Het idee om Mars op de een of andere manier terra-vormend te maken om het beter bewoonbaar te maken, is een visionaire, scifi-droom. Maar nu kan een materiaal genaamd silica-aerogel het hele idee van terra-vormende Mars iets minder onmogelijk maken.
Bekende mensen van Carl Sagan tot Elon Musk hebben voorgesteld om Mars te verwarmen en het een atmosfeer te geven, en de truc zit in de bevroren CO2 en het water in de poolkappen van de planeet. Sagan zei dat als die doppen op de een of andere manier konden worden verdampt, het CO2-broeikaseffect de rest zou doen. Musk zei, lichtjes en half gekscherend, dat atoombommen op de palen zouden vallen.
Er is serieus wetenschappelijk werk gaande om het idee te verkennen, althans in theorie. De centrale vraag is: heeft Mars genoeg CO2 en water om een atmosferische dichtheid te creëren die vergelijkbaar is met de aarde?
In 2018 bestudeerden wetenschappers van de University of Colorado de vraag. Hun conclusie? Terraforming Mars is niet mogelijk met onze huidige technologie, iets waarvan de meeste mensen al zeker wisten dat het waar was.
“Onze resultaten suggereren dat er niet genoeg CO is2 op Mars blijven om aanzienlijke broeikasopwarming te bieden, was het gas dat in de atmosfeer moest worden gebracht; bovendien is het grootste deel van de CO2 gas is niet toegankelijk en kon niet gemakkelijk worden gemobiliseerd. Als gevolg hiervan is het niet mogelijk om Mars te terraformeren met de huidige technologie ”, zegt Bruce Jakosky, professor aan het Laboratorium voor Atmosfeer en Ruimtefysica aan de Universiteit van Colorado, Boulder.
Maar dat was een jaar geleden en technologie evolueert voortdurend.
In een nieuwe studie in Nature Astronomy suggereren een trio-onderzoekers van NASA's Jet Propulsion Laboratory, Harvard University en de University of Edinburgh dat Mars bewoonbaar zou kunnen worden gemaakt als we ons denken veranderen en nieuwe technologie gebruiken. In plaats van grootse dromen om het geheel van de rode planeet bewoonbaar te maken, wat wetenschappers Global Atmospheric Modification (GAM) noemen, wat als kleine regio's zouden kunnen worden getransformeerd?
De sleutel achter hun denkwijze is silicagel-aerogel.
"Deze regionale benadering om Mars bewoonbaar te maken, is veel beter haalbaar dan wereldwijde atmosferische modificatie."
Robin Wordsworth, Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences
Silica-aerogel is niet wat je zou denken dat het is. In plaats van een echte gel, is het een stevig, stijf, droog materiaal. Het wordt gemaakt door de vloeistof uit een gel te extraheren met een proces dat superkritisch drogen wordt genoemd, hetzelfde proces dat wordt gebruikt om cafeïnevrije koffie te maken.
De onderzoekers achter deze nieuwe studie gebruikten modellen en experimenten om aan te tonen dat een dunne laag van 2 tot 3 cm (.8 tot 1.2 inch) aerogel zonlicht zou kunnen binnendringen, maar warmte zou vasthouden. De gel zou ook voldoende zonlicht toelaten voor fotosynthese en zou het gebied dat het bedekte permanent verwarmen, waardoor waterijs en bevroren CO2 konden smelten. Misschien wel het beste van alles, daarvoor is geen energiehongerige warmtebron nodig.
"Deze regionale benadering om Mars bewoonbaar te maken is veel beter haalbaar dan globale atmosferische modificatie", zegt Robin Wordsworth, universitair docent Milieuwetenschappen en Engineering aan de Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) en het Department of Earth en Planetary Science. "In tegenstelling tot de eerdere ideeën om Mars bewoonbaar te maken, is dit iets dat systematisch kan worden ontwikkeld en getest met materialen en technologie die we al hebben", zei hij in een persbericht.
"Kleine leefbare eilanden"
"Mars is naast de aarde de meest bewoonbare planeet in ons zonnestelsel", zegt Laura Kerber, onderzoekswetenschapper bij NASA's Jet Propulsion Laboratory. 'Maar het blijft een vijandige wereld voor vele soorten leven. Een systeem voor het creëren van kleine bewoonbare eilanden stelt ons in staat Mars op een gecontroleerde en schaalbare manier te transformeren. ”
Het idee van silicagel-aerogel, het eiland van bewoonbaarheid, is geïnspireerd door iets dat al aan de polen van Mars voorkomt.
In tegenstelling tot op aarde is de CO2 op Mars bevroren, gevangen op de polen. Terwijl hier op aarde de polen waterijs zijn, zijn de Marsstokken een combinatie van waterijs en CO2-ijs. Maar hoewel het bevroren is, laat die CO2 nog steeds zonlicht door terwijl het de warmte vasthoudt.
Afbeeldingen van de polen van Mars laten zien hoe dit gebeurt.
In dit beeld van ijs op Mars heeft de CO2 de warmte van de zon gevangen. Hierdoor ontstaan in de zomer kleine warmtezakjes, die zich voordoen als zwarte gesmolten plekken in het ijs.
"We begonnen na te denken over dit solid-state broeikaseffect en hoe het zou kunnen worden ingeroepen om in de toekomst bewoonbare omgevingen op Mars te creëren", aldus Wordsworth. "We begonnen na te denken over wat voor soort materialen de thermische geleidbaarheid zouden kunnen minimaliseren, maar toch zoveel mogelijk licht doorlaten."
Het blijkt dat de aerogel van siliciumdioxide goed past. Het is voor het eerst uitgevonden in 1931 en het is een van de meest isolerende materialen ooit gemaakt. Dat komt omdat het een zeer poreus materiaal is dat bijna volledig is gemaakt van lucht. Het is ongeveer 99,8% lucht, een beetje zoals een thermisch raam.
Silica aerogels zijn voor 97 procent poreus, wat betekent dat licht door het materiaal beweegt, maar de onderling verbonden nanolagen van siliciumdioxide vangen infraroodstraling op en vertragen de warmtegeleiding aanzienlijk. Deze aerogels worden tegenwoordig gebruikt in verschillende technische toepassingen, waaronder NASA's Mars Exploration Rovers. Ze worden gebruikt om de gevoelige elektronica warm te houden.
"Silica aerogel is een veelbelovend materiaal omdat het passief werkt", zegt Kerber. "Het vereist geen grote hoeveelheden energie of onderhoud van bewegende delen om een gebied gedurende lange tijd warm te houden."
De onderzoekers hebben experimenten opgezet om de omstandigheden op Mars na te bootsen. Ze experimenteerden met twee soorten silica-aerogel: deeltjes en tegels. Ze ontdekten dat beide effectief waren bij het verhogen van de temperatuur. Beiden waren ook effectief in het blokkeren van gevaarlijke UV-straling.
Hun resultaten tonen aan dat een laag van 2 cm of meer aerogel de UVC-straling tot minder dan 0,5% verminderde. UVC is UV-straling met een hogere energie en kan bijzonder schadelijk zijn. Op aarde bereikt bijna geen meetbare UVC-straling het oppervlak als gevolg van ozon, moleculaire zuurstof en waterdamp in de bovenste atmosfeer.
"Verspreid over een groot genoeg gebied, zou je geen andere technologie of natuurkunde nodig hebben, je zou alleen een laag van dit spul op het oppervlak nodig hebben en daaronder zou je permanent vloeibaar water hebben", zei Wordsworth. "Hieruit komen een hele reeks fascinerende technische vragen naar voren."
Het is gemakkelijk genoeg om je een soort koepelstructuur voor te stellen die is gemaakt van silica-aerogel. Het zou warm genoeg zijn om bewoonbaar te zijn en het zou ook UV blokkeren. Het zou een soort broeikas op aarde kunnen zijn, waar water bleef staan als vloeistof en planten konden worden gekweekt.
Er moet natuurlijk nog veel meer werk en onderzoek worden gedaan. Wordsworth en de andere onderzoekers zijn van plan silica-aerogels te testen op Mars-achtige locaties hier op aarde. Ze richten zich op de droge vallei in Chili en Antarctica.
Wordsworth is één ding duidelijk: het klimaat van Mars ontwerpen is niet alleen een technische en technische vraag. Het is ook een ethische en filosofische vraag.
Als er al wat microben op Mars leven, misschien ergens onder de oppervlakte, hoe zit het dan? Moeten we het doen? Hebben we het recht?
"Als je het leven aan de oppervlakte van Mars wilt inschakelen, weet je dan zeker dat er al geen leven is? Als dat zo is, hoe kunnen we daar dan doorheen navigeren ', vroeg Wordsworth. 'Op het moment dat we besluiten om mensen op Mars te hebben, zijn deze vragen onvermijdelijk.'
Bronnen:
- Onderzoeksartikel: Martian-bewoonbaarheid mogelijk maken met silicagel-aerogel via het vaste-stof broeikaseffect
- Persbericht: een materiële manier om Mars bewoonbaar te maken
- Persbericht: Mars-terraforming is niet mogelijk met de huidige technologie
- Wikipedia: Aerogel
- Space Magazine: Moeten we Terraform Mars?
