Es ist vielleicht eine der wichtigsten Erkenntnisse des vergangenen Jahrhunderts, dass das Weltall eine Geschichte hat: Nichts war schon immer und nichts wird immer sein. Zum Beispiel unsere Sonne: Vor ca. 4,6 Milliarden Jahren entstand sie aus einer Wolke aus Gas und Staub. Ein Teil dieses Materials stammt aus den Resten explodierter Sterne, die ihr Leben z.B. in Form einer Supernovaexplosion “ausgehaucht“ haben.
In 150 Millionen Kilometer Entfernung umkreist ein Planet die Sonne, der massiv genug ist, um eine Atmosphäre zu halten. Hier ist die Einstrahlung der Sonne gerade so groß, dass flüssiges Wasser existieren kann. Und damit ist die wichtigste Voraussetzung für die Entstehung des Lebens gegeben. Dieser Planet – der dritte von innen – wird von seinen Bewohnern Erde genannt.
Die Sonne wird heller
Die Sonne garantiert unserem Planeten seit nunmehr 3 Milliarden Jahren die Existenz von Leben. Aber diese Garantie gilt nicht unbegrenzt!
In einigen hundert Millionen Jahren läuft der “Providervertrag“ mit unserem Zentralstern aus. Dann wird die Sonne so viel von ihrem Brennstoff verbraucht haben, dass eine Nachjustierung ihres zentralen Fusionsreaktors erforderlich sein wird. Die Folge: Die Sonne wird heller werden.
Diese Helligkeitszunahme von einigen Prozent wird die Erde so erwärmen, dass die Ozeane verdampfen werden. Der Wasserdampf in der Erdatmosphäre wird dann einen Treibhauseffekt bewirken, der die Temperatur auf mehrere hundert Grad treibt. Die Erde wird unbewohnbar werden!
Beobachter von außen werden keine spektakulären Veränderungen feststellen, aber unsere Erde ist ein solch empfindliches System, dass wenige Prozent Helligkeitsschwankung der Sonne genügen, um über Sein oder Nichtsein des Lebens zu entscheiden.
In einer Milliarde Jahre wird das Leben auf der Erde verschwunden sein. Aber wohin? – Natürlich ist diese Galgenfrist des Lebens ungeheuer lang und bis dahin werden sich die Lebensformen auf der Erde (einschließlich unserer eigenen) bis zur Unkenntlichkeit verändern. Trotzdem bleibt eine Tatsache bestehen: Wenn eine Lebensform in der fernen Zukunft ihre Existenz sichern will, dann muss sie die Erde verlassen ...
Bemannter Flug zum Mars?
Mars, der Rote Planet, hat gute Aussichten zum Planeten des 21. Jahrhunderts zu werden. Wenn es zu einer wirklichen Wiederbelebung der bemannten Raumfahrt kommen sollte, dann wird der Mars die Herausforderung sein.
Der Mars
Schon heute gibt es Pläne und Studien der NASA, die eine bemannte Marslandung für den Sommer des Jahres 2019 vorsehen. Es wäre die spektakulärste Möglichkeit, das fünfzigjährige Jubiläum der ersten Mondlandung zu feiern.
Der Mars hat von alters her den Ruf Schwierigkeiten zu bereiten. Seiner blutroten Farbe verdankt er vermutlich die Identifizierung mit dem Kriegsgott Mars. Sein Weg zwischen den Sternen ist lange unberechenbar gewesen: Zum Beispiel lief er im Frühjahr 2001 zügig durch die Waage und den Schlangenträger bis in den Schützen. Dort blieb er Anfang Mai stehen, kehrte um und lief zurück in das Sternbild Schlangenträger. Ende Juni überlegte er es sich wieder anders, kehrte um, erreichte Anfang September zum zweiten Mal das Sternbild Schütze. Bis zur nächsten Schleife im August 2003 wird er dann seinen Weg durch die Sternbilder einigermaßen gleichmäßig durchlaufen. Solche Eskapaden trieb die alten Astronomen zur Verzweiflung. Kein Wunder, dass sein Image in der Astrologie so schlecht ist.
Dabei ist der Mars so etwas wie der kleine, früh verarmte Bruder der Erde. Es mehren sich die Hinweise darauf, dass der Mars vor vielen Millionen Jahren flüssiges Wasser besaß. Möglicherweise sind Reste dieses Wassers unter der Oberfläche erhalten. Die Erforschung des Mars könnte die Fragen nach der frühen Geschichte des Sonnensystems beantworten.
Oberfläche des Mars.
Eine bemannte Marsmission würde einen ungefähr einjährigen Aufenthalt für die vermutlich drei Astronauten bedeuten. Erst nach Ablauf dieser Zeit öffnet sich wieder ein Startfenster für den Rückflug zur Erde. In dieser Zeit bestünde die Hauptaufgabe der Crew darin, auf dem Mars nach Spuren von Leben zu suchen. Wenn es im Planetensystem außerhalb der Erde Leben gibt (bzw. gegeben hat), dann auf dem Mars (und vielleicht noch unter dem Eispanzer des Jupitermondes Europa). Wenn wir aber auf dem Mars keine Lebensspuren finden, dann verringert sich die Wahrscheinlichkeit, dass es in unserer Milchstraße irgendwo überhaupt noch Leben gibt.
Nach Einschätzung vieler Experten bedarf es der persönlichen Anwesenheit von menschlichen Experten, um fantasievoll und kreativ auf dem Mars zu forschen. Unbemannte Missionen, wie sie zur Zeit durchgeführt werden, spielen daher die vorbereitende Pfadfinderrolle (“Pathfinder“). Doch werden die Mittel für einen Marsflug bereitgestellt werden? – Nachdem Ende 2001 der langjährige NASA-Chef und Mars-Fan Daniel Goldin von seinem Amt zurücktrat und außerdem der NASA weitere Sparmaßnahmen ins Haus stehen, haben die Marspläne einen Dämpfer erhalten.
Sind wir allein im Universum? – Die Antwort finden wir vielleicht auf unserem roten Nachbarplaneten. Technisch wäre der Flug zum Mars möglich. Aber können (oder wollen) wir ihn uns auch leisten?
Hohmanns Weltraum-Fahrplan von 1925
Deutschland in den 1920er Jahren: Der verlorene Weltkrieg steckt den Menschen in den Knochen. Die alte Welt des Kaiserreichs ist untergegangen, ein neues Zeitalter bricht an. Sowohl in der Politik als auch in Wissenschaft und Technik haben Utopien Hochkonjunktur.
Es war wohl diese besondere geistige Atmosphäre, die einige Menschen dazu veranlasste ernsthaft darüber nachzudenken, wie man die Erde verlassen könnte, um das Planetensystem zu erkunden. Und das zu einer Zeit, in der selbst Flugzeuge noch technisches Neuland waren!
Einer von ihnen saß als Baurat in der Baubehörde der Stadt Essen. Sein Name war Dr. Walter Hohmann. Ob seine Kollegen in der “Statischen Abteilung der Baubehörde und Materialprüfstelle der Stadt Essen“ ahnten, dass Dr. Hohmann nach Dienstschluss zu Hause an einem Fahrplan für den Flug zum Mars arbeitete?
Walter Hohmann (Jahrgang 1880) infizierte sich mit dem “Weltraumvirus“ – wie viele seiner Freunde – durch die Lektüre von Science Fiction-Romanen. Seine Ausbildung als Bauingenieur lieferte ihm das mathematische Handwerkszeug, um sich ernsthaft mit der technischen Seite der “Raumschifffahrt“ zu befassen. Es war aber wohl der Kontakt zu den “Träumern und Machern“ – wie z.B. Herrmann Oberth – der in ihm den Entschluss reifen ließ, einmal ernsthaft nachzurechnen, wie man den Mond, die Venus oder den Mars mit einem “Raumschiff“ erreichen könnte.
Im Gegensatz zu den Science Fiction-Autoren, die das Energieproblem der Raumfahrt meist großzügig übergehen, war für Hohmann der Ausgangspunkt seiner Überlegungen die Forderung nach äußerster Sparsamkeit! Wie erreicht man – zum Beispiel den Mars – mit einem Minimum an Treibstoff?
Das 1925 erschienene Buch von Walter Hohmann
Hohmann fand die Lösung und veröffentlichte sie 1925 in einem schmalen Band von 88 Seiten mit dem Titel Die Erreichbarkeit der Himmelskörper. Hohmanns Lösung lässt sich so formulieren: Die Bahnellipse des Raumschiffs muss sowohl eine Tangente an die Erdbahn (beim Abflug) als auch eine Tangente an die Marsbahn (bei der Ankunft) sein.
© Dirk Soltau. Die günstigste Flugroute zum Mars.
Die Konsequenz dieser Überlegung: Bei der Ankunft muss der Mars genau gegenüber (in Bezug auf die Sonne) der Stelle stehen, an der die Erde war, als das Raumschiff losflog (siehe Abbildung). Damit ist ein Start aber nur alle 780 Tage möglich (das so genannte Startfenster). Aus ähnlichen Überlegungen kann man schließen, dass ein Rückflug vom Mars erst nach ca. 13 Monaten möglich sein wird. Die Dauer einer bemannten Marsmission konnte Hohmann also bereits 1925 ausrechnen: 29 Monate. Davon entfallen jeweils 260 Tage auf die Hin- bzw. Rückreise.
Hohmann durchdachte nicht nur den Fahrplan sondern auch die Umstände einer solchen Reise: Wie viel Treibstoff, Sauerstoff und Verpflegung müssen mitgenommen werden? – Von ihm stammt auch der Vorschlag, beim Landen auf dem Zielkörper ein Landemodul (er sprach von einem “Beiboot“) zu benutzen. Die Apollo-Missionen sind die Verwirklichung dieser Idee Hohmanns.
Besonders originell war sein Vorschlag zur Lageveränderung des Raumschiffs: Statt mit Lageregelungsdüsen sollten die Raumfahrer das Raumschiff drehen, indem sie sich wie in einem Hamsterrad an Griffen die Wände entlangziehen.
Die Abbildung aus Hohmanns Buch zeigt zwei Astronauten bei der Lageregelung ihres Raumschiffs. Man beachte das Prinzip “Hamsterrad“.
Am Ende blieb Hohmanns Engagement für die Raumfahrt eine Episode in seinem Leben. Er wurde nicht am Peenemündeprojekt beteiligt, denn sein Interesse galt mehr der “Raumschifffahrt“ als der Waffenentwicklung.
Walter Hohmann starb 1945 an den Folgen des Bombenkriegs. Zwei Sternwarten in Essen und in Hardheim tragen seinen Namen.
Da bis auf den heutigen Tag der knappe Energievorrat die Planung der Raummissionen beherrscht, werden die ersten Marsreisenden wohl auf “Hohmann-Bahnen“ zu unserem Nachbarn fliegen.
Weltraumsiedlungen
Man könnte die Eroberung des Weltraums mit der Eroberung des Wassers vergleichen:
- Anfangs wagten sich Menschen allein in kleinen Einbäumen hinaus und blieben in Sichtweite des Ufers. Einige tausend Jahre später überqueren Schiffe mit mehr als fünftausend Menschen an Bord die Weltmeere.
- Anfangs dauerte ein Ausflug in das neue Element nur Minuten, einige tausend Jahre später verbringen Menschen Jahre an Bord von engen Schiffen.
Aber wie soll Raumfahrt aussehen, wenn es darum geht, Tausende von Menschen zum Mars oder gar weiter zu befördern? – Es könnte sich um Kolonisten oder um Touristen handeln. Oder um Bewohner von Produktionsstätten, die spezielle Güter herstellen, die man auf der Erde nicht fertigen kann.
So könnte das Leben in einer Weltraumsiedlung aussehen.
Bis Ende der siebziger Jahre hat die NASA Studien gefördert, die sich mit der Entwicklung von “Weltraumhabitaten“ beschäftigten. Und auch wenn diese Weltraumsiedlungen erst in Jahrhunderten gebaut werden sollten, so kann man sich schon heute Gedanken über ihre Konstruktionsprinzipien und Funktionsweisen machen. Schließlich hat auch Walter Hohmann die Bahnen von Marssonden bereits berechnet, als die ganze Idee der Raumfahrt noch belächelt wurde.
Der Stanford-Torus
2001 – Odyssee im Weltraum. In der 16. Minute des Kultfilms von Stanley Kubrick kommt eine Art Riesenrad ins Bild, das für viele der Prototyp einer Weltraumstation schlechthin ist.
Die Idee für ein solches Riesenrad geht auf Wernher von Braun zurück, der dieses Konzept in den fünfziger Jahren entwarf. In den siebziger Jahren wurde es im Auftrag der NASA an der Stanford University in Kalifornien verfeinert und bis in kleine technische Details ausgearbeitet. Seitdem wird dieser Vorschlag eines radförmigen Weltraumhabitats “Stanford-Torus“ genannt.
Ein Stanford-Torus. Raumstation für mehr als 5000 Menschen.
Das Gebilde ähnelt einem rotierenden Fahrradschlauch (eine solche in sich geschlossene Röhre nennt man einen Torus), in dessen Inneren mehrere Tausend Menschen leben können. Der ganze Torus hat einen Durchmesser von 1,6 Kilometern. Die Röhre selbst hätte einen Durchmesser von ca. 140 Metern. Die riesige Struktur dreht sich einmal in der Minute um sich selbst. So wird am äußeren Rand eine Zentrifugalkraft erzeugt, die als künstliche Schwerkraft wirkt. Die Menschen würden also die Innenseite der äußeren Wand als “unten“ erleben.
Die NASA-Experten ermittelten den Flächenbedarf pro Bewohner auf 155 Quadratmeter. Dabei entfallen zum Beispiel 49 qm auf den Wohnbedarf und 44 qm auf die Anbaufläche für Pflanzen. Denn natürlich soll eine solche Station autark sein.
Blick in den “Fahrradschlauch“
Ihre Energie entnimmt die Station nach den Vorstellungen der Planer der Sonnenstrahlung. Dazu schwebt ein riesiger Spiegel, dessen Durchmesser über einen Kilometer betragen müsste, über der Station und reflektiert die Sonnenenergie in die Achse. Dort wird elektrische Energie gewonnen und das Licht nach außen in den Torus refektiert, um dort einen angenehmen Tag- und Nachtrhythmus zu erzeugen.
Wo soll sich das Habitat befinden? – Um ständige Bahnkorrekturen zu vermeiden, bietet sich ein stabiler Punkt im System Erde-Mond an, an dem die Raumstation von alleine bliebe: der so genannte Lagrange-Punkt 4 oder 5. Die Station wäre dann von der Erde ebenso weit weg wie vom Mond: ca. 400.000 km. Die Bewohner könnten den Mond also genauso groß sehen wie von der Erde aus, sechzig Grad neben dem Mond stünde dann aber die Erde am Himmel, die dem Betrachter dreimal so groß wie der Mond erschiene – eine sehr attraktive Aussicht für ein Weltraumhotel.
Der Letzte macht das Licht aus
Ein großer Bogen spannt sich von den Gedanken antiker Naturphilosophen bis zu den Plänen der NASA und ESA. Dazwischen stehen immer wieder Menschen mit Visionen. Wahrscheinlich ist kein Zweig der Technik so von irrationalen Motiven begleitet wie der der Raumfahrt. Fast alle ihre Techniker berichten von prägenden Erlebnissen mit Büchern und Filmen.
Und wie geht es weiter?
Der Blick an den Himmel hat unser Bewusstsein verändert: Wir haben erkannt, dass wir auf einem kleinen Planeten um eine durchschnittliche Sonne in einer normalen Galaxie kreisen. Wir lernen dadurch allmählich, unseren Planeten als Ganzes zu betrachten und viele sprechen in diesem Zusammenhang vom “Raumschiff Erde“. Ungefragt nehmen wir an einer Rundreise um das Zentrum unserer Galaxis teil. Wir umkreisen es in einem Abstand von 28.000 Lichtjahren mit einer Geschwindigkeit von 720.000 km/h und merken davon nichts. Aber wir tun gut daran, unser Raumschiff Erde in Ordnung zu halten, denn ein Ersatzschiff haben wir nicht.
Die Erde, unser Heimatplanet.
Und doch gibt es bereits wieder Träumer, die genau das nicht so stehen lassen wollen. Schließlich – so argumentieren sie – verändern wir unsere Erde und basteln somit an unserem Raumschiff herum. Das aktuelle Beispiel ist die bevorstehende Klimaveränderung, die zum großen Teil von uns Menschen verursacht wurde. Man hat das Wort “Terraforming“ dafür geprägt. Es erscheint nicht völlig unmöglich – vorausgesetzt, man hat genügend Zeit – andere Planeten (zum Beispiel den Mars) mittels Terraforming gezielt so zu verändern, dass sie Leben ermöglichen könnten.
An die großen Entfernungen im Weltraum haben wir uns schon allmählich gewöhnt und lernen sie zu überwinden. Wenn wir uns nun auch mit den anderen Zeitskalen im All anfreunden könnten, dann ergäben sich ganz neue Handlungsmöglichkeiten.
Im Mittelalter wurden die Kathedralen über viele Generationen hinweg erbaut: Der, der den Grundstein legte, wusste, dass erst seine Nachkommen die Fertigstellung erleben würden. Der Zeithorizont bemaß sich in Jahrhunderten. Heutzutage sind die Waldbauern die weitsichtigsten Planer: Vom Pflanzen eines Baumes bis zu seiner Ernte können hundert Jahre und mehr vergehen. Nur in Ausnahmefällen werden heute Entscheidungen für Jahrhunderte getroffen (z.B. in der Atomtechnik).
Die Geschichte der menschlichen Zivilisation ist bestenfalls 50.000 Jahre alt. In dieser Zeit haben wir es vom Jäger und Sammler zum Mondbesucher gebracht. Wer darüber nachdenken will, wohin der Weg jenseits des Mars führt, der muss wahrscheinlich in solch großen Zeiträumen denken. Und dann erscheint auch der Aufbruch der Menschheit zu neuen Ufern, wie er in 2001 – Odyssee im Weltraum angedeutet ist, in einem anderen Licht.
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