Mars, de volgende stap voor de mensheid?

Mars factsheet
Grootte: 6794 km doorsnede (53% van de aarde)

Zwaartekracht: 0,39 maal die van de aarde

Atmosfeer: minder dan 1% van de aardse atmosfeer, 95,32% CO2, 2,7% stikstof, 1,6% argon, 0,13% zuurstof

Temperaturen: -87 graden tot +27 graden (op equator; aphelion). Poolstreken: -120 graden

Daglengte: 24 uur en 37 minuten, een sol

Lengte jaar: 669 sols, 687 dagen

Waardevolle grondstoffen: ijzererts

Pluspunten: redelijke nabijheid aarde, de helft van de aardse zwaartekracht, grote voorraden waterijs, aardachtige daglengte

Gevaren: nauwelijks magnetisch veld, nauwelijks atmosfeer, stofstormen

De omgeving

De oppervlakte van Mars heeft veel weg van aardse woestijnen, maar vertoont overal sporen van een waterrijk verleden.

Alle landschapsvormen die in aardse woestijnen voorkomen, komen ook op Mars voor, maar door de lage zwaartekracht met veel grotere afmetingen. Zo kent Mars de met 25 km hoogte grootste vulkaan van het zonnestelsel, Olympus Mons en de gigantische drieduizend kilometer lange kloof Valles Marineris.

De enorme hoeveelheid ijzeroxide (roest) geeft de oppervlakte een roestbruine kleur. De oppervlakte is bezaaid met kraters die veel langer dan op aarde intact blijven.

De daglengte op Mars is vrijwel gelijk aan die van de aarde.

De atmosfeer beschermt nauwelijks tegen de felle uv-straling van de zon. Zeer kleine meteorieten branden op in de dunne atmosfeer, meteorieten vanaf enkele kilo’s reizen ongehinderd door. Bij kortdurende warmere tijdperken, het gevolg van het periodiek kantelen van de planeet, smelten ondergrondse ijsvoorraden, waardoor waterstromen en lawines ontstaan die op sommige plaatsen kraters hebben uitgewist.

Transport van en naar Mars
Alle ruimtevaartuigen nu in gebruik maken gebruik van raketvoortstuwing. Wat dan telt is delta v – de totale hoeveelheid versnelling en vertraging die nodig is. Beide kosten evenveel raketbrandstof. Als Mars en de aarde in optimale positie staan, is de delta v van LEO (een lage parkeerbaan rond de aarde) tot een parkeerbaan rond Mars  het laagst: rond de vier kilometer per seconde. Dit kan nog verder verlaagd worden door gebruik te maken van de martiaanse atmosfeer om af te remmen. Volgens Cassandra Club is een reis naar Mars peperduur, maar hierbij gaan ze uit van een retourvlucht. Het is veel goedkoper om alleen een enkele reis uit te voeren. Er hebben zich al tientallen vrijwilligers gemeld voor een dergelijk plan.

Hoe bewoonbaar is Mars?
Door de lage luchtdruk van 0,01 atmosfeer moeten astronauten een lomp, onhandig drukpak dragen. Het volkomen ontbreken van een ozonlaag en andere bescherming tegen zonnestraling betekent dat kolonies een grondige afscherming moeten hebben tegen zonne- en kosmische straling. De zwaartekracht is waarschijnlijk voldoende voor een permanent verblijf van de mens. Ook de daglengte is ideaal voor menselijke bewoning.

Voordelen van een kolonie op Mars
Mars is vooral rijk aan ijzeroxide. IJzer en andere waardevolle delfstoffen zijn op metaalrijke planetoïden met hun zwakke zwaartekrachtsput echter in veel grotere mate aanwezig (en ook makkelijker te winnen) dan in de zwaartekrachtsput van Mars. Er zijn enkele dingen aantrekkelijk aan Mars: de aardachtige daglengte, de bij benadering aardachtige zwaartekracht, de grote hoeveelheid waterijs en de aanwezigheid van een vast oppervlak. Mars bevat ook vrij gemakkelijk toegankelijke materialen die te gebruiken zijn voor een kolonie: water, kooldioxide,  ijzerrijke gesteenten. De temperaturen liggen -relatief- dicht bij die van de aarde.

Mars is uit wetenschappelijk oogpunt erg interessant: de planeet is complexer dan alle andere planeten met uitzondering van de aarde en bevat mogelijk leven: er zijn methaanpluimen vastgesteld die in de zomer het actiefst zijn.

Mars is vanaf de aarde relatief makkelijk te bereiken. Door de dunne atmosfeer is atmosferische remming mogelijk. Dit alles maakt Mars -met aantrekkelijker vestigingsplaatsen als Mercurius en Venus– aantrekkelijk als “back-up plan” voor de mensheid.

Gevaren op Mars
Mars kent weliswaar nauwelijks een atmosfeer, maar deze is wel in staat voor veel problemen te zorgen. Zo zijn er geregeld enorme stofstormen die soms maandenlang aan kunnen houden en bijna alle zicht wegnemen. Het fijne stof bestaat uit ijzeroxide, dus ook radiotransmissies worden zwaar gestoord. Dit stof is voor apparaten met bewegende onderdelen waarschijnlijk nog vervelender dan het toch al beruchte maanstof. De atmosfeer biedt verder nauwelijks bescherming tegen grotere meteorieten en kosmische straling. Er is minder zonne-energie dan op aarde.

Hoe zou een kolonie op Mars er uit zien?
Een kleine kolonie zal vermoedelijk vlak bij watervoorraden gevestigd zijn en voor een belangrijk deel ondergronds zijn. De metaalrijke bodem van Mars biedt een goede bescherming tegen kosmische straling. De kolonie moet luchtdicht zijn en goed geïsoleerd.
Kolonisten kunnen gebruik maken van de ijsvoorraden om hun kolonie mee te bevoorraden.

Een grotere kolonie kan bestaan uit een drukkoepel over een krater of missschien de Vallis Marineris-kloof. Worden de terraforming-plannen (zie onder) doorgezet, dan zal deze overigens onder water lopen.

Hoe is Mars tot leefbare wereld om te bouwen?
Mars is weliswaar veel kleiner en lichter dan de aarde, maar staat verder van de zon. Van alle planeten is Mars daarom het gemakkelijkst tot een leefbare wereld om te bouwen – althans, leefbaar volgens Tibetanen, Scandinaviërs of Siberiërs. Een eerste fase zou inhouden de poolkappen, die voor een groot deel uit bevroren kooldioxide bestaan, te laten verdampen.  Zoals u ongetwijfeld van mijnheer Al Gore hebt opgestoken, is kooldioxide een  sterk broeikasgas. Dit zou de luchtdruk op Mars verdertigvoudigen tot 0,3 atmosfeer  – en hiermee de temperaturen en luchtdruk binnen aards (althans: de top van de Mount Everest) bereik brengen. Als gevolg hiervan ontdooit de noordelijke oceaan en stijgt de gemiddelde temperatuur op het noordelijk halfrond boven nul. Deze is vermoedelijk weliswaar erg zout, maar aardse planten zullen het in de kooldioxideatmosfeer goed doen en grote wolken zuurstof afscheiden.

Voor mensen is een CO2 atmosfeer onadembaar, dus moet de CO2 als we zonder ademmasker rond willen kunnen lopen, worden vervangen door een ander gas. Mars is zeer arm aan stikstof, de ideale kandidaat voor een inert gas. Er is ook te weinig argon. Zuurstof onder hoge druk leidt tot zuurstofvergiftiging. Op aarde is de zuurstofdruk 0,2 bar, hoger dan plm 0,5 bar is schadelijk. Een volledige zuurstofatmosfeer kan dus tot minder dan een halve atmosfeer. De maximale CO2 druk die een mens langere tijd overleeft ligt rond de huidige druk op Mars: 0,01 atmosfeer. Een dunne zuurstofatmosfeer (0,3 atmosfeer) kan dus in principe, wanneer gecombineerd met  minder dan 0,01 atmosfeer kooldioxide en een sterk broeikasgas (een beter alternatief is een ring van spiegels om zonlicht op Mars te concentreren, mogelijk roterend om zo een magnetisch veld op te wekken, zo komt er ook meer energie beschikbaar). Een zuurstofatmosfeer zonder inert buffergas, denk aan stikstof, betekent helaas een zeer hoge kans op branden. Dus zal er extra stikstof van bijvoorbeeld de ijsreuzen of ijsmanen moeten worden aangevoerd, al was het maar voor de planten.