Met de plannen van Elon Musk, Mars One en de diverse naäpers om naar Mars te gaan, staat ruimtekolonisatie weer volop in de belangstelling. In deze video van Isaac Arthur en Fraser Cain (Universe Today) een overzicht.
Het binnenste deel van het zonnestelsel kent veel zonlicht en is rijk aan metalen en silicaten. Water is in het binnenste deel van het zonnestelsel relatief gezien schaars: alleen de aarde en in mindere mate Mars beschikken over veel water. Dit schept unieke uitdagingen. Aantrekkelijk aan deze aardachtige planeten (waar we om praktische redenen de Maan bij zullen rekenen) is de korte afstand tot de aarde en de relatief aardachtige leefomstandigheden, al zijn grote tecynische aanpassingen nodig om mensen in leven te houden.
Het koloniseren van Mars is relatief het minst moeilijk. Alleen Mercurius komt in de buurt. Copyright: Bryan Versteeg / Spacehabs.com
Waar op dit moment op aarde hard gewerkt wordt aan het bereiken van volledige zelfvoorziening door middel van duurzame bronnen, denken enkele visionairen alvast een Kardashev-trap verder. Zou het niet erg handig zijn om alle nu verspilde zonlicht op te vangen en er wat nuttigers mee te doen? Enter een dysonschil, om materiaal te besparen ter hoogte van Mercurius.
Gezien de enorme afmetingen is een statische structuur onmogelijk. Een dynamische dysonschil bestaat uit om de zon roterende zonnepanelen. Om aan het materiaal hiervoor te komen moet het planeetje Mercurius er aan geloven. Op zich wel een gemis. Mercuriusis eenbijzondere wereld. Maar dan heb je ook wat. Namelijk per aardbewoner net zo veel energie als er nu door de hele planeet tegelijk gebruikt wordt.
Tot we een slimmere manier verzinnen om uit waterstof energie te halen, met een fusiecentrale of zwart gat bijvoorbeeld, zeker het overwegen waard.
Met een Dysonzwerm kan je een groot deel van de totale energie van een zon aftappen.
De planeet met het grootste verschil tussen dag en nacht in het zonnestelsel, Mercurius, blijkt te beschikken over een ijsvoorraad van honderd kubieke kilometer – voldoende om de Dode Zee te vullen. Dit maakt de planeet veel interessanter als doel voor kolonisatie door mensen. Wat zijn de gevolgen van deze ontdekking?
Zal de mens zich eerder vestigen op Mercurius dan op Mars? Bron: NASA
Mercurius, bewoonbaarder dan het lijkt
De kleinste aardachtige planeet van het zonnestelsel, Mercurius, lijkt op het eerste gezicht niet een erg geschikte plaats om een ruimtekolonie te vestigen. Met temperaturen overdag van 427 graden Celsius en nachttemperaturen die dalen tot bijna tweehonderd graden onder nul kent de kleine planeet de grootste temperatuursverschillen van het zonnestelsel. Toch zijn er ook een aantal eigenschappen, waardoor een ruimtekolonie op een van de polen van de planeet uitermate levensvatbaar kan zijn. Zo is de zwaartekracht op de oppervlakte van Mercurius relatief hoog – rond de 0,38 maal die van de aarde. Voldoende om te voorkomen dat botten demineraliseren, al zullen kolonisten die na een jarenlang verblijf op Mercurius terugkeren naar Aarde van te voren therapie moeten ondergaan. Energie, in de vorm van zonlicht, is overvloedig aanwezig. En al is het grootste deel van de oppervlakte van de planeet overdag een blakerende hel, de polen worden afgeschermd door kraterranden en liggen eeuwig in de schaduw. Met als gevolg een temperatuur, zo laag dat zelfs stikstof vloeibaar wordt.
IJs met nog meer zekerheid aangetoond
Al langer werd vermoed, dat in de eeuwige schaduw van de poolkraters grote hoeveelheden waterijs verborgen liggen. In 1992 lieten radarbeelden van aardse radiotelescopen heldere vlekken zien in kraters vlakbij de noordpool van Mercurius. De meest eenvoudige verklaring hiervoor is de aanwezigheid van waterijs. Mercurius is door zijn ligging diep in de zwaartekrachtsput van de zon vrij lastig te bereiken, waardoor de planeet slechts spaarzaam is bezocht, maar met de MESSENGER missie komt daar eindelijk verandering in. Zo werden er bizarre structuren ontdekt.
Eind november 2012 kondigde NASA een nog meer spectaculaire ontdekking aan. Op de eerder in 1992 ontdekte heldere plekken, is door middel van lasermetingen een grote hoeveelheid waterstof aangetoond. Deze gebieden blijken ook samen te vallen met de koudste plaatsen op het oppervlak van de kleine planeet. Het kan hiermee haast niet anders dan om waterijs gaan. Opmerkelijk is ook dat de heldere vlekken die de radar in de warmere delen aantoonde, met lasermetingen juist heel donker bleken. De verklaring is, vermoeden onderzoekers, een residu van organische stoffen dat achterbleef toen de rest van het ijs verdampte onder de onbarmhartige zon. Een laag van ongeveer tien centimeter zou in principe het onderliggende ijs beschermen. Een nog interessantere gedachte is dat er misschien plaatsen op Mercurius zijn, waar eencellig leven het zou kunnen uithouden.
Kolonie op Mercurius?
Aantrekkelijk aan Mercurius is dat de reisafstand tot de aarde kleiner is dan tot Mars. Ook is energie gemakkelijker te winnen. De aanwezigheid van water betekent dat er door astronauten veel minder meegenomen hoeft te worden. De kans is dus niet denkbeeldig, dat er nog in de eerste helft van deze eeuw een kolonie op Mercurius komt.
Mercurius blijkt heel wat minder saai dan hiervoor gedacht. De kleinste planeet, tegelijk ook de planeet met de hoogste temperatuurverschillen in het zonnestelsel bleek nog heel wat verrassingen te herbergen. Zoals beelden van ruimtesonde MESSENGER met raadselachtige, onverklaarbare structuren op het oppervlak. De eerste theorieën komen nu binnen.
Raadselachtige holten
Op het oppervlak van Mercurius bevinden zich merkwaardige ondiepe holten met een onregelmatige vorm. De holten hebben geen opstaande rand – wat kratervorming uitsluit. Ook vormden de holten zich in bestaande kraters, wat betekent dat ze zich vrij recent (naar kosmische begrippen dan) moeten hebben gevormd. De holtes zijn ook merkwaardig helder, vermoedelijk omdat ze bedekt zijn met een licht materiaal. Er moet zich dus iets als een vulkaanuitbarsting hebben voorgedaan aan of vlak bij de oppervlakte van de kleine planeet. Maar hoe?
Waterstof opgelost in vloeibaar ijzer
Marvin Hendon, een niet aan een universiteit of instituut verbonden onderzoekers, denkt dat de verklaring gezocht moet worden in ijzer. Vloeibaar ijzer, om precies te zijn, waarin tijdens de vorming van Mercurius onder hoge temperatuur en druk grote hoeveelheden waterstofgas is opgelost. Inderdaad zijn van veel metalen, waaronder ijzer, metaalhydriden bekend en zou er in de kern van de aarde heel goed de nodige waterstof opgeslagen kunnen liggen[1]. Bij het afkoelen tot vast ijzer werd de waterstof uit het ijzer verdreven en zou het gas als een waterstofgeiser aan het oppervlak van de planeet ontsnappen. Deze waterstofgeisers kunnen de lage holten hebben veroorzaakt, aldus Herndon.
Tijdens zijn toch naar de oppervlakte van de planeet zou het waterstofgas met verschillend substanties reageren. Zo wordt ijzersulfide gereduceerd tot metallisch ijzer plus het gas waterstofsulfide (FeS + H2-> Fe + H2S). IJzersulfide komt veel voor op de oppervlakte van Mercurius, weten we. Herndon denkt dat het vrijgekomen ijzerpoeder deze depressies hun lichte kleur geeft. Inderdaad zouden met deze ene theorie twee verschillende verschijnselen verklaard worden. [2]
Diepe ijsafzettingen?
Een andere interessante gedachte is dat er misschien diep in de planeet, in de poolstreken waar de gemiddelde temperaturen erg laag zijn, water- of ijsafzettingen kunnen voorkomen. Ook nikkeloxiden en andere zuurstofrijke verbindingen komen op en in Mercurius namelijk veel voor: de extreem dunne atmosfeer bestaat zelfs voor 40% uit zuurstof. Als waterstof hiermee reageert, ontstaat water. Mogelijk is dit mede de verklaring voor het waterijs in kraters in de poolstreken van de kleine planeet.
Met temperaturen overdag van 427 graden Celsius en nachttemperaturen die dalen tot bijna tweehonderd graden onder nul kent de kleine planeet Mercurius de grootste temperatuursverschillen van het zonnestelsel. Desondanks kent Mercurius enkele interessante voordelen. Bijna de helft van de aardse zwaartekracht, mogelijk waterijs in kraters op de polen, een zwak beschermend magnetisch veld, overvloedige zonne-energie en waarschijnlijk veel metalen.
Mercurius is iets groter dan de maan maar veel zwaarder.
Mercurius factsheet
Grootte: 4900 km doorsnede (38% van de aarde)
Zwaartekracht: 0,38 maal die van de aarde
Atmosfeer: sporen
Temperaturen: +437 graden tot -190 graden
Daglengte: 176 dagen: 2 Mercuriusjaren
Lengte jaar: 88 aardse dagen
Waardevolle grondstoffen: metalen (mogelijk)
Pluspunten: redelijke nabijheid aarde, de helft van de aardse zwaartekracht, op de polen waarschijnlijk enig waterijs, zwak beschermend magnetisch veld, zonne-energie
Gevaren: afremmen is zeer lastig, enorme temperatuursverschillen maken alleen de poolstreken bewoonbaar, magnetisch veld vaak lek
De omgeving
Een oppervlakte waarop overdag lood smelt en ’s nachts zelfs kooldioxide vastvriest. Het goede nieuws is dat Mercurius een zuurstofatmosfeer heeft met maar liefst 40% zuurstof. Het slechte nieuws: deze atmosfeer is extreem dun: 10-14 bar en verdwijnt continu.
Er is geen atmosfeer die meteorieten tegenhoudt. Mercurius heeft daarom net als de maan een pokdalig oppervlak.
Kortom: Mercurius is een weinig gastvrije plaats voor organische levensvormen zoals mensen.
Vrijwel de gehele oppervlakte is bezaaid met inslagkraters, af en toe afgewisseld door lavavlaktes, de gevolgen van vulkanische uitbarstingen miljarden jaren geleden. Omdat Mercurius geen atmosfeer heeft was en is de planeet een schietschijf voor meteorieten.
Radarverkenningen van de oppervlakte van Mercurius wezen uit dat de poolstreken extreem veel radarstraling weerkaatsen, vermoedelijk omdat er waterijs op de polen van de planeet aanwezig is, naar schatting honderd miljard ton, de inhoud van een groot meer.
Hoe reis je naar Mercurius?
Reizen naar Mercurius is extreem lastig. De planeet bevindt zich diep in de zwaartekrachtsput van de zon en omdat de planeet zo klein is, is de zwaartekracht ook zwak. Een ruimteschip vanaf de aarde moet daarom heel veel snelheid dumpen. Dat kan alleen door veel reactiemassa (brandstof) mee te nemen. Mogelijk kan magneetveldremming worden gebruikt.
Hoe bewoonbaar is Mercurius?
Alleen de poolstreken, in de eeuwige schaduw van de kraters, komen voor kolonisatie in aanmerking. De rest van de planeet is te heet. Worden de radarreflecties in de poolkraters inderdaad veroorzaakt door waterijs, dan wordt Mercurius hiermee meteen een van de gastvrijer plekken in het zonnestelsel.
Een zonsopkomst op Mercurius wil je liever niet meemaken.
Voordelen van een kolonie op Mercurius
Mercurius is extreem rijk aan metalen en zonne-energie. Met andere woorden: het is niet erg moeilijk om brokken metaal door middel van zonne-energie richting aarde te schieten. Een voor de hand liggende methode is hiervoor een railgun, een elektrostatische versneller op zonne-energie te gebruiken.
Per vierkante meter komt er op Mercurius meer dan zes keer zoveel zonne-energie binnen als op aarde – en dan is de absorptie door de aardse atmosfeer nog niet eens meegeteld.
Reizen vanaf Mercurius is, gesteld dat je over voldoende energie beschikt, niet erg moeilijk. De enorme zwaartekracht van de zon zorgt voor voldoende afremming om alle andere bestemmingen in het zonnestelsel zonder problemen te kunnen bereiken.
Gevaren op Mercurius
Mercurius kent geen atmosfeer en enorme temperatuursverschillen. Het oppervlak is alleen tijdens de nacht begaanbaar. De rest van de tijd moeten kolonisten zich terugtrekken in de kraters op de polen. Het magnetische veld biedt weliswaar een (zwakke) bescherming, maar geregeld breken magnetische tornado’s door het veld heen. De zonnewind kan dan het oppervlak van de planeet bereiken. Dit effect zal vermoedelijk in de poolstreken minder een rol spreken, omdat hier minder of zelfs geen zonnestraling is.
Hoe zou een kolonie op Mercurius er uit zien?
Een kleine kolonie zal vermoedelijk in de noord- of zuidpoolregio gevestigd zijn en voor een belangrijk deel ondergronds zijn. De metaalrijke bodem van Mercurius 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 koepel over een krater of een nog groter gebied. Hiervoor kan carbonia van Venus worden geïmporteerd of een doorzichtig materiaal worden gefabriceerd van lokale grondstoffen. Energie hiervoor is op Mercurius overvloedig aanwezig.
Een krater kan overdekt worden met een drukkoepel.
Hoe is Mercurius tot leefbare wereld om te bouwen?
Mercurius is veel te klein en staat veel te dicht bij de zon om een leefbare atmosfeer vast te houden.
In theorie zou je het planeetje kunnen voorzien van een stevig zonnescherm (of overdekken met een planeetbreed schild).
Meer vandalistische plannen houden in het hele planeetje uit elkaar te slopen: immers minstens 42% van de planeet bestaat uit massief metaal. Met de grondstoffen op Mercurius zijn letterlijk miljarden ruimtekolonies te bouwen die als een zwerm om de zon draaien en de rijke zonne-energievloed kunnen oogsten.
