Silica-aerogel kan het oppervlak van Mars opwarmen, vergelijkbaar met de manier waarop broeikasgassen de aarde warm houden.
Pool ijskappen op Mars zijn een combinatie van waterijs en bevroren CO2. Net als zijn gasvormige vorm laat bevroren CO2 zonlicht door terwijl warmte wordt opgevangen. In de zomer zorgt dit solid-state broeikaseffect voor broeikasgassen onder het ijs, hier te zien als zwarte stippen in het ijs.

Mensen hebben er lang van gedroomd het Marsklimaat opnieuw vorm te geven om het leefbaar te maken voor de mens. Carl Sagan was de eerste buiten het rijk van de science fiction die terraforming voorstelde. In een artikel uit 1971 suggereerde Sagan dat het verdampen van de noordelijke poolkappen zou leiden tot ~ 10 sg cm-2 aan atmosfeer over de planeet, hogere wereldwijde temperaturen door het broeikaseffect en een sterk verhoogde kans op vloeibaar water. ”

Sagans werk inspireerde andere onderzoekers en futuristen om het idee van terraforming serieus te nemen. De hamvraag was: zijn er genoeg broeikasgassen en water op Mars om de atmosferische druk te verhogen naar aarde-achtige niveaus?

In 2018 ontdekten een paar door de NASA gefinancierde onderzoekers van de Universiteit van Colorado, Boulder en Northern Arizona University dat verwerking van alle bronnen die beschikbaar zijn op Mars alleen de atmosferische druk zou verhogen tot ongeveer 7 procent die van de aarde – veel minder dan nodig is om de planeet bewoonbaar te maken.

Terraforming op Mars leek een onvervulbare droom.

Nu hebben onderzoekers van de Harvard University, Jet Propulsion Lab van NASA en de Universiteit van Edinburgh een nieuw idee. In plaats van te proberen de hele planeet te veranderen, wat als je een meer regionale aanpak zou kiezen?

De onderzoekers suggereren dat gebieden van het Marsoppervlak bewoonbaar kunnen worden gemaakt met een materiaal genaamd silica aerogel – dat het atmosferische broeikaseffect van de aarde nabootst. Door middel van modellering en experimenten laten de onderzoekers zien dat een twee tot drie centimeter dikke schil van silica-aerogel genoeg zichtbaar licht kan overbrengen voor fotosynthese, gevaarlijke UV-straling kan blokkeren en temperaturen kan verhogen tot permanent boven het smeltpunt van water, allemaal zonder de noodzaak voor een interne warmtebron.

Het artikel is gepubliceerd in Nature Astronomy.

“Deze regionale benadering om Mars bewoonbaar te maken is veel meer haalbaar dan wereldwijde atmosferische modificatie,” zei Robin Wordsworth, universitair docent Environmental Science and Engineering aan de Harvard John A. Paulson School voor Engineering and Applied Sciences (SEAS) en het Department of Earth en Planetaire Wetenschap. “In tegenstelling tot de vorige ideeën om Mars bewoonbaar te maken, is dit iets dat systematisch kan worden ontwikkeld en getest met materialen en technologie die we al hebben.”

“Mars is de meest bewoonbare planeet in ons zonnestelsel naast de aarde”, zegt Laura Kerber, Research Scientist bij het Jet Propulsion Laboratory van NASA. “Maar het blijft een vijandige wereld voor vele soorten van leven. Een systeem voor het creëren van kleine eilanden van bewoonbaarheid zou ons in staat stellen om Mars op een gecontroleerde en schaalbare manier te transformeren. ”

De onderzoekers werden geïnspireerd door een fenomeen dat al op Mars voorkomt.

In tegenstelling tot polaire ijskappen op aarde, die zijn gemaakt van bevroren water, zijn polaire ijskappen op Mars een combinatie van waterijs en bevroren CO2. Net als zijn gasvormige vorm laat bevroren CO2 zonlicht door terwijl warmte wordt opgevangen. In de zomer zorgt dit solid-state broeikaseffect voor broeikasgassen onder het ijs.

“We begonnen na te denken over dit solid-state broeikaseffect en hoe het zou kunnen worden ingeroepen voor het creëren van bewoonbare omgevingen op Mars in de toekomst”, aldus Wordsworth. “We begonnen na te denken over wat voor soort materialen thermische geleidbaarheid zouden kunnen minimaliseren, maar toch zoveel mogelijk licht kunnen overbrengen.”

De onderzoekers landden op silica aerogel, een van de meest isolerende materialen ooit gemaakt.

Silica aerogels zijn voor 97 procent poreus, wat betekent dat het licht door het materiaal beweegt maar de onderling verbonden nanolagen van infraroodstraling van siliciumdioxide en de warmtegeleiding sterk vertragen. Deze aerogels worden tegenwoordig in verschillende technische toepassingen gebruikt, waaronder NASA’s Mars Exploration Rovers.

“Silica-aerogel is een veelbelovend materiaal omdat het effect ervan passief is”, zei Kerber. “Het zou geen grote hoeveelheden energie of onderhoud van bewegende delen vereisen om een ​​ruimte warm te houden gedurende lange perioden.”

Met behulp van modellering en experimenten die het oppervlak van Mars nabootsten, toonden de onderzoekers aan dat een dunne laag van dit materiaal de gemiddelde temperaturen op middellange breedten op Mars-aarde-achtige temperaturen verhoogde.

“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.

Dit materiaal kan worden gebruikt om woonkoepels of zelfs autonome biosferen op Mars op Mars te bouwen.

“Er zijn een hele reeks fascinerende technische vragen die hieruit naar voren komen”, zei Wordsworth.

Vervolgens probeert het team het materiaal in Marsachtige klimaten op aarde te testen, zoals de droge valleien van Antarctica of Chili.

Wordsworth wijst erop dat elke discussie over het bewoonbaar maken van Mars voor mensen en het aardse leven ook belangrijke filosofische en ethische vragen oproept over planetaire bescherming.

‘Als je het leven aan het oppervlak van Mars in werking wilt stellen, weet je zeker dat er al geen leven is? Als dat zo is, hoe navigeren we dat dan, “vroeg Wordsworth. “Op het moment dat we besluiten om mensen te engageren op Mars, zijn deze vragen onvermijdelijk.”

Bronnen:

Leah Burrows
Harvard John A. Paulson School voor ingenieurswetenschappen en toegepaste wetenschappen