Leben am Mars – Aufbruch in neue Lebensräume

Der gesamten Menschheit droht der Flüchtlingsstatus. Dabei bekommt der Begriff „Auswandern“ – inzwischen zählen wir 7,2 Milliarden – eine ganz neue Dimension. Infrastrukturell könnte es da durchaus zu Problemen kommen. Eines steht fest: Unsere schicken, mit fossilen Brennstoffen betriebenen Autos können wir spätestens dann stehen lassen – die Straße in die neue Heimat ist noch nicht gebaut.

Freilich, bis dahin ist noch viel an Umwelt zu zerstören, aber Herausforderungen muss man sich stellen. Auch jener künftiger Exit-Strategien: Welche Optionen bleiben, wenn die Luft immer dünner wird? Option eins: Wir bleiben und kommen dank neuer, technischer Errungenschaften über die Runden – etwa unter großen Glaskuppeln. Option zwei: Wir packen unsere sieben Sachen und brechen auf in neue, ferne Welten.

Erreichbare Welten

„Ich denke, dass unsere Zeit als jene in Erinnerung bleiben wird, in der wir zu neuen Welten aufgebrochen sind, etwa wie das späte 15. Jahrhundert zu den Zeiten eines Christopher Columbus. Wir dürfen davon ausgehen, dass derjenige Mensch, welcher den ersten Schritt auf den Planeten Mars setzen wird, schon jetzt geboren ist“, rückt Astrobiologe Gernot Grömer die offizielle Einreise auf den 225 Millionen Kilometer entfernten, roten Planeten in erlebbare Zeitnähe.

Der Obmann des Österreichischen Weltraum Forums OWF erforscht die künftigen Lebensumstände auf dem Mars und kennt auch die potentiellen Kandidaten für den neuen Hauptwohnsitz der Menschheit: „Die beiden derzeit am besten erreichbaren Himmelskörper sind Mond und Mars. Prinzipiell sind darüber hinaus die Eiswelten im Äußeren Sonnensystem interessant, etwa der Saturnmond Enceladus und der Jupitermond Europa. Derzeit kennen wir acht Orte im Sonnensystem wo etwa flüssiges Wasser möglich ist.“

Siedlungsplaneten

Mars
Der Mars ist der von der Sonne aus gesehen, vierte Planet unseres Sonnensystems. Sein Durchmesser ist mit knapp 6800 Kilometer etwa halb so groß wie der Erddurchmesser, sein Volumen beträgt gut ein Siebentel der Erde. Durch Radarmessungen mit der Sonde Mars Express wurden in der Südpolarregion, dem Planum Australe, Ablagerungsschichten mit eingelagertem Wassereis entdeckt.

Enceladus
Enceladus (auch Saturn II) ist der vierzehnte und sechstgrößte der 62 bekannten Monde des Planeten Saturn. Er ist ein Eismond und zeigt kryovulkanische Aktivitäten, deren sehr hohe Fontänen aus Wassereispartikeln auf der südlichen Hemisphäre eine dünne Atmosphäre erzeugen. Diese Fontänen speisen wahrscheinlich den E-Ring des Saturns. Im Bereich der vulkanischen Aktivität wurden auch Hinweise auf flüssiges Wasser gefunden, sodass Enceladus als einer der möglichen Orte im Sonnensystem mit günstigen Bedingungen für die Entstehung von Leben gilt.

Europa
Europa (auch Jupiter II) ist mit einem Durchmesser von 3121 km der zweitinnerste und kleinste der vier großen Monde des Planeten Jupiter und der sechstgrößte im Sonnensystem. Europa ist ein Eismond. Obwohl die Temperatur auf der Oberfläche von Europa maximal −150 °C erreicht, lassen unterschiedliche Messungen darauf schließen, dass sich unter der mehrere Kilometer mächtigen Wassereis­hülle ein etwa 100 km tiefer Ozean aus flüssigem Wasser befindet.
Quelle: Wikipedia

Die Weltraum-Kolonialisten

Als Visum für die menschlichen Flüchtlinge gilt vor allem: technisches Know-how und Geduld. In Zukunft, so Grömer, werden erste, kleine Außenposten – etwa eine bemannte, permanente Marsstation – immer stärker anwachsen, um schließlich zu kleinen Siedlungen zu werden: „Der technische Aufwand für den Erhalt einer permanenten Basis etwa auf dem Mond ist erheblich. Die Menschen dort werden – so wie früher die ersten Siedler in der Neuen Welt – vornehmlich mit dem Erhalt der Infrastruktur und dem Überleben beschäftigt sein.“ Und sich neuen Risiken und Gefahren gegenübersehen: Strahlungsstürme, Meteoriteneinschläge, technische Gebrechen. Der Astrobiologe: „Aber Menschen sind unglaublich anpassungsfähig – dazu reicht ein Blick auf die permanent besiedelten Antarktisstationen, oder Langzeit-Schiffsreisen.

„Die Menschen werden – so wie früher die ersten Siedler in der Neuen Welt – vornehmlich mit dem Erhalt der Infrastruktur und dem Überleben beschäftgt sein.“
Gernot Grömer, Österreichisches Weltraum Forum OWF

Im ersten Schritt erwarten wir wissenschaftliche Aussenposten, möglicherweise gefolgt von industriellen Anwendungen, etwa dem Erzabbau in Asteroiden. Dabei reden wir aber von Langezeitprojekten, die frühestens in den nächsten Jahrzehnten realisiert werden.“ Erst in Jahrhunderten werden größere Kolonien möglich – vorausgesetzt diverse technische Herausforderungen wie die Entwicklung neue Produktionsverfahren und geschlossene Ressourcennutzung können gemeistert werden.

Voraussetzungen zur Planetenbesiedelung

Im Gegensatz zu einem Flug zu einer Raumstation oder dem Mond dauert eine Reise zum Mars oder anderem innerhalb unseres Sonnensystems mehrere Monate. Daraus resultiert, dass neben Habitaten (bewohnbaren Räumlichkeiten) auf den Planeten auch dem Transportsystem und einem orbitalem Habitat eine wesentliche Rolle zukommt.

Abseits von entsprechender Technologie und Erreichbarkeit gelten entsprechende Grundvoraussetzungen, um ein Leben auf anderen Planeten zu ermöglichen. Zuerst gilt es physiologische Bedürfnisse zu erfüllen:

• Schutz vor schädlichen Umwelteinflüssen, wie Strahlung, UV-Licht, Temperaturextreme…
• Menschenfreundliche Atmosphäre, wie Druck, Sauerstoff, Luftfeuchtigkeit, …
• Gravitation
• Ressourcen: Nahrungsmittel, Wasser, Rohstoffe

Kosten einer Marsstation
Für eine Marsbasis in der Größenordnung der Internationalen Raumstation ISS (5.543 Tonnen) werden etwa 264 Starts mit Ariane 5 benötigt. Die Gesamtkosten für den Transport belaufen sich dann auf geschätzte 30 Mrd. Euro. Dies entspricht den zehnfachen der Transportkosten für eine orbitale Station. Bei Berücksichtigung der theoretischen Transportkostenanteile der ISS, würde eine solche Mission zwischen 250–714 Mrd. Euro kosten.
Freilich muss man hier auch eine Umwegrentabilität berücksichtigen, da aus der Forschung der Raumfahrt zahllose Entwicklungen und technologische Erfindungen hervorgehen. Diese Kostenbetrachtung dient nur dem Aufzeigen des ungefähren Aufwands.

Terraforming in Erde 2.0

Ebenfalls denkbar ist Terraforming, die Umwandlung einer Atmosphäre zu für Menschen lebensermöglichenden Bedingungen. Etwas, das auf der Erde seit mehreren hundert Jahren bereits unkontrolliert abläuft. Nach technischen Stand sei Terraforming allerdings mit enormen Zeitaufwand verbunden, grundsätzlich aber möglich. So könnten, erklärt Grömer, die Polkappen des Mars, wenn sie schmelzen, zu einem Anstieg der Atmosphärendicht führen. Oder großangelegte Algentanks in der Venusatmosphäre zu einer Reduktion des Treibhauseffektes in unserem heißen Schwesterplaneten führen. Doch auch das seien Übungsszenarien für die theoretische Planetologie. Mammutprojekte, die vielleicht auf Jahrtausende ausgelegt werden müssen.

„Neben den technischen Herausforderungen finde ich aber vor allem spannend, wie sich eines Tages dort Gesellschaften entwickeln werden. Viele unserer Regeln und Konventionen basieren auf den Umweltbedingungen innerhalb der wir leben – das heißt hier können wir vielleicht neue Gesellschaftsformen entstehen sehen“, blickt Grömer in die ferne Zukunft der Menschheit.
Doch die langwierige Besiedelung entfernter Welten und Monde sei eine eindeutige Frage des Ressourcen-Einsatzes. Grömer: „Für ein Auslagern der Menschheit wäre das nicht sehr sinnvoll, da der Aufwand die Erde als Lebensraum zu erhalten einfacher ist, als großangelegte Auswanderungsbewegungen zu ermöglichen.“

Leben in Biosphären

Egal ob auf fernen Planeten oder auf einer ökologisch angeschlagenen Erde – Eine entscheidende Notwendigkeit für die Zukunft ist das wissenschaftliche Verständnis für Öko-Systeme und deren Erhalt. Mehrfach wurden bereits groß angelegte Versuche, wie das Projekt Biosphere II, unternommen abgegrenzte, eigenständige Ökosysteme zu erschaffen und langfristig zu erhalten. Auch mit dem klaren Ziel künftigen Lebensraum für den Menschen unter einem Kuppelkonstrukt zu ermöglichen. Soviel vorweg: Bisher sind alle Versuche gescheitert.

Dabei war Biosphere II (Infobox) – das bisher größte Experiment – höchst ambitioniert. Eine Vielzahl an internationalen Wissenschafter bereiteten das Projekt bereits seit 1984 vor. Erste Testläufe waren vielversprechend: So gelang es John Allen als erstem Menschen in einem vollständig geschlossenen ökologischen System drei Tage lang zu leben – mit Luft, Wasser und Lebensmitteln, die in der Sphäre produziert wurden. Der Beweis, dass ein Kohlenstoffkreislauf etabliert werden kann, erbrachte ein 21-Tage-Aufenthalt von Linda Leigh.
Am 26. September 1991 war es dann soweit: Acht Personen wagten das Experiment zwei Jahre in dem Kuppelkonstrukt mit einem Volumen von 204.000 Kubikmeter zu überleben – ohne jede Einflussnahme von Aussen. Zwei Jahre lang hatten sich die Teilnehmer auf diese enorme Herausforderung vorbereitet.
Ein erster technologische Erfolg, ein Weltrekord, konnte bereits nach einer Woche veröffentlicht werden: Mit Biosphere II ist es trotz großflächiger Verglasung gelungen ein bisher unvorstellbar dichtes Konstrukt zu errichten: mit einer jährliche Leckrate von zehn Prozent 30mal dichter als ein Space Shuttle.

Biosphere II

Biosphere II wurde von 1987 bis 1989 auf einer Fläche von 1,3 Hektar nördlich von Tucson, Arizona (USA) errichtet und war der Versuch ein abgeschlossenes Öko-System zu errichten sowie langfristig zu erhalten. Der Kuppelkomplex mit einem Volumen von 204.000 Kubikmeter beinhaltete folgende Bereiche und dazugehörige Fauna und Flora: Savanne, Ozean, tropischer Regenwald, Mangrovensumpf, Wüste, intensive Landwirtschaft sowie Wohnraum. Finanziert hat das Projekt der US-Milliardär Edward Bass mit rund 200 Millionen US-Dollar. Beide durchgeführten Versuche gelten als gescheitert. Seit 2007 wird der Gebäudekomplex von der University of Arizona für Forschung und Lehre benutzt. Der Name ist übrigens ein Hinweis auf den Versuch ein zweites, kleineres Öko-System zu erschaffen, wonach die Erde Biosphere I wäre.

Der erste Versuch fand von 1991 bis 1993 statt und dauerte ab 26. September 1991 zwei Jahre und 20 Minuten. Acht Menschen lebten in diesem Zeitraum in dem Kuppelkomplex – abgeschirmt von der Außenwelt, ohne Luft- und Materialaustausch. Einzig Sonnenlicht und elektrischer Strom wurde zugeführt. Gescheitert ist das Projekt an der gegenseitigen Beeinträchtigung der unterschiedlichsten Faktoren und Bewohner. So erhöhten Mikroorganismen im Ackerboden unvorhergesehen den Anteil von Stickstoff, Insekten breiteten sich extrem aus.

Der zweite Versuch fand 1994 für sechs Monate statt. Auch hier wurde im Wesentlichen Luft, Wasser und Nahrung im Ökosystem erzeugt und wieder aufbereitet.

Klima & Gleichgewicht

Dann jedoch der erste Rückschlag: Das Umweltphänomen El Nino und einhergehende außergewöhnliche Bewölkung sorgte für ein Ansteigen der Kohlendioxid-Werte und stark reduzierter Photosynthese. Dabei hatte schon eine Überpopulation an Milben und Pilzen große Teile der Ernte zerstört, war die Nahrungsversorgung schon von Beginn an mäßig: Nach einem Jahr hatten die Teilnehmer durchschnittlich 16 Prozent ihres Körpergewichts verloren.
Im April 1992 schließlich die nächste Schreckensbotschaft: Biosphere II verliert an Sauersstoff. Nicht viel, aber immerhin 0,3 Prozent pro Monat. Kann das Biosystem das ausgleichen? Doch das Gleichgewicht der simulierten Natur geriet endgültig aus den Fugen: Das Sauerstoff-Niveau war bald auf besorgniserregende 14,5 Prozent gefallen. Im Jänner 2013 musste schließlich Sauerstoff von außen zugeführt werden – eigentlich das vorzeitige Ende des Projekts. Trotzdem, das Experiment wurde beendet: Am 26. September 1993, um 8.20 Uhr, verließen die Teilnehmer nach zwei Jahren gezeichnet die Biosphäre. Das Fazit: Abseits der Atemluft-Problematik hatten von 25 eingesetzten Wirbeltieren nur sechs überlebt, die meisten Insektenarten waren verendet – insbesondere jene, die zur Bestäubung der Pflanzenblüten notwendig wären, andere Populationen wie Ameisen, Schaben und Heuschrecken waren enorm angestiegen.

Trotz allem erste Erkenntnisse: „Spätestens seit dem Biosphere II-Versuchsserien, beginnen wir komplexe ökologische Zusammenhänge im Ansatz zu verstehen. Die Quintessenz daraus ist, dass selbst ein einfaches Gewächshaus schon erstaunlich komplexe Abläufe hat“, zieht Gernot Grömer sein Fazit.
So betrachtet ist es erstaunlich, dass ein riesiges Ökosystem wie das der Erde funktioniert – trotz der Einflussnahme des Menschen. Wie lange noch, liegt an seinen Bewohnern. Eines steht jedenfalls fest: Den neuen Lebensraum wird es noch lange nicht geben, weder unter einer Glaskuppel, noch auf einem fernen Gestirn.

Interview

Astrobiologe Gernot Grömer über die Marssimulationen, die Vorbereitungen auf künftige Expeditionen auf den roten Planeten, technische Hindernisse und warum wir überhaupt zum Mars reisen sollten.

„Wir führen seit Jahren Marssimulation durch und kommunizieren das in zahlreichen Publikationen und Fachkongressen – da haben wir in Österreich früh eine Forschungsnische besetzen können, die sich ganz rapide entwickelt. Die Quintessenz ist ganz einfach: Der Teufel steckt im Detail. Was mache ich wenn ein kritisches Bauelement auf einer Platine im Raumanzug ausfällt? Wie genau sieht der Energiebedarf bei Aussenbordeinsätzen aus und wie viel kann man einem Astronauten zumuten? Für zukünftige Missionen müssen wir ein – selbst für die Raumfahrt – aussergewöhnlich hohes Maß an Redudanz, Qualität und Improvisationsfähigkeit mitbringen. So werden etwa 3D-Drucker sicher zur Standardausrüstung von Mondstationen gehören.

Simulation am Kaunertaler Gletscher
Derzeit arbeiten wir an einer Marssimulation im August 2015: Dabei werden wir auf 3.000 Meter Seehöhe auf dem Kaunertaler Gletscher zwei Wochen lang die Erkundung eines Marsgletschers unter Raumfahrtbedingungen simulieren. Wir sind derzeit in Europa die einzige Gruppe die so etwas erforscht, dementsprechend hoch ist auch das internationale Interesse.
Wir haben zahlreiche „Baustellen“ – von der Strahlungsabschirmung, effiziente Energiespeicher, Wasserrecyclierung und vor allem, wie mich mit einem kleine Satz an Gerätschaften und Laborinstrumenten möglichst effizient auf dem Mars Wissenschaft betreiben kann. Was haben wir dabei bis jetzt gelernt: Wir konnten bei einer großangelegten Marssimulation in der Nordsahara zeigen, dass (fossiles, mikrobielles) Leben unter Raumfahrtbedingungen nachweisbar ist. Das mag nicht nach viel klingen, zeigt aber, dass wir prinzipiell langsam die Werkzeuge und Arbeitsabläufe verstehen lernen, unter denen eine sichere und wissenschaftlich erfolgreiche Mission anpeilen können.

„Because it‘s there“.
Es gibt viele Grüne um etwa zum Mars zu reisen: Die (wissenschaftliche) Neugierde, für manche vielleicht auch wirtschaftliche Überlegungen, technologische Spin-Offs, die Möglichkeit für friedvolle internationale Kooperation (wie es etwa bei der International Raumstation als Friedensprojekt seit 17 Jahren gelebt wird). Die wohl ehrlichste Antwort ist aber wie sie Sir Mallory gegeben hat, auf die Frage warum er erstmals den Mount Everest bestiegen hat: „Because it‘s there“.
Ich denke, wir Menschen haben etwas in uns, dass uns manchmal fragen lässt, was hinter dem Horizont ist und das wiederum -manchmal zu unserem Erstaunen – zum Überleben als Gesellschaft beigetragen hat. Wir Menschen waren niemals als „regionale Spezies vorgesehen“, sondern haben uns über den ganzen Planeten ausgebreitet.“