De vijf meter hoge Iresonheuvel, op een collage van 41 foto’s van Marsverkenner Curiosity.

Foto NASA

Het lijkt zo simpel: maak van Mars een aarde

Terraforming Kunnen we vluchten naar Mars als het op aarde te heet wordt? Dan moet de mens de atmosfeer van de buurplaneet veranderen. De ideeën daarvoor liggen voor het oprapen.

Ook op Mars zijn klimaat en atmosfeer niet zoals het de mensheid het beste uitkomt. Mars is koud en droog en heeft geen noemenswaardige hoeveelheid vrije zuurstof. De luchtdruk, om het lokale mengsel van kooldioxide, stikstof en argon maar even ‘lucht’ te noemen, is er nog niet 1 procent van die op aarde. Er is geen leven en het is er geen leven – zo zou je het kunnen samenvatten.

Als planeet aarde ooit te vol wordt, of te warm, of als het daar toch komt tot een full nuclear exchange, dan is Mars niet beschikbaar als toevluchtsoord. Dat zou jammer zijn, want voor het overige heeft Mars de mensheid veel te bieden: een heel behoorlijke zwaartekracht, een etmaal dat nauwelijks langer is dan op aarde, een prettige afwisseling van seizoenen (dankzij een draaiingsas die even schuin staat als die van de aarde) en een heel normaal, herkenbaar landschap zonder rare meren van vloeibaar methaan en dergelijke.

Ja: het jaar duurt er bijna twee keer zo lang als hier en de zon heeft er maar tweederde van het aardse formaat (omdat Mars 50 procent verder van de zon staat) maar daarmee valt te leven.

Van belang is dat de kou op Mars niet een-op-een samenhangt met die grotere afstand tot de zon. Het staat vast dat het lang geleden warmer en vochtiger was op Mars omdat de atmosfeer toen waarschijnlijk meer CO2 bevatte dan nu. Op detailfoto’s die de sonde Mariner 9 in 1972 van het Marsoppervlak maakte kon je zien dat er vroeger rivieren hadden gestroomd. Rivieren van water of modder. Waar dat water is gebleven is nog steeds niet bekend, zoals onduidelijk is of het CO2 van destijds nog beschikbaar is. Vijftig jaar geleden was het vermoeden dat er veel water als ijs was terug te vinden in de beide poolkappen. Daar zou het dan in het diepst van de lokale winter worden afgedekt door vast kooldioxide (droogijs). Maar voor hetzelfde geld lag ook veel water en CO2 opgeslagen in de bovenste bodemlagen van Mars, ver buiten de polen.

Water weer laten stromen

Sinds 1972 wordt er door wetenschappers nagedacht over middelen om Mars weer warmer en vochtiger te maken en er het water opnieuw te laten stromen. De opzet is ‘planetary engineering’ genoemd, maar van lieverlee is de term ‘terraforming’ gangbaarder geworden. Het is een begrip uit de sciencefictionliteratuur waarmee wordt aangegeven dat het streven is de Mars-atmosfeer uiteindelijk op die van de aarde te doen lijken. Dat einddoel is overigens pas later toegevoegd. Let wel: terraforming werkt precies de andere kant op als de voorstellen voor geo-engineering die de aarde moeten afkoelen.

In een knap staaltje outside the box denken stelden Burns en Harwit in 1973 voor één van de Marsmaantjes of desnoods een planetoïde met behulp van zonne-energie zo te verplaatsen dat hij de stand van de Mars-as zou gaan veranderen. Hun opvatting was dat Mars niets anders dan een klassieke ijstijd doormaakte en die viel met inzichten à la Milankovic te doorbreken. De twee geleerden gaven toe dat het voorstel difficulties bevatte.

Mars heeft geen rare meren van vloeibaar methaan en dergelijke

Astronoom en wetenschapspopularisator Carl Sagan bedacht in 1973 dat er gewoon wat roet over de ijskappen van Mars moest worden uitgestrooid. Die zouden dan meer zonnewarmte absorberen en van lieverlee CO2 en waterdamp gaan afgeven die dan, dankzij hun sterke broeikaseigenschappen, de Marsatmosfeer zouden opwarmen waardoor nóg meer ijs zou smelten en CO2 en waterdamp zou vrijkomen, enzovoort. De positieve terugkoppeling (feedback) zou een runaway greenhouse opwekken.

Ook Sagan zag wel in dat het lastig zou worden genoeg roet naar Mars te brengen en daarom kwam hij voor de zekerheid met nog een voorstel: je zou op zoek moeten naar planten die op het Marsijs wilden groeien. Als die de poolkappen overwoekerden was met minder moeite hetzelfde effect bereikt.

Landschap op Mars
Foto’s Nasa

Planten die op ijs groeien

Ongetwijfeld had hij zich laten inspireren door de Gaia-hypothese die de Britse onderzoeker James Lovelock in 1972 publiceerde. Kort gezegd veronderstelt die dat het het leven zelf is dat de condities voor leven schept en in stand houdt. Maar planten die bij min zestig graden Celsius, een atmosferische druk van nog geen 10 millibar en geen enkel zuurstofaanbod op ijs willen groeien zijn tot op heden niet gevonden.

In 1976 zetten de Amerikanen twee Viking-landers op Mars die daar voor het eerst rechtstreeks informatie over bodem en ‘lucht’ verzamelden. Geleidelijk aan worden daarna de schema’s voor terraforming, die altijd theoretisch en vrijblijvend bleven, beter onderbouwd en secuurder uitgewerkt. Een uitzondering is misschien het in 1984 gepresenteerde plan van James Lovelock en Michael Allaby om raketten beladen met grote hoeveelheden cfk’s naar Mars te sturen om daar de atmosfeer wat op te peppen. Cfk’s, chloorfluorkoolstofverbindingen, waren de inerte, stabiele drijfgassen die de aardse ozonlaag aantastten. In 1975 was ontdekt dat het ook nog eens extreem sterke broeikasgassen zijn.

Onderzoekers als Christopher McKay, Robert Zubrin en Martyn Fogg komen met steeds beter uitgewerkte plannen, plannen die weer verder worden aangepast als na 1997 de informatie binnenkomt van de vele ‘landers’, ‘rovers’ en ‘orbiters’ die op en rond Mars actief worden. De opzet om de Mars-atmosfeer maar gelijk geschikt te maken voor menselijk leven (full terraforming) wordt als onhaalbaar losgelaten. Als minimumeisen worden gezien: een temperatuurstijging met een graad of zestig die aanwezig water vloeibaar moet maken, een voldoende verdichting van de atmosfeer om ultraviolette en kosmische straling tegen te houden (waarna ook ruimtepakken niet meer nodig zijn) en voldoende zuurstof om plantenleven mogelijk te maken. Daar is trouwens maar weinig voor nodig omdat de planten zelf zuurstof produceren en de eis kan worden geschrapt als de terraforming wordt overgelaten aan anaeroob werkende micro-organismen.

Landschap op Mars
Foto’s Nasa

Spiegels en cfk’s

Redelijkheid troef! Toch staat de buitenstaander vreemd te kijken van de voorstellen die uiteindelijk overbleven. De cfk’s van Lovelock werden niet afgeschreven maar moesten in een nieuwe opzet door autonoom werkende fabrieken op Mars of een van de twee Marsmanen geproduceerd worden uit lokale grondstoffen. Niets minder. De cfk’s werden pas definitief losgelaten toen het besef doordrong dat ze in de Marsatmosfeer niet beschermd waren tegen uv-straling en daar dus helemaal niet ‘stabiel’ waren. Sommige zouden al binnen een paar uur uiteen zijn gevallen.

Er is uitgerekend dat de ijskap op de zuidpool (de grootste ijskap) maar vier of vijf graden opgewarmd hoeft te worden om de vrijkomende hoeveelheden CO2 en water een runaway greenhouse te laten opwekken. Het klusje zou geklaard kunnen worden door een in de ruimte opgehangen aluminium spiegel van maar 125 km diameter. De spiegel (op een Marsmaan te fabriceren en te assembleren) zou vanaf 214.000 km precies voldoende zonnewarmte naar de zuidpool kaatsen. Simple comme bonjour.

Als je echt haast had met de opwarming zou je synchroon met het spiegelgebeuren nog micro-organismen op het Marsoppervlak kunnen zaaien die veel ammoniak en methaan produceren (want die bestaan). Beide gassen zijn sterke broeikasgassen.

De aanvoer van ammoniak kan ook worden verzorgd door een goed georkestreerde inslag van een ammoniakrijke planetoïde – we zien dat de ideeën van Burns en Harwit niet in het vergeetboekje zijn geraakt. Bedenk dat bij de inslag zelf ook al veel warmte vrijkomt. Het manipuleren van een planetoïde is tijdrovend en het is een beetje een grove oplossing, dat is waar, maar je zou het hemellichaam op het laatst wat kunnen afremmen door het onder een zeer kleine hoek de Marsatmosfeer in te loodsen. ‘Aerobraking’, krijg je dan.

Ook ruw, maar merkwaardig haalbaar, is het voorstel om het runaway greenhouse-effect op te laten wekken door een aantal waterstofbommen. De ontploffingen in de megaton-sfeer TNT zouden beide poolkappen in één klap onder het stof blazen. Elon Musk ziet er wel wat in, maar er zijn ook al bezwaren geuit. (‘Van wie is Mars eigenlijk?’) Onopgemerkt door de meeste media bracht Nature Astronomy in 2018 een artikel dat aan alle dromen een einde maakte: er is op Mars bij lange na niet meer voldoende CO2 beschikbaar voor een runaway greenhouse-effect. Terraforming is onmogelijk. Wat over blijft, meldde hetzelfde blad een jaar later: op Mars aan ondergronds leven beginnen.

Panorama-beeld van een uitstulping op de westelijke richel van de Endeavour-krater op Mars, geschoten door de Marsrover Opportunity. De krater heeft een doorsnede van 22 kilometer. De foto is samengesteld uit beelden die in een tijdspanne van vier aardse dagen geschoten zijn. Data van de Opportunity toonde later dat de Endeavour-richel aderen van gips bevat: een teken dat er ooit water door het gesteente vloeide.Foto Nasa