Herbst 2018

Wissenschaft & Umwelt

Interview

Reiseziel: Mars

Was wäre nötig, um unseren Nachbarplaneten zu kolonisieren?

Dan Cloer

Seit die Viking-Raumsonden Mitte der 1970er-Jahre auf dem Mars gelandet sind, hatten wir immer eine Maschinenpräsenz auf der Oberfläche des Planeten. Was muss getan werden, damit ein realer Mensch den Mars betreten kann? Und wäre das der erste Schritt hin zu Kolonien und letztlich dauerhafter Zivilisation? Ein NASA-Ingenieur gibt Antworten.

Die Gesetze der Physik sind klar“, schreibt der theoretische Physiker Michio Kaku; „früher oder später werden wir es mit globalen Krisen zu tun haben, die unsere Existenz selbst bedrohen.“ Ob durch unser eigenes Tun, einen Asteroideneinschlag, einen Ausbruch kosmischer Strahlung oder durch das unvermeidliche Ende der Sonne selbst: Die Bestimmung allen Lebens auf der Erde ist die Auslöschung. Selbst das Sonnensystem wird nicht für immer bestehen; wenn der Brennstoff der Sonne zu Ende geht und sie zu einem roten Riesen anschwillt, wird die Erde in dem Feuerball eingeäschert.

Irgendwann werden wir offenbar weiterziehen müssen. Kaku und andere, die um unsere galaktische Zukunft besorgt sind, empfehlen, wir müssten „eine multiplanetare Spezies“ werden, wenn wir weiter existieren wollten. Doch bisher haben wir nicht viel dafür getan. Die US-Raumfahrtbehörde NASA, schreibt er, sei „als die ,Nirgendwohinfahrt-Behördeʻ kritisiert worden. Ihre Räder drehen sich seit Jahrzehnten, um kühn an Orte zu gehen, wo alle schon gewesen sind“.

Das ist nicht ganz richtig. Die NASA hat unbemannte Raumfahrzeuge zu allen Planeten oder an ihnen vorbei geschickt, sogar über das Sonnensystem hinaus. Voyager I ist inzwischen rund 21 Milliarden Kilometer entfernt. Unsere Lander, Rover und Flybys haben Daten geliefert, die fantastische Details über unsere kosmische Region offenbaren. Dennoch ist es fast 50 Jahre her, dass zum ersten Mal Menschen den Mond betraten – der nur 385.000 Kilometer von uns entfernt ist. Die menschliche Aktivität und Präsenz dort haben sich seither darauf beschränkt, die Internationale Raumstation [International Space Station, ISS] zu bauen und zu bemannen. Die ISS ist ein Wunder an Erfindungsgeist und Zusammenarbeit, aber sie stellt kaum ein „Wegkommen“ dar. Sie umkreist uns in etwa der Entfernung zwischen Paris und Lyon, Las Vegas und Los Angeles oder Chicago und Detroit.

Wir müssen unsere größere Ziele setzen, findet Kaku: „Das Ziel, den Mars zu terraformen, übersteigt unsere heutigen Fähigkeiten, aber die Technologien des 22. Jahrhunderts werden es uns ermöglichen, diese trostlose, gefrorene Einöde in eine bewohnbare Welt umzuformen.“

Natürlich müssen wir erst einmal dort sein.

Der NASA-Ingenieur Humphrey „Hoppy“ Price hat einen Plan. Er räumt ein, dass wir den Mars nicht sehr bald bevölkern werden, aber bis 2039 könnte es möglich sein, dass wir mit unseren Kindern videochatten, die einen Antarktika-ähnlichen Außenposten auf dem Mars bewohnen.

Price ist Chefingenieur des NASA-Roboterprogramms zur Erkundung des Mars. Er war der Projekt-Systemingenieur für die beiden GRAIL-Sonden und Konfigurationsingenieur für Cassini. Darüber hinaus hat er Systementwicklungsstudien für die Mission „Sample Return“ zur Gewinnung von Proben vom Mars sowie verschiedene interplanetarische Robotermissionen geleitet und durchgeführt. Dan Cloer, ein auf Naturwissenschaft spezialisierter Vision-Autor, hat mit ihm gesprochen

Humphrey „Hoppy“ Price ist der Chefingenieur des NASA-Roboterprogramms zur Erkundung des Mars am Jet Propulsion Laboratory in Pasadena, Kalifornien.

DC Mir ist aufgefallen, dass eines der ersten Dinge, die Sie in Ihrem Projektplan für die Erkundung des Mars ansprachen, die Einhaltung des Budgets war. Der Fortschritt hängt wohl von den Aufwendungen ab.

HP Für die bemannten Projekte wie auch die Planetenerkundungsprojekte sind die Budgets über die letzten 30 Jahre zum Glück stabil geblieben. Das hat ein Marsprogramm mit allen Erkundungsschritten ermöglicht: Sojourner, Spirit, Opportunity, Curiosity und jetzt der Rover von 2020, und hoffentlich können wir mit Sample Return weitermachen. Das ist ein langfristiges, stabil finanziertes Programm. Wir haben das bemannte Programm mit dem Shuttle über viele Jahre fortgeführt. Wir konnten die Raumstation über 20 Jahre aufbauen und aufrechterhalten. All das ist sehr positiv. Wir müssen einfach weitermachen.

DC Die bemannte Erkundung des Mars, die Sie skizzieren, baut auf all diesen Schritten auf; was da erreicht wurde, macht die nächsten Schritte möglich. Ist das Ziel die Kolonisierung des Mars?

HP An Kolonisierung denkt die NASA eigentlich nicht; eine Hauptstoßrichtung ist jetzt die Erkundung des Mars. Dazu würde gehören, eine semipermanente Basis einzurichten – etwas wie Antarktika, wo man rotierende internationale Besatzungen hat. Aber die NASA denkt nicht daran, dass Familien dort hinziehen, Babys bekommen und eine richtige Kolonie werden. Eigentlich ist nicht einmal Antarktika bisher kolonisiert. Es gibt eine Basis dort, und sie ist dauerhaft bewohnt. Aber niemand bekommt dort Babys oder zieht Kinder groß.

So haben wir, nur um die bemannte Erkundung des Mars unter den aktuellen Finanzierungsbedingungen zu starten, eine Beispielarchitektur entwickelt, die zeigen soll, dass es machbar ist zu beginnen, Besatzungen dorthin zu bringen, damit sie allmählich eine Basis aufbauen.

DC Sehen Sie das als eine Art regenerativen Lebensraum, etwas wie eine Biosphäre, wo Nahrungsmittelerzeugung und Recycling möglich wären?

HP Die NASA hat diese Art selbstversorgende Kolonie ins Auge gefasst, aber es wird derzeit nicht aktiv daran geforscht. Wir konzentrieren uns mehr auf die Erkundung in näherer Zukunft. Nach einigen Missionen hätten wir genug Oberflächensysteme aufgebaut (und genug Vertrauen zu ihnen), um sie dauerhaft zu bemannen. Es wäre eher wie eine Raumstation, wo einige Mitglieder länger bleiben und andere schneller zurückkommen. Wir könnten so weit kommen, dass auf dem Mars immer jemand ist, aber nicht eine Person auf Dauer; alle würden irgendwann zurückkommen.

Wir haben tatsächlich Pläne und Experimente für die Nahrungsmittelerzeugung dort. Das ist einer der ersten Schritte – Nahrungsmittel erzeugen zu können. Es wäre sehr wichtig für die Moral der Besatzung, frische Nahrungsmittel zu haben und zu sehen, wie etwas wächst; es wäre sowohl psychisch als auch gesundheitlich von Vorteil.

Die NASA will also in der Tat dahin kommen, dass der Mars dauerhaft bewohnt ist, dass einige Nahrungsmittel produziert werden, dass Energie erzeugt wird und dass auch dort vorhandene Ressourcen genutzt würden – z. B. das Kohlendioxid aus der Atmosphäre für die Herstellung von atembarem Sauerstoff und die Gewinnung von Wasser zum Trinken, zum Anbau von Pflanzen und zur Herstellung von Treibstoff.

DC Hat der Bau der Internationalen Raumstation geholfen zu verstehen, wie man eine Mission zum Mars bewerkstelligt?

HP Ja, in mehrfacher Hinsicht. Zum einen war die internationale Zusammenarbeit wirklich wichtig, ein so großes Projekt anzugehen. Sie wurde über 20 Jahre aufgebaut und hat allein die USA über 100 Milliarden Dollar gekostet, und zweistellige Milliardenbeträge kamen von ausländischen Partnern hinzu. Das entspricht etwa dem, was für Missionen zum Mars nötig sein wird. Das Zwanzigjahresbudget der NASA für die bemannte Raumfahrt bleibt bei rund 100 Milliarden Dollar – etwa fünf Milliarden pro Jahr. Dass die Raumstation existiert, beweist, dass die amerikanische Öffentlichkeit über lange Zeit interessiert bleibt und das Raumfahrtprogramm weiter finanziell unterstützen kann.

Wir finden die Raumstation immer noch spannend, und Missionen zum Mars wären sogar noch spannender.“

Hoppy Price

DC Es gibt Bedenken, dass wir, wenn wir wirklich zum Mars kommen, den Planeten mit Mikroorganismen von der Erde kontaminieren werden, und dass dies seine Zukunft und auch unser Verständnis von seiner Vergangenheit verändern könnte. Wie sieht die NASA diese Möglichkeit?

HP Letztes Jahr kam in den Nachrichten eine Menge über die Wahl einer Planetenschutzbeauftragten bei der NASA, aber das ist eigentlich nichts Neues, denn wir haben diese Funktion schon seit Jahrzehnten. Ich bin der Chefingenieur des Roboterprogramms zur Erkundung des Mars; und für alle unsere Landesonden haben wir bestimmte Reinheitsvorschriften. Wir arbeiten mit der Planetenschutzbeauftragten zusammen, um sicher zu sein, dass wir nicht mit Mikroorganismen von der Erde potenzielles Leben auf dem Mars kontaminieren.

Sehr ernst nehmen wir auch den Umgang mit Mikroorganismen vom Mars, die wir zur Erde zurückbringen könnten. Wenn wir eine „Sample Return“-Mission machen, um Proben vom Mars zu holen, wollen wir sicherstellen, dass wir die Erde vor möglichen Pathogenen schützen, die wir vom Mars mitbringen könnten – so unwahrscheinlich das sein dürfte.

Der Rover, den wir jetzt im Jet Propulsion Laboratory für die Mission von 2020 bauen, ist mit Sterilisationsmaßnahmen versehen, sodass, wenn wir Proben vom Mars nehmen, nicht schon Mikroorganismen von der Erde da sind. Für den Fall, dass wir Proben zurückbringen, entwickeln wir Technik, die sicherstellt, dass wir die Kontaminationskette unterbrechen. Das heißt, der Behälter mit Mars-Material, den wir zurückbringen, ist komplett und redundant versiegelt und außen vollkommen steril, sodass es unbedenklich ist. Dann würde er zu einer speziellen Einrichtung auf der Erde kommen, die in der Lage ist, ihn zu öffnen und das Material so zu schützen, dass nichts davon in die Umwelt entweichen kann. Unsere Planung für Mars Sample Return umfasst eine Menge Vorsichtmaßnahmen.

Das Material, das wir bei der Mission 2020 tatsächlich sammeln werden, ist trocken und tot. Es war über Jahrmilliarden Strahlungen von der Sonne und dem Weltraum ausgesetzt. Deshalb ist es äußerst unwahrscheinlich, dass in dem Material, das wir zurückbringen, irgendwelche Pathogene sein könnten. Die Gefahren wären, wenn überhaupt, in Regionen, wo es Wassereis gibt, oder tief unter der Oberfläche.

Bei bemannten Missionen zum Mars werden, wo immer wir in unseren Raumanzügen herumstapfen, unsere Mikroorganismen potenziell in die Umwelt entweichen. Aber noch einmal, das wird auf der Oberfläche sein, wo Bedingungen für Leben nicht möglich scheinen. Wenn diese Mikroorganismen nicht in lebensfreundlichere Umgebungen gelangen könnten, würde also nichts passieren. Wir wollen ohnehin nicht, dass jemand in die Nähe dieser Regionen geht.

Und wenn Leute vom Mars zurückkommen, werden wir sicher sein wollen, dass sie keine Pathogene an sich haben. Deshalb wird für Maßnahmen auf der Erde gesorgt – und auf dem Heimweg werden sie über Monate effektiv in Quarantäne sein.

Meine persönliche Meinung ist, dass die Wahrscheinlichkeit von Leben auf der Marsoberfläche etwa die gleiche ist wie auf der Mondoberfläche. Wir sehen das als eine Art selbst sterilisierende Umgebung.

DC Wird mit der Mission von 2020 eine neue Methode eingeführt, um auf dem Mars Proben zu sammeln?

HP Ja, 2020 hat tatsächlich einen Kernbohrer zur Entnahme von Proben aus Fels und Boden zum Inhalt. Die Bohrkerne werden in kleine, sterile Röhren innerhalb des Rovers verpackt. Danach gibt es mehrere Optionen: Ein Teil des Probenmaterials kann von dem Rover untersucht werden, einige Röhren könnten im Rover gelagert und einige auf der Oberfläche gelassen und von einer späteren Mission mitgenommen werden. Eine solche holt sie von der Oberfläche ab oder hat vielleicht ein Rendezvous mit dem 2020-Rover und bringt die Proben auf dem Rückweg zur Erde mit.

DC Wie sind die Aussichten auf Terraforming – den Mars nach dem Bild der Erde umzuformen? Arbeitet die NASA an diesen Vorstellungen, auf dem Mars einen neuen Treibhauseffekt, einen Wasserzyklus aufzubauen? Oder ist das nur interessante Science-Fiction?

HP Das ist sozusagen eine Science-Fiction-Vorstellung von ganz weit draußen. Aber die NASA wendet durchaus ein wenig Zeit für Untersuchungen über all diese weit entfernten Dinge auf. Diese Vorstellungen gehören aber nicht zur Hauptstoßrichtung, dem Programm der bemannten Erkundung.

Realistischerweise würde Terraforming auf dem Mars, selbst wenn es möglich wäre, mit jeder Art Mechanismus, die wir uns vorstellen können, Hunderte von Jahren dauern.“

Hoppy Price

Die Vorstellung, die Marsatmosphäre langsam zu verändern – vielleicht durch eine Art künstlich erschaffener Mikroorganismen, die über viele Jahrzehnte in der Umgebung wachsen und eine Ressource aus dem Boden nutzen könnten, um sie in die Luft zu bringen – scheint weit hergeholt zu sein. Einige Leute haben Sofortlösungen vorgeschlagen, z. B. an den Polen Wasserstoffbomben zu zünden und einen Haufen Zeug in die Atmosphäre zu bringen, um Wasser freizusetzen und den Planeten zu erwärmen. So etwas ist ein riskantes Unterfangen; es wäre ziemlich schwer vorauszusagen, was geschehen würde.

Ein realistisches Terraforming wäre ein weit langsamerer, gut durchdachter, gut erforschter und gut getesteter Prozess. Ich glaube nicht, dass wir so etwas in der Lebenszeit der Enkel unserer Kinder sehen werden.

DC Meines Wissens hat der Mars seine ursprüngliche Atmosphäre verloren. Was wäre notwendig, damit er eine neue Atmosphäre hält?

HP Eine unserer Orbitersonden, die jetzt den Mars umkreisen – MAVEN –, hat sehr viel an der Frage geforscht, warum der Mars seine Atmosphäre überhaupt verloren hat. Einige Arbeiten zeigen, dass er es wegen seiner geringen Gravitation schwer hat, eine Atmosphäre zu halten, und dass der Sonnenwind die Atmosphäre wohl mit der Zeit wegweht.

So scheint es, dass der Mars einmal eine dicke Atmosphäre hatte; er war bewohnbar, hatte Wasser und eine höhere Temperatur, vielleicht über Hunderte von Jahrmillionen. Doch irgendwann hat er sie verloren. Vielleicht könnte Terraforming sie zurückbringen, und sie könnte über Jahrmillionen wieder stabil sein, besonders wenn uns etwas einfiele, das dem Tempo des Schwundes entgegenwirkt. Aber langfristig hält der Mars seine Atmosphäre nicht selbstständig fest. Wenn man nicht aktiv dagegen arbeiten würde, würde selbst eine neue Atmosphäre abgetragen und verschwinden.

DC Es klingt nicht so, als würde der Mars das Rettungsboot für die Spezies Mensch.

HP Selbst wenn man den Mars nicht terraformen kann, könnte man dort theoretisch geschlossene Umweltsysteme mit den vorhandenen Materialien aufbauen. Der Vorteil ist, dass es Kohlendioxid gibt, reichlich Wasser in Form von Eis und wie auf der Erde eine Tageslänge von etwa 24 Stunden, an die unsere Biologie gewöhnt ist. Das ist ein großes Plus. Aber einer der Nachteile ist die geringe Schwerkraft – nur etwa ein Drittel der Erdanziehung.

Ein großes Risiko, das nach meinem Eindruck nicht genug untersucht worden ist, ist das Problem Schwerkraft und Entwicklung; kann sich ein menschliches Embryo bei 0,3 Gravitation entwickeln?“

Hoppy Price

Schauen Sie, wie es Astronauten geht, die lange Schwerelosigkeit erleben: Sie haben Kreislaufprobleme, ihre Augäpfel verformen sich, weil sich der Druck verändert, wenn der Körper nicht durch Schwerkraft nach unten gezogen wird. Alle diese Systeme – Knochenstruktur, Organe, Kreislaufsystem – sind so angelegt, dass sie bei 1 g im Gleichgewicht sind. Bei 0,3 g würden Erwachsene wahrscheinlich zurechtkommen, aber ein Embryo oder ein Kleinkind – wie würden die zurechtkommen? Ich glaube nicht, dass jemand die Antwort kennt.

DC Das klingt nach einem guten Experiment für die Internationale Raumstation.

HP Ja, aber man bräuchte eine neuartige Raumstation mit künstlicher Schwerkraft. Ich glaube nicht, dass sich ein Säugetier bei null Gravitation überhaupt entwickeln könnte. Wir müssen eine rotierende Raumstation haben, die diese 0,3 g erzeugt, und dann Tiere da hochschicken und schauen, wie es ihnen ergeht.

DC Was Sie sagen, unterstreicht die Tatsache, dass es viele Details gibt (die offensichtlich erscheinen, sobald man sie anspricht), die es sehr schwierig, wenn nicht unmöglich machen, einen anderen Planeten zu kolonisieren und tatsächlich zu bewohnen.

HP Eine wirklich praktische Methode, den Mars zu erkunden, ist erst kriechen, bevor man geht, erst gehen, bevor man rennt, und erst rennen, bevor man auf Mars-Autobahnen fährt. Die Leute wollen Sprünge nach vorn machen – von der Erde auswandern und auf dem Mars leben –, aber es müssen so viele Schritte getan werden. Der erste Schritt ist einfach die grundlegende Erkundung des Mars durch Menschen. Dann eine dauerhaftere Basis, die wie gesagt in etwa so aussieht wie unsere heutigen Standorte auf Antarktika. Man muss sich fragen, warum haben wir Antarktika nicht kolonisiert? Es ist ja da; es wäre sehr viel einfacher als den Mars zu kolonisieren.

DC Sicher, aber Menschen dort zu haben wird uns nicht vor der atomaren Auslöschung retten, dem Selbstmord der Menschheit. Wenn wir unseren Planeten zugrunde richten oder schlimme Ereignisse kommen (so das Argument), müssen wir weg von hier.

HP Aber welches Katastrophenszenario man sich auch denken kann – Atomkrieg, ein Asteroid, der uns trifft, irgendeine furchtbare Seuche, die sich überall ausbreitet –, man ist immer noch besser dran in irgendeinem Schutzraum hier auf der Erde, wo einige Menschen überleben können. Wenn das getan wird, gibt es auf der Erde immer weit mehr Ressourcen als irgendwo sonst im Sonnensystem.

Wenn man einen Schutzraum hat, um nach dem so gefürchteten Ereignis, was es auch sein mag, hier zu überleben, dann hat man Luft, Wasser, angenehme Temperaturen und 1 g. Hier ist alles günstig für Menschen. Mein Eindruck ist, dass der Ort zum Überleben, das Rettungsboot, die Erde ist. Denn welches Ereignis man auch postuliert, wenn dieses Ereignis vorüber ist, wird die Erde noch immer der beste Ort für Menschen sein.