Sie brauchen kein Raumschiff, um ’seltsame kleine‘ Mars-Rettiche anzubauen

In der historischen Fiktion schauen Astronomen durch Teleskope, optische Weisheit fließt mit Lichtgeschwindigkeit. Mit dem, was sie bekommen können, erhalten sie passiv Informationen über ferne Sterne und Planeten. Diese Dinge sind festgelegt und ihre Bedingungen können nicht geändert werden.

Aber so funktioniert Astronomie nicht. Planeten- und Exoplanetenwissenschaftler warten beispielsweise nicht nur darauf, dass ihnen Daten zufließen, sondern bauen auch Miniaturversionen anderer Orte mit geeigneten geologischen Landschaften, Steinbrüchen und Simulationskammern auf der Erde. In dieser Simulation sehen, fühlen und kontrollieren sie Welten – oder zumindest Metaphern für sie – in dem Versuch, Teile des Universums zu entziffern, die sie wahrscheinlich nie besuchen würden.

Indem sie das Physische und das Abstrakte unantastbar machen, schaffen sie nicht nur Gleichnisse, sondern auch Möglichkeiten, diese Planeten als reale Orte zu visualisieren.

„Durch die Wissenschaft denken wir ständig im Vergleich“, sagte Pascal Lee von den Mars Institutes und SETI. „Der Ansatz zur Verwendung von Analoga hat also etwas sehr Grundlegendes.“

Ihre Methoden stehen in der wissenschaftlichen Tradition, die sowohl laborbasierte Forschung als auch den direkten Kontakt mit der Natur schätzt.

„Für Planetenwissenschaftler, deren Phänomene in Zeit und Raum entfernt wurden, ist es tatsächlich sinnvoll zu glauben, dass Simulation und Wiederholung eine Möglichkeit wären, das Weite zu untersuchen“, sagte Lisa Missiri, Anthropologin an der Yale University. Autor von The Status of Outer Space, „Weil das die Wissenschaft seit Hunderten von Jahren tut.“

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Der direkteste Pfeil zwischen dieser Welt und darüber hinaus ist das „terrestrische Analogon“, ein physischer Ort auf der Erde, der einem Aspekt einer anderen Welt ähnelt – normalerweise dem Mond oder dem Mars. Diese Verbindung kann in Form von geologischen Formationen, wie Lavaröhren oder Sanddünen, oder einer ganzen Region mit Mond- oder Marscharakter, wie z Atacama-Wüste in Chile oder Vulkane auf Hawaii.

Dr. Lee leitet das Haughton-Mars-Projekt, eine analoge Forschungseinrichtung auf Devon Island, einem kargen, unbewohnten Außenposten der Arktis in Nunavut, Kanada. „Es gibt eine unglaublich breite Palette von Merkmalen, die denen ähneln, die wir auf dem Mond und auf dem Mars sehen“, sagte er.

Die Insel ist ständig kalt und trocken, mit Schluchten und Canyons und verfügt über einen 22 Kilometer breiten Krater mit kosmischer Wirkung dahinter. Das ist ungefähr so ​​groß wie der Shackleton-Krater am Südpol des Mondes, wohin die NASA in diesem Jahrzehnt Astronauten schicken will.

Während Dutzender Feldkampagnen hat die Houghton-Forschungsstation einen dauerhaften Ort geschaffen, an dem Wissenschaftler so tun können, als wären sie auf dem Mond oder Mars, ähnliche Geologie studieren, Ausrüstung für zukünftige Missionen testen und Menschen für die Teilnahme trainieren können.

„Es ist so etwas wie ein schlüsselfertiger Prozess“, sagte Dr. Lee, obwohl er bemerkte, dass es nicht wie Airbnb ist, das jeder auftauchen und nutzen kann. Die primäre Habitateinrichtung ist in einer Reihe von Zelten für Geologie, Astrobiologie, Medizin, Verwaltungs- und Reparaturarbeiten untergebracht. Es gibt ein eigenes Gewächshaus, während ATVs und Humvees das Reisen unterstützen und umherziehende Fahrzeuge simulieren.

Dr. Lee verbrachte 23 aufeinanderfolgende Sommer in der Einrichtung und aß auf Tagesausflügen außerhalb des Hauptlagers in der Kälte Sardinenkonserven. Aber in den Jahren 2020 und 2021 zwang ihn eine Pandemie, seine jährlichen Reisen in diese jenseitige Welt auf der Erde zu überspringen. Er vermisste die Einfachheit und Einsamkeit.

„Wenn Sie dort sind, sind Sie ein Devonianer“, sagte Dr. Lee, genau wie der einsame Astronaut.

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Es gibt jedoch Zeiten, in denen Wissenschaftler nicht auf ein Isotop zurückgreifen müssen: Sie können es in Form einer Simulation oder einer Substanz, die der Oberfläche des Mondes oder des Mars ähnelt, nach Hause bringen.

Der Mars zum Beispiel ist mit Sand und Staub bedeckt, die zusammen als Regolith bezeichnet werden. Es erschwert das Reisen und kann auch Sonnenkollektoren blockieren, Filter verstopfen und bewegliche Teile aufnehmen. Um festzustellen, wie Roboterfahrzeuge, Energiequellen und andere Geräte den Strapazen des Roten Planeten standhalten, müssen Wissenschaftler sie vor der Reise mit etwas Ähnlichem testen.

Aus diesem Grund hat die NASA 1997 eine staubige Substanz namens JSC-Mars 1 entwickelt, die auf Daten der Viking- und Pathfinder-Missionen basiert. Es wird aus einer Substanz hergestellt, die im konischen Vulkan Pu’u Nene auf Hawaii gefunden wurde. Dort sickerte einmal Lava ins Wasser und bildete schließlich reiche Partikel.

Später verbesserten NASA-Wissenschaftler dieses Material, während sie die Phoenix-Mars-Sonde vorbereiteten, und stellten das Mars-Mojave-Simulant her. Es wird aus den Lavavorkommen der Saddleback Volcanic Formation in der Mojave-Wüste in Kalifornien gewonnen.

Der Testprozess ist jedoch nicht narrensicher: Phoenix hat 2008 eisige Bodenproben auf dem Mars gesammelt, die auch „klebrig, in den Worten der NASA, um von der Schaufel zum Analysetool zu gelangen. Ein Jahr später steckte der Streitwagen die Seele für immer in den Sand. Sein Schwesterroboter Opportunity ging verloren, als ein Staubsturm seine Sonnenkollektoren bedeckte, ein Schicksal, das auch die neueste Mission von InSight behindert hat.

Heute verwenden private Unternehmen NASA-Daten und -Rezepte für private Simulationsmaterialien. Diese „in den Warenkorb“-Version geht an Science-Fair-Projekte, exotischen Zement und überirdische Gartenerde. Mark Cusimano, Gründer eines dieser Unternehmen, MarsgartenSein Hobby ist es, den Triumph Garden des Red Planet mit Sattelboden anzubauen, sagt er. Er sagt, es sei befriedigend, „eine seltsame kleine Karotte oder Rettich darin anzubauen“.

Weijer Walmink, Ökologe an der Universität Wageningen in den Niederlanden, hat diese Arbeit noch weitergeführt mit Projekt „Nahrung für Mars und Mond“Anbau von Nutzpflanzen wie Erbsen und Kartoffeln. Derzeit arbeitet er an einem kompletten Landwirtschaftssystem, das Bakterien, Regenwürmer und menschliche Exkremente umfasst. Die Idee, sagte Dr. Walmink, ist, „kühn zu wachsen, wo noch keine Pflanze gewachsen ist“. Heute ist der Mars auf der Erde. Morgen vielleicht der Mars selbst.

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Die Nachahmung der exotischeren Regionen des Sonnensystems erfordert einige Anstrengungen, daher wenden sich Wissenschaftler oft Simulationskammern zu – im Wesentlichen Reagenzgläsern, in denen sie die Bedingungen anderer Welten nachbilden. Die Idee geht auf die 1950er Jahre zurück, als ein Militärwissenschaftler, der aus Nazi-Deutschland in die Vereinigten Staaten gebracht wurde, Pionierarbeit bei der Verwendung von leistete Niederdruckkammern werden manchmal als „Mars-Traktoren“ bezeichnet Um zu sehen, ob die Biologie unter den Bedingungen des Mars bestehen könnte.

Heute suchen Forscher wie Tom Runčevski von der Southern Methodist University in Dallas nach einem anderen Ort: Titan, einer der Saturnmonde, die einzige Welt im Sonnensystem außer der Erde, auf der derzeit flüssige Körper auf ihrer Oberfläche befestigt sind.

„Ich spreche immer persönlich davon, wie aggressiv und furchterregend Titan ist“, sagte Dr. Runčevski. Seen und Meere schwimmen mit Ethan. Es schneit Benzin, es regnet Methan. Aber wenn du durch den Nebel schaust, Sie werden die Ringe des Saturn sehen.

Obwohl die europäische Raumsonde Huygens 2005 mit dem Fallschirm auf ihre Oberfläche stürzte, ist die stellare Fehde des Titans im Großen und Ganzen von einem so gastfreundlichen Planeten wie diesem schwer zu erahnen. „Titan ist ein Wissenschaftler“, sagt Dr. Runčevski. „Es ist sehr schwierig, eine Welt von der Erde aus zu studieren.“

Aber er versucht es, nachdem er in seinem Labor das erfunden hat, was er „einen Titanen im Glas“ nennt.

Unter dem Traktor von Dr. Runčevski sieht man die Ringe des Saturn nicht. Aber Sie erfahren mehr über die organischen Verbindungen und Kristalle, die ihre berühmtesten Monde besetzen. In die Gläser – ehrlich gesagt Reagenzgläser – gibt Dr. Runčevski ein oder zwei Tropfen Wasser und friert es dann ein, um eine winzige Version eines Titanenherzens nachzuahmen. Dazu fügt er einige Tropfen Ethan hinzu, die sofort kondensieren und kleine Mondseen bilden. Als nächstes fügt er andere interessierende organische Verbindungen wie Acetonitril oder Benzol hinzu. Dann saugt es Luft an und stellt die Temperatur auf Titan, etwa minus 292 Grad Fahrenheit.

NASA plant Rückkehr zu Titan, Start Ein nuklearbetriebener Quadrocopter namens Dragonfly im Jahr 2027. Durch die Beobachtung der Kristalle und Strukturen, die sich in seinen Gläsern bilden, hofft Dr. Runčevski, den Wissenschaftlern helfen zu können, zu erklären, was sie sehen, wenn der Forschungsroboter 2034 eintrifft. „Wir können nicht ein ganzes Labor schicken“, sagte er, also müssen sie sich teilweise darauf verlassen auf Earth-Labors.

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In einem Labor der Johns Hopkins University arbeitet Sarah Hurst ähnlich wie die NASA und Dr. Runčevski, einschließlich der Simulation von Titan. Aber seine Reagenzgläser erstrecken sich auch auf die Simulation hypothetischer Exoplaneten oder Welten, die ferne Sterne umkreisen.

Dr. Horst hielt sich zunächst von Exoplaneten fern, da Spezifikationen knapp sind. Sie erinnern sich, dass Sie dachten „Ich bin vom Sonnensystem verwöhnt“. Aber ein Kollege überzeugte sie, Bayesian zu simulieren Welten. „Wir haben diese Matrix potenzieller Planeten zusammengestellt“, sagte sie. Seine Fantasieatmosphäre wird von Wasserstoff und Kohlendioxid oder Wasser dominiert, mit Temperaturen von 300 Grad Fahrenheit bis 980 Grad Fahrenheit.

Ihre Reagenzgläser beginnen mit den Hauptkomponenten, aus denen die Atmosphäre bestehen kann, die auf eine bestimmte Temperatur eingestellt sind. Sie strömen diese Mischung in eine Kammer von der Größe einer Sodaflasche und setzen sie der Energie aus – ultraviolettem Licht oder Elektronen aus Plasma – die die Elementarteilchen zersetzt. „Sie drehen sich im Raum herum, um neue Moleküle herzustellen, und einige dieser neuen Moleküle brechen auch auseinander“, sagte Dr. Horst. Dieser Zyklus wird wiederholt, bis die Stromversorgung unterbrochen wird. Manchmal entstehen bei diesem Prozess feste Partikel: Nebel aus einer anderen Welt.

Die Erkennung potenzieller smogproduzierender Exoplaneten könnte Wissenschaftlern helfen, Teleskope auf Himmelskörper auszurichten, die sie tatsächlich beobachten können. Darüber hinaus beeinflusst Nebel die Oberflächentemperatur eines Planeten, macht einen Unterschied zwischen flüssigem Wasser und Eis oder Verdunstung und kann die Oberfläche vor hochenergetischen Photonen schützen – beides beeinflusst die Bewohnbarkeit des Planeten. Auch die Atmosphäre kann die Bausteine ​​für Leben und Energie liefern – oder nicht.

Obwohl zunächst zögerlich, wird Dr. Horst an ihre Laborplaneten gebunden. Sie fühlen sich vertraut an, auch wenn sie fiktiv sind. Wenn sie das Büro betritt, kann sie normalerweise erkennen, was für ein Experiment gerade vor sich geht, denn verschiedene Plasmas leuchten in verschiedenen Farben. „Oh, wir sollten Titan heute machen“, sagte sie, „weil es irgendwie lila ist“ oder „wir machen diesen speziellen Exoplaneten, und er ist irgendwie blau.“

Im Vergleich zu den Landschaften von Devon Island, einer Handvoll Regolith-Simulationen oder sogar einem Reagenzglasmond fehlt den Laborplaneten von Dr. Horst die Physis. Sie repräsentieren keine bestimmte Welt. nimmt keine Gestalt an. Sie sind nur eine ätherische Atmosphäre ohne Boden zum Stehen. Aber es macht Sinn: Je mehr ein Astronom von der Erde wegschauen möchte, desto mysteriöser werden seine Kreationen. „Ich denke, dass die Simulation von Exoplaneten abstrakter ist, ist eine starke Erinnerung daran, dass dies keine Orte sind, an die man gehen kann“, sagte Dr. Messiri.

Dr. Horst erinnert sich jedoch an die Tage, als ihr Labor flammende Planeten simulierte: Dann würde der Raum eine ganze Ecke des Raumes aufheizen. Diese kleine Welt, die es sonst nirgendwo gibt, wärmt diese Welt.