Mars: Nanostäbe könnten den Planeten 5.000-mal effizienter erwärmen

Sollten wir eines Tages dauerhafte menschliche Kolonien auf dem Mars errichten wollen, müssten sich dort einige Bedingungen grundlegend ändern. Der Mars gehört nicht gerade zu den einladendsten Orten im Sonnensystem, und seine gegenwärtigen Verhältnisse sind für das Überleben alles andere als ideal.

Zu den größten Hindernissen zählt das Klima. Für warme menschliche Körper sinken die Temperaturen auf dem Mars viel zu stark: Der Median liegt bei -64 Grad Celsius. Eine Terraformung setzt daher voraus, dass wir den Planeten erwärmen.

Forschende haben nun einen möglichen Ansatz dafür vorgestellt. Ihre Methode soll nach eigenen Angaben 5.000-mal effizienter sein als andere Strategien.

Mars erwärmen mit nanoskopischen Metallstäben

Einem Team unter Leitung der Elektroingenieurin Samaneh Ansari von der Northwestern University in den USA zufolge könnte der Mars aufgeheizt und auf Temperatur gehalten werden, indem nanoskopische Metallstäbe in seine Atmosphäre eingebracht werden. Diese würden einen Treibhauseffekt erzeugen und dauerhaft stützen.

„Man bräuchte zwar immer noch Millionen Tonnen, um den Planeten zu erwärmen, aber das ist fünftausendmal weniger als bei früheren Vorschlägen zur globalen Erwärmung des Mars erforderlich wäre. 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 ist, niedriger ist als bislang angenommen.“

Der Treibhauseffekt gilt als der praktikabelste bekannte Weg, einen Planeten aufzuheizen. Doch anders, als die Situation auf der Erde vermuten lassen könnte, ist er schwieriger zu erzeugen, als es scheint. Frühere Konzepte zur Erwärmung des Mars durch einen Treibhauseffekt setzten auf Treibhausgase – also auf Gase wie jene, die Erde und Venus erwärmen.

Auf der Erde hat sich eine Treibhauserwärmung als allzu leicht auslösbar erwiesen. Die Atmosphäre reichert sich mit Gasen wie Kohlendioxid und Methan an, welche die von der Oberfläche abgestrahlte Wärme streuen. Dadurch entweicht sie langsamer ins All, und die Temperaturen steigen.

Würde man die dünne Marsatmosphäre, wie in früheren Vorschlägen vorgesehen, mit solchen Treibhausgasen anreichern, müsste derselbe Erwärmungseffekt eintreten. Die Temperatur des Mars könnte dadurch ein Niveau erreichen, auf dem photosynthetische Organismen überleben können.

Das Problem: Auf dem Mars sind viele der für diese Strategie notwendigen Ausgangsstoffe nur begrenzt vorhanden. Sie müssten entweder in enormen Mengen von der Erde dorthin transportiert oder unter der Marsoberfläche abgebaut werden. Beides wäre kostspielig und schwierig.

Marsstaub und Metallpartikel als Treibhaushelfer

Doch was wäre, wenn man sich auf Material stützen würde, das auf dem Mars leicht verfügbar ist? Untersuchungen von Marsrovern haben gezeigt, dass der Oberflächenboden reich an metallhaltigen Mineralien wie Aluminium und Eisen ist. Könnte man winzige, glitzernde Metallpartikel wie aus einer Glitzerkanone in die Marsatmosphäre schießen, damit sie dort schweben und Sonnenlicht einschließen – ähnlich wie Kohlenstoffemissionen auf der Erde?

Ansari und ihr Team modellierten winzige Metallstäbe, die ungefähr so groß sind wie die natürlichen Staubpartikel auf dem Mars und etwas kleiner als handelsüblicher Glitzer. Mit einem Seitenverhältnis von 60:1 sollten diese Nanostäbe in den Marshimmel freigesetzt werden. Die Forschenden berechneten, wie viel Wärme glitzernde Metallwolken aus solchen Nanostäben zurückhalten könnten und welche Staubmenge nötig wäre, um einen Treibhauseffekt zu erzeugen und aufrechtzuerhalten.

Durch ihre Größe und Form würden die Nanostäbe zehnmal länger in der Marsatmosphäre bleiben als natürlicher Staub. Bei einer kontinuierlichen Freisetzung von 30 Litern pro Sekunde könnten sie die beschriebene Erwärmung bewirken: Oberflächeneis würde schmelzen, während der Luftdruck stiege, weil Kohlendioxideis sublimiert.

Über Jahrhunderte hinweg würde der atmosphärische Druck weiter zunehmen, da die polaren Kohlendioxideiskappen verdampfen.

Damit wäre der Mars noch lange nicht bewohnbar. Seine Atmosphäre enthielte weiterhin nicht genügend Sauerstoff zum Atmen. Sobald die Oberfläche jedoch für Bakterien lebensfreundlich wäre, könnten Mikroorganismen angesiedelt werden, um die langwierige und schwierige Sauerstoffproduktion in Gang zu setzen.

Die Nanostab-Strategie würde zwar mehrere Jahrzehnte benötigen, könnte den Mars am Ende jedoch um mehr als 28 Grad Celsius erwärmen. Sein Klima läge dann weiterhin außerhalb eines angenehmen Bereichs für Wirbeltiere, wäre aber warm genug für photosynthetisches mikrobielles Leben – ein erster wichtiger Schritt hin zu einem terraformierten Mars.

Es gibt allerdings noch Fragen, die geklärt werden müssen. Ungewiss ist beispielsweise, wie lange die Nanostäbe in der Marsatmosphäre verbleiben würden, die fortlaufend ins All entweicht. Das ist nicht ungewöhnlich, denn jede Atmosphäre verliert Gase. Anders als die Erde besitzt der Mars jedoch kein globales Magnetfeld, das sie zusätzlich zusammenhält.

Mit zunehmender Erwärmung könnten die Nanopartikel außerdem Wasserteilchen anziehen, ähnlich wie Staub in der Erdatmosphäre, und als Regen auf die Oberfläche zurückfallen. Möglicherweise blieben sie also nicht so lange in der Luft, wie es wünschenswert wäre. Dieses potenzielle Hindernis lässt sich bislang nicht zuverlässig vorhersagen und erfordert weitere Forschung.

Dennoch sagt Kite: „Diese Forschung eröffnet neue Wege für die Erkundung und bringt uns möglicherweise dem lang gehegten Traum einer nachhaltigen menschlichen Präsenz auf dem Mars einen Schritt näher.“

Die Studie wurde in Science Advances veröffentlicht.