In der Oberschule zeigte uns mein Biologielehrer den Science-Fiction-Film "Star Trek III: The Search for Spock." Die Handlung des Films faszinierte mich, besonders die Darstellung des "Genesis-Projekts" – einer Technologie, die eine tote außerirdische Welt in einen lebenden Planeten verwandelte.

Nach dem Film bat uns der Lehrer, einen Aufsatz über diese Technologie zu schreiben. Ist es realistisch? Ethisch? Und, in Übereinstimmung mit Spocks Logik: Ergibt es Sinn? Diese Aufgabe beeindruckte mich tief.

Heute entwickle ich als Ingenieur und Professor Technologien, um die menschliche Präsenz über die Erde hinaus auszudehnen. Ich arbeite an fortschrittlichen Antriebssystemen, die Raumfahrzeugen Reisen über die Erdumlaufbahn hinaus ermöglichen werden. Außerdem bin ich an der Entwicklung von Technologien für den Bau auf dem Mond beteiligt und unterstütze damit das Ziel der NASA, eine langfristige menschliche Präsenz auf dem Mond zu etablieren. Ich war Teil eines Teams, das gezeigt hat, wie man Wohnstrukturen auf dem Mars in 3D drucken kann.

Das Aufrechterhalten des Lebens außerhalb der Erde erfordert viel Zeit, Energie und Vorstellungskraft. Trotzdem arbeiten Ingenieure und Wissenschaftler bereits an der Lösung vieler Herausforderungen.

Grundlegende Anforderungen: Nahrung, Wasser, Unterkunft, Luft
Nach dem Mond ist der Mars das nächste logische Ziel für eine menschliche Besiedlung. Aber ist es möglich, den Mars zu terraformen – ihn so zu verändern, dass er der Erde ähnelt und Leben unterstützt? Oder ist das nur Science-Fiction?

Für das Leben auf dem Mars werden Menschen flüssiges Wasser, Nahrung, Unterkunft und eine Atmosphäre mit genügend Sauerstoff zum Atmen benötigen, die dicht genug ist, um Wärme zu speichern und vor der Sonnenstrahlung zu schützen. Doch die Marsatmosphäre besteht fast vollständig aus Kohlendioxid, mit fast keinem Sauerstoff. Sie ist auch sehr dünn – nur etwa 1% der Dichte der Erdatmosphäre.

Je dünner die Atmosphäre, desto weniger Wärme kann sie speichern. Die Erdatmosphäre ist dicht genug, um dank des Treibhauseffekts genügend Wärme zu speichern, um Leben zu erhalten. Auf dem Mars ist die Atmosphäre jedoch so dünn, dass die Nachttemperaturen routinemäßig auf -101 Grad Celsius fallen.

Wie schafft man eine Atmosphäre auf dem Mars?
Obwohl der Mars derzeit keine aktiven Vulkane hat – zumindest soweit wir wissen – könnten Wissenschaftler vulkanische Ausbrüche mit Nuklearexplosionen auslösen. Gase, die tief im Vulkan eingeschlossen sind, würden freigesetzt und sich dann in der Atmosphäre verteilen. Aber dieser Plan ist ziemlich riskant, da die Explosionen auch tödliches radioaktives Material in die Atmosphäre einbringen würden.

Eine bessere Idee ist die Umleitung von wasserreichen Kometen und Asteroiden, um auf dem Mars zu stürzen. Dies würde auch Gase aus dem Marsuntergrund in die Atmosphäre freisetzen, während das Wasser aus den Kometen die Marsoberfläche zusätzlich anreichern würde. Die NASA hat bereits bewiesen, dass es möglich ist, Asteroiden umzuleiten – aber um einen signifikanten Einfluss zu erzielen, müssen größere und zahlreichere Asteroiden umgeleitet werden.

Einen angenehmen Mars schaffen
Es gibt viele Möglichkeiten, den Planeten zu erwärmen. Zum Beispiel könnten riesige Spiegel, die im Weltraum gebaut und in die Umlaufbahn um den Mars gebracht werden, Sonnenlicht auf die Oberfläche reflektieren und sie erwärmen.

Eine kürzlich durchgeführte Studie schlug vor, dass Marskolonisten Aerogel, ein ultraleichtes festes Material, auf den Boden ausbreiten könnten. Aerogel würde als Isolierung wirken und Wärme speichern. Dies könnte auf dem ganzen Mars angewendet werden, einschließlich der polaren Eiskappen, wo Aerogel vorhandenes Eis schmelzen und flüssiges Wasser erzeugen könnte.

Für den Anbau von Nahrungsmitteln wird Erde benötigt. Auf der Erde besteht Boden aus fünf Komponenten: Mineralien, organische Substanzen, lebende Organismen, Gase und Wasser. Der Mars ist jedoch mit einer Schicht aus losem, pulverigem Material bedeckt, das als Regolith bezeichnet wird. Denken Sie daran wie an marsianischen Sand. Regolith enthält wenige Nährstoffe, nicht genug für ein gesundes Pflanzenwachstum, und enthält gefährliche Chemikalien namens Perchlorate, die auf der Erde in Feuerwerkskörpern und Sprengstoffen verwendet werden.

Die Reinigung von Regolith und seine Umwandlung in etwas, das für den Anbau von Pflanzen geeignet ist, wäre nicht einfach. Marsboden benötigt eine Art Dünger, möglicherweise hergestellt durch die Zugabe von Extremophilen – widerstandsfähigen Mikroben von der Erde, die auch unter den härtesten Bedingungen überleben können. Genetisch veränderte Organismen sind ebenfalls eine mögliche Option.

Durch Photosynthese würden diese Organismen beginnen, Kohlendioxid in Sauerstoff umzuwandeln. Mit der Zeit, wenn der Mars für lebensähnliche Organismen geeigneter wird, könnten Kolonisten komplexere Pflanzen und sogar Tiere einführen.

Die Sicherstellung des richtigen Verhältnisses von Sauerstoff, Wasser und Nahrung ist äußerst komplex. Auf der Erde haben Wissenschaftler versucht, dies in der Biosphäre 2, einem geschlossenen Ökosystem, das Ozeane, tropische und Wüstenlebensräume enthält, zu simulieren. Obwohl alle Umgebungen in der Biosphäre 2 kontrolliert sind, kämpfen Wissenschaftler immer noch damit, das richtige Gleichgewicht zu erreichen. Mutter Natur weiß wirklich, was sie tut.

Ein Haus auf dem Mars
Gebäude könnten im 3D-Druckverfahren hergestellt werden; anfangs müssten sie unter Druck stehen und geschützt werden, bis der Mars die Temperaturen und die Atmosphäre der Erde erreicht. Das NASA-Programm Moon-to-Mars Planetary Autonomous Construction Technologies untersucht, wie dies erreicht werden kann.

Es gibt viele weitere Herausforderungen. Zum Beispiel hat der Mars im Gegensatz zur Erde keine Magnetosphäre, die den Planeten vor Sonnenwinden und kosmischer Strahlung schützt. Ohne ein Magnetfeld dringt zu viel Strahlung durch die Atmosphäre, als dass Lebewesen gesund bleiben könnten. Es gibt Möglichkeiten, ein Magnetfeld zu schaffen, aber die Wissenschaft ist noch sehr spekulativ.

Tatsächlich liegen alle beschriebenen Technologien weit über den aktuellen Fähigkeiten auf dem für die Terraformierung des Mars erforderlichen Niveau. Die Entwicklung dieser Technologien würde enorme Mengen an Forschung und Geld erfordern, wahrscheinlich viel mehr, als in naher Zukunft möglich ist. Während das Genesis-Gerät aus "Star Trek III" einen Planeten in wenigen Minuten terraformieren könnte, würde die Terraformierung des Mars Jahrhunderte oder sogar Jahrtausende dauern.

Und es gibt viele ethische Fragen zu klären, bevor Menschen damit beginnen, den Mars in eine weitere Erde zu verwandeln. Ist es richtig, solche drastischen, dauerhaften Veränderungen an einem anderen Planeten vorzunehmen?

Wenn Sie all dies enttäuscht, seien Sie es nicht. Während Wissenschaftler Innovationen zur Terraformierung des Mars schaffen, werden wir sie auch nutzen, um das Leben auf der Erde zu verbessern. Erinnern Sie sich an die Technologie, die wir entwickeln, um Wohnstrukturen auf dem Mars im 3D-Druckverfahren herzustellen? Ich bin derzeit Teil einer Gruppe von Wissenschaftlern und Ingenieuren, die dieselbe Technologie verwenden, um hier auf der Erde Häuser zu drucken – was dazu beitragen wird, den globalen Wohnungsmangel zu lösen.

Grüße, neugierige Kinder! Haben Sie eine Frage, auf die ein Experte antworten soll? Bitten Sie einen Erwachsenen, Ihre Frage an CuriousKidsUS@theconversation.com zu senden. Bitte geben Sie Ihren Namen, Ihr Alter und die Stadt an, in der Sie leben.

Und da Neugierde kein Alter kennt – Erwachsene, lassen Sie uns wissen, was Sie interessiert. Wir werden nicht jede Frage beantworten können, aber wir werden unser Bestes tun.

Original:
Sven Bilén
Professor für Ingenieurdesign, Elektrotechnik und Luft- und Raumfahrttechnik, Penn State