Das Konzept des Mars-Magnetschilds am Lagrange-Punkt L1, der sich in einer Entfernung von etwa 320 Radien des Mars befindet. Abbildung: NASA / J. Green

Elon Musk (Direktor von SpaceX) schlug auf seinem Twitter vor , Kolonisten auf dem Mars mit lokalisierten Generatoren für elektromagnetische Felder zu schützen. Er warf diesen Satz als Antwort auf eine kritische Bemerkung, dass es unmöglich sei, eine Siedlung mit Menschen auf dem Planeten ohne eine Magnetosphäre aufzubauen. Elon Musk sagte dann über Generatoren.

Sofort entstand eine Diskussion über die technische Machbarkeit einer solchen Lösung.

Jemand erinnerte sich daran, dass NASA-Experten zuvor eine ähnliche Idee vorgeschlagen hatten , jedoch nur, um den gesamten Mars zu schützen. Das Konzept des Magnetfeldgenerators wurde auf der Workshop-Konferenz Planetary Science Vision 2050 diskutiert, die von der Planetary Science Division der NASA im Februar und März 2017 organisiert wurde.

Magnetische Abschirmung

Das Konzept beinhaltet die Installation einer magnetischen Abschirmung am Lagrange-Punkt L1, um die Marsatmosphäre vor Sonnenwind und kosmischer Strahlung zu schützen.



Nach wissenschaftlichem Konsens hatte der Mars einst ein Magnetfeld, das die Atmosphäre schützte. Vor ungefähr 4,2 Milliarden Jahren verschwand das Magnetfeld plötzlich und verursachte eine langsame Streuung der Marsatmosphäre. In den nächsten 500 Millionen Jahren hat sich der Mars von einer warmen und feuchten Umgebung in einen kalten und unbewohnbaren Ort verwandelt, der uns heute bekannt ist.

Diese Theorie wird von Orbitalfahrzeugen wie Mars Express von der ESA und Mars Atmosphere sowie Volatile EvolutioN Mission (MAVEN) von der NASA unterstützt, die seit 2004 bzw. 2014 die Marsatmosphäre untersuchen. Sie sammelten Beweise dafür, dass der Sonnenwind für den Verlust der Marsatmosphäre verantwortlich war - und maßen die Geschwindigkeit, mit der die Atmosphäre jetzt noch verloren geht. Jetzt beträgt die Dichte der Marsatmosphäre etwa 1% der Erdatmosphäre, und der Ionenverlust wird teilweise durch vulkanische Aktivität ausgeglichen.

Es ist klar, dass der Mars ohne die Atmosphäre ein kalter und trockener Planet bleiben wird und es schwierig sein wird, dort ein normales Leben zu entwickeln. Darüber hinaus sind die ersten Kolonisten, die in den 2030er Jahren dorthin geschickt werden sollen, ernsthaften Gefahren ausgesetzt. Dies ist vor allem die Strahlenexposition und die Erstickungsgefahr bei Abwesenheit von Sauerstoff.

Der Hauptautor der wissenschaftlichen Arbeit, Jim Green, Direktor der Abteilung für Planetenwissenschaften der NASA, präsentierte mit Kollegen auf der Konferenz eine ehrgeizige Idee. Tatsächlich schlagen sie vor, die magnetische Dipolabschirmung am Lagrange-Punkt L1 zu positionieren. Es wird eine künstliche Magnetosphäre bilden, die den gesamten Planeten bedeckt und ihn vor Sonnenwind und kosmischer Strahlung schützt.

Green und Kollegen geben zu, dass die Idee ein wenig „bizarr“ klingt, aber sie wird durch neuere Studien zu Miniatur-Magnetosphären (zum Schutz von Raumfahrzeugen und ihren Besatzungen) bestätigt. Die Autoren glauben, dass es in Zukunft möglich ist, eine „aufblasbare Struktur“ zu bauen, die einen magnetischen Dipol in Höhe von 1 oder 2 Tesla (von 10.000 bis 20.000 Gauß) als aktiven Schutzschild gegen den Sonnenwind induziert. Zum Vergleich: Moderne Magnetresonanztomographiesysteme in Krankenhäusern auf der Erde induzieren ein Magnetfeld von 1,5–3 Tesla, dh ein solcher Schild ist keine Fiktion.

Die Position dieser magnetischen Abschirmung bietet Abschirmung für zwei Bereiche, in denen der Großteil der Marsatmosphäre verloren geht: über dem Nordpol und in der Äquatorzone mit einem saisonalen Verlust an Sauerstoffionen von bis zu 0,1 kg / s. Eine Reihe von Simulationen im Coordinated Community Modeling Center (CCMC) hat bestätigt, dass die Idee realisierbar ist.

Schildeffekt

Eine solche Abschirmung ermöglicht es der Atmosphäre, sich mit einem Anstieg ihrer Durchschnittstemperatur um etwa 4 ° C anzusammeln. Dies reicht aus, um das Kohlendioxideis in der Nordpolar-Eiskappe zu schmelzen. Das Ergebnis ist der Treibhauseffekt, der die Atmosphäre weiter erwärmt und zum Schmelzen von Wassereis in Polkappen führt. Nach den Berechnungen von Green mit Kollegen wird das Ergebnis der Operation die Wiederherstellung von 1/7 der Marsmeere sein - derjenigen, die sie vor Milliarden von Jahren bedeckten.

Überraschenderweise stimmt die Wirkung einer magnetischen Abschirmung mit der Wirkung der vollständigen Terraformierung des Mars überein.


Mars nach dem Terraforming. Bild: Ittiz / Wikimedia Commons

Eine solche Transformation nach den 2040er Jahren ermöglicht es Ihnen, Pflanzen im Freien zu züchten, mehr Ausrüstung auf die Oberfläche zu stellen, leichter Sauerstoff zu produzieren usw. In Zukunft eröffnet sie den Weg für die vollständige Besiedlung des Mars. Wissenschaftler arbeiten derzeit an neuen Simulationen, um genauer abzuschätzen, wie lange die vorhergesagten Änderungen dauern werden. Es ist auch sinnvoll, die Kosten einer solchen magnetischen Abschirmung zu berechnen.

Vielleicht war dies genau die Idee, die Elon Musk im Sinn hatte, als er von lokalisierten Generatoren für elektromagnetische Felder sprach. Oder meinte er einen tragbaren Magnetfeldgenerator, der direkt auf der Marsoberfläche oder im Orbit installiert ist, um nur eine lokale Kolonie zu schützen? Die Idee ist dieselbe, nur weniger ehrgeizig.

Neben dem Magnetfeldgenerator am Lagrange-Punkt äußerten die Wissenschaftler eine weitere Idee (siehe die wissenschaftliche Arbeit von 2008 ): den Planeten mit supraleitenden Kabeln zu umgeben. Die folgende Abbildung zeigt ein Diagramm eines solchen Projekts für die Erde.



Das längste der 40.000 km langen Kabel mit einem Gewicht von 15 Millionen Tonnen und Kühlung mit flüssigem Stickstoff erzeugt ein 7,1-Tesla-Magnetfeld.

Dieses Projekt scheint jedoch noch ungewöhnlicher und schwieriger umzusetzen zu sein.

Machbarkeit

Tatsächlich reicht zum Schutz vor dem Sonnenwind ein sehr schwaches Magnetfeld wie auf der Erde aus (25–65 μT an der Oberfläche, eine Größenordnung weniger als bei einem Kühlschrank).

Wie bereits erwähnt, ist das Induzieren von 1–2 Tesla in der Region des Marsschildes kein so großes Problem. Es stellt sich jedoch die Frage: Welche Energiequelle soll für eine magnetische Abschirmung verwendet werden? Vielleicht, um mehrere Satelliten mit Atomgeneratoren am Lagrange-Punkt zu platzieren? Auch im Vergleich zu MRT-Systemen beträgt der Stromverbrauch einer Hochfeld-MRT mit einem supraleitenden Magneten bis zu 35 kW. Wahrscheinlich wird mehr Kraftstoff für Rangiermotoren benötigt, damit die Station mit dem Schild ihre genaue Position am Punkt L1 beibehält.

Ein lokaler Generator benötigt weniger Induktion und weniger Stromverbrauch, daher scheint der Vorschlag von Elon Mask durchaus machbar zu sein.