Weltraum
Die Atmosphäre des Mars finden – Das Verständnis vergangener Ereignisse ist der Schlüssel zur Realisierung der Kolonisation
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Die Weltraumerforschung ist eine Billionen-Dollar-Gelegenheit. Laut Schätzungen von McKinsey, wird die globale Raumfahrtwirtschaft bis 2035 (inflationsbereinigt) 1,8 Billionen Dollar erreichen, gegenüber 630 Milliarden Dollar im Jahr 2023.
Einer der Höhepunkte, der Investoren dazu bewegt, auf den Zug der Weltraumerforschung aufzuspringen, ist die Kolonisation des Mars. Der Anstieg des wissenschaftlichen Wissens und der Daten über den Mars und sein Verhalten hat zu mehr Studien geführt, die sich auf mögliche Bauvorhaben auf dem Mars konzentrieren. Doch bevor wir tiefer in die neuesten Forschungen zum Verständnis des Mars eintauchen, lassen Sie uns einen kurzen Überblick darüber erhalten, wie sich die Marsmission im Laufe der Zeit entwickelt hat.
Eine kurze Geschichte wichtiger Missionen zum Mars
Mehr als vor fünf Jahrzehnten, im Jahr 1965, erreichte die NASA-Mariner 4 den Mars und schickte 21 Fotos des Planeten zurück zur Erde. Sechs Jahre später, 1971, gelang dem sowjetischen Mars‑3-Lander eine weiche Landung auf dem Mars. Im selben Jahr entdeckte die NASA-Mariner 9 Vulkane und das Valles Marineris und, während sie Tausende von Fotos aufnahm, sandte sie schließlich aus der Marsumlaufbahn zurück.
Quelle: NASA
1976 kamen Viking 1 und Viking 2 zum Mars und setzten ihre Lander auf die Oberfläche. Während jedes Raumfahrzeug sicher jahrelange Daten zurücksenden konnte, konnten sie das Vorhandensein von Mikroorganismen auf dem Mars nicht beweisen.
Nach 1976 dauerte es über zwei Jahrzehnte, bis ein bedeutender Durchbruch in der Marsmission erzielt wurde. 1997 landeten der NASA‑Pathfinder‑Lander und der Sojourner‑Rover auf der Marsoberfläche.
Quelle: Research Gate
2001 begann die NASA‑Mars‑Odyssey . Bisher war sie eines der bedeutendsten Projekte, das sich auf den Mars konzentriert, mit mehr als zwei Jahrzehnten der Datenübermittlung vom Roten Planeten zur Erde.
Reisen zum Mars beschränken sich nicht nur auf die Bemühungen der Vereinigten Staaten. Viele andere Länder haben in den nachfolgenden Jahren den Weg eingeschlagen. Zum Beispiel erreichte Indiens Orbiter-Mission 2014 den Mars. 2021 kam die erste interplanetare Mission der VAE, der Hope Orbiter, zum Mars. 2021 erreichte Chinas Tianwen‑1-Mission die Umlaufbahn. Drei Monate später war China erfolgreich bei der Bereitstellung des Landers und Rovers.
Heute sind zahlreiche Länder und Unternehmen stark in ihren jeweiligen Missionen engagiert, den Mars besser zu verstehen. Renommierte Forschungsorganisationen geben ebenfalls ihr Bestes. Eine davon ist die von MIT durchgeführte Mission, deren neueste Studie zeigt, dass die fehlende Atmosphäre des Mars möglicherweise nicht wirklich ‘fehlend’ ist. Sie könnte im offenen Blickfeld verborgen sein.
Das Rätsel um die ‘fehlende Atmosphäre’ des Mars
Um streng wissenschaftlich zu sprechen, die Studie, veröffentlicht von Joshua Murray und Oliver Jagoutz, quantifizierte die Auswirkungen ultramafischer Alteration auf den Kohlenstoffkreislauf des frühen Mars.
Sie berechneten die Fähigkeit von Tonen aus der Noachischen Ära, organischen Kohlenstoff zu speichern. Ihre Berechnungen, deren numerischer Teil wir später sehen werden, könnten helfen, das Volumen des Reservoirs zu berechnen, das als Energiequelle für Langzeitmissionen verwendet werden würde. Die Ergebnisse der Studie zeigten zudem die Kontrolle von Wasser‑Gestein‑Reaktionen auf die atmosphärische Entwicklung von Planeten.
Während all das für den normalen Menschen zu wissenschaftlich klingen mag, was die Wissenschaftler in ihrer Studie vorschlugen, war, dass ein großer Teil der fehlenden Marsatmosphäre in der tonbedeckten Kruste des Planeten eingeschlossen sein könnte. Weiterführend zur Herkunft des Phänomens hoben die Wissenschaftler die Möglichkeit hervor, dass Wasser, während es noch auf dem Planeten vorhanden war, durch bestimmte Gesteinsarten sickte und eine langsame Kettenreaktion auslöste, die nach und nach Kohlendioxid aus der Atmosphäre zog und in Methan umwandelte.
Methan war die Form von Kohlenstoff, die für Äonen auf der tonbedeckten Oberfläche des Planeten gespeichert bleiben konnte. Das nützlichste Ergebnis dieser Forschung für die wissenschaftliche Gemeinschaft, die an Mars interessiert ist, war die Möglichkeit, dass dieser eingeschlossene Marskohlenstoff zurückgewonnen und in Treibstoff umgewandelt werden könnte, um zukünftige Missionen zwischen Mars und Erde zu betreiben.
Laut Studienautor Oliver Jagoutz, Professor für Geologie am MIT Department of Earth, Atmospheric and Planetary Sciences (EAPS):
“Dieses Methan könnte noch vorhanden sein und vielleicht sogar in Zukunft als Energiequelle auf dem Mars genutzt werden.”
Die Bedeutung, die Geschichte des Planeten zu kennen
Während die Forschung und ihre Ergebnisse großes Potenzial für unsere Zukunft bieten, hätte der Durchbruch nicht erreicht werden können, wenn die Wissenschaftler die Geschichte und Zusammensetzung des Planeten nicht studiert hätten.
Bemühungen, diese Geschichte aufzudecken, führten zu mehreren entscheidenden Erkenntnissen. Zum Beispiel deuteten einige Fernerkundungen der Marsoberfläche darauf hin, dass zumindest ein Teil der Kruste ultramafische magmatische Gesteine enthält. Der Prozess der Bildung dieser Gesteine war ähnlich dem, was zur Produktion von Smektiten auf der Erde führte.
Smektit – ein Oberflächen‑Tonmineral – ist dafür bekannt, ein äußerst effektiver Kohlenstofffänger zu sein. Ein einzelnes Smektitkorn verfügt über zahlreiche Falten, in denen Kohlenstoff über Milliarden von Jahren ungestört verweilen kann.
Die Auswirkungen ultramafischer Alteration auf dem Mars waren ähnlich. Die durch diese Alteration entstehenden Noachischen Tonen könnten organischen Kohlenstoff speichern. Bis zu 1,7 bar CO₂ könnten plausibel auf Tonoberflächen absorbiert werden. Die Kopplung abiotischer Methanogenese mit den besten Schätzungen der δ13C‑Geschichte des Mars ließ die Wissenschaftler einen Reservoir von 0,6 bis 1,3 bar CO₂‑Äquivalent vorhersagen.
Die Wissenschaftler untersuchten das Phänomen der ultramafischen Gesteine genauer. Sie prüften die Möglichkeit, dass Wasser mit den tiefen ultramafischen Gesteinen des Mars reagiert und dabei Tonen bildet, die heute die Oberfläche bedecken. Ihre Forschung führte sie zu der Annahme, dass das Gestein reich an dem Mineral Olivin sei.
Sie untersuchten weiter die Aussichten und das Potenzial dieser olivinreichen Gesteine zur Kohlenstoffspeicherung, was sie zu der Behauptung führte, dass Olivin mit durch die Kruste sickendem Wasser reagieren könnte. Olivin – ein Mineral, das reich an einer reduzierten Form von Eisen ist – könnte sich mit dem im Wasser vorhandenen Sauerstoff verbinden, dabei Wasserstoff freisetzen und das rot oxidierte Eisen bilden, das dem Planeten seine Farbe verleiht.
Schließlich würde der freie Wasserstoff des Wassers mit Kohlendioxid im Wasser zu Methan reagieren.
Die Arbeit, teilweise unterstützt von der National Science Foundation, könnte ein Wendepunkt sein, da die beteiligten Wissenschaftler mehrere bedeutende Behauptungen aufgestellt haben.
“Zu diesem Zeitpunkt in der Geschichte des Mars denken wir, dass CO₂ überall ist, in jeder Ecke und jedes Spalt, und das durch die Gesteine perkolierende Wasser ist ebenfalls voller CO₂.”
– Joshua Murray
Zur Erläuterung der Bedeutung der Forschung sagte Bruce Jakosky, emeritierter Geologieprofessor an der University of Colorado und leitender Wissenschaftler der Mars Atmosphere and Volatile Evolution (MAVEN)-Mission, die seit 2014 die obere Atmosphäre des Mars umkreist und untersucht, Folgendes:
“Murray und Jagoutz untersuchen die chemische Wechselwirkung von Gesteinen mit der Atmosphäre als Mittel zur Entfernung von CO₂. Am oberen Ende unserer Schätzungen, wie viel Verwitterung stattgefunden hat, könnte dies ein bedeutender Prozess sein, um CO₂ aus der frühen Marsatmosphäre zu entfernen.”
Zusammenfassend hat die Forschung die Geschichte des Roten Planeten ausgegraben, um zu verstehen, wohin das CO₂ von einer frühen, dichteren Atmosphäre gelangte. Die Frage ist zweifellos grundlegend für das Verständnis der Marsatmosphäre, ihres Klimas und der Bewohnbarkeit von Mikroben.
Abgesehen von den Forschungseinrichtungen gibt es Unternehmen, die an der Erkundung des Mars interessiert sind. Ein solches Unternehmen ist SpaceX (SPCX ).
#1. SpaceX
Mission Mars von SpaceX arbeitet mit der Vision, den Weg zu ebnen, die Menschheit multiplanetarisch zu machen. Elon Musk, der bekannte Gründer von SpaceX, eine weltweit diskutierte Figur im Bereich der Weltraumerforschung und darüber hinaus, ist enorm ambitioniert mit der Marsmission seines Unternehmens.
“Sie wollen morgens aufwachen und denken, dass die Zukunft großartig sein wird – und das ist es, worum es bei einer weltraumfahrenden Zivilisation geht. Es geht darum, an die Zukunft zu glauben und zu denken, dass die Zukunft besser sein wird als die Vergangenheit. Und ich kann mir nichts Aufregenderes vorstellen, als dort hinauszugehen und unter den Sternen zu sein.”
– Musk, während er seine Vision darlegte
SpaceX Mars-Lösung: Starship
Starship ist das Raumfahrzeug von SpaceX und Super Heavy Rakete kombiniert. Die Kombination stellt ein vollständig wiederverwendbares Transportsystem dar, das sowohl Besatzung als auch Fracht in die Erdumlaufbahn, zum Mond, zum Mars und darüber hinaus transportieren soll. Es hat den Ruf erworben, das leistungsstärkste Trägerraketenfahrzeug der Welt zu sein, das bis zu 150 metrische Tonnen vollständig wiederverwendbar und 250 metrische Tonnen nicht wiederverwendbar transportieren kann.
Die offiziellen Angaben von SpaceX besagen, dass es sechs Monate bis zum Mars benötigt und mit 7,5 Kilometern pro Sekunde in die Marsatmosphäre eintreten wird. Es wird aerodynamisch abbremsen. Es ist in der Lage, im Orbit nachzutanken, wodurch es bis zu 100 Tonnen zum Mars transportieren kann.
Durch die hohe Wiederverwendbarkeit hat das Tankerschiff das Potenzial, die Missionskosten zu senken, da die Hauptkosten lediglich für Sauerstoff und Methan anfallen würden, was insgesamt eine kostengünstige Angelegenheit darstellt.
Der Grund, warum SpaceX an Mars interessiert ist, ist vielschichtig. Das Unternehmen sieht den Mars als einen der erdnächsten bewohnbaren Nachbarn mit ausreichendem Sonnenlicht. Während es die Kälte des Planeten anerkennt, ist es zuversichtlich, ihn aufzuwärmen.
Allerdings bleibt die Marsmission laut Musks Eingeständnis ein kostspieliges Unterfangen. Laut seinem eigenen X‑Beitrag aus der ersten Monatshälfte:
“Derzeit kostet es etwa eine Milliarde Dollar pro Tonne nützlicher Nutzlast für die Marsoberfläche. Das muss auf 100 000 Dollar pro Tonne verbessert werden, um dort eine autarke Stadt zu bauen, also muss die Technologie 10.000‑mal besser sein. Extrem schwierig, aber nicht unmöglich.”
SpaceX arbeitet in Zusammenarbeit mit der NASA. Am 26. September 2024, lud die NASA die Öffentlichkeit ein, als virtuelle Gäste teilzunehmen beim Start der SpaceX Crew‑9-Mission, bei dem der NASA-Astronaut Nick Hague, Kommandant, und der Roscosmos-Kosmonaut Aleksandr Gorbunov, Missionsspezialist, an Bord eines SpaceX Dragon-Raumfahrzeugs fliegen sollten, das nicht früher als 13:17 EDT am Samstag, dem 28. September, vom Space Launch Complex‑40 an der Cape Canaveral Space Force Station in Florida starten würde.
SpaceX gilt als eines der wichtigsten und geheimsten privaten Unternehmens, das sich von einem unrentablen 2 Milliarden Dollar Umsatz zu, laut Berichten, 9 Milliarden Dollar für 2023 mit einer prognostizierten 15 Milliarden Dollar im Jahr 2024 und 3 Milliarden Dollar Gewinn.
#2. Blue Origin
Ein weiteres Unternehmen, das bekanntlich im selben Marktsegment wie SpaceX tätig ist, ist Jeff Bezos’ Blue Origin. Es arbeitet mit der Mission, ‘einen Weg zum Weltraum zu bauen, damit unsere Kinder die Zukunft bauen können.’
Gegründet mit der Vision, Millionen von Menschen das Leben und Arbeiten im Weltraum zum Nutzen der Erde zu ermöglichen, stellt sich Blue Origin eine Zukunft vor, in der die Menschheit die grenzenlosen Ressourcen des Weltraums nutzen und die schädlichen Industrien jenseits unseres Planeten verlagern kann, um die Erde zu erhalten.
Das Unternehmen hat seine Vision in erreichbare Missionskomponenten aufgeteilt, die unter anderem die Erhöhung des Zugangs zum Weltraum durch wiederverwendbare Raketen umfassen, die Entwicklung zukünftiger Raumfahrzeuge, die ausschließlich aus wiederverwendbaren Trägerraketen und In‑Space‑Systemen bestehen, die sicher, kostengünstig und den Bedürfnissen aller zivilen, kommerziellen und militärischen Kunden entsprechen.
Das Unternehmen testet seit 2012 seine New‑Shepard‑Rakete und deren redundante Sicherheitssysteme im Flug. Bisher hat es 22 erfolgreiche aufeinanderfolgende Missionen durchgeführt, einschließlich drei erfolgreicher Fluchttests. Das Unternehmen ist der Ansicht, dass operative Wiederverwendbarkeit der einzige Weg ist, die Kosten für den Zugang zum Weltraum zu senken, und sowohl seine Lösungen – New Shepard und New Glenn – wurden von Anfang an mit Wiederverwendbarkeit konzipiert.
Laut den neuesten verfügbaren Berichten hat 596,4 Mio. $ in 8 Runden aufgebracht, wobei die letzte Finanzierungsrunde ein Grant – VII über 34,7 Mio. $ am 25. Juli 2023 war.
Abschließende Gedanken
Es steht außer Zweifel, dass die visionärsten Geschäftsleiter der Welt den Mars erkunden. Gleichzeitig sind die besten Forschungseinrichtungen und Raumfahrtbehörden vieler Länder ebenfalls dabei. Das Ziel ist es, eine sichere, kosteneffiziente Route zum Mars zu etablieren.
Allerdings ist sich jeder der Interessengruppen bewusst, dass der Erfolg von einem effektiven Verständnis vergangener Ereignisse auf dem Planeten abhängt. Laut der offiziellen Aussage der NASA hat die Behörde im Laufe der Jahre ‘ein systematisches Bestreben unternommen, die frühe Geschichte des Mars zu bestimmen und wie sie uns helfen kann, die Entstehung und Entwicklung bewohnbarer Welten, einschließlich der Erde, zu verstehen.’
Solche Bemühungen würden jedoch mehr Ressourcen erfordern, sowohl finanzielle als auch intellektuelle. Zum Beispiel wird das von der NASA gestartete Sample‑Return‑Programm, das nach innovativen Designs sucht, um wertvolle Proben vom Mars zur Erde zurückzubringen, eine der komplexesten Missionen sein, die die NASA je durchgeführt hat. Es hat ein Budget von 11 Milliarden US‑Dollar.
Laut NASA-Administrator Bill Nelson:
“Eine sichere Landung und Sammlung der Proben, das Abschießen einer Rakete mit Proben eines anderen Planeten – was noch nie zuvor getan wurde – und der sichere Transport der Proben über mehr als 33 Millionen Meilen zurück zur Erde ist keine kleine Aufgabe. Wir müssen über den Tellerrand schauen, um einen Weg zu finden, der sowohl erschwinglich ist als auch die Proben in einem angemessenen Zeitrahmen zurückbringt.”
Bei all diesen gigantischen Missionen muss man auch bedenken, dass die Mittelzuweisung für vorsichtige Raumfahrtprogramme auch zu einem Ressourcenengpass bei den Bemühungen führen könnte, unseren Planeten Erde nachhaltig zu machen. Es muss ein Gleichgewicht gefunden werden, bei dem Raumfahrtmissionen Vorteile für die Erde und ihre Bewohner, die menschliche Zivilisation, das Tierreich und die reiche Natur, in der wir leben, bedeuten.
