Ein Material mit dem man den Mars bewohnbar machen könnte?

Silica-Aerogel könnte die Marsoberfläche erwärmen, ähnlich wie Treibhausgase die Erde.

Menschen haben schon lange davon geträumt, das Mars-Klima neu zu gestalten, um den Planeten für Menschen lebenswert zu machen. Carl Sagan war der erste außerhalb des Science-Fiction-Bereichs, der Terraforming vorschlug. In einer Veröffentlichung von 1971 schlug Sagan vor, dass das Verdampfen der nördlichen polaren Eiskappe eine Ausbeute von ~10 s g cm² Atmosphäre über dem Planeten bringen würde, höhere globale Temperaturen durch den Treibhauseffekt und eine stark erhöhte Wahrscheinlichkeit für flüssiges Wasser.

Sagans Arbeit inspirierte andere Forscher und Zukunftsforscher, die Idee des Terraforming ernst zu nehmen. Die Schlüsselfrage war: Gibt es auf dem Mars genügend Treibhausgase und Wasser, um den Luftdruck auf erdähnliche Werte zu bringen?

Im Jahr 2018 stellten zwei von der NASA finanzierte Forscher der Universität von Colorado in Boulder und der Northern Arizona Universität fest, dass die Verarbeitung aller auf dem Mars verfügbaren Quellen den Luftdruck nur auf etwa 7 Prozent des Erd-Luftdrucks erhöhen würde – weit weniger als erforderlich um den Planeten bewohnbar zu machen.

Wie es schien, war es ein unerfüllbarer Traum, den Mars bewohnbar zu machen.

Jetzt haben Forscher der Universität Harvard, des JPL und der Universität von Edenburgh eine neue Idee. Was wäre wenn man, anstatt zu versuchen den ganzen Planeten zu verändern, regionaler vorgehen würde?

Die Forscher schlagen vor, dass einige Regionen der Marsoberfläche mit einem Material – Silica-Aerogel – bewohnbar gemacht werden könnte, das den atmosphärischen Treibhauseffekt der Erde nachahmt. Mit Hilfe von Modellen und Experimenten konnten die Forscher nachweisen, dass ein 2 bis 3 Zentimeter dicker Schild aus Silica ausreichend sichtbares Licht für die Photosynthese durchlässt, gefährliche UV-Strahlung blockiert und die Temperaturen darunter dauerhaft über den Schmelzpunkt von Wasser erhöht, und dies alles ohne die Notwendigkeit einer inneren Wärmequelle.

Das Paper wurde in Nature Astronomy veröffentlicht.

„Diese regionale Herangehensweise, um den Mars bewohnbar zu machen, ist viel leichter zu erreichen als die globale atmosphärische Veränderung“, sagte Robin Wordsworth, Professor für Umweltwissenschaften und Ingenieurwesen an der Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) and the Department of Earth and Planetary Science. „Im Gegensatz zu früheren Ideen, den Mars bewohnbar zu machen, kann dies mit Materialien und Technologien die wir bereits haben, systematisch entwickelt und getestet werden.“

„Der Mars ist neben der Erde der am ehesten bewohnbare Planet in unserem Sonnensystem“, sagte Laura Kerber, Wissenschaftlerin am JPL. „Aber er bleibt eine lebensfeindliche Welt für Leben wie wir es kennen. Ein System zur Schaffung kleiner bewohnbarer Inseln würde es uns ermöglichen, den Mars auf kontrollierte und skalierbare Weise zu transformieren.“

Die Forscher ließen sich von einem Phänomen inspirieren, das bereits auf dem Mars auftritt.

Im Gegensatz zu den Polkappen der Erde, die aus gefrorenem Wasser bestehen, bestehen die Polkappen auf dem Mars aus einer Kombination von Wassereis und gefrorenem CO2. Gefrorenes CO2 lässt so wie seine gasförmige Form das Sonnenlicht eindringen und Wärme einfangen. Im Mars-Sommer erzeugt dieser Festkörper-Treibhauseffekt einen Wärmeaustausch unter dem Eis.

„Wir begannen über diesen Festkörper-Treibhauseffekt nachzudenken und wie dieser in Zukunft zur Schaffung bewohnbarer Umgebungen auf dem Mars genutzt werden könnte“, sagte Wordsworth. „Wir haben auch darüber nachgedacht, welche Materialien die Wärmeleitfähigkeit minimieren und dennoch so viel Licht wie möglich durchlassen könnte.“

Die Forscher landeten beim Silica-Aerogel, einem der am besten isolierenden Materialien, die jemals hergestellt wurden.

Silica-Aerogele sind zu 97 Prozent porös, was bedeutet, dass das Licht durch das Material gelangt, aber die verbindenden Nanoschichten von Siliziumdioxid reduzieren die Wärmeleitung. Diese Aerogele werden heutzutage bei verschiedenen technischen Anwendungen eingesetzt, auch bei den Mars Exploration Rovern der NASA.

„Silica-Aerogel ist ein vielversprechendes Material, weil es passiv wirkt“, sagte Kerber. „Es würde keine große Menge an Energie und Wartung von beweglichen Teilen erfordern, um einen Bereich über lange Zeiträume warm zu halten.“

Mit Hilfe von Modellen und Experimenten welche die Marsoberfläche imitierten, konnten die Forscher nachweisen, dass eine dünne Schicht dieses Materials die Durchschnittstemperaturen der mittleren Breiten auf dem Mars auf erdähnliche Temperaturen anheben würde.

„Über einen ausreichend großen Bereich verteilt, würden keine andere Technologie oder Physik benötigt werden. Es würde nur eine Schicht dieses Materials auf der Oberfläche benötigt werden und darunter würde permanent flüssiges Wasser sein“, sagte Wordsworth.

Dieses Material könnte auch verwendet werden, um auf dem Mars bewohnbare Kuppeln oder sogar in sich geschlossene Biosphären zu bauen. „Daraus ergeben sich eine ganze Reihe faszinierender technischer Fragen“, sagte Wordsworth.

Als nächstes möchte das Team dieses Material in den dem Mars ähnlichen Klimazonen, wie den trockenen Tälern der Antarktis oder Chiles testen.

Wordworth weist auch darauf hin, dass jede Diskussion darüber, ob der Mars für Menschen und anderes Leben von der Erde bewohnbar gemacht werden soll, auch wichtige philosophische und ethische Fragen zum Schutz des Planeten aufwirft.

„Wenn wir Leben auf dem Mars ermöglichen wollen, sollten wir nicht vielleicht sicher sein, dass es dort kein Leben gibt? Wenn es wider Erwarten welches geben sollte, wie gehen wir damit um?, fragte Wordworth. „In dem Moment, in dem wir uns entschließen, Menschen auf Mars anzusiedeln, sind diese Fragen unvermeidlich.