Nanostäbe könnten den Mars 5.000-mal effizienter erwärmen

Mars erwärmen: Voraussetzung für langfristige Kolonien

Sollten Menschen eines Tages dauerhafte Kolonien auf dem Mars errichten wollen, wären tiefgreifende Veränderungen nötig. Der Mars zählt keineswegs zu den gastfreundlichsten Orten im Sonnensystem, und seine heutigen Bedingungen sind für das Überleben alles andere als ideal.

Ein zentrales Hindernis ist das Klima. Die Temperaturen auf dem Mars fallen viel zu weit ab, um für den warmen menschlichen Körper angenehm zu sein: Der Median liegt bei -64 Grad Celsius (-85 Fahrenheit). Für eine Terraformung müsste sich der Planet daher deutlich erwärmen.

Forschende haben nun einen Ansatz vorgestellt, der genau das ermöglichen soll. Nach ihren Angaben ist diese Methode 5.000-mal effizienter als andere Strategien.

Ein Team unter Leitung der Elektroingenieurin Samaneh Ansari von der Northwestern University in den USA schlägt vor, mikroskopisch kleine Metallstäbe in die Atmosphäre des Mars einzubringen. Sie könnten dort einen Treibhauseffekt erzeugen und aufrechterhalten, der den Planeten erwärmt.

„Man bräuchte noch immer Millionen Tonnen, um den Planeten zu erwärmen, doch das sind fünftausendmal weniger als bei früheren Vorschlägen zur globalen Erwärmung des Mars erforderlich wären. Dadurch wird das Projekt deutlich realistischer“, sagt der Geophysiker Edwin Kite von der University of Chicago, korrespondierender Autor der Studie.

„Das deutet darauf hin, dass die Hürde, den Mars so weit zu erwärmen, dass flüssiges Wasser möglich wird, niedriger ist als bisher angenommen.“

Treibhauseffekt durch Metallstäbe in der Marsatmosphäre

Der Treibhauseffekt gilt als die praktikabelste bekannte Möglichkeit, einen Planeten aufzuheizen. Dennoch ist es schwieriger, ihn zu erzeugen, als es angesichts der Situation auf der Erde erscheinen mag. Frühere Konzepte zur Treibhauserwärmung des Mars setzten auf Treibhausgase, also auf jene Gase, die auch Erde und Venus erwärmen.

Auf der Erde hat sich die Treibhauserwärmung als allzu leicht auslösbar erwiesen. Gase wie Kohlendioxid und Methan reichern sich in der Atmosphäre an und streuen die von der Oberfläche abgestrahlte Wärme. Dadurch entweicht sie langsamer ins All, was die Temperaturen steigen lässt.

Würde man die dünne Marsatmosphäre – wie in früheren Vorschlägen vorgesehen – mit solchen Treibhausgasen anreichern, hätte dies ebenfalls einen Erwärmungseffekt. Die Temperatur des Mars könnte auf ein Niveau steigen, bei dem photosynthetische Organismen überleben können.

Das Problem besteht darin, dass auf dem Mars viele der für diese Strategie nötigen Ausgangsstoffe fehlen. Sie müssten entweder in gewaltigen Mengen von der Erde herbeigeschafft oder unter der Marsoberfläche abgebaut werden. Beide Optionen wären teuer und schwierig.

Was aber, wenn man stattdessen jene Rohstoffe nutzt, die auf dem Mars leicht verfügbar sind? Untersuchungen von Mars-Rovern haben gezeigt, dass der Oberflächenboden reich an metallhaltigen Mineralien wie Aluminium und Eisen ist. Könnte man winzige glänzende Metallpartikel wie aus einer Glitzerkanone in die Marsatmosphäre schiessen lassen, damit sie dort schweben und Sonnenlicht einfangen – ähnlich wie Kohlenstoffemissionen auf der Erde?

Ansari und ihr Team modellierten winzige Metallstäbe, die etwa dieselbe Grösse wie die natürlichen Staubpartikel des Mars hätten und etwas kleiner als handelsüblicher Glitzer wären. Mit einem Seitenverhältnis von 60:1 sollten diese Nanostäbe in den Marssky freigesetzt werden. Die Forschenden berechneten, wie viel Wärme schimmernde Wolken aus solchen Metallstäben zurückhalten würden und welche Staubmenge nötig wäre, um einen Treibhauseffekt herzustellen und zu erhalten.

Nanostäbe könnten den Mars über Jahrzehnte aufheizen

Durch ihre Grösse und Form würden die Nanostäbe zehnmal länger in der Marsatmosphäre verbleiben als natürlicher Staub, bevor sie wieder zu Boden sinken. Bei einer kontinuierlichen Freisetzung von 30 Litern pro Sekunde könnten sie die zuvor beschriebene Erwärmung auslösen: Oberflächeneis würde schmelzen, während der Atmosphärendruck zunähme, weil Kohlendioxideis sublimiert.

Über Jahrhunderte würde der Atmosphärendruck weiter ansteigen, da die polaren Eiskappen aus Kohlendioxid verdampften.

Bewohnbar wäre der Mars dadurch noch lange nicht. Seine Atmosphäre enthielte weiterhin zu wenig Sauerstoff zum Atmen. Sobald die Oberfläche jedoch für Bakterien geeignet wäre, könnten Mikroorganismen eingesetzt werden, um die langwierige und schwierige Sauerstoffproduktion in Gang zu setzen.

Die Strategie mit Nanostäben würde weiterhin beträchtliche Zeit benötigen, nämlich mehrere Jahrzehnte. Letztlich könnte sie den Mars aber um mehr als 28 Grad Celsius erwärmen und sein Klima in einen Bereich verschieben, der für Wirbeltiere noch immer nicht angenehm wäre, jedoch warm genug für photosynthetisches mikrobielles Leben. Das wäre ein erster wichtiger Schritt hin zu einem terraformten Mars.

Es gibt allerdings weiterhin Probleme, die gelöst werden müssten. Unklar ist etwa, wie lange die Nanostäbe in der Marsatmosphäre bleiben würden, die fortlaufend ins All entweicht. Das ist zwar nicht ungewöhnlich, denn alle Atmosphären verlieren Gase; der Mars besitzt jedoch kein globales Magnetfeld, das wie auf der Erde für einen gewissen Einschluss sorgt.

Mit zunehmender Erwärmung könnten die Nanopartikel zudem Wasserteilchen anziehen, ähnlich wie Staub in der Erdatmosphäre. Dann könnten sie als Regen wieder auf die Oberfläche fallen. Möglicherweise blieben sie also nicht so lange in der Luft, wie es wünschenswert wäre. Dieser mögliche Stolperstein lässt sich bislang nicht zuverlässig vorhersagen und erfordert weitere Untersuchungen.

Dennoch, so Kite: „Diese Forschung eröffnet neue Wege für die Erkundung und bringt uns möglicherweise einen Schritt näher an den lang gehegten Traum, eine nachhaltige menschliche Präsenz auf dem Mars aufzubauen.“

Die Studie wurde in Science Advances veröffentlicht.