Terraforming voor beginners

Wie zich verdiept in de planeet Mars, komt al gauw in aanraking met het begrip terraforming. Nergens anders in het zonnestelsel zijn zoveel aanwijzingen te vinden voor een warm en vochtig, bijna aards verleden. Vandaag de dag heeft Mars weinig meer van het paradijs dat de planeet wellicht ooit was. Maar zijn wij als mensen, met onze steeds geavanceerdere technologie misschien in staat die ontwikkeling om te draaien? Kunnen we misschien op een goede dag onze ruimtehelmen afzetten en de frisse Marslucht inademen? Reden genoeg om eens een aantal Vaak Gestelde Vragen over het onderwerp te beantwoorden.

Hoe is het begrip terraforming eigenlijk ontstaan?

Zoals zoveel moderne uitvindingen is het concept bedacht door science-fiction schrijvers. Olaf Stapleton was in 1930 de eerste die uitgebreid het bewoonbaar maken van Venus beschreef, in zijn beroemde toekomstgeschiedenis "Last and First Men". Jack Williamson bedacht in 1942 het woord terraforming en gebruikte het in een verhaal voor het tijdschrift Astounding Science Fiction. Robert A. Heinlein was de eerste die een complete roman, "Farmer in the Sky", wijdde aan het bewoonbaar maken van een ander hemellichaam (de Jupitermaan Ganymedes).

Een van de bekendste recente voorbeelden is de film "Total Recall" (1990) van Paul Verhoeven. Arnold Schwarzenegger droomt daarin dat hij op Mars is en een reusachtige machine in werking zet. Die is daar lang geleden door een verloren gegane beschaving achtergelaten en voorziet de ijzige planeet binnen een paar minuten van een leefbare atmosfeer.

Liefhebbers van science-fiction vormen echter, zeker in Nederland, een select groepje. De man en vrouw in de straat zullen nog nooit van terraforming gehoord hebben, of in het gunstigste geval het idee beschouwen als pure fantasie.

Toch is er de laatste dertig jaar door wetenschappers van naam onderzoek gedaan naar de mogelijkheid Mars leefbaar te maken. De resultaten van die studies stemmen hoopvol: dat wijzelf ooit in zwemkledij op een Marsiaans strand zullen liggen zit er niet in maar voor onze klein- en achterkleinkinderen ziet de toekomst er zonniger uit.

Waarom komt juist Mars in aanmerking voor Terraforming?

In sommige opzichten is Mars een ideale planeet, die gemaakt lijkt voor bewoning door mensen. Omdat de rotatie-as van de planeet ongeveer even schuin staat als die van de Aarde heeft Mars dezelfde afwisseling van seizoenen als bij ons. En een dag duurt op Mars slechts iets langer dan bij ons, maar met 39 extra minuten per dag zal niemand problemen hebben.

De zwaartekracht wijkt wat meer af: wie op Aarde 70 kilo weegt krijgt een weegschaal op Mars niet verder dan 27. Verwacht mag worden dat het menselijk lichaam zich daar wel aan zal kunnen aanpassen. Het zal even wennen zijn maar bergbeklimmen, bungy-jumpen of verspringen onder Marsiaanse zwaartekracht is ongetijfeld een bijzondere ervaring.

Van groot belang voor geinteresseerde kolonisten is ook de relatieve overvloed aan grondstoffen. Vooral de grote voorraden water maken Mars veel interessanter dan de kurkdroge Maan; water is namelijk niet alleen water, maar er kan ook gesplitst worden in zuurstof en waterstof, de brandstoffen voor mensen en raketten. Een kolonie kan daardoor geheel onafhankelijk zijn van de Aarde.

Wat zijn de voornaamste knelpunten op Mars?

Mars heeft een aantal minder sympathieke kanten, de ijzige kou bijvoorbeeld. De temperatuur kan zakken tot onder de min honderd graden Celcius (hoewel de Pathfinder op een mooie dag in 1998 een temperatuur van 21 graden registreerde). Al het water op Mars bestaat dan ook in bevroren toestand, met als mogelijke uitzondering waterreservoirs op grote diepte. Aan de atmosfeer hebben we ook niet veel: de luchtdruk aan het Marsoppervlak is slechts een procent van wat we op Aarde gewend zijn en die ijle "lucht" bestaat voornamelijk uit kooldioxide en stikstof. Zo'n dunne dampkring biedt bovendien geen bescherming tegen de gevaarlijke ultraviolette straling van de zon.

Het lijkt op het eerste gezicht ondenkbaar met de huidige technologie een hele planeet naar onze hand te zetten. Gelukkig zijn gegevens als temperatuur en de samenstelling van de atmosfeer niet onafhankelijk van elkaar. Als bijvoorbeeld de temperatuur enkele graden stijgt komt kooldioxide (CO2) vrij uit de poolkappen en uit de Marsbodem. En als er CO2 vrijkomt stijgt de temperatuur omdat er dan het soort broeikaseffect op gang komt waar we op Aarde zo bang voor zijn. Een klein zetje in de goede richting is genoeg, zo lijkt het.

Het ligt dus voor de hand om te beginnen met het verhogen van de temperatuur.

Maar hoe warm je een complete planeet op? Een paar miljoen straalkacheltjes?

In de afgelopen dertig jaar zijn er een aantal verrassende voorstellen gedaan. De voorstellen verschillen nogal wat betreft hun gevolgen voor de planeet; ze zijn hieronder gerangschikt in volgorde van afnemende subtiliteit:

1. James Lovelock, vooral bekend vanwege zijn Gaia-theorie, waarin de Aarde beschouwd wordt als een levend organisme, was de eerste die eind jaren zeventig voorstelde CFC's, coolfluorcarbonaten als freon (bekend als koelkastvloeistof) naar Mars te verschepen. Deze "superbroeikasgassen" houden net als kooldioxide, maar dan in nog veel sterkere mate, de ingestraalde zonnewarmte vast. Voor het vervoer van de CFC's naar Mars stelde Lovelock voor kernraketten uit het Amerikaanse en Russische wapenarsenaal aan te passen. Het is niet duidelijk of de complete rakettenverzameling van de toenmalige supermachten voldoende was om de klus te klaren. Maar het idee had twee sterke punten: het brengen van leven op Mars is een nuttiger taak voor raketten dan het zaaien van dood en verderf op Aarde en verder zou begonnen kunnen worden met het terraformen van Mars voordat er ook maar een voetstap op de planeet was gezet.

2. De broeikasgassen zouden ook op Mars zelf geproduceerd kunnen worden. In zijn artikel "Bringing life to Mars" in Scientific American (voorjaar 1999) beschrijft Christopher McKay van NASA's Ames Research Center hoe een paar honderd kleine fabriekjes ter grootte van een Volkswagen Kever genoeg coolfluorcarbonaten in de Marsatmosfeer kunnen pompen om dezelfde kettingreactie op gang te brengen als Lovelock voorstelde. Het totale energieverbruik van deze eenheden, die hun grondstoffen koolstof, chloor en fluor uit de Marsbodem zouden winnen en via traditionele chemische en electrolytische processen zouden vomzetten, wordt geschat op 4500 Megawatt, vergelijkbaar met een stad als Boston.

3. De natuurkundige Freeman Dyson beschrijft in zijn boek "Disturbing the Universe" (1979) een mooi scenario: een Von-Neumann machine (een robot die zichzelf kan nabouwen) landt op Enceladus, een ijsmaantje van Saturnus en bouwt kleine zonnezeilbootjes die ieder een blok ijs mee de ruimte in nemen, een paar jaar later komen al die ijsblokken op Mars terecht, waar ze verdampen in de atmosfeer. Daarmee neemt de hoeveelheid water in de atmosfeer toe en wordt ook meer zonnewarmte vastgehouden dan voorheen; ook in dit geval stijgt dus de temperatuur.

4. Al in 1973 stelde Carl Sagan, wetenschapper, schrijver ("Contact") en televisiemaker ("Cosmos"), voor om donker materiaal (koolstof bijvoorbeeld) uit te strooien over de poolkappen van Mars. Zoals iedereen weet, neemt een zwart oppervlak meer warmte op dan een wit oppervlak; als gevolg van Sagan's strooiactie zou een deel van de poolkappen smelten. Het bedekken van zes procent van de polen zou, volgens Sagan's berekeningen, al volstaan. Water en kooldioxide zouden verdampen en daardoor de atmosfeer verdichten, waardoor warmte makkelijker van de evenaar naar de polen zou stromen en een nog groter deel van de kappen zou smelten. Voor die zes procent zou nog altijd 100 miljoen ton materiaal nodig zijn, wat gelijk staat aan 100 miljoen raketlanceringen of het verpulveren van een koolstofhoudende asteroide met een diameter van 600 meter. Als goedkoper alternatief stelde Sagan bedekking voor met donker getinte planten, gekweekt om te overleven in het barre klimaat op de Marsiaanse polen.

5. Robert Zubrin, wetenschapper, schrijver ("the Case for Mars", "Entering Space") en president van de Mars Society, stelde samen met de eerdergenoemde McKay nog een andere manier voor om Mars op te warmen: reusachtige spiegels in de ruimte zouden zonlicht dat anders in het heelal verloren zou gaan naar Mars terug kunnen kaatsen. In 1999 deden Russische kosmonauten al een poging om een spiegel met een diameter van 25 meter in een baan om de Aarde te plaatsen, met het doel daarmee het noorden van Rusland de donkere wintermaanden door te helpen. De proef mislukte, en voor het opwarmen van Mars moet wel gerekend worden op wat grotere spiegels. Een spiegel ter grootte van Nederland, gericht op de Zuidpool, zou de temperatuur daar voldoende doen stijgen om een broeikaseffect op gang te brengen.

6. In "Red Mars", de roman van Kim Stanley Robinson waarin voor terraforming een hoofdrol is weggelegd, wordt warmte uit het binnenste van Mars naar de atmosfeer geleid door enorme "moholes", schachten in de Marskorst met een diameter van een kilometer en een diepte van meer dan tien kilometer. Terraforming-specialist Martyn Fogg, schrijver van de terraforming-bijbel "Engineering Planetary Environments", betwijfelt echter of de reusachtige gaten meer warmte naar de atmosfeer zouden leiden dan het energie kost om ze te graven. Ook Robinson's idee van door windmolens aangedreven kachels wordt door Fogg niet realistisch geacht.

7. Er zijn ook hardhandiger techieken denkbaar. Het van baan veranderen van asteroiden of kometen klinkt weliswaar als verre toekomst-muziek maar een grootschalig gebruik van bekende technieken volstaat. Zubrin en McKay berekenden dat een ammonia-asteroide van tweeenhalve kilometer, met gebruikmaking van ongeveer acht procent van zijn eigen gewicht als brandstof, in tien jaar tijd door raketten uit zijn baan te duwen zou zijn. Bij voorkeur zou die nieuwe baan langs een of meerdere grote planeten moeten voeren om met een slinger-effect de snelheid van het object flink te verhogen. Bij inslag op Mars zou genoeg warmte vrijkomen om een triljoen ton water te laten smelten; daarmee zou een meer gevormd worden van 140 kilometer lang en breed en vijftig meter diep. De vrijkomende ammonia, eveneens een krachtig broeikasgas, zou de gemiddelde temperatuur met drie graden doen stijgen en meteen bescherming bieden tegen uv-straling.

8. Een nog hardhandiger methode is het tot ontploffing brengen van een groot aantal waterstofbommen verspreid over de planeet. Terraforming-specialist Fogg heeft ooit berekend dat 10 miljoen bommen voldoende kooldioxide uit de Marsbodem zouden vrijmaken en bovendien genoeg permafrost zouden smelten om een oceaan te vormen in de Noord-Marsiaanse laagvlakten. Een dergelijke benadering, aldus Fogg, is natuurlijk minder gewenst als Mars tegen die tijd bevolkt zou zijn door Aardse kolonisten. Hoeveel zou trouwens een waterstofbom kosten per stuk?

Uiteraard sluiten deze methoden elkaar niet per definitie uit. Een combinatie van spiegels en broeikasgassen zou bijvoorbeeld het hele proces aanzienlijk kunnen versnellen.

Maar zijn we er dan? Kunnen we dan zonder ruimtepak rondlopen op Mars?

Helaas: nog niet helemaal. Het ruimtepak kan ingewisseld worden voor een gewone winterjas en tijdens de lange zomer wellicht voor rokjes, bermuda's en T-shirts. Een ding zal iedere Marsiaan echter nog steeds zich moeten hebben: een CO2-masker. De atmosfeer, hoewel veel dikker dan voorheen, bestaat nog altijd grotendeels uit kooldioxide. Planten weten daar wel raad mee; die kunnen de atmosfeer omzetten in zuurstof, zoals ze ook op Aarde gedaan hebben en nog steeds doen.

Een andere zuurstofbron kan de Marsbodem zelf zijn. De rode planeet is zo rood omdat-ie roest, met andere woorden: het oppervlak is geoxideerd. Door verhitting kan de zuurstof uit die oxides vrijkomen.

Hebben we voor het terraformen van Mars StarTrek-technologie nodig?

Een aantal van de voorgestelde technieken zou op dit moment al toegepast kunnen worden. Om broeikasgassen naar Mars te vervoeren, of om fabriekjes op de planeet op te zetten zijn alleen een fors aantal conventionele lanceringen nodig. Zelfs het uit zijn baan duwen van een asteroide is mogelijk met slechts een grootschalige toepassing van bekende technieken en een beetje geduld. Er moeten eerder financiele dan technische problemen voor worden opgelost.

Andere methoden, bijvoorbeeld het plaatsen van ruimtespiegels, zijn op dit moment nog niet haalbaar, maar met de later in deze eeuw te verwachten technische ontwikkelingen kan dat snel veranderen. Met nanotechnologie, het manipuleren van materie door het verplaatsen van individuele atomen, kan flinterdun materiaal (enkele atomen dik) geproduceerd worden voor de bouw van de spiegels. Von Neumann-machine's kunnen het grootste deel van de constructie voor hun rekening nemen. Zelfreplicerende nanomachientjes zijn misschien ook de meest efficiente manier om de bestanddelen voor een dichtere atmosfeer direct uit de Marsbodem te winnen. En het verpulveren van asteroiden wordt met dergelijke technologieen natuurlijk helemaal een peuleschil.

Hoewel biotechnologie en genetische manipulatie door velen met enige argwaan worden bekeken kan dergelijke kennis goed van pas komen in de latere fasen van het terraforming-proces.

Wanneer deze technologien beschikbaar komen is uiteraard niet te voorspellen, van nanotechnologie wordt gedacht aan 2020-2050. Voor een deel is het ook afhankelijk van politieke wil. Vergelijk het met de race naar de Maan in de jaren zestig: tot 1957 was geen mens verder dan een paar kilometer van de Aarde geweest; twaalf jaar later liepen er twee mensen op de Maan rond; alle benodigde technologie was in de tussenliggende twaalf jaar ontwikkeld, en alleen omdat Amerika met alle geweld de eerste wilde zijn. Als we echt een nieuwe Aarde willen, dan komt die er wel.

Hoe lang zou het allemaal gaan duren?

Dat de minuten uit "Total Recall" iets te optimistisch zijn ingeschat zal zelfs een kleuter aanvoelen. Toch hoeft het ook geen duizenden of zelfs miljoenen jaren te duren, zoals wel wordt beweerd. De meeste bovengenoemde deskundigen zitten er tussenin: McKay noemt een periode van slechts tien tot honderd jaar; Martyn Fogg spreekt over tweehonderd jaar… Dat klinkt bemoedigend: de meesten van ons zouden nog tijdens hun leven de Rode Planeet zien veranderen.

Nogmaals: na die eerste fase van enkele decennia of enkele eeuwen heeft Mars een aangenaam klimaat en een redelijk dichte atmosfeer van kooldioxide. De tweede fase, waarbij planten uiteindelijk een atmosfeer met voldoende zuurstof produceren, heeft op Aarde miljoenen jaren geduurd. We mogen echter wel verwachten dat tegen die tijd genetische technieken beschikbaar zullen zijn die dat proces aanzienlijk kunnen versnellen.

Als het echt zo makkelijk is, waarom beginnen we dan niet meteen?

Ten eerste omdat we nog niet genoeg van Mars weten. We kennen nog niet eens de exacte samenstelling van de atmosfeer en de bodem. En voordat er bijvoorbeeld broeikaseffect op gang wordt gebracht, moeten we natuurlijk wel alles weten. Een te grote instroom van CO2 zou misschien een niet te stoppen broeikasscenario in werking doen treden; het eindresultaat zou dan dichter bij Venus dan bij de Aarde liggen.

Een ander rampscenario zou een toename van de wind zijn. Ook nu kan het al behoorlijk stormen op Mars; wereldomvattende stofstormen kunnen maandenlang aanhouden. Eerst moet begrepen worden wat de oorzaak is van dat verschijnsel voordat voorspeld kan worden of de wind versterkt of juist afgeremd wordt in een dichtere atmosfeer.

Ook een teveel aan zuurstof in de atmosfeer zou rampzalig kunnen zijn; Volgens sommige deskundigen is een "buffer" van stikstof nodig om te voorkomen dat de nieuw ontstane bossen spontaan vlam vatten. Maar hoe groot moet die buffer zijn?

Er is nog veel meer onzeker of onduidelijk. Worden broeikasgassen versneld afgebroken door de ultraviolette straling waartegen Mars geen bescherming biedt? Hoeveel ijs zit er precies in de poolkappen, hoeveel water zit er in de bevroren bodem (permafrost)? En is er misschien nog vloeibaar water in ondergrondse reservoirs? Wat gebeurt er met de bodem als al dat water aan de oppervlakte komt?

En vooral: is er al leven op Mars en zou dat te lijden hebben van onze activiteiten of er juist enorm op vooruitgaan?

Mogen we Mars wel terraformen en zo nee, van wie niet?

Lang voordat alle technische problemen zijn opgelost zal er een ethische discussie losbarsten. Tegenstanders van terraforming zullen aanvoeren dat wij mensen niet voor God moeten spelen, dat we niet eens onze eigen planeet goed kunnen onderhouden en dat de prachtige wildernis van onze kleine buurman beschermd moet worden. Voorstanders zullen daar tegen in brengen dat leven brengen op andere werelden een nobele taak is voor de mensheid, dat Mars er alleen maar mooier op wordt met zeeen, bossen en prairie's, en dat de planeet daarmee in feite alleen maar de oorspronkelijke staat wordt teruggebracht.

In Kim Stanley Robinson's Mars-trilogie gaan "roden" (de tegenstanders) zelfs over tot sabotage-acties en terrorisme tegen de "groenen"; een reden te meer voor ons om niet te lang te wachten met dat ethische debat. Een mogelijke uitkomst zou een "beheerste" terraforming kunnen zijn, een transformatie die gebruik maakt van "zachte" methoden als spiegels en broeikasgassen en afziet van "harde" methoden als bommen en komeetinslagen, een transformatie die zoveel mogelijk het eigen karakter van Mars respecteert door bijvoorbeeld de hoger gelegen gebieden (en Mars heeft veel hooglanden) te vrijwaren van ingrepen.

Binnen de gelederen van de Mars Society bevinden zich zowel sympatisanten van het Rode als het Groene standpunt. Stichting Mars Society Nederland moedigt de dialoog tussen de twee stromingen aan, onder andere door middel van het Rood/Groen-debat van onze mailgroep.

Voorlopig is het belangrijkste dat we zoveel mogelijk te weten komen over Mars. Alleen al de kans op een nieuwe wereld is te mooi om te negeren.

laatste wijziging: 24 juli 2001