Die Menschheit wendet sich neuen Zielen zu — der Besiedelung des Mars. Die Oberflächen-Temperatur am roten Planeten soll um 30 Grad erhöht werden, dann könnte man die Evolution im Schnelldurchlauf durchspielen. Die Idee hat nicht nur glühende Anhänger.
Lighthaven, einen Kilometer die Telegraph Avenue hinunter vom Campus der University of California, Berkeley, ist eine weitläufige Konferenzanlage. sie widmet sich der "Ausrichtung von Veranstaltungen und Programmen, die Menschen dabei helfen, besser zu denken und die langfristige Entwicklung der Menschheit zu verbessern".
Vor einigen Monaten versammelten sich hier Wissenschaftler, um über den Mars zu sprechen. Genauer gesagt, darüber, wie man auf dem roten Planeten lebensfähige Ökosysteme schaffen kann.
Die Diskussionen reichten von praktischen Fragen (Wie kann man durch gezielte Evolution Mikroben widerstandsfähiger gegenüber den Bedingungen auf dem Mars machen?) über pragmatische Fragen (Was brauchen Astronauten am dringendsten, was von Mikroben produziert werden kann?) bis hin zu scheinbar absurden Fragen (Wie kann man eine Milliarde "Sonnensegel" in die Umlaufbahn um den Mars schicken, um Terawatt an wärmender Sonnenstrahlung auf die Oberfläche zu reflektieren?
Der Zweck des Workshops mit dem Titel "Green Mars" bestand darin, eine "aktuelle Perspektive auf die Machbarkeit der Terraformung des Mars" zu entwickeln. Eine solche Terraformung, die darin bestehen würde, den eisigen, fast luftleeren, von Strahlung verbrannten und scheinbar leblosen Planeten neu zu gestalten, um ihn bewohnbar zu machen, wird seit den frühen 1970er Jahren in wissenschaftlichen Zeitschriften diskutiert.
Obwohl diese Idee 1991 sogar auf dem Cover der renommierten Fachzeitschrift Nature erschien, hat sie sich kaum in der breiten Öffentlichkeit durchgesetzt. Sie blieb größtenteils eine Domäne von akademischen Randgruppen, die sich für Gedankenexperimente begeistern, sowie von Produzenten und Konsumenten von Science-Fiction. Zwei Bereiche, die sich oft überschneiden.
Das ändert sich nun. Die von SpaceX entwickelte Serie von Trägerraketen – heute teilweise wiederverwendbar, in ein oder zwei Jahren möglicherweise vollständig – senkt die Kosten für den Transport in den Orbit rapide. Das Potenzial, Nutzlasten und Menschen zum Mars zu schicken, wird damit so plausibel wie nie zuvor.
Der Mars ist kein zufälliger Nutznießer eines allgemeinen technologischen Trends. Er ist in hohem Maße dessen ursprünglicher Auslöser. Elon Musk, der Chef von SpaceX, spricht seit Jahrzehnten davon, den Planeten zu besiedeln, der am weitesten von der Sonne entfernt ist. Das hat ihn dazu veranlasst, die Grenzen der Raketentechnik zu erweitern.
Konkrete Aussagen von Herrn Musk über den Zeitplan und die Ambitionen seiner Pläne, Menschen auf den Mars zu bringen, sollten aufgrund seiner langjährigen Erfahrung mit Skepsis betrachtet werden. Aber er hat viel dazu beigetragen, diese Idee plausibler denn je zu machen.
Andere folgen SpaceX auf dem Fuße. Sie teilen nicht alle Musks Besessenheit vom Mars, aber sie sind alle daran interessiert, den Lebensraum der Menschheit über die Erde hinaus zu erweitern. Die US-Regierung hat Interesse daran, die neuen kostengünstigen kommerziellen Geräte von SpaceX und seinem potenziellen Konkurrenten Blue Origin zu nutzen, um ihre Pläne zur Rückkehr von Astronauten zum Mond in den nächsten Jahren voranzutreiben.
China will seine eigenen, immer beeindruckenderen Fähigkeiten für denselben Zweck einsetzen. Eine Reihe privater Unternehmen ist der Ansicht, dass die agile Entwicklung, die die heutigen Startsysteme ermöglicht hat, vielversprechende Geschäftsmöglichkeiten für den Bau privater Raumstationen für Forscher, staatlich finanzierte Astronauten und Privatpersonen bietet.
Jed McCaleb, ein Software-Milliardär, der für verschiedene Blockchain-Innovationen verantwortlich ist, besitzt eines dieser Unternehmen, VAST. Er hofft, dass er 2026 seine erste Raumstation, Habitat-1, starten kann, und stellt sich eine profitable Zukunft danach vor.
Aber das ist nicht der einzige Grund, warum er dies tut. "Ich glaube, dass die Menschen hinaus ins Sonnensystem müssen", sagt er. "Wenn man nur auf die Erde beschränkt ist, wird die Welt zu einer Art Nullsummenspiel. Wir brauchen einen Ort, zu dem wir hinausgehen können."
Orbitale Lebensräume sind ein Anfang. Aber wenn diese Art von Pioniergeist im Sonnensystem einen natürlichen Platz hat, dann ist es der Mars. Vor diesem Hintergrund ist McCaleb durch eine gemeinnützige Organisation namens Astera Institute zum führenden Geldgeber für die Erforschung der Terraformung des Mars geworden und war somit der Sponsor des Treffens in Berkeley.
Die Finanzierungsquelle und die Aussicht, dass Menschen in nicht allzu ferner Zukunft tatsächlich zum Mars reisen werden, erklären wahrscheinlich das neue Interesse an der Terraformung an sich. Aber es gibt auch einen breiteren intellektuellen Kontext: die Schaffung dessen, was Robin Wordsworth, Forscher an der Harvard University, als "angewandte Astrobiologie" bezeichnet.
Die Astrobiologie wurde in den 1990er Jahren erfunden, um einen einheitlichen Kontext für wissenschaftliche Überlegungen zum Leben außerhalb der Erde zu schaffen. Sei es in der fernen Vergangenheit des Mars, unter den Eiskappen der gefrorenen Monde von Jupiter und Saturn oder auf den gerade entdeckten „Exoplaneten” um andere Sterne.
Die Suche nach Leben ist ein Alles-oder-Nichts-Ansatz – der bis dahin regelmäßig im „Nichts”-Lager endete. Die Astrobiologie dagegen definierte sich stattdessen als eine Untersuchung der Umstände und Kontexte, unter denen Leben gefunden werden könnte, wie es entstehen könnte und welche Lebensbedingungen es erhalten könnten.
Dies war ein kluger wissenschaftlicher Schachzug und auch ein politisch hellsichtiger. Die Astrobiologie bot der NASA eine Möglichkeit, scheinbar unterschiedliche Forschungsinteressen zusammenzuführen und sie mit einem Thema in Einklang zu bringen, das die Öffentlichkeit faszinierte.
Das erste Weltraumteleskop der NASA zur Erforschung von Exoplaneten, Kepler, konzentrierte sich auf Planeten in den habitablen Zonen sonnenähnlicher Sterne. Jener Region um einen Stern, die weder zu nah noch zu fern ist, als dass Wasser auf seiner Oberfläche flüssig bleiben könnte.
Die Ziele, die für die bemerkenswerten Marsrover der NASA, Curiosity und Perseverance, ausgewählt wurden, waren Orte, die so aussahen, als hätten sie in der fernen Vergangenheit des Planeten bewohnbar sein können. Wiederum aufgrund der Hinweise auf uraltes Wasser an diesen Orten.
Wordsworths Idee der angewandten Astrobiologie, die 2024 in einem Workshop in Harvard entwickelt wurde, geht noch einen Schritt weiter, was die Konzentration auf die Bewohnbarkeit angeht. Die Astrobiologie wird damit nicht nur zum Kontext für die Erforschung von Leben außerhalb der Erde, sondern auch für die Erforschung von Leben von der Erde, das über die Grenzen des Planeten hinausgeht: eine Wissenschaft, die sich nicht nur mit der Erforschung der Bewohnbarkeit befasst, sondern auch mit ihrer Schaffung.
Wie in den 1990er Jahren hat diese Idee den praktischen Vorteil, dass sie zuvor getrennte Forschungsbereiche zusammenführt. In der Vergangenheit standen die Weltraumwissenschaft und die bemannte Raumfahrt oft in Konkurrenz zueinander.
Wie es in der Zusammenfassung des Harvard-Workshops heißt: "Ein Ansatz, der [die Suche nach außerirdischem Leben und die Unterstützung menschlichen Lebens im Weltraum] als verschiedene Aspekte derselben grundlegenden Frage behandelt, hat erhebliche Vorteile."
Ein Vorteil ist die Erweiterung des Repertoires der Astrobiologie. Die Betonung der Notwendigkeit, Dinge bewohnbar zu machen, verwandelt sie in eine experimentelle Wissenschaft.
Wie könnten solche Experimente aussehen? Ein Beispiel wäre der Nachweis, dass es möglich ist, unter den Bedingungen einer Raumstation oder einer Mondbasis Nahrungsmittel oder Fasern für Kleidung anzubauen. Und wie verschiedene Teilnehmer des Green Mars-Workshops betonten, hätte eine solche Arbeit auch den Vorteil, dass sie wirtschaftlich rentabel wäre.
Um eine Person im Orbit mit Nahrung, Wasser und Kleidung zu versorgen, müssen derzeit jährlich mehrere Tonnen Verbrauchsgüter im Wert von rund 2 Millionen Dollar pro Tonne ins All transportiert werden.
Bei einer üblichen Besatzung von nur zehn Personen im Weltraum – sieben auf der Internationalen Raumstation und drei auf ihrem kleineren chinesischen Pendant – ist dies nicht ruinös, und es ist auch nicht besonders verschwenderisch, ihre Abfälle beim Wiedereintritt in die Erdatmosphäre zu verbrennen. Doch in einer Zukunft mit Mondbasen, privaten Raumstationen und möglichen Marsmissionen steigen die Kosten erheblich.
Dies hat ein praktisches Interesse an der Züchtung von Pflanzen und Mikroben im Weltraum geweckt. Laut McCaleb gibt es zwei Unternehmen, die Systeme für die biologische Forschung entwickeln, die auf Habitat-1 zum Einsatz kommen sollen.
DeBenedictis ist Biologin und Leiterin von Pioneer Labs, einem Biotech-Unternehmen, das aus dem Astera Institute hervorgegangen ist. Sie sagt, das Unternehmen könnte durchaus mit solchen Hardware-Herstellern kooperieren, da es an biologischen Systemen arbeitet, die dazu beitragen können, Weltraumhabitate bewohnbar zu halten.
Ein längerfristiges Ziel sind Systeme, die nicht nur die Bewohnbarkeit aufrechterhalten, sondern sie verkörpern. DeBenedictis spricht davon, eine künstliche Umgebung zu schaffen, die nicht nur Leben unterstützt, sondern auch die Materialien hervorbringt, die für die Erweiterung ihrer lebenserhaltenden Kapazität benötigt werden.
Ein Beispiel auf der Erde wäre die Ausbreitung von Leben auf einem neuen, sterilen Lavastrom. Pionierarten von Mikroben zersetzen zunächst die anorganische Oberfläche – von Wissenschaftlern als Regolith bezeichnet. Dann folgen widerstandsfähige Flechten und Pflanzen.
Wenn sich Leben zu etablieren beginnt, beschleunigen sich die Prozesse, die Regolith in Erde umwandeln. Von Lebewesen produzierte Stoffe – organische Kohlenstoffverbindungen, biologisch verfügbare Formen von Stickstoff und Ähnliches – ermöglichen weiteres Leben.
Wordsworth hat die Möglichkeit geprüft, etwas Ähnliches auf dem Mars mit Hilfe von „Solid-State-Greenhousing” auszuprobieren. Die Idee besteht darin, eine Schicht aus einem Material wie Aerogel auszubreiten, das für sichtbares Sonnenlicht transparent, aber für ultraviolettes Licht (das auf der Marsoberfläche sehr intensiv ist) und thermische Infrarotstrahlung undurchlässig ist.
Das durchgelassene Licht würde den darunter liegenden Regolith erwärmen; die isolierenden Eigenschaften des Materials würden verhindern, dass diese Wärme in die dünne Luft entweicht. Solche Schichten kommen bereits natürlich (wenn auch nicht biologisch) in einigen Regionen des Mars vor.
Fügt man eine solche Oberflächenschicht zu Regolith hinzu, in dem Eis und Kohlendioxid gefroren sind, könnte man möglicherweise eine bewohnbare Zone nahe der Oberfläche schaffen, in der sorgfältig ausgewählte photosynthetische Mikroben leben könnten.
Wenn diese Mikroben oder Lebewesen in einem auf ihnen basierenden Ökosystem auch mehr Materialien herstellen könnten, aus denen das Gewächshaus besteht, hätte man möglicherweise eine Grundlage für die Art von sich selbst vergrößernder Umgebung, die DeBenedictis sich vorstellt.
Genau an diesem Punkt – wenn nicht schon früher – beginnen manche Astrobiologen und auch die Öffentlichkeit, sich Sorgen zu machen. Seit die Menschheit den Weltraum erforscht hat, haben Bedenken hinsichtlich des "Planetenschutzes" zu Verfahren geführt, die verhindern sollen, dass außerirdisches Leben Probleme auf der Erde verursacht. Und dass irdisches Leben die Umwelt anderer Lebewesen kontaminiert.
Derzeit gibt es keine Hinweise auf Leben auf dem Mars. Dennoch werden Missionen zum roten Planeten sorgfältig gereinigt und sterilisiert, um die Anzahl der mitgebrachten irdischen Mikroben zu minimieren, für den Fall, dass sie Schaden anrichten könnten. Die Teile des Planeten, auf denen mikrobielles Leben am wahrscheinlichsten ist, wurden für alle Missionen gesperrt.
COSPAR ist eine internationale wissenschaftliche Organisation, der nationale Raumfahrtprogramme Beachtung schenken. Die Regeln zum Schutz des Planeten, die von ihr formuliert wurden, verfolgen diesen Ansatz. Derzeit wird jeder Teil des Mars, der bewohnbar erscheint, aus Gründen des Planetenschutzes als „Sonderregion” eingestuft. Und Missionen in Sonderregionen sind nicht erlaubt.
Ein aktueller Bericht der amerikanischen National Academies fasst zusammen, was menschliche Astronauten tun könnten, um die Astrobiologieforschung auf dem Mars voranzubringen (Kurzfassung: sehr viel). „Wenn man Sonderregionen nicht besucht, würde dies die Chance, existierendes Leben auf dem Mars zu finden, minimieren oder zunichte machen.”
Die Mars-Astrobiologie befindet sich somit in einer Zwickmühle: Je wahrscheinlicher es ist, dass ein Ort Leben beherbergt, desto weniger ist es möglich, ihn zu untersuchen.
Man muss die Idee internationaler Behörden nicht wie Elon Musk mit ungebremster Verachtung behandeln, um zu der Ansicht zu gelangen, dass dieser Ansatz überdacht werden muss. Die Vorstellung, dass Forscher unter solchen Einschränkungen arbeiten sollten, bis es eine "endgültige Antwort" auf die Frage nach Leben auf dem Mars gibt, ist laut DeBenedictis "völlig unrealistisch".
Abgesehen von den logischen Schwierigkeiten, die mit dem Nachweis der Abwesenheit von etwas verbunden sind, weist sie darauf hin, dass es auch ein praktisches Problem gibt: Auf der Erde ist die Suche nach Leben in extremen Umgebungen ebenso eine Frage des Experiments wie der Beobachtung.
Wissenschaftler entnehmen beispielsweise Proben aus dem Permafrostboden und setzen sie Bedingungen aus, die für Leben günstig sein könnten, um zu sehen, ob etwas darauf reagiert.
Ähnliche Ansätze werden auch anderswo erforderlich sein. "Die Terraformung des Mars könnte als das größte Experiment zur Suche nach Leben angesehen werden, das man sich vorstellen kann", meint DeBenedictis. "Man heizt einfach den Schlammklumpen auf und schaut, ob er grün wird, oder?"
Experimente mit Festkörper-Gewächshäusern könnten diesem Zweck dienen. Edwin Kite, Geowissenschaftler an der Universität Chicago und Leiter einer Forschungsgruppe am Astera Institute, verfolgt einen weitaus effektiveren Ansatz zur Erwärmung des Mars. Während sich frühere Ideen darauf konzentrierten, der Atmosphäre Treibhausgase zuzuführen, untersucht Kite die Möglichkeit, feste Partikel zu verwenden, die weitaus effektiver zur Erwärmung beitragen als Treibhausgase es jemals könnten.
Eine Möglichkeit wären winzige Eisenspäne, die so optimiert sind, dass sie Infrarotwellenlängen reflektieren; eine andere wären Kohlenstoff-Nanopartikel mit einer Dicke von nur einem Atom und ähnlichen Eigenschaften. Modelle deuten darauf hin, dass diese Technologie eine wirklich bemerkenswerte Wirkung haben könnte.
Die durchschnittliche Oberflächentemperatur des Mars könnte im Prinzip innerhalb weniger Jahrzehnte um etwa 30 °C (54 °F) erhöht werden, indem ein System optimierte Aerosole mit einer Geschwindigkeit von nur einem Kubikmeter pro Minute in die Atmosphäre pumpt. Diese Erwärmung könnte ausreichen, um einen erheblichen Teil des gefrorenen Wassers auf dem Mars aufzutauen.
Edwin Kite ist sich sehr wohl bewusst, dass Modelle solche dramatischen Auswirkungen nur dann zeigen, wenn viele Dinge, die schiefgehen könnten, nicht schiefgehen. In den Modellen werden die an der Oberfläche freigesetzten Partikel hoch in die Atmosphäre aufgestiegen, bleiben getrennt, anstatt sich zu verklumpen, verteilen sich mehr oder weniger gleichmäßig über den Planeten und schweben eine ganze Weile herum.
Keine dieser Bedingungen muss tatsächlich zutreffen, und um einige davon zu untersuchen, möchte er eine „Vorläufermission” fliegen – einen Lander, der einige Kilogramm Partikel von der Marsoberfläche freisetzt und deren Weg verfolgt.
Eine solche Mission würde Daten liefern, die für die Aussichten auf einen absichtlichen globalen Klimawandel von unmittelbarer Relevanz sind. In der Nähe der Marsoberfläche kann der Temperaturunterschied zwischen der Oberfläche (die sich in der Sonne erwärmt) und der Luft darüber (die sich nicht erwärmt) zu starken Turbulenzen führen: „Nach einigen Messungen ... sind die Turbulenzen stärker als irgendwo auf der Erde”, sagt Kite.
Ähnliche "Doppelverwendungsaspekte" gibt es auch bei den Vorläufermissionen, die DeBenedictis zufolge Pioneer Labs vorschlagen könnte: Bioreaktoren auf der Marsoberfläche, die mit der Marsatmosphäre und Regolith gefüllt werden könnten, um zu sehen, wie sich verschiedene Arten von Mikroben unter solchen Bedingungen verhalten.
Der Hauptzweck wäre es, mit der Erfassung der Daten zu beginnen, die benötigt werden, wenn Astronauten auf dem Mars annähernd von dem leben sollen, was der Planet hergibt. Ein weiteres Ergebnis wäre jedoch ein neues Verständnis dafür, wie unwirtlich der Regolith tatsächlich ist und wie viel Aufwand wirklich notwendig ist, um den Mars vor dem Abschaum der Erde zu schützen.
Die Idee, auf dem Mars Pflanzen anzubauen, nur um zu sehen, ob es möglich ist, ist nicht neu. Ende der 1990er Jahre schlug Chris McKay, ein NASA-Wissenschaftler, der schon Astrobiologe war, bevor dieser Begriff überhaupt erfunden wurde, einen „Mars Biology Demonstrator” vor: Sein Zweck wäre es, eine Pflanze auf dem Planeten anzubauen und Bilder von ihrem Wachstum zur Erde zu senden.
Die Idee fand bei der NASA keinen Anklang. Aber ein junger südafrikanischer Tech-Millionär fand sie faszinierend und überlegte, sie auf eigene Faust umzusetzen.
Musk stellte jedoch fest, dass die Kosten für eine solche Mission unerschwinglich hoch wären, und beschloss daher, stattdessen ein Raumfahrtunternehmen zu gründen. Irgendwann ging die Idee einer einfachen Blume auf dem Mars verloren und wurde durch die Idee einer neuen Zweigstelle der Menschheit ersetzt.
Bislang hat sich SpaceX noch nicht auf die biologischen Aspekte der Besiedlung des Mars konzentriert. DeBenedictis weist darauf hin, dass ein Großteil des Erfolgs des Unternehmens auf der konsequenten Priorisierung des jeweils nächsten zu lösenden Problems beruht.
Laut Paul Wooster, der die Mars-Pläne von SpaceX leitet, wären ersten Missionen in der Lage, mit großen Raumschiffen und kleinen Besatzungen, Verbrauchsmaterialien mitzunehmen. Außerdem liegt der Bau cooler neuer Raketen den Luft- und Raumfahrtingenieuren mehr am Herzen und ist offensichtlicher kommerziell als die angewandte Biologie der Marsagronomie und Abfallverwertung.
Die Technologie, mit der Menschen auf den Mars gebracht werden können, wird dort aber auch alle möglichen neuen wissenschaftlichen Unternehmungen ermöglichen. Astrobiologische Experimente, die zum Verständnis des vergangenen und potenziellen zukünftigen Lebens auf dem Mars beitragen, werden zweifellos dazu gehören.
Sie werden an sich nicht zu autarken Kolonien führen, geschweige denn zur Terraformung. Aber sie werden das menschliche Verständnis vom Leben im kosmischen Kontext erweitern. Und das ist an sich schon eine Belohnung.
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