De laatste tijd zijn er veel plannen met betrekking tot de ontwikkeling van Mars en de plaatsing van bases daar voor astronauten en kolonisten. Maar als mensen er ooit echt willen wonen, zal de Rode Planeet grondig moeten worden geterraformeerd. Wat is hiervoor nodig? De mensheid heeft er altijd van gedroomd om naar verre sterren te vliegen, mensen wilden in de ruimte reizen, op andere planeten leven. De laatste tijd is er veel gesproken en geschreven over dergelijke vluchten en de vooruitzichten van menselijke migratie naar andere planeten, worden raketten gebouwd en worden ruimtevaartexpedities gepland. Vandaag zou ik willen overwegen of we van Mars een nieuwe aarde kunnen maken, hoe we de Rode Planeet kunnen terravormen en of het in principe mogelijk is.
Lees ook: Wat kan ons ervan weerhouden Mars te koloniseren?
Is er leven op Mars?
Mars is een planeet die de laatste tijd in de krantenkoppen van wetenschappelijk nieuws en artikelen staat. Mars is absoluut de planeet in het zonnestelsel waar we de meeste aandacht aan besteden. Dit komt niet alleen omdat het vrij dicht bij de aarde staat (vergeleken met andere planeten), maar ook vanwege kenmerken die het enigszins vergelijkbaar maken met onze planeet. Natuurlijk, voor zover mogelijk op een hemellichaam zonder leven, zuurstof in de atmosfeer en waarop woedende zandstormen het hele oppervlak van de planeet bedekken.
In de afgelopen decennia hebben wetenschappers veel geleerd over de evolutie van Mars en de omstandigheden op het oppervlak, waardoor hun perspectief is veranderd. Terwijl deze voorwaarden niet erg gunstig zijn. We weten nu dat, hoewel Mars momenteel een erg koude, droge en onherbergzame planeet is, dit niet altijd zo was. Bovendien merkten wetenschappers dat zelfs in zijn huidige vorm Mars en de aarde veel gemeen hebben. Allereerst zijn de twee planeten vergelijkbaar in grootte, ashelling, structuur, samenstelling en zelfs de aanwezigheid van water op hun oppervlak. Om deze reden en vanwege zijn relatieve nabijheid tot de aarde, wordt Mars beschouwd als een uitstekende kandidaat voor menselijke vestiging in de toekomst. Dit perspectief zal mogelijk zijn als het mogelijk is om de omstandigheden op de planeet te transformeren in overeenstemming met de menselijke behoeften (terraforming). Ondanks de genoemde overeenkomsten, zal de transformatie van Mars tot een planeet die meer geschikt is voor menselijk leven, veel moeilijkheden opleveren. Ten eerste is er een zeer dunne en onadembare atmosfeer, die bestaat uit 96% koolstofdioxide, 1,93% argon en 1,89% stikstof, evenals sporen van zuurstof en waterdamp.
In plaats van encyclopedische feiten over de grootte en samenstelling van de planeet te reciteren, is het echter interessanter om naar het verleden van Mars te kijken, omdat het ooit veel meer op de aarde leek. Sommige wetenschappers, gebaseerd op gegevens verzameld door Mars-sondes en -rovers, suggereren dat water in de vorm van zeeën en ondiep water ooit het grootste deel van de Rode Planeet bedekte. Maar dat was waarschijnlijk zo'n 4 miljard jaar geleden. Sindsdien is er veel veranderd en wetenschappers geloven dat een verandering in de atmosfeer heeft geleid tot het verdwijnen van water op de planeet. Ooit had de atmosfeer van Mars misschien een andere samenstelling en was waarschijnlijk dicht genoeg om een oceaan van vloeibaar water te ondersteunen.
Lees ook: Ruimte op uw computer. 5 beste astronomie-apps
Waarom is de atmosfeer van Mars zo veranderd?
De gigantische zandstructuren die op het oppervlak van Mars zijn waargenomen, hebben niets vergelijkbaars op aarde en zijn uniek voor de rode planeet. Wat kunnen ze ons vertellen over de oude atmosfeer van Mars? Wetenschappers gaan ervan uit dat hun vorming werd veroorzaakt door de impact op het oppervlak van winden en orkanen die in de dunne atmosfeer van de planeet woeden. Ze creëren karakteristieke duinen en rotsen die zich 3,7 miljard jaar geleden begonnen te vormen en die we vandaag bestuderen.
Het bestuderen van de structuur van het oppervlak kan dus helpen bepalen wanneer Mars het grootste deel van zijn atmosfeer heeft verloren. Maar waar is de sfeer gebleven? Deze vraag is vooral van belang voor wetenschappers. Omdat Mars kleiner is dan de aarde, is zijn aantrekkingskracht zwakker en zou het waarschijnlijk niet genoeg zijn geweest om de atmosfeer van de planeet vast te houden. Zonnestraling (dat wil zeggen deeltjes die vanaf de zon de ruimte in razen) heeft Mars waarschijnlijk van het grootste deel van zijn atmosfeer ontdaan. In feite wordt de atmosfeer van Mars nog steeds dunner onder invloed van deze straling.
Lees ook: Universum: de meest ongewone ruimtevoorwerpen
Maar er is nog steeds water - soms zelfs vloeibaar!
Er was en is water op Mars! De roestkleurige rotsen van Mars, waardoor het ook wel de "Rode Planeet" wordt genoemd, getuigen van een verleden vol water. Mars is bedekt met diepe valleien, droge rivierbeddingen, meren, gladde stenen - kiezelstenen, vergelijkbaar met die op aarde worden gevormd in een omgeving waar water stroomt. Wetenschappers hebben lang geloofd dat de warme en natte periode op Mars relatief kort was, maar studies tonen aan dat de waterbedekking daar mogelijk veel langer heeft bestaan dan eerder werd gedacht. De High Resolution Imaging Science Experiment (HiRISE)-sonde uit de baan van Mars leverde gegevens en uiterst nauwkeurige beelden van het oppervlak van de planeet, waardoor onderzoekers de kenmerken van meer dan 200 oude rivierbeddingen analyseerden. Op basis van de grootte van de kanalen, hun vorm en de relatieve ouderdom van het omringende terrein, concludeerde het team dat er tussen 3,8 en 2 miljard jaar geleden water over het oppervlak van Mars stroomde.
Een van de rovers die sinds 2012 op het oppervlak van Mars staat, Curiosity, heeft al het bewijs geleverd dat Mars vroeger water had. Met behulp van gegevens van de Curiosity-rover heeft het team NASA vastgesteld dat het water was dat de afzetting van sedimentair gesteente in Gale Crater veroorzaakte. De lagen van deze sedimentaire gesteenten vormden de basis van het Sharp-bergmassief, dat zich in het midden van de krater bevindt. Gegevens verkregen van de rover suggereren dat er tussen ongeveer 3,8 en 3,3 miljard jaar geleden talrijke beken en meren op deze locatie waren, waarvan de sedimenten geleidelijk de onderste lagen van Mount Sharp vormden. Dat wil zeggen, het vullen van ten minste de onderste lagen van het bergmassief vond plaats gedurende een periode van ongeveer 500 miljoen jaar.
Deze studies geven wetenschappers reden om te zeggen dat water zeker bestond op het oppervlak van Mars, en voegen veel nieuwe kennis toe over de ontwikkeling van evolutionaire processen op Mars, zowel in het verleden als in het heden. Tegenwoordig heeft het water op Mars de vorm van ijs onder een dunne laag Marsbodem. Soms, als de temperatuur het toelaat (het komt voor dat het op Mars tot +20 graden Celsius stijgt), smelt het ijs plaatselijk en stroomt vloeibaar water langs de rotsachtige hellingen.
Wetenschappers zeggen echter dat ze de feiten van het bestaan van water op Mars blijven verifiëren. Er is nog geen eenduidige mening over deze kwestie. De belangrijkste vraag is wat de redenen zijn voor de transformatie van de planeet van vochtig en nogal warm naar woestijn en koud.
Lees ook: De belangrijkste en interessantste ruimtemissies in 2021
Hoe kan Mars worden geterraformeerd?
Aan ideeën hiervoor geen gebrek. Er zijn verschillende voorstellen om Mars bewoonbaar te maken voor menselijke kolonisten. In 1964 pleitte Dandridge M. Cole voor het creëren van een broeikaseffect op Mars. Dit kan volgens hem als je ijs bestaande uit ammoniak uit het buitenste deel van het zonnestelsel levert en het vervolgens op het oppervlak gooit. Aangezien ammoniak (NH3) een krachtig broeikasgas is, zal het binnendringen in de atmosfeer van Mars het dikker maken en de temperatuur op aarde verhogen. Omdat ammoniak voornamelijk uit stikstof bestaat, kan het de atmosfeer ook vullen met een zogenaamd buffergas, dat in combinatie met zuurstof een atmosfeer creëert die geschikt is voor menselijke ademhaling.
Een andere voorgestelde methode omvat het verminderen van albedo (de intensiteit van lichtreflectie door het oppervlak van de planeet), waarvoor het oppervlak van Mars moet worden bedekt met donkere materialen die de absorptie van zonlicht zullen vergroten. Dit kan van alles zijn, van het stof van Phobos en Deimos (de twee rotsachtige manen van Mars en de donkerste lichamen in het zonnestelsel) tot extreme korstmossen en donkere planten. Een van de meest fervente aanhangers van deze beslissing was de beroemde schrijver en wetenschapper Carl Sagan.
In 1976 nam NASA officieel de kwestie van planetaire engineering op zich. Wetenschappers hebben ontdekt dat fotosynthetische organismen, het smelten van poolkappen en het vrijkomen van broeikasgassen in de atmosfeer allemaal kunnen worden gebruikt om een warmere, zuurstofrijke atmosfeer te creëren.
In 1993 schreven de oprichter van de Marsgemeenschap, Dr. Robert Zubrin, en Christopher P. McKay van NASA samen het artikel "Technological Requirements for Terraforming Mars". Daarin stelden ze voor om spiegels te gebruiken die in de baan van de planeet werden geplaatst om het oppervlak direct te verwarmen. Deze spiegels, die zich in de buurt van de polen bevinden, kunnen de ijskap doen smelten en bijdragen aan de opwarming van de aarde. In hetzelfde artikel beweerden ze dat asteroïden die in het zonnestelsel zijn verzameld, kunnen worden omgeleid om het oppervlak te raken, stof op te werpen en de atmosfeer te verwarmen. Waarom moet je nucleair-elektrische of nucleair-thermische raketten gebruiken om alle benodigde materialen in een baan om de aarde te lanceren?
Meer recente voorstellen suggereren de oprichting van afgesloten kassen waarin kolonies van cyanobacteriën en algen die zuurstof produceren zullen leven. In 2014 heeft NASA Techshot Inc. meldde dat het werk aan een dergelijk concept al is begonnen.
In de toekomst is NASA van plan om kleine bussen met extremofiele fotosynthetische algen en cyanobacteriën aan boord van een rover te sturen om dit proces in de omgeving van Mars te testen. Als de missie slaagt, zijn NASA en Techshot van plan verschillende grote kassen te bouwen om zuurstof te produceren en op te vangen voor toekomstige menselijke vluchten naar Mars, wat de kosten zal verlagen en missies zal verlengen door de hoeveelheid zuurstof die moet worden vervoerd te verminderen.
Hoewel deze plannen geen milieu- of planetaire engineering omvatten, is Eugene Boland (Chief Scientist bij Techshot Inc.) van mening dat dit een stap in de goede richting is. Er waren ook ideeën om atoombommen op het oppervlak van Mars te laten ontploffen (Elon Musk was ooit een voorstander van dit concept), wat een enorme hoeveelheid stof zou creëren die de zonnestralen zou blokkeren en zo de planeet zou verwarmen.
Lees ook: Wat zullen doorzettingsvermogen en vindingrijkheid doen op Mars?
Opwarming van de aarde: kan Mars worden verwarmd?
Gelukkig, of helaas, afhankelijk van je perspectief, hebben wij mensen veel ervaring met het opwarmen van de planeet. Meer dan een eeuw aan kooldioxide-emissies hebben we per ongeluk de temperatuur van het aardoppervlak verhoogd door middel van een eenvoudig broeikasmechanisme. We stoten koolstofdioxide uit, wat heel goed is om zonlicht door te laten en te voorkomen dat warmtestraling ontsnapt, dus het werkt als een enorme onzichtbare deken op aarde. De verhoogde warmte draagt bij aan de verdamping van oceaanwater in de atmosfeer, die dus een andere deklaag krijgt, die de temperatuur verhoogt, wat op zijn beurt leidt tot de verdamping van nog meer water en een grotere verwarming van de atmosfeer van de planeet.
Als het op aarde werkt, werkt het misschien ook op Mars. De atmosfeer van Mars is bijna volledig in de ruimte verdwenen, maar de Rode Planeet heeft enorme voorraden waterijs en bevroren kooldioxide in de poolkappen en net onder het oppervlak van de planeet.
Als mensen de poolkappen op de een of andere manier zouden kunnen opwarmen, zou het genoeg koolstofdioxide in de atmosfeer kunnen afgeven om de broeikasopwarming te veroorzaken. Het enige wat we dan zouden moeten doen is gaan kijken en eeuwen wachten tot de natuurkunde zijn ding doet en van Mars een veel minder agressieve plek maakt.
Helaas zal dit simpele idee waarschijnlijk niet werken. Het eerste probleem is de ontwikkeling van de verwarmingstechnologie. De ontwerpen die nodig zijn om dit te doen, van gigantische pilaren tot de creatie van een enorme ruimtespiegel die meer licht en dus warmte zou concentreren, vereisen radicale sprongen in technologie en fabricage in de ruimte, ver buiten de huidige mogelijkheden van de mensheid. In het geval van een ruimtespiegel, bijvoorbeeld, zouden we ergens in de ruimte ongeveer 200 ton aluminium moeten winnen, terwijl we vandaag de dag in staat zijn om ... nou ja, nul ton aluminium in de ruimte te extraheren.
Geleidelijk komt het pijnlijke besef dat er niet genoeg CO2 op Mars is om een opwarmingstrend te veroorzaken. Momenteel is de atmosferische druk op Mars niet hoger dan één procent van de atmosferische druk op aarde. Als we elk molecuul CO2 en H2O op Mars in de atmosfeer zouden kunnen verdampen, zou de druk op de Rode Planeet... 2% van de atmosferische druk op aarde zijn.
Er zou twee keer zoveel atmosferische druk nodig zijn om te voorkomen dat zweet op de huid kookt, en tien keer zoveel om te voorkomen dat iemand een ruimtepak nodig heeft. En dan hebben we het niet over het gebrek aan zuurstof.
Om het probleem van het gebrek aan direct beschikbare broeikasgassen op te lossen, zijn er verschillende radicale voorstellen. Misschien kun je hiervoor planten gebruiken die chloorfluorkoolwaterstoffen uitstoten, wat echt agressieve broeikasgassen zijn. Of we kunnen enkele ammoniakrijke kometen uit het buitenste zonnestelsel aantrekken. Ammoniak is een uitstekend broeikasgas en wordt uiteindelijk afgebroken tot onschadelijke stikstof, die het grootste deel van onze atmosfeer uitmaakt.
Ervan uitgaande dat we de technologische uitdagingen die met deze voorstellen gepaard gaan, kunnen overwinnen, blijft er één kolossaal obstakel over: de afwezigheid van een magnetisch veld. Als we Mars niet beschermen met een magnetisch veld, wordt elk molecuul dat de atmosfeer binnenkomt weggeblazen door de zonnewind.
Het zal niet gemakkelijk zijn. Er zijn veel creatieve oplossingen. We kunnen misschien een enorme elektromagneet in de ruimte bouwen om de zonnewind af te buigen. Of het zou mogelijk zijn om Mars te omgorden met een supergeleider en een kunstmatige magnetosfeer te creëren. Natuurlijk zijn we nog ver verwijderd van het implementeren van ten minste één van deze oplossingen. Zullen we in de toekomst ooit Mars kunnen terravormen en gastvrijer maken? Natuurlijk is het vanuit wetenschappelijk oogpunt mogelijk - we hebben geen fundamentele natuurwetten die dit voorkomen...
Lees ook: China staat ook te popelen om de ruimte te verkennen. Dus hoe gaat het met ze?
Waarom al deze wetenschappers?
Er zijn nog meer scenario's voor het terravormen van Mars, maar de grote vraag is waarom we er echt over nadenken? Naast het vooruitzicht van avontuur en het idee dat de mensheid een tijdperk van gedurfde verkenning van de ruimte nieuw leven inblaast, zijn er verschillende redenen waarom Mars wordt voorgesteld om te terraformen. Ten eerste is er de angst dat de impact van de mensheid op planeet Aarde rampzalige gevolgen zal hebben en dat we een "back-up-site" zullen moeten creëren als we op de lange termijn willen overleven. Om nog maar te zwijgen over de directe voordelen die de ontwikkeling van wetenschap en technologie voor iedereen kan opleveren. Andere redenen zijn de mogelijkheid om onze hulpbronnenbasis uit te breiden en een beschaving te worden die niet bang hoeft te zijn voor uitputting van hulpbronnen. Een kolonie op Mars zal mijnbouw op de Rode Planeet mogelijk maken, waar mineralen en waterijs overvloedig aanwezig zijn en kunnen worden gebruikt. Een basis op Mars zou ook als startpunt kunnen dienen voor het gebruik van de asteroïdengordel, die ons toegang zou geven tot de juiste hoeveelheid mineralen om ze bijna voor altijd in overvloed te hebben.
Afgezien van de voor de hand liggende kwestie van de menselijke wil en de werkelijk astronomische kosten, is het noodzakelijk te begrijpen dat dergelijke pogingen zullen doorgaan zolang de mensheid bestaat. Zoals NASA in het eerder genoemde artikel uit 1976 rapporteerde: “Er zijn geen fundamentele, onoverkomelijke limieten vastgesteld voor het vermogen van Mars om het ecosysteem van de aarde te ondersteunen. Het ontbreken van een zuurstofhoudende atmosfeer zou voorkomen dat mensen op Mars leven zonder voorafgaande actie. De bestaande sterke ultraviolette straling van het oppervlak vormt een bijkomend ernstig obstakel. Het creëren van een geschikte zuurstofhoudende atmosfeer op Mars kan worden bereikt met behulp van fotosynthetische organismen. Maar de tijd die nodig is om zo'n atmosfeer te creëren kan zelfs... enkele miljoenen jaren zijn."
Tegelijkertijd zijn wetenschappers het erover eens dat deze periode drastisch kan worden verkort door extremofiele organismen te creëren die speciaal zijn aangepast aan de barre omgeving van Mars, een broeikaseffect te creëren en de poolkappen te smelten. De tijd die Mars nodig heeft om te transformeren, zal echter waarschijnlijk nog steeds eeuwen of millennia zijn. Er is echter niets dat ons ervan weerhoudt om dit proces nu te starten, als de gelegenheid zich voordoet. Wetenschappelijke en technologische voordelen, die zullen verschijnen als gevolg van de voorbereiding en het voorbereidende werk, kunnen enorm zijn.
Lees ook:
Ik nodig iedereen uit om naar Mars te vliegen!
We wachten op de verdeling van landpercelen op Mars.