Seit je her beschäftigt sich der Mensch mit der Entdeckung und Erkundung fremder Länder. Schon vor tausenden von Jahren zog er durch die damalige Welt, überquerte Gebirge und Ozeane oder wanderte monatelang durch eisige Einöden oder flimmernde Wüsten. Allgemein bekannte Höhepunkte sind zum Beispiel die Entdeckung Amerikas durch Christopher Columbus[1] oder das Erreichen des Südpols durch Roald Amundsen. Doch Anfang des 20ten Jahrhunderts stoppte die Zeit der Entdeckungen neuer Landstriche. Die Erde war vollständig kartographiert. Neues zu entdecken gab es nur in den Tiefen des Meeres. Das Zeitalter der neuen Länder war vorbei. Vorerst.
Denn 1961 brach die Menschheit mit dem Russen Juri Gagarin in ein neues Zeitalter auf. Das Zeitalter der Raumfahrt. Binnen nur acht Jahren verfolgte darauf die USA ein ehrgeiziges Raumfahrtprogramm. Ihr Ziel war der Mond. 1969 betrat Neil Armstrong als erster Mensch einen fremden Himmelskörper und sagte die berühmten Worte „That's one small step for a man, one giant leap for mankind.“
Seit dem haben wir viel über den Weltraum, das Sonnensystem und ferne Sterne in Erfahrung bringen können. Sonden haben inzwischen fast jeden Planeten in unserem Sonnensystem besucht, photographiert und mit verschiedenen Instrumenten abgetastet. Unsere Teleskope blicken tief in die Weiten des Alls und die Vergangenheit und wir befassen uns mit neuen Formen von Materie, wie wir sie noch nie zuvor gesehen haben.
1994 wurde schließlich der erste Exoplanet entdeckt – der erste Planet außerhalb des Sonnensystems. In den folgenden Jahren wurden die Messmethoden verfeinert, immer kleinere, immer der Erde ähnlichere Planeten konnten mit verschiedenen Mitteln gefunden werden. Im April dieses Jahres ging schließlich eine aufregende Entdeckung durch die Medien. Die Presse titele enthusiastisch: „Super Erde gefunden!“
Was
war geschehen? Astronomen hatten in den tiefen des Weltraumes einen Planeten
entdeckt, der nur ein wenig größer als die Erde war. Er trug den Namen Gliese
581c. Doch das Besondere an ihm war der Abstand zur Sonne.
Denn er ließ den Rückschluss zu, dass auf ihm die richtigen Bedingungen für flüssiges Wasser herrschen könnten. Spekulationen über außerirdisches Leben wurden laut und sicherlich wird dieser Planet in der Zukunft genauer unter die Lupe genommen werden. Allerdings immer nur von der Ferne. Denn er ist 20 Lichtjahre entfernt. Was für einen Astronomen wie ein Katzensprung aussieht, stellt für den heutigen Menschen ein unüberwindbares Hindernis dar. Zu groß ist die Distanz, als dass man ihn besuchen
könnte, selbst wenn mehrere Generationen ihr gesamtes Leben auf einem Raumschiff verbringen würden. Hochmoderne, theoretische Konstrukte der Physik spekulieren über schnellere Reisemethoden, die vielleicht einmal in der Zukunft verfügbar sein werden. Doch wann wir zum ersten Mal unser Sonnensystem verlassen und zu fernen Welten aufbrechen werden, steht buchstäblich in den Sternen.
Und es gibt Probleme auf der Erde. Probleme, bei denen ein neuer Planet eigentlich sehr willkommen wäre. An erster Stelle wäre da das Problem der Überbevölkerung. Schon heute leben annähernd 6,5 Milliarden Menschen auf der Erde. Tendenz steigend. Die UN prognostiziert ein rasantes Wachstum für die Zukunft und sieht uns bereits 2050 bei 10 Milliarden Menschen. Gigantische Metropolen werden heranwachsen, ganze Landstriche zu einer einzigen Stadt umgebaut werden. Und mit den vielen Menschen kommen weitere Probleme. Schon jetzt hat eine Milliarde keinen Zugang zu sauberem Trinkwasser. Viele hungern. Viele Leben unter Bedingungen, die man sich als Bewohner der westlichen Hemisphäre kaum vorstellen kann. Hinzu kommt das Problem der globalen Erwärmung. Gebiete, die nur wenige Meter über dem Meeresspiegel liegen werden in den kommenden Jahren schlichtweg verschwinden. Und eines wird klar: Wir brauchen mehr Lebensraum. Aber woher?
Die Antwort auf diese Frage kann mit der wohl größten Herausforderung für die Menschheit beantwortet werden. Terraforming. Das Umbauen eines Planeten.
2. Terrafoming
2.1. Was bedeutet der Begriff Terraforming?
Der Begriff Terraforming setzt sich aus dem lateinischen Wort „Terra“ (Erde) und dem englischen „forming“ (to form – formen) zusammen. Es bedeutet einen fremden Planeten, der von sich aus keine für Menschen bewohnbare Umgebung anbietet so umzubauen, dass wir uns auf ihm frei bewegen können. Wie in der Einleitung bereits erwähnt, müssten wir uns bei diesem Vorhaben vorerst auf unser eigenes Sonnensystem konzentrieren, was die Auswahl an verfügbaren Planeten stark einschränkt. Dennoch lohnt es sich einen Blick auf das Innere Sonnensystem zu werfen.
2.2. Unser Sonnensystem
Unser Sonnensystem ist aktuellen Berechnungen zu Folge 4,6 Milliarden Jahre alt. Es ist die Heimat von 8 Planeten[2], mehreren Zwergplaneten, vielen Monden und abertausenden kleineren Objekten. Es kann grob in das Innere Sonnensystem und das Äußere Sonnensystem aufgeteilt werden. Die beiden Teile werden von einem breiten Gürtel aus Asteroiden und anderen, kleinen Gesteinsbrocken getrennt. Für Terraformingzwecke ist nur der Innere Bereich interessant, da die äußeren Planeten allesamt Gasgiganten sind, die keinerlei Voraussetzungen für Leben mit sich bringen.
2.2.1. Merkur
Der innerste Planet unseres Sonnensystems heißt Merkur. Er ist 0,38 AE[3] von der Sonne entfernt, besteht größtenteils aus Stein und jüngsten Forschungsberichten aus den vergangenen Wochen zu Folge, könnte er sogar einen flüssigen Kern besitzen. Für Menschen ist er ungeeignet, da er sich viel zu dicht an der Sonne befindet. Die dortigen Temperaturen erreichen fast 500 C° und die Strahlenbelastung wäre zu hoch, als dass wir auf ihm überleben könnten. Er umrundet die Sonne innerhalb von knapp 88 Tagen.
2.2.2. Venus
Die Venus ist der zweite Planet. Ihr Abstand zur Sonne beträgt 0,73 AE und sie besteht ebenfalls aus festem Stein und ebenfalls herrschen hier sehr heiße und extreme Temperaturen und zusätzlich ein Druck von 92 bar. Der Unterschied zum Merkur ist jedoch, dass die Temperaturen ein Produkt des Treibhauseffektes im Endstadium sind. Die Atmosphäre birgt für Blicke undurchdringbare Wolken aus Schwefelsäure und Kohlenstoffdioxid und auf Grund der sehr langsamen Rotationsperiode[4] von 243 Tagen verweilt eine Hälfte des Planeten über ein Venusjahr (224 Erdtage) unter der ständigen Sonneneinstrahlung. Daher ist auch sie weniger geeignet, um dort menschliche Siedlungen zu gründen, obgleich sie bereits am Rand der so genannten habitalen Zone[5] liegt. Momentan kreist übrigens eine Sonde der ESA um die Venus und sammelt fleißig Daten über sie.
2.2.3. Erde
Die Erde ist der dritte Planet im Sonnensystem. Bekanntlich dauert ein Tag 24 Stunden und wir umrunden die Sonne in 365,25 Tagen. Die Erde liegt mitten in der habitalen Zone, weshalb die Durchschnittstemperatur ca. 15 C° beträgt.
2.2.4. Mars (Film 2 und Film 3)
Der Mars, ist der vierte und letzte Planet des Inneren Sonnensystems. Er befindet sich am äußeren Rand der habitalen Zone. Für eine Umrundung der Sonne benötigt er 687 Tage und ein Marstag dauert 24 Stunden und 37 Minuten, was der Erde sehr ähnlich ist. Die Temperaturen reichen von ca. -50 C° bis hin zu einigen Grad über dem Gefrierpunkt. Tatsächlich konnte eine Sonde der NASA jüngst Spuren von Wasser ausmachen, dass in den letzten 5 Jahren geflossen sein muss. Selbiges befindet sich im gefrorenen Zustand in großen Mengen am Süd- wie am Nordpol, sowie im Boden. Der Mars ist ebenfalls aus Stein, besitzt jedoch wohl keinen flüssigen Kern, obgleich ehemalige Vulkane darauf hindeuten, dass dies einst anders war. Er ist der Planet, der wohl am geeignetsten für ein Terraformingprogramm wäre.
2.3. Die Schlüsselelemente für das Terraformen
Obgleich der guten Grundvoraussetzungen, welche der Mars bietet, gibt es dennoch signifikante Unterschiede zur Erde. Daher muss man beim Umbauen eines Planeten dieser Art einige Schlüsselelemente beachten, die ich kurz benennen möchte.
Das erste Element wäre eine Atmosphäre. Sie ist essentiell, denn sie schützt den Planeten vor der gefährlichen Strahlung des Weltraums, reguliert die Temperatur und hält die Luft praktisch auf ihm fest.
Das zweite Element ist die Luft selbst. Wir Menschen brauchen ein relativ bestimmtes Luftgemisch, aus ca. 21% Sauerstoff, 78% Stickstoff sowie einigen anderen Gasen, die nur in kleinen Mengen vorkommen. Am wichtigsten ist hierbei jedoch der Sauerstoff. Da der Mars nur über eine ausgesprochen dünne Atmosphäre verfügt, gibt es auf ihm auch keine Luft, die wir atmen könnten.
Das dritte Element ist ein Magnetfeld. Es schützt uns, wie die Atmosphäre, vor Strahlung aus dem Weltraum. Da der Mars keinen flüssigen Kern hat, besitzt er auch kein eigenes Magnetfeld. Alle drei Probleme könnten wir bereits mit heutigen Methoden Herr werden und ich werde jetzt auf die einzelnen Schritte eingehen.
2.3.1. Schlüsselelement 1 – Die Atmosphäre
Wenn der Mars eine Atmosphäre bekommen soll, dann benötigt man Gase. Am besten Treibhausgase. Dank langjähriger Erfahrung auf der Erde wissen wir, dass sich hierfür CO2 sehr gut eignet, da es die von der Erde reflektierte Strahlung absorbiert und so einen Teil wieder zurückschickt.[6]
Nun stellt sich die Frage, wo man solch große Mengen CO2 herbekommt, denn ein Transport von der Erde zum Mars wäre utopisch. Glücklicher Weise ist im Boden sowie in den Polkappen sehr viel CO2 in fester Form im Eis gebunden. Um den Treibhauseffekt also in Gang zu setzen, muss man dieses CO2 freisetzen. Die wohl beste Möglichkeit wäre große Spiegel im Orbit anzubringen. Diese Spiegel würden das Sonnenlicht bündeln und so deutlich intensiver auf die Oberfläche lenken. Auf diese Art und Weise wäre es möglich, die Polkappen zum Schmelzen zu bringen. Der Planet würde langsam mit Wasser „überflutet“ werden und große Mengen CO2 würden frei werden.
Hierbei hilft außerdem eine Art selbst verstärkender Effekt. Denn sobald sich etwas CO2 in der Atmosphäre befindet, wird der Treibhauseffekt sofort einsetzen und es würde wärmer werden. Mehr Eis würde schmelzen, mehr CO2 würde frei werden und so weiter. Am Ende wäre die Atmosphäre des Mars stark mit CO2 gesättigt und die Temperatur hätte sich bei einem für Menschen akzeptablen Niveau stabilisiert.
2.3.2. Schlüsselelement 2 – Die Luft
Da jetzt eine ausreichend dichte Atmosphäre auf dem Mars existiert, kann man sich an die nächste Aufgabe heranwagen. Die Luft. Wichtig sind hierbei vor allem die 21% Sauerstoff. Und auch dieses Element ist bereits auf dem Mars vorhanden. Denn beim Schmelzen der Polkappen und dem Freiwerden von CO2 befindet sich nun auch viel von dem Gas in der allgemeinen Umgebung. An dieser Stelle würde die Gentechnik einspringen und es kämen Bakterien oder Algenteppiche zum Einsatz, die den Kohlenstoffdioxid in der Luft in seine Bestandteile zerlegen würden. Das Endprodukt wäre Kohlenstoff und Sauerstoff, in der Form, wie wir ihn auch benötigten.
Je mehr Sauerstoff schließlich in der Luft vorhanden wäre, desto mehr Pflanzen- und Tierarten könnten wir auf dem Planeten ansiedeln. Zusammen mit dem Wasser würde er vom Weltraum aus der Erde sehr ähnlich sein, bis es schließlich möglich wäre, dass Menschen sich im Freien genauso wie auf ihrem Heimatplaneten bewegen könnten. Doch vorher muss noch das dritte Schlüsselelement geklärt werden.
2.3.3. Schlüsselelement 3 – Das Magnetfeld
Auf den ersten Blick scheint diese Aufgabe unmöglich zu lösen zu sein. Denn wie sollte man den Mars dazu bewegen, (wieder) Konvektionsströme[7] zu entwickeln?
Die Antwort auf dieser Frage liegt, wie so oft, in der Geschichte unseres eigenen Planeten. Mit ziemlicher Sicherheit können wir nämlich heute sagen, dass auch die Erde für einige Zeit kein Magnetfeld hatte, denn ab und zu dreht sich der Nord und Südpol um.[8] Während dieser Phase war sie also den gefährlichen Strahlen der Sonne schutzlos ausgeliefert. Dass wir dennoch existieren zeugt davon, dass es einen zweiten Schutzmechanismus gibt, der das Magnetfeld ersetzen kann.
Betrachtet man die von der Sonne kommende Strahlung[9], dann fällt auf, dass in ihr auch Teilchen enthalten sind. Allgemein gesagt sind es Protonen (positiv geladene) und Elektronen (negativ geladen). Treffen diese Teilchen nun auf die Erde, so werden sie für gewöhnlich vom Erdmagnetfeld abgelenkt und wieder in den Weltraum geschleudert. Würde das Magnetfeld jedoch fehlen, so würde ein besonders interessanter Effekt zum Tragen kommen.
Durch die Gase, welche sich in der Atmosphäre befinden, würden die Teilchen abgebremst. Und da Protonen rund eintausend Mal so schwer sind als Elektronen, ist diese Abbremsung unterschiedlich stark ausgeprägt, wodurch in 350 Kilometer Höhe innerhalb kürzester Zeit ein elektrischer Strom induziert werden würde. Elektrische Ströme erzeugen bekanntlich Magnetfelder. Diese Magnetfelder würden sich schlauchartig um die Erde legen und bereits nach einer einzigen Stunde wäre das Magnetfeld wieder genauso stark wie zuvor, womit das Problem des Sonnenwindes ebenfalls gelöst wäre.
Dass dieses Prinzip tatsächlich funktioniert sieht man übrigens sehr gut an der Venus.
2.4. Eine zweite Erde
Nun
sind also alle Vorraussetzungen für Leben auf dem Mars erfüllt. Im Bild rechts
ist noch einmal die Veränderung des Planeten von der heutigen Form bis hin zum
„Endprodukt“ dargestellt. Im Unteren Bild sieht man Selbiges in groß.
2.5. Probleme
Zuletzt möchte ich noch auf die Probleme eingehen, die sicherlich immer bei großen Projekten auftauchen.
Zu allererst ist das Umbauen des Mars keine Aufgabe, die eine einzelne Regierung oder Firma übernehmen könnte. Die gesamte Menschheit müsste mit involviert werden und Geld dürfte zu keinem Zeitpunkt eine Rolle spielen. Wahrscheinlich wäre dafür ein neues Gesellschaftssystem notwendig, in dem sich die Menschen nicht mehr mit dem materiellen Wert ihres Engagements beschäftigen.
Des Weiteren dauert ein derartiges Projekt sehr, sehr lange. Man könnte die benötigte Zeit nicht mehr mit Legislaturperioden von Regierungen vergleichen, oder gar mit der Dauer eines Menschenlebens. Überhaupt gibt es dermaßen viele (unbekannte) Variabeln in dem gesamten Prozess, dass die Schätzungen über die Dauer weit auseinander liegen. Manche sprechen von einigen hundert Jahren, andere von einigen tausend.
Als nächstes Problem stellt sich der Transport. Mit heutigen Antrieben dauert eine Reise zum Mars, je nach Entfernung zur Erde, zwischen 3 – 12 Monaten. Außerdem müssten die benötigten Transportschiffe gewaltige Frachtkapazitäten haben, um die Unmengen an benötigten Geräten zu transportieren.
Ferner stellt sich die Frage, ob der Mars überhaupt schwer genug ist, eine Atmosphäre zu halten, denn er ist ungefähr nur halb so groß wie die Erde. Dieses Problem könnte das gesamte Projekt im Keim ersticken. Dennoch sind Wissenschaftler guter Dinge, denn wie die Cassini Sonde, die seit 2004 um den Saturn kreist, beweist, haben sogar die Monde des Saturns teilweise eine Atmosphäre, obgleich ihr Gewicht deutlich geringer ist, als das des Mars. Selbst wenn er die Atmosphäre halten könnte gibt es immer noch keine Antwort, warum der Planet sie einst verloren hatte, denn man ist sich heutzutage ziemlich sicher, dass der Mars vor langer Zeit der Erde relativ ähnlich gesehen haben könnte. Das heißt die Möglichkeit des Verlusts der schützenden Atmosphäre würde ständig wie ein Damoklesschwert über dem Planeten schweben.
Eine andere Bedrohung würde von einem der beiden Monde des Mars ausgehen. Dies sind nämlich eingefangene Asteroiden, die einst dem Planeten zu nahe gekommen sind und seit dem um ihn herumkreisen. Sie heißen Deimos und Phobos, wobei letzterer sich zu nahe am Mars befindet. Sollte der Planet erst einmal eine Atmosphäre haben, so würde sie einen bremsenden Effekt auf den Mond haben. Die Konsequenz wäre ein stetiger Verlust an Höhe und Geschwindigkeit, bis Phobos schließlich auf der Marsoberfläche aufschlüge.
Dennoch würde sich hierfür sicherlich auch eine Lösung finden.
Das letzte Problem wäre nahezu soziologischer Natur. Es könnte durchaus sein, dass in den tieferen Schichten des Mars, geschützt vor der kosmischen Strahlung und den starken Temperaturschwankungen durch den Tag und Nachtwechsel, primitive Lebensformen überlebt haben, von denen wir noch nichts wissen. Der Terraformingvorgang würde dieses außerirdische Leben höchst wahrscheinlich zerstören und wir würden die einmalige Gelegenheit außerirdisches Leben zu beobachten zunichte machen. Daher sollten wir uns sehr sicher sein, bevor wir das Gesicht des Mars evt. für immer verändern.
3. Schluss
Ich hoffe, dass ich dem Leser mit diesem Vortrag einen kleinen Einblick in das höchst interessante Projekt des Terraformings geben konnte. Natürlich ist Terraforming in Wirklichkeit noch weitaus komplizierter und viele der hier geäußerten Annahmen sich rein spekulativer Natur. Dennoch halte ich die am Anfang benannten Problem der Erde für so real, dass ich glaube, dass die Menschen irgendwann den Mars zu ihrem zweiten zu Hause umbauen werden müssen. Bis dahin bedarf es jedoch noch viel Forschung und ich bin mir sicher, dass uns eine spannende Zukunft bevorsteht.
18. Mai.2007
4. Quellen
http://en.wikipedia.org/wiki/Terraforming
http://de.wikipedia.org/wiki/Terraforming
http://de.wikipedia.org/wiki/Mars_%28Planet%29
http://de.wikipedia.org/wiki/Venus_%28Planet%29
http://de.wikipedia.org/wiki/Merkur_%28Planet%29
http://de.wikipedia.org/wiki/Erde
http://de.wikipedia.org/wiki/Sonnensystem
http://en.wikipedia.org/wiki/Solarsystem
http://www.geocities.com/marsterraforming/technicalterraforming.html
http://www.astrobio.de/terraforming.html
http://library.thinkquest.org/11967/terraforming.html
http://www.welt.de/wissenschaft/weltraum/
http://www.celestiamotherlode.net/
http://www.br-online.de/wissen-bildung/artikel/0501/07-erdmagnetfeld/index.xml
Die Videos sind von mir selbst erstellt worden, sowie die Bilder für die für das Referat benötigten Zwecke nachbearbeitet worden.
Sollte ein Bild keine Quellenangabe haben, so ist es ebenfalls von mir selbst erstellt worden.
5. Wissenschaftliche Anhänge:
Wissenschaftlicher Anhang 1:
Die Sonne schickt Strahlen in Richtung Erde. Diese Strahlen haben eine Wellenlänge X. Damit CO2 angeregt wird, das heißt damit es Energie aufnehmen kann, benötigt es eine ganz bestimmte Energie. Doch die Strahlen der Sonne sind zu energiereich und werden daher vom CO2 ignoriert. Nun treffen sie auf die Erdoberfläche und werden von der Erde wieder in Form von Wärmestrahlung abgegeben. Diese Wärmestrahlung hat nun aber die Wellenlänge geändert (Wellenlänge Y), weshalb die Energie der Strahlung genau jener Energie entspricht, die auch die CO2 Molekühle anregt. Dieses nimmt die Energie auf und gibt sie wieder in alle Richtungen ab. Dadurch wird ein Teil allerdings auch wieder zurück zur Erde geworden, anstatt ungehindert in den Weltraum zu entweichen. Je höher also die CO2 Konzentration in der Atmosphäre ist, desto mehr Strahlung gelangt wieder zurück zur Erde und desto wärmer wird es. Dieses Phänomen bezeichnet man als Treibhauseffekt.
Wissenschaftlicher Anhang 2:
„Bohrkerne aus dem Ozeanboden erzählen die Geschichte des Erdmagnetfeldes: In den erkalteten Lavaströmen findet sich Magnetit, das sich beim Erkalten der Lava auf das Magnetfeld der Erde ausrichtet und so diese Information speichert. Durch diese Bohrkerne fand man heraus, dass sich das Erdmagnetfeld schon mehrmals umgepolt hat. Etwa alle 500.000 Jahre wechseln Nord- und Südpol ihre Plätze - zuletzt vor rund 780.000 Jahren.“ (Zitat: http://www.br-online.de/wissen-bildung/artikel/0501/07-erdmagnetfeld/index.xml)