Eine Siedlung auf Ceres?

Zwergplanet Ceres - aufgenommen von der NASA-Raumsonde Dawn im Jahr 2015 (Quelle: NASA/Dawn).

Wenn von einer künftigen Besiedlung einer anderen Welt durch die Menschheit die Rede ist, ist damit meist der Mars gemeint – gelegentlich vielleicht noch der Mond der Erde. Doch es gibt mindestens eine weitere Welt im Sonnensystem, die ebenfalls ein grosses Potential hat, zur ersten „zweiten Heimat der Menschheit“ zu werden: der Zwergplanet Ceres. Vermutlich durch einen Glücksfall ihrer Entstehungsgeschichte ist Ceres – übrigens einer der wenigen Himmelskörper mit weiblichem Artikel, so wie die Venus – aussergewöhnlich reich an Wasser bzw. Wassereis, und das in einer Gegend des Sonnensystems, die sonst eher trocken ist. Die Position der Ceres in der Mitte des Asteroidengürtels, auf einer nur wenig exzentrischen, nur wenig geneigten Bahn macht sie zudem zum idealen Basis-Lager für den Abbau von Rohstoffen im Asteroidengürtel. Warum also redet kaum jemand von einer künftigen menschlichen Siedlung auf Ceres?

Auf den ersten Blick gewinnt der Mars einen direkten Vergleich locker. Er ist näher an der Erde gelegen – ein Flug dorthin dauert auf einer energiesparenden Hohmann-Transferbahn ca. 6-9 Monate,  und die Signalverzögerung zwischen den beiden Planeten dauert maximal ca. 20 Minuten. Mars hat eine dünne Atmosphäre, die etwas Schutz vor der kosmischen Strahlung bietet, eine Gravitation, die immerhin rund 38% der irdischen beträgt, und ein Tag auf dem Mars dauert nur rund 38 Minuten länger als auf der Erde. Die Oberfläche ist etwa so gross wie die gesamte Landfläche der Erde zusammen und die Sonne scheint im Schnitt etwa halb so stark wie auf der Erde. Im Gegensatz dazu dauert ein Flug zur Ceres auf einer Hohmann-Transferbahn ganze 15 Monate, die Signalverzögerung beträgt bis zu 33 Minuten. Ceres hat keine Atmosphäre und eine schwache Gravitation von nur gerade 3% der irdischen. Ein Tag auf Ceres dauert nur rund 9 Stunden. Die Oberfläche von Ceres ist etwa so gross wie jene von Argentinien, und die Sonne scheint im Schnitt etwa ein Achtel so stark wie auf der Erde. Fall abgeschlossen? Nein – wie fast immer lohnt sich auch hier ein zweiter Blick.

Zum einen ist Ceres ungewöhnlich reich an Wasser: aus ihrer Dichte, die etwa mittig zwischen jener von Gestein und Wassereis liegt, lässt sich schliessen, dass etwa die Hälfte des Zwergplaneten aus Wassereis besteht. Gemäss den Daten, die die NASA-Raumsonde Dawn gesammelt hat, verbirgt sich unter einer Oberfläche, die aus hydrierten (verwitterten) Silikaten, Salzen und Karbonaten besteht, ein dicker Wassereis- und Schlamm-Mantel, in dem es sogar noch Resten von einem einzigen Ozean geben könnte. Der Mantel umgibt seinerseits einen diffusen Kern aus Silikaten und Eisen. Dieser Aufbau erinnert eher an die Objekte des Kuipergürtels, und gemäss einer wissenschaftlichen Hypothese stammt Ceres ursprünglich tatsächlich aus dieser Region und wurde in der Frühzeit des Sonnensystems in den Asteroidengürtel verpflanzt. Ceres enthält etwa ein Viertel so viel Wasser wie alle Ozeane auf der Erde zusammen. Das ist aussergewöhnlich viel, aussergewöhnlich zugängliches Wasser. Zwar gibt es an den Polen des Merkurs und des Mondes, sowie unter dem roten Staub des Mars‘ ebenfalls Eisvorkommen, aber diese sind nicht nur relativ beschränkt, sondern sie stecken auch tief in den „Gravitationspotentialen“ dieser relativ grossen Körper. Eine Rakete, die diesen Welten entkommen will, muss mindestens einige Kilometer pro Sekunde schnell fliegen – bei Ceres sind es dagegen nur gerade 350 Meter pro Sekunde.

Doch warum ist Wasser so wichtig? Es geht nicht nur darum, den Durst von allfälligen Siedlern (oder ihren Nutzpflanzen) zu decken. Aus Wasser lässt sich auch Raketen-Treibstoff herstellen: etwa Wasserstoff und Sauerstoff via Elektrolyse, oder aber, wenn man die sehr häufig vorkommenden Karbonate auf Ceres dazunimmt, Methan und Sauerstoff, die in Raketen-Triebwerken der neusten Generation Verwendung finden (z.B. beim Starship von SpaceX, der Vulcan von ULA oder der New Glenn von Blue Origin). Mit diesem Treibstoff lässt sich zumindest ein Nachteil von Ceres im Vergleich zum Mars – jener der grösseren Distanz – wieder wettmachen. Da im Vergleich zum Mars nur ein kleiner Teil des Treibstoffs verwendet werden muss, um den Orbit bzw. die Fluchtgeschwindigkeit zu erreichen, steht mehr Treibstoff zur Verfügung, um die Reisezeit zur Erde abzukürzen. Natürlich kann derselbe Treibstoff auch genutzt werden, um Rohstoffe auf anderen Asteroiden des Asteroidengürtels abzubauen. Ein weiterer Vorteil von „billigem“ Wasser ist, dass es dank seines hohen Gehalts an Wasserstoff-Atomen gut geeignet ist, um kosmische Strahlung effektiv abzuschirmen. Mit etwa 10 Metern Wasser lässt sich eine Abschirmung der kosmischen Strahlung ähnlich jener durch die Erdatmosphäre erreichen. Eine menschliche Siedlung auf Ceres könnte so unter einem 10 Meter dicken Dach bzw. Dom aus Wassereis gebaut werden.

Bleibt das Problem der geringeren Gravitation (3% vs. 38%) und der deutlich kürzeren Tageslänge (9 Stunden vs. 24.6 Stunden) auf Ceres im Vergleich zum Mars. Es ist heute unklar, ob die geringe Gravitation auf Ceres für Menschen ausreichend ist, um langfristig den Abbau von Knochenmasse und anderer „Null-Ge“-Beschwerden zu verhindern. Wir wissen nur, dass Null-Ge (auch Schwerelosigkeit oder Mikrogravitation genannt) dem Menschen grosse gesundheitliche Probleme bereitet, während 1 Ge natürlich problemlos ist – Langzeitstudien für Schwerkraft-Beschleunigungen zwischen diesen beiden Extremen gibt es gegenwärtig keine. Es ist aber beides denkbar: da sich der Mensch in konstant 1 Ge entwickelt hat, könnte es gut sein, dass sein Körper langfristig nicht für Abweichungen von dieser „Konstante“ gerüstet ist. Anderseits könnte es auch sein, dass bereits der leichte Hauch einer Gravitation ausreicht, um die schlimmsten Folgen der „Null-Ge“-Beschwerden zu verhindern. An dieser Frage wird sich langfristig entscheiden, ob die Besiedlung der Oberflächen anderer Himmelskörper im Sonnensystem durch Menschen überhaupt möglich ist (allerdings: selbst wenn nahezu 1 Ge nötig sind, bleiben dann immer noch die Atmosphären der Venus sowie der drei äusseren Gasplaneten als Option…).

Doch nehmen wir im Folgenden mal an, dass die Gravitation auf Ceres kein Problem ist, einer Besiedlung diesbezüglich also nichts im Wege steht. Etwas ungewöhnlich für menschliche Siedler ist dann nur noch Ceres‘ eher kurze Rotationsdauer von etwas über 9 Stunden. Dem menschlichen Biorhythmus am nächsten käme man, wenn drei Rotationsperioden jeweils einen menschlichen Tag (von etwas über 27 Stunden) ergäben. Da sich der menschliche Biorhythmus ohne äusseren Taktgeber bei ca. 25 Stunden einpendelt, wäre es einerseits denkbar, dass ein 27-Stunden Rhythmus mit etwas Training und genügender Licht-Stimulation zur richtigen Zeit erreichbar wäre. Die Sonnenintensität auf Ceres ist mit 13% (entspricht ca. 13000 Lux, was das menschliche Auge immer noch als „helles Tageslicht“ empfindet) sicher stark genug, um den menschlichen Biorhythmus dahingehend zu triggern. Alternativ wäre es aber auch denkbar, dass eine Siedlung unter einem 10 Meter dicken Eispanzer, der ohnehin kaum direktes Sonnenlicht durchlässt, auch einfach einen irdischen 24-Stunden-Tag mit künstlicher Beleuchtung simulieren könnte. So könnten auch verschiedene Siedlungen auf dem Zwergplaneten alle dieselbe Zeitzone teilen – ungeachtet der Beleuchtungssituation draussen.

Welche Energie-Optionen hätte eine menschliche Siedlung auf Ceres? Die Nutzung von Solarenergie (Photovoltaik) ist trotz der grösseren Distanz von der Sonne nicht völlig aussichtslos: da Ceres keine Atmosphäre hat, hat man keinerlei atmosphärische Verluste – im Gegensatz zum Mars gibt es auch keine gelegentlichen Staubstürme, im Gegensatz zur Erde gibt es auch kein schlechtes Wetter. Das fehlende Wetter macht die Differenz durch die grössere Distanz von der Sonne nicht ganz wett, ausser vielleicht an den Polen von Ceres, wo aufgrund der geringen Achsenneigung nahezu permanent beschienene Solarzellenfelder denkbar wären. Ansonsten bliebe den Ceres-Siedlern – wie überall sonst im Sonnensystem – auch noch die Option von nuklearer Energie (etwa Thorium-Flüssigsalz-Reaktoren). Alles in allem scheint es also, dass Ceres – sofern die geringe Gravitation kein Problem für den menschlichen Körper darstellt – eine attraktive Alternative zum Mars wäre. Eine Siedlung auf Ceres, insbesondere, wenn sie lokal hergestellten Raketen-Treibstoff verkauft, könnte sich schnell zum Schlüssel zu den unermesslichen Rohstoffen des Asteroidengürtels entwickeln.

Was meinst du? Könnte sich Ceres vielleicht etwas überraschend als besserer Ort für eine menschliche Siedlung herausstellen als der Mars? Schreib es unten in die Kommentare!

6 Kommentare

  1. Ich glaube nicht, dass Ceres der Beste Kandidat für die erste menschliche Siedlung ist, aber ich glaube schon, dass Ceres zusammen zu den ersten 5 gehören wird, die kolonisiert werden. Ich tippe mal auf innerhalb der ersten 100 Jahre ab der Gründung der ersten permanenten Siedlung außerhalb der Erde.

    Das mit der Schwerkraft halte ich für ein echtes Problem, aber vielleicht kann man ja eine rotierende Station im Orbit bauen und die Arbeiter in den Eis-Minen kommen alle paar Wochen zurück in den Orbit? Geht bei Ölplattformen ja auch.
    Ehrlich gesagt glaube ich auch, dass alle Raumschiffe die mehr als nur ein paar Forscher transportieren gleich als Rotierende Stationen ausgelegt werden sollten. Dann bleiben Muskeln und Knochen beim Flug intakt und man muss „nur“ noch einen guten Strahlenschutz einbauen.

    Insgesamt sehe ich bei Ceres eher das Potential eine Bergbaukolonie zu werden und nicht eine Siedlung, wo Menschen freiwillig leben wollen. Anderseits sollte das billigste Wasser im All genau wie hier auf der Erde jede Menge Menschen bewegen, doch dort zu arbeiten. Klappt ja auch in Alaska, Sibieren und Saudiarabien. Auch da wohnen Millionen Menschen wegen leicht zugänglicher Rohstoffe in Lebensfeindlichem Klima.

    Ich könnte mir vorstellen, dass da ein lebhafter interplanetarer (gibt es da ein besseres Wort, dass auch Zwergplaneten, Monde und Asteroiden mit einschließt?) Handel entsteht:
    -Wasser von Ceres
    -Kohlenstoff und Stickstoff(ca. 3x soviel wie auf der Erde) von der Venus
    -Metalle aus dem Asteroidengürtel
    -Nahrung/Siedlungsmöglichkeiten auf dem Mars
    -Werften und Forschungsstationen (Teleskope…) auf dem Mond
    -Forschung auf den Monden der Gasriesen

    • Wenn sich herausstellt, dass die geringe Schwerkraft wirklich ein Problem ist, könnte man theoretisch auch rotierende Stationen auf Ceres selbst bauen, mit leicht angeschrägten Wänden um die leichte lokale Schwerkraft zu kompensieren bzw. zu nutzen.

      Was den Flug dorthin angeht: früher oder später wird es wohl ohnehin Fusions-Antriebe geben, die auf dem ganzen Weg beschleunigen bzw. abbremsen – dann spielt das keine Rolle mehr, und die Transferzeiten reduzieren sich in den Bereich von Wochen, so dass auch die Strahlung ein kleineres Problem darstellt.

      Was den Handel angeht: einzig bei der Venus bin ich nicht einverstanden. Die Venus ist tiefer im Gravitationstrichter der Sonne und hat selbst die zweithöchste Fluchtgeschwindigkeit im inneren Sonnensystem – kein sehr attraktiver Ort, zumal sie kaum Wasserstoff aufzuweisen hat, mit dem man von dort wieder wegkäme (ähnlich gilt das für Merkur). Venus würde nur dann ein Thema, wenn sich herausstellen sollte, dass es in ihrer Hochatmosphäre Leben gibt… Stickstoff und Kohlenstoff gibts in rauhen Mengen – und sehr viel zugänglicher! – auch auf Ceres oder anderen Asteroiden des Gürtels.

      • @rotierende Station auf Ceres:
        Stimmt das ist eine gute Idee. Vor allem weil man dann das Material direkt auf Ceres gewinnen könnte. Und jeder Stadt eine eigene rotierende Station bauen könnte.

        @Fusionstriebwerke: ich glaube 1g so lange aufrechtzuerhalten ist schwieriger als ein rotierendes Raumschiff zu bauen. Was die Strahlung angeht glaube ich langfristig an eine Lösung wie Magsail: einfach ein eigenes Magnetfeld bauen mit einem Draht, der ein paar Kilometer Umfang hat und unter Strom steht. Wirkt als Antriebs-Segel und gleichzeitig als Schild gegenüber Sonnenwind.

        @Venus: ja das ist teuer. Sehe ich auch erst später wenn wir anfangen Terraforming zu machen. Ich sehe da nur das Potential die Venus zu kühlen, wenn man den Stickstoff von da nimmt und auf dem Mars ablädt. Sollte beiden Planeten helfen. Aber solange man mit Raketen reist, selbst wenn sie Fusionsbetrieben sind, ist das ein paar Nummern zu groß. Dafür brauchen wir eher eine Railgun.

        • Mit konstanter Beschleunigung verkürzt sich die Reisezeit wirklich dramatisch. Bereits mit 0.01 Ge wäre man in gut einem Monat auf Ceres, bei 1 Ge sind es vier Tage… siehe nochmals hier: http://www.projectrho.com/public_html/rocket/appmissiontable.php – mit einem Fusionsantrieb wäre die Geschwindigkeit des ausgestossenen Materials sehr hoch, entsprechend weniger Masse bräuchte man.

          Ein Magsail ist grundsätzlich toll (na gut, wenn man Fusionstriebwerke hat, taugts vielleicht noch für ein Rettungsboot… 😉 ), hilft aber bei der galaktisch kosmischen Strahlung leider praktisch nichts. Den Sonnenwind kann man so etwas ablenken, aber der Sonnenwind ist nicht gefährlich weil er nicht ionisierend ist. Aber selbst die solar kosmische Strahlung, die viel weniger Energie hat als die galaktisch kosmische Strahlung, könnte so ein Magsail nicht abhalten. Dies deshalb, weil diese Teilchen in der Regel so schnell fliegen, dass das Magnetfeld gigantisch stark sein müsste, um innerhalb seiner doch relativ geringen Ausdehnung die nötige Wirkung zu entfalten (das Erdmagnetfeld kann die galaktisch kosmische Strahlung auch nicht abhalten – das übernimmt die Atmosphäre). Schutz vor der kosmischen Strahlung erreicht man deshalb am besten durch Abschirmung, also Material, das man der Strahlung in den Weg stellt. Oder eben, man lässt es bleiben und setzt auf kurze Transferzeiten. Kosmische Strahlung ist etwa gleich gefährlich wie Kettenrauchen für die gleiche Zeit.

          Was die Venus angeht, Stichstoff ist kein Treibhausgas – würde man es von der Venus entfernen, sänken die Temperaturen nur minimal. Wenn schon, müsste man für ein Terraforming der Venus das CO2 binden oder sonstwie entfernen.

  2. Ein weiteres Hemmniss könnte auch die bisher nicht erprobte Funktionalität unserer Technologe sein, einen Menschen über einen so langen Reisezeitraum zu versorgen (ca. 15 Monate statt ca. 7-8 Monate wie beim Mars). Sicherlich muss die Technik auch nach Ankunft weiterhin funktionieren aber bei erreichen des Zieles wird doch wohl eine vorher entsandte Wohneinheit auf die reisenden Warten, welche meiner Meinung nach „einfacher“ zu konstruieren ist und „einfacher“ eine langfristige Funktionsdauer gewährleisten werden kann als bei einem sich bewegenden Raumschiff.

    Wir wissen zwar Aufgrund unserer Erfahrungen mit der ISS das unsere Technik durchaus eine zeitlang mehr oder weniger fehlerfrei funktioniert aber sollten doch mal Probleme auftreten, könnte es sicherlich eine Rolle spielen ob man ein Zeitfenster von einem guten halben Jahr oder mehr als einem Jahr benötigt, um einzugreifen. Ich bin der Meinung, dass man zuerst einige Erfahrungen sammeln sollte in Dingen wie den Bau von Wohneinheiten, Versorgung mit Energie / Wasser / Lebensmittel und zwar in relativ naher Umgebung (Mond) um entsprechend schnell eingreifen zu können. Und wenn sich dann rausstellt das alles so funktioniert wie es soll kann man immer noch Menschen auf eine 15 Monatige Reise ins Ungewisse schicken. Ceres als Außenstützpunkt hat schon seine Vorzüge, gerade was den Asteroidenbergbau angeht. Aber lieber Schritt für Schritt.

    Trotzdem ein interessanter Artikel.

    • Ich bin absolut einverstanden: wir werden wohl kaum direkt von der ISS zu einer Siedlung auf Ceres springen. Aber die Frage, ob mittelfristig der Mars oder Ceres die bessere Option für eine langfristig und auf Unabhängigkeit ausgelegte Siedlung (nicht nur einen kleinen Forschungsaussenposten oder gar eine „Flags-and-Footprints“-Mission wie die Apollo Missionen) ist, kann man, denke ich, gut diskutieren.

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