Wenn die Menschheit lange leben soll, müssen wir möglicherweise andere Planeten kolonisieren. Entweder werden wir selbst die Erde unbewohnbar machen, oder sie wird einfach zu einem natürlichen Ende kommen und das Leben nicht unterstützen können - eines Tages werden wir gezwungen sein, nach einem neuen Zuhause zu suchen.
Hollywood-Filme wie The Martian und Interstellar geben uns eine Vorstellung davon, was uns erwartet. Der Mars ist bei weitem der bewohnbarste Planet in unserem Sonnensystem. Es gibt jedoch Tausende weiterer Exoplaneten, die andere Sterne umkreisen und unsere Erde ersetzen könnten. Welche Technologien brauchen wir, um dies zu ermöglichen?
Wir haben bereits eine Weltraumkolonie - die Internationale Raumstation (ISS). Es befindet sich jedoch nur 350 km von der Erde entfernt und die sechsköpfige Besatzung, die dort ist, muss ständig Ressourcen bereitstellen. Die meisten für die ISS entwickelten Technologien wie Strahlenschutz, Wasser- und Luftrecycling und Solarenergiegewinnung werden sicherlich für zukünftige Weltraumsiedlungen verfügbar sein. Die Schaffung einer permanenten Weltraumkolonie auf der Oberfläche eines anderen Planeten oder Mondes könnte jedoch viele neue Probleme verursachen.
Unnatürlicher Lebensraum
Die Hauptanforderung für eine menschliche Siedlung ist ein Lebensraum - eine isolierte Umgebung, die den Luftdruck, seine Zusammensetzung (Sauerstoffmenge) und Temperatur aufrechterhalten und die Bewohner vor Strahlung schützen kann. Dies ist wahrscheinlich relativ schwer zu erreichen.
Das Starten großer und schwerer Objekte in den Weltraum ist kostspielig und schwierig. Raumschiffe aus den Tagen der Apollo-Missionen, die aus mehreren Modulen bestanden, die sich ablösen und andocken konnten, wurden in Teilen in den Weltraum geschickt und von Astronauten zusammengebaut. Angesichts der beeindruckenden Fortschritte bei der autonomen Steuerung können die Teile jedoch unabhängig voneinander zusammengebaut werden. Manöver wie das Apollo-Docking werden heute vollautomatisch ausgeführt.
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3D-Gehäuse
Alternativ können Sie einen kleinen Satz Werkzeuge von der Erde mitnehmen und mit lokal geernteten Ressourcen einen Lebensraum schaffen. Insbesondere können 3D-Drucker verwendet werden, um Mineralien aus lokalem Boden in physikalische Strukturen umzuwandeln. Dies wurde übrigens bereits als Möglichkeit gesehen. Die private Firma Planetary Resources demonstrierte, wie 3D-Druck mit einem metallreichen Asteroiden funktioniert, der auf der Erde am Aufprallort gefunden wurde. Die NASA installierte einen 3D-Drucker auf der ISS, um zu zeigen, dass er in der Schwerelosigkeit als potenzielle Methode zur Herstellung von Komponenten für Raumfahrzeuge im Weltraum verwendet werden kann.
Wasser als lebenswichtiger Bestandteil
Sobald der Lebensraum gebaut ist, benötigt die Kolonie eine konstante Versorgung mit Wasser, Sauerstoff, Energie und Nahrungsmitteln, um ihre Bewohner zu ernähren. Dies ist notwendig, wenn die Kolonie in Bezug auf die Fülle an Ressourcen nicht auf einem idyllischen Planeten wie der Erde errichtet wird. Wasser ist bekanntlich die Basis für das Leben. Es kann auch zur Herstellung von Kraftstoff oder zum Schutz vor radioaktiver Strahlung verwendet werden.
Die erste Siedlung muss eine bestimmte Menge Wasser mitnehmen und dann alle flüssigen Abfälle entsorgen. Dies wird bereits auf der ISS praktiziert, wo kein einziger Tropfen Flüssigkeit (Wasser nach dem Waschen, Schweiß, Tränen oder sogar Urin) verschwendet wird. Außerdem muss die Kolonie möglicherweise Wasser aus den Grundwasserreserven auf dem Mars oder dem Eis extrahieren, das sich unter der Oberfläche einiger Asteroiden befindet.
Wasser dient auch als Sauerstoffquelle. Auf der ISS wird Sauerstoff durch einen als Elektrolyse bekannten Prozess erzeugt, um Sauerstoff von Wasserstoff in Wasser zu trennen. Die NASA arbeitet auch an der Entwicklung von Methoden zur Rückgewinnung von Sauerstoff aus der Atmosphäre durch Nebenprodukte wie Kohlendioxid, die wir beim Atmen ausatmen.
Energie Produktion
Die Energieerzeugung ist wahrscheinlich der technologische Aspekt der Koloniebildung, auf den wir dank Photovoltaikmodulen (Solarmodulen) am besten vorbereitet sind. Abhängig vom Standort der Kolonie auf dem Planeten müssen wir diese Technologie möglicherweise verbessern. In der Entfernung von der Erde können wir für jeden Quadratmeter Sonnenkollektoren etwa 470 V Strom erhalten. Diese Zahl wird auf der Marsoberfläche niedriger sein, da sie 50% weiter von der Sonne entfernt ist als die Erde und eine dicke Atmosphäre hat, die das Sonnenlicht teilweise abschirmt.
Insbesondere treten in der Marsatmosphäre regelmäßig Sandstürme auf, von denen bekannt ist, dass sie problematisch sind. Sand begrenzt die empfangene Lichtmenge weiter und kann sich auch auf den Paneelen ansammeln und diese bedecken. Die Lösung für dieses Problem wird jedoch bereits durch die Aktualisierung der vorhandenen Marsrover behoben, die zum Mars gesendet werden. Zum Beispiel wurden die beiden Marsrover Spirit und Opportunity der NASA für eine Betriebsdauer von 90 Tagen konzipiert, aber mehr als 12 Jahre später sind sie immer noch einsatzbereit. Es wurde auch festgestellt, dass der Marswind regelmäßig Staub von den Paneelen entfernt.
Hydroponik
Die Kolonie muss sich selbst ernähren, damit die Landwirtschaft auch ohne den Star Trek Replicator für die Lebensmittelproduktion von großer Bedeutung ist. Pflanzen können auch verwendet werden, um Kohlendioxid in der Luft in atmungsaktiven Sauerstoff umzuwandeln. Pflanzen auf der Erde zu züchten ist nicht so schwierig, weil sie sich seit Tausenden von Jahren an diese Umgebung angepasst haben. Der Anbau von Obst und Gemüse im Weltraum oder auf einem anderen Planeten ist jedoch nicht so einfach.
Temperatur, Druck, Luftfeuchtigkeit, Kohlendioxidgehalt, Bodenzusammensetzung und Schwerkraft beeinflussen das Überleben und Wachstum von Pflanzen in unterschiedlichem Maße bei einer Vielzahl von Arten. Mehrere Studien und Experimente sind im Gange, um Pflanzen in kontrollierten Kammern zu züchten, die die Umgebung einer Weltraumkolonie nachahmen. Die Hydroponik ist eine mögliche Lösung für dieses Problem, wie auf der Erde mit Rettich, Salat und Frühlingszwiebeln gezeigt wurde. Bei der Hydrokultur werden Pflanzen in einer reichhaltigen Nährflüssigkeit ohne Erde gezüchtet.
Klimaveränderung
Die letzte Voraussetzung für eine Weltraumkolonie ist ein lebensfähiges Klima. Die Zusammensetzung der Atmosphäre und des Klimas auf anderen Himmelskörpern unterscheidet sich stark von der Erde. Auf dem Mond oder den Asteroiden gibt es keine Atmosphäre, und auf dem Mars besteht die Atmosphäre hauptsächlich aus Kohlendioxid. Hier reichen die Oberflächentemperaturen von 20 ° C bis zu -153 ° C an den Polen im Winter, und der Luftdruck beträgt nur 0,6% des Drucks auf der Erde. Unter solchen Bedingungen werden Siedler gezwungen sein, in isolierten Lebensräumen zu leben, außerhalb derer nur mit Raumanzügen möglich sein wird.
Können wir Leben auf dem Mars schaffen?
Alternativ können wir das Klima des Planeten in großem Maßstab verändern. „Geoengineering“wird bereits untersucht, um auf den Klimawandel auf der Erde zu reagieren. Dies erfordert einen enormen Aufwand, aber ähnliche Methoden können erweitert und beispielsweise auf andere Planeten wie den Mars angewendet werden.
Mögliche Lösungen sind auch biotechnologisch hergestellte Organismen, die Kohlendioxid in der Atmosphäre in Sauerstoff umwandeln oder die Polkappen des Mars verdunkeln können, um die Menge des von ihnen reflektierten Sonnenlichts zu verringern und dadurch die Oberflächentemperaturen zu erhöhen. Darüber hinaus hilft die Schaffung eines großen umlaufenden Sonnenspiegels dabei, das Sonnenlicht für lokalisierte Temperaturerhöhungen auf bestimmte Regionen wie die Pole zu reflektieren. Einige glauben, dass solche relativ kleinen Temperaturänderungen den Klimawandel beeinflussen und einen viel höheren Luftdruck erzeugen könnten. Dies könnte der erste Schritt zur Terraformierung des Mars sein.
