – und vielleicht sogar das Wachstum von Vegetation, die von der Erde mitgebracht wurde.
„Dies deutet darauf hin, dass die Hürde für die Erwärmung des Mars, um flüssiges Wasser zu ermöglichen, nicht so hoch ist, wie bisher angenommen“, sagte Kite.
Pflanzen könnten dann beginnen, der Atmosphäre durch Photosynthese Sauerstoff hinzuzufügen, und hoffentlich positive Rückkopplungsprozesse auslösen, durch die sich die Atmosphäre allmählich verdichtet und erwärmt.
Das Team von Ansari warnt jedoch auch davor, dass das Terraforming der Marsumwelt dieses Leben zerstören könnte, falls sich herausstellt, dass es dort eigenes mikrobielles Leben gibt. Die Aussicht auf ein Terraforming des Roten Planeten wirft also heikle ethische Fragen auf.
Interessanterweise schlägt Ansaris Team auch vor, dass Nanostäbchen als Technosignatur für Astronomen dienen könnten, die nach Beweisen für intelligentes außerirdisches Leben suchen. Die Form der Nanostäbchen bedeutet, dass sie Licht mit einer bevorzugten Polarisation reflektieren oder streuen. Wenn eine außerirdische Zivilisation Nanostäbchen oder etwas Ähnliches verwendet, um eine kalte Welt in ihrem Planetensystem zu terraformen, dann könnte dies an der Art und Weise, wie das Licht des Planeten polarisiert ist, erkennbar sein.
Ansaris Team betont, dass Nanostäbchen allein den Mars nicht für den Menschen bewohnbar machen werden. Zum einen werden sie keine atembare Atmosphäre schaffen.
„Die Erwärmung durch Nanopartikel allein reicht nicht aus, um die Oberfläche des Planeten wieder bewohnbar zu machen“, schreiben die Forscher in ihrem Beitrag, der am 7. August in der Zeitschrift Science Advances veröffentlicht wurde.
Wenn jedoch alles klappt, eröffnet die „Forschung neue Wege für die Erforschung und bringt uns möglicherweise einen Schritt näher an den lang gehegten Traum, eine nachhaltige menschliche Präsenz auf dem Mars zu etablieren“, so Kite.
Wie die Forscher in ihrem Papier schreiben: „Wenn eine photosynthetische Biosphäre auf der Marsoberfläche etabliert werden kann, vielleicht mit Hilfe der synthetischen Biologie, dann könnte das die Kapazität des Sonnensystems für menschliches Gedeihen erhöhen.“
