Könnten uns Kometen beibringen, wie man den Mars terraformt?

Die Marsatmosphäre, die aus einer dünnen Kohlendioxidschicht besteht, ist eine große Herausforderung für die Kolonialisierung des Roten Planeten. Ohne atmungsaktiven Sauerstoff in der Atmosphäre sind Mars-Kolonisten für immer in Innenräumen oder in Raumanzügen gefangen. Ein neues, von Kometen inspiriertes Verfahren, das bei Caltech entwickelt wurde, könnte das Geheimnis der Umwandlung von Kohlendioxid in der Marsatmosphäre in atmungsaktiven Sauerstoff bergen.

Eine sofortige Versorgung mit Sauerstoff ist für die Raumfahrt von entscheidender Bedeutung, und der gasförmige molekulare Sauerstoff, den wir in der Atmosphäre einatmen, besteht aus zwei Sauerstoffatomen, die als O2 bezeichnet werden. Kohlendioxid, CO2, besteht aus zwei Sauerstoffatomen auf gegenüberliegenden Seiten eines Kohlenstoffatoms.

Wenn Menschen den Mars bevölkern wollen, müssen wir entweder Luft mitbringen oder für immer in Kolonien und Raumanzügen gefangen sein. Bildnachweis: NASA

„Wir dachten, es wäre unmöglich, die beiden Sauerstoffatome eines CO2-Moleküls miteinander zu kombinieren, da CO2 ein lineares Molekül ist und man das Molekül stark biegen müsste, damit es funktioniert. Sie tun etwas sehr drastisches mit dem Molekül “, erklärte Konstantinos Giapis, Professor für Chemieingenieurwesen an der Caltech.

Die Astronomen wussten, dass molekularer Sauerstoff in den Schwänzen von Kometen zu finden ist, obwohl der genaue Mechanismus, durch den das Gas gebildet wurde, weiterhin umstritten ist. Giapis und sein Team untersuchten die Frage und schlugen vor, dass ein unbekannter chemischer Prozess am Werk sein könnte.

Es ist ein Gas, Gas, Gas

Die meisten chemischen Reaktionen erfordern die Anwendung von Wärme, wodurch die Reaktion befeuert wird. Giapis zeigte, dass einige Reaktionen die kinetische Energie bewegter Moleküle in Energie umwandeln können, die zur Initiierung einer Reaktion nützlich ist. Wenn Wassermoleküle auf sauerstoffhaltige Materialien wie Sand oder Rost treffen, können die Wassermoleküle zerreißen und molekularen Sauerstoff und Wasserstoff bilden. Dieser Prozess findet in der Nähe von Kometen statt, da das von einem Kometen vertriebene Wasser bei Annäherung an die Sonne durch den Sonnenwind nach hinten beschleunigt wird, bis es auf der gefrorenen Oberfläche zusammenstößt.

Die kinetische Energie von Kohlendioxid kann in Energie umgewandelt werden, um das Molekül zu spalten und atmungsaktiven Sauerstoff zu bilden. Bildnachweis: Caltech

Giapis und sein Team beschleunigten CO2-Moleküle auf eine Goldplatte und stellten fest, dass dabei ein Teil des Kohlendioxids in atmungsaktiven Sauerstoff umgewandelt wurde.

Das Gerät, das sie entwickelt haben, erregt das Gas, ionisiert die Moleküle, bevor sie durch ein elektrisches Feld auf eine Kollision mit ihrem Ziel hin beschleunigt werden. Dieser Prozess, der einen neuen Zweig der Chemie darstellen könnte, erfordert keine extremen Geschwindigkeiten, um die Moleküle umzuwandeln.

„Man könnte einen Stein mit genügend Geschwindigkeit auf etwas CO2 werfen und das Gleiche erreichen. Es müsste sich so schnell bewegen, wie sich ein Komet oder Asteroid durch den Weltraum bewegt “, erklärte Giapis.

Konstantinos Giapis posiert mit der Maschine, die Kohlendioxid in Sauerstoff umwandeln kann. Bildnachweis: Caltech

Computersimulationen wurden entwickelt, um das Experiment zu modellieren. Diese Aufgabe erwies sich aufgrund der chaotischen Bewegungen innerhalb der sich bewegenden Moleküle als schwierig.

Ein ähnlicher Effekt kann bereits in der oberen Marsatmosphäre auftreten, da Staubpartikel mit hoher Geschwindigkeit auf Kohlendioxidmoleküle treffen. Dies könnte für eine Sauerstoffschicht in der oberen Marsatmosphäre verantwortlich sein, glauben Forscher.

Auf dem Mars wird die Aktion für die nächsten tausend Jahre stattfinden. Das Merkmal der menschlichen Natur und vielleicht unseres Stammes ist Neugier und Erforschung. Wenn wir damit aufhören, werden wir keine Menschen mehr sein. Ich habe in meinem Leben weit mehr gesehen, als ich jemals geträumt habe. Viele unserer Probleme auf der Erde können nur mit der Weltraumtechnologie gelöst werden. Der nächste Schritt ist im Weltraum. Das ist unvermeidlich.
- Arthur C. Clarke

Sind alle für den Mars gerüstet? Vergiss deinen Sauerstoff nicht!

Science-Fiction-Geschichten sind voll von Geschichten über die menschliche Zivilisation, die den Mars terraformt und diesen Planeten von einer gefrorenen Wüste zu einer Welt entwickelt, in der die Menschen bequem leben können.

Das Mitführen von Sauerstoff auf einer menschlichen Mission zum Mars erhöht das Gewicht (und damit die finanziellen und Kraftstoffkosten) einer solchen Mission erheblich. Dieses neue Gerät von Caltech wandelt nur ein bis zwei Prozent der Moleküle, die darauf treffen, in atmungsaktiven Sauerstoff um, wodurch es für den Einsatz an Bord eines Raumfahrzeugs unwirksam wird. Die hier entdeckte Technologie könnte jedoch den Weg für einen zukünftigen Mechanismus ebnen, der große Mengen Kohlendioxid in lebensspendenden Sauerstoff umwandeln kann.

„Um ein nachhaltiges menschliches Leben auf einem anderen Planeten zu ermöglichen, sind viele Ressourcen erforderlich, und wir können unmöglich alles mitbringen, was wir brauchen werden. Wir müssen kreativ werden. Wenn wir eine vorhandene und reichlich vorhandene Ressource wie Kohlendioxid in eine Vielzahl nützlicher Produkte umwandeln können, sind die Anwendungen im Weltraum und auf der Erde endlos “, sagte Monsi Roman, Programmmanager des Centennial Challenges-Programms der NASA.

Neben der Luftversorgung für Astronauten und Weltraumkolonisten könnte die Kenntnis des Prozesses auch zu direkten Vorteilen bei der Entwicklung von Geräten führen, mit denen Kohlendioxid aus der Atmosphäre entfernt werden kann.

Zwischen der Bekämpfung des globalen Klimawandels, dem Beitrag zur Erforschung des Weltraums durch den Menschen und der möglichen Terraformierung des Mars kann diese neue Entdeckung der Welt - oder den Welten - viel zu bieten haben.