Die Kolonisation des Mars durch den Menschen steht im Mittelpunkt seriöser Studien, weil die Bedingungen der Oberfläche und die Verfügbarkeit von Wasser auf dem Mars ihm zum gastlichsten Planeten mit Ausnahme der Erde machen. Der Mond wurde als erster Ziel einer menschlichen Besiedlung vorgeschlagen, jedoch hat der Mars eine Atmosphäre, die ihm die potentielle Möglichkeit gibt, menschliche und anderen organischen Lebensformen zu tragen.
Ähnlichkeiten mit der Erde
Die Erde hat eine sehr große Ähnlichkeit mit ihrem "Schwesterplanet" Venus in der Zusammensetzung, Größe und Oberflächenschwerkraft, jedoch sind die Ähnlichkeiten mit dem Mars überzeugender, wenn es um eine Kolonisation geht. Dazu gehören:
- Der Länge des Marstages ("Sol" genannt) ist dem des Erdentages sehr ähnlich. Ein Sol dauert 24 Stunden und 40 Minuten.
- Der Mars besitzt eine Fläche, die 28,4% der Erde entspricht und ist damit nur geringfügig kleiner als die Landfläche der Erde (29,2% der Erdoberfläche). Der Mars hat die Hälfte des Radius der Erde und nur ein Zehntel der Masse. Dies bedeutet, dass er ein kleineres Volumen (~ 15%) und niedrigere durchschnittliche Dichte als die Erde hat.
- Mars hat eine axiale Neigung 25,19 °, gegenüber der Erde 23,44 °. Als Ergebnis hat der Mars Jahreszeiten wie die Erde, obwohl sie fast doppelt so lang sind, weil das Mars-Jahr ungefähr 1,88 Erd-Jahre dauert.
- Mars hat eine Atmosphäre. Sie ist zwar sehr dünn (ca. 0,7% der Erdatmosphäre). Sie bietet einen gewissen Schutz vor der kosmischen und der Sonnenstrahlung und wurde erfolgreich für das Aerobraking von Raumfahrzeugen verwendet.
- Neuere Beobachtungen von NASA's Mars Exploration Rovers, der ESA-Sonde Mars Express und der NASA Phoenix Lander bestätigen das Vorhandensein von Wassereis auf dem Mars. Mars scheint alle notwendige Elemente zu besitzen, die benötigt werden um Leben wie auf der Erde zu ermöglichen.[1]
Unterschiede zur Erde
- Die Oberflächenschwerkraft des Mars ist 0,38 der Erde. Es ist nicht bekannt, ob dies genügt, um die gesundheitlichen Probleme, die mit der Schwerelosigkeit verbunden sind zu verhindern.
- Der Mars ist mit einer durchschnittlichen Oberflächentemperatur von -63°C und einem Tief von -140°C deutlich kälter als die Erde. Die niedrigste Temperatur, die auf der Erde gemessen wurde ist -89.2°C, in der Antarktis.
- Es gibt keine stehenden Gewässern mit flüssigem Wasser auf der Marsoberfläche.
- Weil der Mars weiter von der Sonne entfernt ist, ist die Menge an Sonnenenergie, die die obere Atmosphäre erreicht weniger als die Hälfte, der Menge, die die obere Atmosphäre der Erde oder die Oberfläche des Mondes erreicht. Allerdings ist die Sonnenenergie, die die Oberfläche des Mars erreicht nicht durch eine dichte Atmosphäre wie auf der Erde behindert.
- Die Umlaufbahn des Mars ist exzentrischer als die der Erde, was die Variation der Oberflächentemperatur und Solarkonstante erhöht.
- Der Luftdruck auf dem Mars ist ~ 6 mbar, was weit unter dem Armstronglimit (61,8 mbar), bei dem Menschen ohne Druckanzüge leben können, liegt. Da Terraforming nicht als eine kurzfristige Lösung zu erwarten ist, müssten auf dem Mars bewohnbare Strukturen mit Druckbehältern, ähnlich wie in einem Raumschiff, die fähig sind einen Druck zwischen einem Drittel und einen ganze Bar aufzubauen.
- Die Marsatmosphäre besteht hauptsächlich aus Kohlenstoffdioxid. Aus diesem Grund ist, selbst mit dem niedrigen Luftdruck, der Partialdruck des CO2 an der Oberfläche des Mars etwa 52 mal höher als auf der Erde. Die Atmosphäre besitzt auch ein erhebliches Maß an Kohlenmonoxid.
- Der Mars hat eine schwache Magnetosphäre, wodurch Sonnenwinde nur schlecht abgelenkt werden.
Bewohnbarkeit
Die Bedingungen der Oberfläche des Mars sind viel näher an der Bewohnbarkeit als die Oberfläche eines anderen Planeten oder Mond, wie z.B. die extrem heißen und kalten Temperaturen auf dem Merkur, der Ofen-heiße Oberfläche der Venus, oder die extreme Kälte der äußeren Planeten (z.B. Merkur) und ihrer Monde.[2] Nur die Wolkenschichten der Venus sind näher in Bezug auf die Bewohnbarkeit der Erde als der Mars es ist.[3] Es gibt natürliche Orte auf der Erde, die Menschen passend zu den meisten Bedingungen auf dem Mars erforscht haben. Die höchste Höhe, erreicht durch eine bemannte Ballonfahrt, ist 34.668 Meter.[4] Der Druck in dieser Höhe ist etwa der Gleiche wie auf der Oberfläche des Mars.[5] Extreme Kälte in der Arktis und Antarktis entsprechen allen, bis auf den extremen Temperaturen, auf dem Mars.
Terraforming
→ Hauptartikel: Methoden für das Terraformen des Mars
Es könnte möglich sein den Mars zu terraformen um eine Vielzahl von Lebewesen, einschließlich des Menschen, das Überleben auf dem Mars zu ermöglichen.
Strahlenschutz
Der Mars hat kein globales Magnetfeld vergleichbar mit dem Erdmagnetfeld. Kombiniert mit einer dünnen Atmosphäre, erlaubt diese eine erhebliche Menge an ionisierender Strahlung die Marsoberfläche zu erreichen. Die Raumsonde Mars Odyssey führte ein Instrument mit sich, das Mars Radiation Environment Experiment (MARIE), um die Gefahren für den Menschen zu messen. MARIE hat fesgestellt, dass die Strahlung im Orbit über dem Mars 2,5 mal höher als an der Internationalen Raumstation sind. Durchschnittliche Dosen waren etwa 22 Millirad pro Tag (220 micrograys pro Tag oder 0,08 gray pro Jahr). Eine dreijährige Belastung bei solchem Niveau wäre in der Nähe der Grenzwerte, die derzeit von der NASA festgelegt sind. Das Niveau, auf der Marsoberfläche wäre ein wenig niedriger und stark variierend an verschiedenen Orten je nach Höhenlage und lokalen Magnetfeldern.
Gelegentliche Sonnenprotonenereignisse (SPEs) produzieren viel höhere Dosen. Einige SPEs wurden von MARIE beobachtet die nicht durch Sensoren in der Nähe der Erde betrachtet wurden konnten aufgrund der Tatsache, dass SPEs in eine Richtung gerichtet sind, was es schwierig macht, Astronauten auf dem Mars früh genug warnen.
Vieles bleibt noch zu erlernen über Weltraumstrahlung. Im Jahr 2003 eröffnete das NASA Lyndon B. Johnson Space Center eine Einrichtung, das NASA Weltraumstrahlungslabor (NSRL), am Brookhaven National Labor, dass Teilchenbeschleuniger beschäftigt um Weltraumstrahlung zu simulieren. Die Einrichtung wird die Wirkung der Teilchenbeschleuniger auf lebende Organismen zusammen mit Abschirmungtechniken studieren.[6] Es gibt einige Hinweise, dass bei diesem niedrigem Niveau, chronische Strahlung nicht ganz so gefährlich ist wie früher angenommen; und dass die Strahlung Hormesis auftritt.[7] Die Übereinstimmung zwischen denen, die sich mit dem Thema beschäftigt haben, ist, dass das Strahlungsniveau das während dem Flug zum Mars und auf der Oberfläche des Mars auftaucht ein Problem ist. Dieses Problem verhindert nicht eine Reise mit aktueller Technik.[8]
Transport
Um den Mars zu erreichen benötigt man weniger Energie pro Masseneinheit (Delta-V) als zu allen anderen Planeten außer der Venus. Mit der Hohmannbahn, erfordert eine Reise zum Mars etwa neun Monate im All. Geänderte Flugbahnen, die die Reisezeit auf sieben oder sechs Monate im All verringern sind möglich mit höheren Mengen an Energie und Brennstoff im Vergleich zu einer Hohmannbahn und sind Standard für unbemannte Marsmissionen. Die Verkürzung der Reisezeit unterhalb von sechs Monaten erfordert eine höhere Geschwindigkeitsänderung und eine exponentiell zunehmende Menge an Brennstoff, und ist nicht machbar mit chemischen Raketen, könnte aber möglich werden mit fortschrittlichen Antriebstechnologien, die gegenwärtig nicht in Gebrauch sind, wie VASIMR, [9] und nukleare Raketen, letzteres könnte die Flugzeit potenziell auf etwa zwei Wochen verkürzen. [10] Eine andere Möglichkeit sind konstant beschleunigende Technologien wie Solarsegel oder Ionenantriebe, die Durchlaufzeiten in der Größenordnung von mehreren Wochen ermöglichen. Beide sind derzeit machbar ist und können ohne weiteres eine konstante Beschleunigung von 0,1 g erreichen.
Während der Reise unterliegen die Astronauten einer Strahlung, vor der sie geschützt werden müssen. Kosmische Strahlung und Sonnenwind verursachen DNA-Schäden, die das Krebsrisiko deutlich erhöhen. Die Wirkung von langfristigen Raumfahrten in den interplanetaren Raum sind unbekannt, aber Wissenschaftler schätzen eine Wahrscheinlichkeit von 19%, dass eine männliche Person an Krebs aufgrund der Strahlung während der Hin- und Rückreise stirbt. Zusammen mit der Basis Wahrscheinlichkeit von 20% für eine männliche Person auf der Erde an Krebs zu sterben ergibt dies eine Wahrscheinlichkeit von 39% an Krebs zu sterben. Die Wahrscheinlichkeit für eine Frau zu sterben ist noch höher aufgrund ihres größeren Drüsengewebes.[11]
Landung auf dem Mars
Der Mars hat die 0,38-fache Gravitation der Erde und die Dichte der Atmosphäre ist nur 1% der Atmosphärendichte der Erde. [12] Die relativ starke Schwerkraft und das Vorhandensein von aerodynamischen Effekte macht es erheblich schwieriger, ein bemanntes Raumfahrzeug mit Schubdüsen zu landen, wie es bei der Apollo Mondlandungen gemacht wurde. Die Atmosphäre ist zu dünn um aerodynamische Effekte hervorzurufen, die bei der Landung eines großen Raumfahrzeuges helfen könnten. Pilotprojekte zum Mars werden andere Brems- und Landungssysteme als bei anderen bemannten Mondmissionen oder unbemannten Marsmissionen erfordern.[13]
Geht man davon aus, dass Kohlenstoffnanoröhren als Baustoff mit einer Stärke von 130 GPa verfügbar sind könnte man ein Weltraumaufzug bauen, um Menschen und Material auf dem Mars zu bringen.[14] Ein Weltraumaufzug auf Phobos wurde auch vorgeschlagen.[15]
Kommunikation
Kommunikation mit der Erde ist relativ einfach während der Mittagszeit auf dem Mars, wenn die Erde über dem Marshorizont ist. NASA und ESA enthalten Kommunikation Richtfunkanlagen mehrere der Mars Orbiter, Mars so bereits Kommunikationssatelliten. Während diese abnutzen erfolgt, sind zusätzliche Orbiter mit Kommunikations-Relais Fähigkeit wahrscheinlich gestartet, bevor eine Besiedlung Expeditionen montiert werden.
Die Einweg-Kommunikation Verzögerung durch die Lichtgeschwindigkeit im Bereich von etwa 3 Minuten bei der größten Annäherung bis 22 Minuten bei den größtmöglichen oberer Konjunktion (von Perihel des Mars minus Aphel der Erde angenähert) (von Aphel des Mars plus Aphel der Erde angenähert ). Telefongespräche oder Internet Relay Chat zwischen Erde und Mars wäre höchst unpraktisch wegen der langen Vorlaufzeiten beteiligt. Die NASA hat festgestellt, dass die direkte Kommunikation für etwa zwei Wochen gesperrt werden kann jeder synodische Periode, um die Zeit der obere Konjunktion, wenn die Sonne direkt zwischen Mars und Erde, [18] obwohl die tatsächliche Dauer der Kommunikation Blackout variiert von Mission zu Mission abhängig von verschiedenen Faktoren - wie zum Beispiel die Höhe der Marge führt in das Kommunikationssystem entwickelt, und die minimale Datenrate gibt, die aus einer Mission Standpunkt ist. In der Realität der meisten Missionen auf dem Mars haben die Kommunikation Sperrfristen in der Größenordnung von einem Monat hatte [19].
Ein Satellit entweder an der Erde-Sonne L4/L5 Lagrange-Punkte könnten als Relais während dieser Zeit zur Lösung des Problems dienen, auch eine Konstellation von Kommunikationssatelliten würde eine geringfügige Kosten im Zusammenhang mit einer vollständigen Besiedlung Programm. Doch die Größe und Leistung der Geräte für diese Abstände benötigt um die L4 und L5 Standorte unrealistisch für Relaisstationen und die inhärente Stabilität dieser Regionen, während vorteilhaft im Hinblick auf die Station Buchführung, zieht auch Asteroiden, die eine schwere Gefahr darstellen könnten, jedes Satelliten [20].
Neuere Arbeiten von der University of Strathclyde Advanced Raumkonzepte Labor, in Zusammenarbeit mit der European Space Agency, hat eine alternative Architektur Relais auf höchst nicht-Keplerbahnen Basis vorgeschlagen. Diese sind eine spezielle Art der Orbit entsteht, wenn kontinuierlich geringer Schubleistung Antrieb, wie er aus einem Ionenantrieb oder Sonnensegel erzeugt, die natürliche Flugbahn eines Satelliten modifiziert. Eine solche Bahn würde kontinuierliche Kommunikation während Solar-Verbindung, indem ein Relais Raumsonde "schweben" über dem Mars, aus der Bahnebene der beiden Planeten zu ermöglichen. [21] Solch ein vermeidet die Probleme von Satelliten entweder L4 oder L5 durch stationiert wobei deutlich näher an der Oberfläche des Mars unter Beibehaltung kontinuierliche Kommunikation zwischen den beiden Planeten.
NEU
Siehe auch
Literatur
G. Madhavan Nair, (et al.): Strategic, technological and ethical aspects of establishing colonies on Moon and Mars. Acta Astronautica, Volume 63, Issues 11-12, Dezember 2008, S.1337-1342
Stefan Deiters, Dr. Norbert Pailer, Susanne Deyerler: ASTRONOMIE. Komet Verlag,S.399-443, ISBN 978-3-89836-598-7
Quellen
- ↑ Steckbrief Mars
- ↑ Steckbrief Merkur
- ↑ Steckbrief Venus
- ↑ Höchste bemannte Ballonfahrt
- ↑ Luftdruck und Höhenlage Tabelle (englische Beschriftung)
- ↑ NSRL Aufgaben (englisch)
- ↑ Robert Zubrin: Unternehmen Mars. Der Plan, den Roten Planeten zu besiedeln. Heyne, 1997, ISBN 3-453-12608-4, S. 114–116.
- ↑ Robert Zubrin: Unternehmen Mars. Der Plan, den Roten Planeten zu besiedeln. Heyne, 1997, ISBN 3-453-12608-4, S. 117–121.
- ↑ VASIMR
- ↑ Nuklearer Antrieb
- ↑ Weltraumstrahlung zwischen Erde und Mars (englisch)
- ↑ Steckbrief Mars 2
- ↑ Artikel über die Marsmission von Nancy Atkinson vom 17.7.2007 (englisch)
- ↑ Weltraumaufzug
- ↑ Weltraumaufzug Auf Phobos (englisch)