Mondgeruch: Die Problematik des Feinstaubs

Feinstaub gibt es nicht nur auf der Erde. Selbst auf dem Mond hatten die Astronauten damit zu tun. Dieser Feinstaub kann bei Mensch und Maschine für Probleme sorgen, in Zukunft aber auch Chancen bieten.

Eine überraschende Sache für die Astronauten, die den Mond besuchten, war der starke Geruch des Mondstaubs (auch Regolith genannt). Während die Astronauten in ihren Raumanzügen Experimente auf der Mondoberfläche durchführten, sammelte sich der Mondstaub in den Falten des Anzugs. Als sie in die Landefähre zurückkehrten und ihre Helme abnahmen, ließ sich der Staub an ihren Händen und in ihren Gesichtern nieder. Nachdem die vier Milliarden Jahre alten Kleinstpartikel in der Mondlandefähre zum ersten Mal mit Sauerstoff in Berührung kamen, entwickelten sie einen stechenden Geruch. Neil Armstrong beschrieb den Geruch des Staubes als vergleichbar mit feuchter Asche in einem Kamin. Andere erinnerte er an Schießpulver.

Der Regolith bildet sich auf den Oberflächen von Gesteinskörpern (Planeten, Monde und Asteroiden), die nicht durch eine Atmosphäre geschützt sind. Dieser Vorgang wird als „Weltraumverwitterung“ bezeichnet. Anders als auf der Erde, wo gewöhnlich Wasser bei der Verwitterung eine Rolle spielt, sind bei der Weltraumerosion das Bombardement durch Mikrometeoriten, kostmische Strahlung und extreme Temperaturen dafür verantwortlich, dass sich kleine Teile aus dem Gestein lösen. Da es an Wind und Regen fehlt, bleiben die Partikel als eine Staubschicht liegen.

Foto der Spur, die das Mondfahrzeug in der Staubschicht hinterließ. In einiger Entfernung ist die Mondlandefähre der Apollo-14-Mission zu sehen.
Das Mondfahrzeug der Apollo-14-Mission hinterließ seine Spur in der feinen Staubschicht, die den Mond überzieht. (Bild: NASA)

Bei einem längeren Aufenthalt auf dem Mond kann sich der Regolith als ernsthaftes Problem erweisen. Wegen ihrer elektrostatischen Aufladung haben die Teilchen die problematische Eigenschaft, an Flächen zu haften. Außerdem können sie wegen ihrer mikroskopischen Größe in Geräte und die Lungen der Raumfahrer eindringen.

Es gibt Anzeichen für eine Art dünner „Staubatmosphäre“ des Mondes, die aus kleinen Teilchen besteht, die von der Oberfläche hochspringen und wieder zurückfallen. Dabei handelt es sich um einen Effekt, den bereits 1956 der Science-Fiction-Autor Hal Clement in der Kurzgeschichte „Dust Rag“ beschrieb.

Nützlicher Staub

Der Regolith auf den Gesteinskörpern stellt aber nicht nur eine Herausforderung dar, er kann für zukünftige Missionen auch nützlich sein. Europäische Wissenschaftler experimentierten mit ähnlichem irdischen Feinstaub. Es gelang ihnen mit Hilfe der 3D-Druck-Technik, daraus Backsteine zu formen – Baumaterial für künftige Mondstationen. Außerdem arbeitet die Europäische Raumfahrtagentur (ESA) an einer technischen Einrichtung, um dem Mondstaub Sauerstoff zu entziehen. Etwa 40 bis 45 Prozent des Regolithgewichts ist auf Sauerstoff zurückzuführen. Die Technik ist jedoch nicht einfach, da der Sauerstoff chemisch als Oxide in Form von Mineralien oder Glas gebunden ist. Zum Extrahieren ist deshalb eine komplizierte Chemie nötig. Falls die nötigen Techniken gemeistert werden, kann sich der Regolith in Zukunft als eine wichtige Hilfe bei der Errichtung von Stützpunkten auf anderen Himmelskörpern erweisen.

Kosmische Immobilien: Wem gehört der Weltraum?

Als ein kleiner blassblauer Punkt erschien die Erde auf dem Foto, das die Raumsonde Voyager 1 am 14. Februar 1990 aus einer Entfernung von etwa sechs Milliarden Kilometern machte. Winzig ist nicht nur der Planet Erde im Verhältnis zu den Weiten des Universums, kleinlich wirken auch die Streitigkeiten der Menschen verglichen mit den Herausforderungen und Chancen des immensen Weltraumes mit seinen unzähligen Welten.

„Es gibt keine Nationalstaaten mehr. Es gibt nur noch die Menschheit und ihre Kolonien im Weltraum.“ So hieß es im Vorspann der 1966 ausgestrahlten Fernsehserie „Raumpatrouille – Die phantastischen Abenteuer des Raumschiffes Orion“. In anderen Science-Fiction-Filmen und Erzählungen ist es ebenfalls oft eine vereinte Menschheit, die den Weltraum erobert. Viele Autoren im Goldenen Zeitalter der Science-Fiction optimistisch in die Zukunft. Sie sahen nicht nur einen technischen Fortschritt voraus, sondern auch eine rationalere Zeit, in der die Menschheit ihre Spaltungen, Feindschaften, Vorurteile und Ideologien überwunden hat. Ein Beispiel dafür ist die von Gene Roddenberry geschaffene Star-Trek-Serie, in der die Enterprise im Auftrag einer planetaren Föderation durch die Weiten des Universums fliegt, und auch die Autoren der Perry-Rhodan-Romanserie nahmen eine terranische Union als Voraussetzung für den Erfolg der Menschen im All an.

Zögerliche Kooperationen

Es gab tatsächlich Anlass zur Hoffnung. Trotz des Kalten Krieges fand 1975 ein Apollo-Sojus-Testprojekt statt, bei dem ein Apollo- und ein Sojus-Raumschiff in der Erdumlaufbahn aneinander ankoppelten. Die Planetary Society organisierte 1987 eine Konferenz mit sowjetischen Wissenschaftlern mittels einer Satellitenverbindung. Dabei ging es unter anderem um eine gemeinsame Mission der USA und der UdSSR zum Mars. Eine verstärkte Kooperation war nach dem Ende des Eisernen Vorhangs möglich. Die Internationale Raumstation ist der bisherige Höhepunkt der internationalen Zusammenarbeit in der Raumfahrt. Neben der NASA und der ESA sind auch die Raumfahrtorganisationen Japans, Kanadas und Russlands an dem Unternehmen beteiligt. Allerdings ist die aufstrebende Raumfahrtnation China nach wie vor davon ausgeschlossen.

Aber diese Formen der Kooperation sind weit von dem entfernt, was sich frühere Visionäre erträumten. Bis heute ist die Erde in fast 200 Herrschaftsgebiete aufgeteilt, und längst tot geglaubte Dämonen der Vergangenheit, wie Nationalismus und religiöser Extremismus, sind wieder zum Leben erwacht. Die Gefahr der Selbstzerstörung mit Atomwaffen schwebt weiterhin wie ein Damoklesschwert über den Erdbewohnern.

Hoheitsansprüche

Auf der Erde unterliegt jeder Quadratkilometer Festland – von der Antarktis abgesehen – den Hoheitsansprüchen irgendeines Staates. Anders sind die Verhältnisse auf anderen Himmelskörpern, wo die Eigentumsverhältnisse von keiner staatlichen Gewalt geregelt werden und es vorerst keine Möglichkeit besteht, ein Stück Land oder einen Teil eines Asteroiden für sich zu beanspruchen und diesen Anspruch durch die Rechtsprechung zu verteidigen.

Im „Vertrag über die Grundsätze zur Regelung der Tätigkeiten von Staaten bei der Erforschung und Nutzung des Weltraums einschließlich des Mondes und anderer Himmelskörper“, den die meisten Staaten der Welt unterzeichnet haben, heißt es in Artikel 2: „Der Weltraum einschließlich des Mondes und anderer Himmelskörper unterliegt keiner nationalen Aneignung durch Beanspruchung der Hoheitsgewalt, durch Benutzung oder Okkupation oder durch andere Mittel.“ Als die Astronauten der Apollo 11 die amerikanische Fahne auf dem Mond platzierten, wurde betont, dass damit kein Hoheitsanspruch verbunden sei.

Claims im All

Solange nur Forschungsmissionen auf anderen Himmelskörpern landeten, stellten unsichere Eigentumsverhältnisse kein Problem dar. Sollten sich aber die Pläne mancher Weltraumpioniere verwirklichen lassen, könnten tatsächlich Konflikte im Weltraum entstehen. 2015 verabschiedete der amerikanische Kongress ein Gesetz, das den Bergbau im Weltraum legalisierte. Man dachte dabei vor allem an den Abbau wertvoller Metalle auf Asteroiden. Als zweites Land erließ Luxemburg 2017 rechtliche Rahmenbedingungen für die wirtschaftliche Nutzung des Weltraums. „Das Ziel ist nicht die Erforschung des Weltraums, sondern die Nutzung des Weltraums“, erklärte Vizepremier-, Wirtschafts- und Gesundheitsminister Etienne Schneider (Quelle: „Luxembourg‘s innovation is out of this world“, Scientific American Custom Media, May 15, 2017, page 2). Das Großherzogtum mag zwar auf der Erde vergleichsweise klein sein, bei der wirtschaftlichen Erschließung des Weltraums möchte es jedoch eine große Rolle spielen. Etwa 30 Unternehmen der Raumfahrtbranche sind in dem nur knapp 614000 Einwohner zählenden Land ansässig.

Vorerst sind es nur hochfliegende Pläne, die sich den kommerziellen Möglichkeiten jenseits der Kármán-Linie widmen. Sollten aber einmal tatsächlich Raumschiffe auf der Suche nach wertvollen Rohstoffen auf dem Mond oder auf Asteroiden landen, könnten sie dadurch gewichtige Fragen aufwerfen. Was würde geschehen, wenn Prospektoren verschiedener Länder den gleichen Asteroiden ins Auge fassten? Wie weit dürfte man sich der Mondbasis eines anderen Staates nähern? Was wären die Konsequenzen, wenn es einigen Visionären tatsächlich gelänge, den Mars zu besiedeln und dessen Umwelt gar durch Terraforming zu verändern?

In der Science-Fiction begegnen Raumfahrer oft Gefahren, die extraterrestrischer Natur sind. In der Realität des 21. Jahrhunderts kann es geschehen, dass irdische Konflikte im Weltraum fortgesetzt werden.

Die Menschheit ist auch im Raumfahrtzeitalter zersplittert wie ehedem. Seltene Rohstoffe können in Zukunft den Bergbau im Weltraum interessant machen. Aber was würde geschehen, wenn mehrere Staaten den gleichen Asteroiden für sich beanspruchten? (Bild des Asteroiden: NASA, Gesamtbild: A. Mößmer)

Venus (Teil 3): Leben auf dem zweiten Planeten

Die Venus gehört nicht zu den Orten in unserem Sonnensystem, die lebensfreundliche Bedingungen bieten. Aber war das zu alle Zeiten so? Und herrschen überall auf der Venus lebensfeindliche Bedingungen?

Die Venusbewohner, meinte der französische Gelehrte Bernard le Bovier de Fontenelle (1657 – 1757), „ähneln den Mooren von Grenada: ein kleines schwarzes Volk, von der Sonne verbrannt, voll Geist und Feuer, immer verliebt, Verse schmiedend, die Musik liebend, immerzu Feste, Tänze und Turniere erfindend“ (Entretiens sur la pluralité des mondes, Seite 108 in der Ausgabe von 1766).

Bevor man wirklich über die Verhältnisse auf dem zweiten des Planeten des Sonnensystems Bescheid wusste, spekulierten spekulierten Gelehrte, Astronomen und Verfasser fantastischer Geschichten über das Leben auf dem Nachbarplaneten der Erde. Heute weiß man, dass zumindest auf der glühend heißen Oberfläche kein Leben existiert. Aber war das immer so?

Die Venus entstand vor etwa 4,5 Milliarden Jahren – zur gleichen Zeit wie die Erde. Die Sonne schien damals noch schwächer, und die Venus entwickelte sich in der Frühzeit wahrscheinlich wie ihre Schwester, die Erde. Auf der Erde sind die ersten nachweisbaren Mikroorganismen 3,465 Milliarden Jahre alt. Aber wahrscheinlich erschien das Leben auf dem blauen Planeten noch früher, nämlich kurz nachdem sich die Ozeane vor 4,4 Milliarden Jahren gebildet hatten. Es ist anzunehmen, dass der zweite Planet des Sonnensystems in seiner Frühzeit ebenfalls Ozeane besaß – und möglicherweise auch Leben.

Deuterium und Wasserstoff

Das einstige Vorhandensein von Wasser auf der Venus ist nicht reine Spekulation. Es gibt sogar einen Hinweis dafür. 1978 erreichte die NASA-Sonde Pioneer-Venus 2 den Nachbarplaneten der Erde und tauchte gemeinsam mit drei Tochtersonden in die Lufthülle ein, um die Atmosphäre zu analysieren. Eines der überraschenden Ergebnisse war, dass das Verhältnis von Deuterium- zu Wasserstoffatomen 100-mal größer war als auf der Erde. Zur Erinnerung: Während ein Wasserstoffatom nur ein Proton hat, besteht der Deuteriumkern aus einem Proton und einem Neutron. Deuterium wird deshalb auch „Schwerer Wasserstoff“ genannt. Auf der Erde kommen auf jedes Deuteriumatom ungefähr 10000 Wasserstoffatome. Man kann davon ausgehen, dass auf der Venus ursprünglich diese Atome im gleichen Verhältnis vorhanden waren. Aber von dem „leichteren“ Wasserstoff verschwand mehr in den Weltraum als von dem „schwereren“ Deuterium. Deshalb kommen heute auf ein Deuteriumatom 100 Wasserstoffatome.

Langsamer oder plötzlicher Wandel

Die Venus verlor wahrscheinlich 99,9 Prozent des Wassers, das sich einst auf dem Planeten befand. Wie konnte das geschehen?

Eines der Modelle geht von einem graduellen Wandel aus. Da sich der zweite Planet näher an der Sonne befindet, erwärmt er sich stärker und mehr Wasser gelangt in die Atmosphäre. Mit dem Verdunsten des Wassers verschwindet das Schmiermittel für die Plattentektonik, und damit kommt auch ein Mechanismus zu Stillstand, der Kohlenstoff von der Oberfläche ins Planeteninnere transportierte. Die Folge ist ein Treibhauseffekt, der den Planeten in eine heiße, ausgetrocknete, lebensfeindliche Welt verwandelt.

Schematische Darstellung der Umlaufbahnen der inneren Planeten und des Bereichs, der ungefähr als habitable Zone angesehen wird.
„Habitable Zone“ oder „bewohnbare Zone“, im Englischen auch „Goldilock Zone“ genannt, bezeichnet den Bereich, in dem sich die Umlaufbahn eines Planeten befinden muss, damit Wasser dauerhaft im flüssigen Zustand bleiben kann (im Bild blau eingzeichnet). Flüssiges Wasser wird als Voraussetzung für die Existenz von Leben angesehen. Über die Grenzen dieser habitablen Zone sind sich die Wissenschaftler nicht einig. Die Venus scheint sich am inneren Rand oder außerhalb des inneren Randes zu befinden. Dies muss jedoch nicht immer so gewesen sein, da die Sonne anfangs schwächer war und deshalb Wasser bei einem geringeren Abstand zum Zentralgestirn flüssig bleiben konnte. Der Mars ist dagegen jenseits der bewohnbaren Zone. Wasser würde auf der Oberfläche sofort gefrieren. (Bild: A. Mößmer)

Manche Wissenschaftler sind jedoch der Meinung, dass die Venus Milliarden von Jahren lang Wasser behielt und möglicherweise ebenso lange Leben beherbergte. Nach diesem Modell kam es erst vor etwa 700 Millionen Jahren zu einem Ereignis, das die Oberfläche veränderte und zu einem Treibhauseffekt führte. Im September 2019 präsentierten Michael Way und Anthony Del Genio vom NASA Goddard Institute for Space Studies (GISS) anlässlich eines Treffens von Planetologen in der Schweiz die Ergebnisse von fünf Simulationen. In den fünf Szenarien wurden unterschiedliche Tiefen der Venusozeane angenommen. In allen Fällen blieb die Temperatur drei Milliarden Jahre lang im Bereich von 20 bis 50 Grad Celsius – genügend Zeit für die Entwicklung von Leben.

In luftiger Höhe

Auf der Oberfläche mögen alle Spuren von Leben unter den Lavamassen begraben sein. Aber vielleicht existieren noch Überreste einst blühenden Lebens unter weniger extremen Bedingungen weiter oben in der Atmosphäre. Die Zeitschrift Astrobiology veröffentlichte im September 1918 eine Studie, die sich mit dieser Möglichkeit beschäftigt. In einer Höhe von 47,5 – 50,5 Kilometern entspricht der Luftdruck etwa dem auf der Erdoberfläche, und die Temperatur beträgt ungefähr 60 Grad Celsius, was für manche extremophile Mikroorganismen durchaus eine angenehme Umgebung sein könnte.

Tatsächlich beobachtete man bereits zu Beginn des 20. Jahrhunderts in der Venus-Atmosphäre dunkle Flecken, die sich im Laufe der Zeit in Form, Größe und Position veränderten, aber niemals ganz verschwanden. Heute glaubt man, dass sie hauptsächlich aus Partikeln bestehen. Diese Teilchen kommen die der Größe irdischen Bakterien sehr nahe. Darüber hinaus stimmen die Lichtspektren der venusianischen Partikel nach Meinung mancher Forscher eng mit den Spektren bekannter Bakterien überein.

Allerdings sollte man solche Spekulationen mit Vorsicht genießen. Noch in den 1960er-Jahren meinten manche Forscher, dass dunkle Gebiete auf dem Mars, die mit dem Wechsel der Jahreszeiten ihre Farbtönung änderten, von Pflanzenwuchs zeugten. Klarheit über Leben in den Venuswolken kann man nur durch eine genauere Analyse der Atmosphäre erlangen.

Das Konzept einer Sonde, die genau diese Aufgabe erfüllen soll, haben die Firmen Northrop Grumman und L‘Garde entwickelt. Das teilweise aufblasbare Flugobjekt heißt „Venus Atmospheric Maneuverable Platform“ („Venus Atmosphärische Manövrierbare Plattform“, kurz VAMP). Es hat die Form eines Deltaflügels und verfügt über elektrisch angetriebene Propeller. In der vorgesehenen Höhe kann VAMP längere Zeit als die bisherigen Sonden überleben, die Atmosphäre analysieren und die Daten zur Erde funken.

Sollte die VAMP-Mission wirklich durchgeführt werden, könnte sie zur Entdeckung von außerirdischen Mikroben führen, oder die Hoffnung auf Leben auf dem Schwesterplaneten der Erde endgültig begraben.