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Astronomie+Physik

Aerogel-Decken für Leben auf dem Mars

Aufnhame einer Eislagerstätte auf dem Mars. Im Sommer erzeugt ein Festkörper-Treibhauseffekt lokale Wärmestellen unter dem Eis, die als dunkle Flecken sichtbar werden. (Bild: Harvard SEAS)

Es herrscht extremer Frost, es gibt kein flüssiges Wasser – stattdessen wird die Marsoberfläche von harter UV-Strahlung geflutet: Bei diesen Bedingungen ist Leben, wie wir es kennen, nicht möglich. Wie könnte der Mensch dies ändern? Dazu präsentieren Forscher nun ein neues Konzept: Statt die gesamte Marsatmosphäre durch kompliziertes Terraforming zu verändern, wollen sie bestimmte Bereiche mit „Wärmedecken“ aus transparentem Silikat-Aerogel überziehen. Darunter könnte ein Treibhauseffekt photosynthetischen Organismen von der Erde das Leben ermöglichen.

Es ist eine Vorstellung, die die Fantasie beflügelt: Könnte man den Mars nicht so verändern, dass der frostige Wüstenplanet ergrünt und eines Tages sogar Menschen als Heimat dienen kann? Erstmals wissenschaftlich hat sich Carl Sagan mit der Möglichkeit beschäftigt, den Mars durch sogenanntes Terraforming lebensfreundlich zu gestalten. In einer Veröffentlichung von 1971 ging er dem Denkansatz nach, zu diesem Zweck die polaren Eiskappen des Mars gezielt verdampfen zu lassen. Dies könnte die Atmosphäre des Mars soweit verdichten, dass ein Treibhauseffekt entsteht, der flüssiges Wasser ermöglicht, so die Vorstellung.

Mittlerweile haben allerdings Untersuchungen ergeben, dass diese Methode den Luftdruck auf dem Mars nicht genügend erhöhen könnte, um einen ausreichenden Erwärmungseffekt zu gewährleisten. Mit anderen Worten: Den gesamten Mars durch umfangreiche Maßnahmen in eine lebensfreundliche Welt zu verwandeln, scheint kaum praktikabel. Dem Konzept dieses planetaren Terraformings setzen die Forscher um Robin Wordsworth von der Harvard University in Cambridge deshalb nun ein eher regionales Konzept entgegen.

Ein natürliches Phänomen diente als Inspiration

Wie sie berichten, ließen sie sich bei der Entwicklung ihrer Idee von einem Phänomen inspirieren, das auf dem Mars natürlicherweise auftritt, und zwar im Polarbereich. Im Gegensatz zu den Polkappen der Erde bestehen die Mars-Eiskappen aus einer Kombination von Wassereis und gefrorenem Kohlendioxid. Wie die Forscher erklären, lässt gefrorenes CO2 – wie auch seine gasförmige Form – Sonnenlicht passieren und speichert dann die Wärme. Im Sommer erzeugt dieser Festkörper-Treibhauseffekt lokale Wärmestellen unter dem Eis, die als dunkle Flecken sichtbar werden.

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„Dieses Phänomen animierte uns dazu, über Festkörper-Treibhauseffekte nachzudenken und darüber, wie sie zur Schaffung lebensfreundlicher Umgebungen auf dem Mars genutzt werden könnten“, sagt Wordsworth. Konkret ging es um die Frage, welche Materialien für größere Abdeckungen in Frage kommen könnten. Die optimale Substanz müsste leicht, einfach herstellbar, stark wärmeisolierend und dennoch lichtdurchlässig sein.

So kamen die Forscher auf die Silikat-Aerogele. Es handelt sich dabei um extrem poröse Festkörper, die sozusagen fast nur aus Luft bestehen und dadurch extrem leicht, wärmedämmend und dennoch stabil sein können. Darüber hinaus kann das Gerüst aus Silikat sichtbares Licht für die Photosynthese passieren lassen, gleichzeitig aber die gefährliche ultraviolette Strahlung blockieren. Ein wichtiger Punkt ist auch: Entsprechende Materialien werden bereits bei verschiedenen technischen Anwendungen eingesetzt.

Schildkonstruktionen unter denen es grünen könnte

Mit diesem Material könnten auf dem Mars weiträumige Kuppelkonstruktionen oder geschlossene Biosphären gebaut werden, sagen die Forscher. „Silikat-Aerogel ist ein vielversprechendes Material, weil es passiv wirkt“, sagt Co-Autorin Laura Kerber vom California Institute of Technology in Pasadena. „Es würde keine große Menge an Energie oder Wartung erfordern, um einen Bereich über lange Zeiträume warmzuhalten. Ein entsprechendes System zur Schaffung kleiner lebensfreundlicher Inseln würde es uns ermöglichen, den Mars auf kontrollierte und skalierbare Weise zu transformieren“, so die Wissenschaftlerin.

Durch Modelle und Experimente, die Bedingungen auf der Marsoberfläche imitierten, konnten die Forscher dokumentieren, dass eine zwei bis drei Zentimeter dicke Schicht aus Silikat-Aerogel ausreichend sichtbares Licht für die Photosynthese durchlässt, gefährliche ultraviolette Strahlung blockiert und die Temperaturen dauerhaft über dem Schmelzpunkt von Wasser halten kann. Für die Konstruktion von Schilden aus Silikat-Aerogel kommen den Forschern zufolge mittlere Breiten des Mars in Frage, in denen es Wassereisvorkommen im oberflächennahen Bereich gibt und wo möglichst wenig Staubstürme auftreten.

Das Potenzial ihres futuristisch wirkenden Konzepts wollen die Forscher nun weiter ausloten: Sie planen es in marsähnlichen Klimazonen der Erde zu testen – wie den trockenen Tälern der Antarktis oder Chiles. Abschließend betonen die Forscher allerdings: Was Pläne zu einer lebensfreundlichen Umgestaltung größerer Bereiche des Mars betrifft, gibt es möglicherweise grundlegende philosophische und ethische Fragen zu bedenken. Bisher gibt es zwar keine Anzeichen für Lebensformen auf dem Mars – es scheint aber möglich, dass es dort im Verborgenen Organismen gibt. „Wenn wir irdisches Leben auf dem Mars gedeihen lassen wollen, müssen wir uns mit dieser Möglichkeit auseinandersetzen“, sagt Wordsworth. Konkret steht also die Frage im Raum, inwieweit wir potenzielles Marsleben schützen sollten.

Quelle: Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences, Nature Astronomy, doi: 10.1038/s41550-019-0813-0

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