Weltraum
Die Atmosphäre des Mars finden – Das Verständnis vergangener Ereignisse ist der Schlüssel zur Realisierung der Kolonisation
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Die Raumfahrt ist eine Billionen‑Dollar‑Chance. 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 Hauptgründe, warum Investoren auf den Zug der Raumfahrt aufspringen, ist die Kolonisation des Mars. Der Zuwachs an wissenschaftlichem Wissen und 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, geben wir einen kurzen Überblick darüber, wie sich die Marsmission im Laufe der Zeit entwickelt hat.
Eine kurze Geschichte wichtiger Marsmissionen
Vor mehr als fünf Jahrzehnten, im Jahr 1965, erreichte die NASA‑Mariner‑4 den Mars und sandte 21 Fotos des Planeten zurück zur Erde. Sechs Jahre später, 1971, gelang dem sowjetischen Mars‑3‑Landegerät 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 dem Marsorbit zurück.
Quelle: NASA
1976 kamen Viking 1 und Viking 2 zum Mars und setzten ihre Lander auf die Oberfläche. Während jedes Raumfahrzeug jahrelang Daten sicher zurückübermitteln konnte, konnten sie nicht nachweisen, dass Mikroorganismen auf dem Mars existieren.
Nach 1976 dauerte es über zwei Jahrzehnte, bis ein bedeutender Durchbruch bei Marsmissionen erzielt wurde. 1997 landeten der NASA‑Pathfinder‑Lander und der Sojourner‑Rover auf der Marsoberfläche.
Quelle: Research Gate
2001 begann die NASA‑Mars‑Odyssey ihre Mission. Bis heute ist sie eines der bedeutendsten Projekte, das sich auf den Mars konzentriert und seit über zwei Jahrzehnten Daten vom Roten Planeten zur Erde übermittelt.
Reisen zum Mars beschränkten sich nicht nur auf die Bemühungen der Vereinigten Staaten. Viele andere Länder haben in den folgenden Jahren den Weg beschritten. 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 den Orbit. Drei Monate später war China erfolgreich beim Einsatz von Lander und Rover.
Heute sind zahlreiche Länder und Unternehmen stark in ihre jeweiligen Missionen involviert, um 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, sondern sich im offenen Blickfeld versteckt.
Das Rätsel um die 'fehlende Atmosphäre' des Mars
Um rein wissenschaftlich zu sprechen, die von Joshua Murray und Oliver Jagoutz veröffentlichte Studie quantifizierte die Auswirkungen ultramafischer Umwandlung auf den Kohlenstoffkreislauf des frühen Mars.
Sie berechneten die Fähigkeit von Tonen aus dem Noachium, organischen Kohlenstoff zu speichern. Ihre Berechnungen – der numerische Teil, den wir später sehen werden – könnten helfen, das Volumen des Reservoirs zu bestimmen, das als Energiequelle für langfristige Missionen genutzt werden könnte. Die Ergebnisse der Studie zeigten zudem, wie Wasser‑Gestein‑Reaktionen die atmosphärische Evolution von Planeten steuern.
Während all das für den Durchschnittsbürger zu wissenschaftlich klingen mag, schlugen die Wissenschaftler in ihrer Studie vor vor, dass ein Großteil der fehlenden Marsatmosphäre im tonhaltigen Krustenmaterial des Planeten eingeschlossen sein könnte. Weiterführend betonten sie die Möglichkeit, dass Wasser, das 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 Kohlenstoffform, die über Äonen auf der tonhaltigen Oberfläche des Planeten gespeichert bleiben konnte. Das nützlichste Ergebnis dieser Forschung für die wissenschaftliche Gemeinschaft, die an Mars interessiert ist, war die Möglichkeit, diesen eingeschlossenen Mars‑Kohlenstoff zu gewinnen und in Treibstoff für zukünftige Missionen zwischen Mars und Erde umzuwandeln.
Laut Studienautor Oliver Jagoutz, Professor für Geologie an der MIT‑Abteilung für Erd‑, Atmosphären‑ und Planetarische Wissenschaften (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 bergen, könnte dieser Durchbruch nicht erzielt worden sein, wenn die Wissenschaftler die Geschichte und Zusammensetzung des Planeten nicht studiert hätten.
Bemühungen, diese Geschichte zu entschlüsseln, führten zu mehreren entscheidenden Erkenntnissen. Beispielsweise deuteten einige Fernerkundungsmessungen der Marsoberfläche darauf hin, dass zumindest ein Teil der Kruste ultramafische magmatische Gesteine enthält. Der Entstehungsprozess dieser Gesteine ähnelte dem, was zur Bildung von Smektiten auf der Erde führte.
Smektit – ein Oberflächen‑Tonmineral – ist dafür bekannt, ein äußerst effektiver Kohlenstoffspeicher zu sein. Ein einzelnes Smektit‑Korn besitzt zahlreiche Falten, in denen Kohlenstoff über Milliarden von Jahren ungestört verweilen kann.
Die Auswirkungen ultramafischer Umwandlung auf dem Mars waren ähnlich. Die im Noachium entstandenen Tonminerale könnten organischen Kohlenstoff speichern. Bis zu 1,7 Bar CO₂ könnten plausibel auf Tonoberflächen absorbiert werden. In Kombination mit abiotischer Methanogenese und den besten Schätzungen zur δ¹³C‑Geschichte des Mars sagten die Wissenschaftler einen Reservoir von 0,6 bis 1,3 Bar CO₂‑Äquivalent voraus.
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 Ton bildet, der heute die Oberfläche bedeckt. Ihre Forschung ließ sie zu dem Schluss kommen, dass das Gestein reich an Olivin ist.
Sie betrachteten weiter die Perspektiven und das Potenzial dieser olivin‑reichen Gesteine zur Kohlenstoffspeicherung und kamen zu dem Ergebnis, dass Olivin, ein Mineral, das reich an reduziertem Eisen ist, mit dem im Wasser enthaltenen Sauerstoff reagieren könnte, wobei Wasserstoff freigesetzt und das rot oxidierte Eisen entsteht, das dem Planeten seine Farbe verleiht.
Schließlich würde der freie Wasserstoff des Wassers mit Kohlendioxid zu Methan reagieren.
Die Arbeit, teilweise unterstützt von der National Science Foundation, könnte ein Wendepunkt sein, da die beteiligten Wissenschaftler mehrere bedeutende Behauptungen aufstellten.
„Zu diesem Zeitpunkt in der Geschichte des Mars denken wir, dass CO₂ überall ist, in jeder Ecke, und dass das durch Gestein perkolierende Wasser ebenfalls voller CO₂ ist.“
– Joshua Murray
Zur Erläuterung der Bedeutung der Forschung äußerte Bruce Jakosky, emeritierter Geologieprofessor an der University of Colorado und leitender Wissenschaftler der Mars Atmosphere and Volatile Evolution (MAVEN)‑Mission, die seit 2014 den oberen Marsatmosphärenschicht 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 zur Verwitterungsmenge könnte dies ein wesentlicher Prozess sein, der CO₂ aus der frühen Marsatmosphäre entfernt.“
Zusammengefasst hat die Forschung die Geschichte des Roten Planeten ausgegraben, um zu verstehen, wohin das CO₂ einer früheren, dichteren Atmosphäre verschwunden ist. Diese 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
Mars‑Mission 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 Persönlichkeit im Bereich der Raumfahrt und darüber hinaus, ist mit der Marsmission seines Unternehmens äußerst ambitioniert.
„Man möchte morgens aufwachen und denken, die Zukunft wird großartig – und das ist es, worum es 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 skizzierte
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 befördern kann. Es hat den Ruf, das leistungsstärkste Trägerraketenfahrzeug der Welt zu sein, das bis zu 150 metrische Tonnen vollständig wiederverwendbar und 250 metrische Tonnen nicht wiederverwendbar transportieren kann.
SpaceX gibt offiziell an, dass es sechs Monate zum Mars braucht 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 könnte das Tanker‑Schiff die Missionskosten senken, da die Hauptkosten lediglich für Sauerstoff und Methan anfallen würden – insgesamt ein kostengünstiges Unterfangen.
Der Grund, warum SpaceX an Mars interessiert ist, ist mehrdimensional. 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, laut Musks Eingeständnis, bleibt die Marsmission ein kostspieliges Unterfangen. Laut seinem eigenen X‑Post aus der ersten Hälfte dieses Monats:
„Derzeit kostet es etwa eine Milliarde Dollar pro Tonne nützlicher Nutzlast zur Marsoberfläche. Das muss auf 100 000 Dollar pro Tonne gesenkt werden, um dort eine autarke Stadt aufzubauen, also muss die Technologie 10 000‑mal besser werden. Extrem schwierig, aber nicht unmöglich.“
SpaceX arbeitet in Zusammenarbeit mit der NASA. Am 26. Sept. 2024 lud die NASA die Öffentlichkeit ein, als virtuelle Gäste an dem Start der SpaceX‑Crew‑9‑Mission teilzunehmen, bei dem der NASA‑Astronaut Nick Hague, Kommandant, und der Roscosmos‑Kosmonaut Aleksandr Gorbunov, Missionsspezialist, an Bord eines SpaceX‑Dragon‑Raumschiffs fliegen sollten, das nicht früher als 13:17 EDT am Samstag, dem 28. Sept., vom Space Launch Complex‑40 am Cape Canaveral Space Force Station in Florida starten würde.
SpaceX gilt als eines der wichtigsten und geheimsten privaten Unternehmen, das aus einem unrentablen Umsatz von 2 Milliarden Dollar zu, angeblich, 9 Milliarden Dollar für 2023 mit einer Prognose von 15 Milliarden Dollar für 2024 und 3 Milliarden Dollar Gewinn.
#2. Blue Origin
Ein weiteres Unternehmen, das bekannt dafür ist, im selben Marktsegment wie SpaceX zu operieren, ist Jeff Bezos' Blue Origin. Es verfolgt die Mission, „eine Straße zum Weltraum zu bauen, damit unsere Kinder die Zukunft gestalten 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 — unseren blauen Ursprung.
Das Unternehmen hat seine Vision in erreichbare Missionskomponenten unterteilt, die unter anderem den verbesserten Zugang zum Weltraum durch wiederverwendbare Raketen umfassen, Es will Raumfahrzeuge der Zukunft entwickeln, die nichts anderes als wiederverwendbare Trägerraketen und In‑Space‑Systeme sein werden, die sicher, kostengünstig und den Bedürfnissen aller zivilen, kommerziellen und militärischen Kunden dienen.
Das Unternehmen testet seit 2012 seine New‑Shepard‑Rakete und deren redundante Sicherheitssysteme im Flug. Bisher hat es 22 erfolgreiche aufeinanderfolgende Missionen durchgeführt, darunter drei erfolgreiche 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 als auch New Glenn – wurden von Anfang an mit Wiederverwendbarkeit konzipiert.
Es sei hier anzumerken, dass das Launch Services Program (LSP) der NASA New Glenn den ESCAPADE‑Vertrag (Escape and Plasma Acceleration and Dynamics Explorers) verlieh, ein Teil des NASA‑Programms Small Innovative Missions for Planetary Exploration (SIMPLEx), einer Doppel‑Raumfahrtmission zur Untersuchung der Magnetosphäre des Mars.
Laut den neuesten verfügbaren Berichten hat Blue Origin 596,4 Mio. $ in 8 Finanzierungsrunden gesammelt, wobei die letzte Finanzierungsrunde ein Grant‑Finanzierungspaket – VII für 34,7 Mio. $ am 25. Juli 2023 war.
Abschließende Gedanken
Es steht außer Zweifel, dass die visionärsten Geschäftsleiter der Welt den Mars erforschen. Gleichzeitig sind die besten Forschungseinrichtungen und Raumfahrtbehörden vieler Länder ebenfalls dabei. Das Ziel ist, eine sichere, kostengünstige Route zum Mars zu etablieren.
Allerdings ist allen Akteuren bewusst, dass der Erfolg von einem effektiven Verständnis der vergangenen Ereignisse abhängt, die dem Planeten widerfahren sind. 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 zu verstehen, wie sie uns helfen kann, die Entstehung und Entwicklung bewohnbarer Welten, einschließlich der Erde, zu begreifen.“
Solche Bemühungen erfordern jedoch mehr Ressourcen, sowohl finanzielle als auch intellektuelle. Zum Beispiel wird das von der NASA gestartete Sample‑Return‑Programm, das innovative Designs zur Rückführung wertvoller Proben vom Mars zur Erde sucht, eine der komplexesten Missionen sein, die die NASA je durchgeführt hat. Es hat ein Budget von 11 Mrd. US‑$.
Laut NASA‑Administrator Bill Nelson:
„Eine sichere Landung und Sammlung der Proben, der Start einer Rakete mit Proben eines anderen Planeten – etwas, das noch nie zuvor gemacht wurde – und der sichere Transport der Proben über 33 Millionen Meilen zurück zur Erde ist keine Kleinigkeit. Wir müssen über den Tellerrand hinausschauen, 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 ebenfalls zu einer Ressourcenknappheit bei den Bemühungen führen könnte, unseren Planeten Erde nachhaltig zu machen. Es muss ein Gleichgewicht gefunden werden, bei dem Weltraummissionen Vorteile für die Erde und ihre Bewohner, die menschliche Zivilisation, das Tierreich und die reiche Natur, in der wir leben, bringen.
