Mars Terraforming (NASA Planetary Science Division)

Hallo Leute,

http://www.popularmechanics.com/space/moon-mars/a25493/magnetic-shield-mars-atmosphere/
Hier ein Artikel auf den ich gestoßen bin.

https://livestream.com/viewnow/vision2050/videos/150701155
Zeit -> 1:36:00 bzw 1:38:00
Hier wird ein Konzept vorgestellt, das unglaublich klingt.

Jim Green, NASA Planetary Science Division Director, meint, dass man ein magnetisches Schild in einen Langrangepunkt des Mars schicken kann, um seine Atmosphäre zu schützen.

Innerhalb von Jahren könnte der Mars 500 mbar haben und flüssiges Wasser. Ich bin nicht up-to date, was die Verlustrate der Atmosphäre anbelangt. Würde gerne Eure Gedanken dazu hören!




 

Innerhalb von Jahren könnte der Mars 500 mbar haben und flüssiges Wasser. Ich bin nicht up-to date, was die Verlustrate der Atmosphäre anbelangt. Würde gerne Eure Gedanken dazu hören!

entspricht etwa 5.500 meter höhe auf der erde
klingt super in der höhe leben auf der erde dauerhaft menschen
zb La Rinconada (Peru) 5100 meter mit ~40000 menschen
und Dorf Chupquinamine auf 5600 meter

Zur Verlustrate durch den Sonnenwind gibt es Messungen von MAVEN (veröffentlicht in JGR, Nov 2015) :
sie beträgt derzeit ca 100 g/s.

Quelle: https://www.nasa.gov/press-release/nasa-mission-reveals-speed-of-solar-wind-stripping-martian-atmosphere

Rein rechnerisch, wieviel Megawatt wären denn nötig um ein so weit reichendes Magnetfeld zu erzeugen?

Jim Greene selbst spricht in seinem Vortrag bzgl. der MAVEN-Messungen sogar von bis zu 1,3 kg/s unter extremen Umständen

Interessant, wenn das stimmt, dann ist die Vorstellung von der Marsatmosphäre, die ich bisher im Kopf hatte, ja vollkommen verkehrt. Bisher dachte ich, man könnte diese für kurze Zeiträume mehr oder weniger als geschlossenes System betrachten, bei dem im Sommer CO₂ und Wasser sublimiert in die Atmosphäre sublimiert (fest->gas) und im Winter wieder resublimiert (gas->fest). Nur in langen Zeiräumen (Millionen von Jahren) würde der Atmosphärenverlust eine Rolle spielen.

Nach diesen Zahlen (500 mbar in wenigen Jahren) würde das ja bedeuten, dass ein nennenswerter Bruchteil des sublimierten CO₂ Jahr für Jahr vom Sonnenwind weggeweht wird und nicht wieder im Winter resublimiert, man die Atmosphäre also schon im jährliche Zyklus als offenes System betrachten muss. Da stellt sich mir natürlich unweigerlich die Frage, wieso überhaupt noch so viel Wasser- und Trockeneis vorhanden ist und nicht im Laufe der Jahrmillionen bereits alles in den Weltraum entwichen ist.

Davon abgesehen existiert die Technologie für die künstliche Erzeugung eines Magnetfeldes, dass in der Größenordnung so groß und stark ist wie das er Erde nicht und sie ist auch nicht absehbar. (Ansonsten bräuchte man sich über die Strahlenbelastung auf Langzeitflügen überhaupt keine Gedanken mehr machen - einfach ein Magnetschild mitnehmen, fertig). Aber ein interessantes Gedankenexperiment ist das schon, für Terraforming einfach den Sonnenwind abzuschirmen, statt in großer Menge Treibhausgase freizusetzen.

Ich denke auch, da waren keine "Elektriker" am Projekt beteiligt. Schon in der Schule lernt man.... aber was solls. Drüber nachdenken ist ok

...Davon abgesehen existiert die Technologie für die künstliche Erzeugung eines Magnetfeldes, dass in der Größenordnung so groß und stark ist wie das er Erde nicht und sie ist auch nicht absehbar. (Ansonsten bräuchte man sich über die Strahlenbelastung auf Langzeitflügen überhaupt keine Gedanken mehr machen - einfach ein Magnetschild mitnehmen, fertig)...

Das wird offensichtlich seit einiger Zeit theoretisch und experimentell untersucht und für nicht unrealistisch gehalten: aus dem Abstract des Beitrags von Jim Green (http://www.hou.usra.edu/meetings/V2050/pdf/8250.pdf)

"This may sound “fanciful” but new research is starting to emerge revealing that a miniature magnetsphere can be used to protect humans and spacecraft [4]. This new research is coming about due to the application of full plasma physics codes and laboratory experiments.  In the future it is quite possible that an inflatable structure(s) can generate a magnetic dipole field at a level of perhaps 1 or 2 Tesla (or 10,000 to 20,000 Gauss) as an active shield against the solar wind.[5]

[4] Bamford, R, (2016) Reinventing Space Conference.
[5] Pelton, Joseph N., ROOM, 2016."

Man sollte nicht vergessen, dass solche Massnahmen zwar möglicherweise gegen den Sonnenwind schützen könnten (Elektronen, Protonen und Alphateilchen mit 1,5 bis 10 keV), aber nicht gegen die wesentlich höherenergetische kosmische Strahlung auf Langzeitmissionen !

Apropos KSR und Schild:

Da muß ich gleich an seinen Roman 2312 und den Sonnenschild denken, mit dessen Hilfe die Venus terraformiert werden konnte. (Aber das ist ein anderes Thema.  )

Ich ging bisher davon aus, dass tief unter Nord und Südpol vergrabene Magnetfeldgeneratoren mit dem eisenhaltigen Marskern dazwischen ein solches Feld wie wir es auf der Erde haben aufbauen könnten.

Leider ist der Energiebedarf zum Aufrechterhalten Ordentlich.

Aber es gibt eine gute Nachricht.
Um etwa das Erdmagnetfeld aufrecht zu halten braucht es nur 200 bis 500 Gigawatt.
Das ist deutlich weniger, als man bisher dachte.
http://planeterde.de/news/Geodynamo
Die Menschheit braucht im Moment 2.700 Gigawatt an elektrischer Leistung. Unsere Erde könnten wir also versorgen.
https://de.wikipedia.org/wiki/Weltenergiebedarf

Grüße aus dem Schnee

Weshalb muss man dieses Konzept nun gleich wieder mit einem künstlichen Magnetfeld globaler Größe in Verbindung bringen?
Außerdem geht es auch gar nicht darum, ob das Feld gegen kosmische Strahlung oder bei Langzeitmissionen schützen kann (wie könnte es das denn, wenn es gar nicht auf dem Mars selbst ist?). Das Feld reicht auch nicht bis zum Mars selbst (schwierig wenn die magnetische Feldstärke mit dem Abstand exponentiell abnimmt).
Es geht vielmehr darum einen Magneten in entsprechend stabilem Abstand vor dem Mars zu positionieren, um den Sonnenwind abzulenken. Ab einer gewissen und technisch machbaren Magnetfeldstärke (natürlich abhängig vom Abstand zum Mars) haben Simulationen offensichtlich ergeben, dass eine Schneise ausgebildet werden würde, die ausreicht, um den Mars bzw. dessen Atmosphäre (sozusagen im Windschatten) ausreichend schützen zu können, damit diese sich via natürlicher Ausgasung aus dem Planeten wieder aufbauen kann. Der Sonnenwind würde so die Atmosphäre nicht mehr ständig davonreissen (bildlich gesprochen, denn der Mechanismus dahinter scheint komplex zu sein).
Dass so etwas technisch trotzdem nicht so ohne weiteres zu bewerkstelligen ist, erklärt sich von selbst, aber ich finde die Theorie interessant.

Jim Green wäre sicherlich gegen den Threadtitel, da er dies nicht für Terraforming hält, sondern für einen natürlichen Vorgang.....ermöglicht allerdings erst durch eine "kleine" Maßnahme durch den Menschen.

@DocHoschi :

1. bevor man an eine solche Maßnahme in planetarem Maßstab denkt, kann man das Konzept bei der Abschirmung eines vergleichsweise kleinen Volumens ausprobieren: zB eines Raumschiffs. Das hat Jim Green in dem zitierten abstract auch so formuliert.
2. das magnetische Dipolfeld nimmt NICHT exponentiell ab, sondern mit 1/r³
3. das felderzeugende System am L1 des Mars müsste so groß/so stark sein, dass der Magnetotail den Mars UND seine Atmosphäre umfasst und schützt; dabei muss man beachten, dass der Sonnenwind diese künstliche Magnetosphäre staucht und verformt (wie bei der Erde auch).  https://de.wikipedia.org/wiki/Magnetosph%C3%A4re

1. bevor man an eine solche Maßnahme in planetarem Maßstab denkt, kann man das Konzept bei der Abschirmung eines vergleichsweise kleinen Volumens ausprobieren: zB eines Raumschiffs. Das hat Jim Green in dem zitierten abstract auch so formuliert.
2. das magnetische Dipolfeld nimmt NICHT exponentiell ab, sondern mit 1/r³
3. das felderzeugende System am L1 des Mars müsste so groß/so stark sein, dass der Magnetotail den Mars UND seine Atmosphäre umfasst und schützt; dabei muss man beachten, dass der Sonnenwind diese künstliche Magnetosphäre staucht und verformt (wie bei der Erde auch).  https://de.wikipedia.org/wiki/Magnetosph%C3%A4re

Was das exponentiell betrifft, sorry, hatte jetzt nicht extra nachgegoogelt. Da hast du sicherlich recht.



Mit dem Windschatten hatte ich diesen Magnetotail gemeint.
Die Aussage, dass das Feld nicht bis zum Mars reicht, ist so gesehen natürlich nicht ganz glücklich gewählt, es wird durch den Sonnenwind vielmehr so verzerrt, dass der Magnetotail den Mars einschließt. Ich finde aber die Analogie zum Windschatten da gar nicht so schlecht. Letztlich kommt es eben nur darauf an die Sonnenwindteilchen um den Mars zu lenken.

Die Feldstärken, von denen Jim Green da gesprochen hat, sehe ich als im Weltraum technisch durchaus machbar an, zur Not mit Hilfe eines supraleitenden Ring, um den Energiebedarf zu begrenzen. Das Magnetic Sail von Zubrin und Dana Andrews sollte ja ähnlich funktionieren.
Achja, natürlich hätte die ständige Krafteinwirkung des Sonnenwinds analog zum Magnetic Sail eine Krafteinwirkung auf den stationären Magenten zur Folge. Da müsste man also gegen ankämpfen.

Weshalb muss man dieses Konzept nun gleich wieder mit einem künstlichen Magnetfeld globaler Größe in Verbindung bringen?

Diese Information habe ich direkt oben verlinktem Vortrag entnommen

https://livestream.com/viewnow/vision2050/videos/150701155
bei 1:44:17

wird der erste gefundene Fall beschrieben, bei dem sich eine Schockfront bildet, welche den Sonnenwind fast vollständig vom Mars ablenkt.

In der Bildüberschrift steht:

Case 6: B_L1 (r=1R_E) = -50,000 nT

Unter dem Bild steht:

Earth, the B₀ (r=1R_E) = ~31,000nT

Sprich: Einen Erdradius von dem Gerät, das das Magnetfeld erzeugt, entfernt muss die Magnetfeldstärke in einer vergleichbaren Größenordnung liegen, wie auf der Erdoberfläche.

Ok, dann Asche auf mein Haupt.
Allerdings erscheint es mir seltsam, dass man ein Magnetfeld größer als das der Erde erwähnt, um einem kleineren Planeten den Windschatten zu geben, bzw. weshalb man dann überhaupt soweit vom Mars weggehen muss.
Naja, offensichtlich scheine ich von Magnetismus nicht genügend zu verstehen....

Hat jemand die Masse einer solchen Marsatmosphäre mit 500 mbar vorrätig?

Ein Jahr hat ja 32 Millionen Sekunden

Das entspricht nur einen Atmosphärenzuwachs (Verhinderter Verlust von 3'000 Tonnen pro Jahr. Das erscheint mir um Größenordnungen zu klein - Selbst als Kickstart für einen Treibhauseffekt :/

Hat jemand die Masse einer solchen Marsatmosphäre mit 500 mbar vorrätig?

Im Web habe ich nur eine Angabe für für die jetzigen (Sommer-) Bedingungen, mit 9 hPa an der Oberfläche, gefunden:  ~3,5 x 10¹⁶ kg.
(die Atmosphäre der Erde hat übrigens ~ 5 x 10¹⁸ kg).
Nur mal so  als Gefühlseichung 

bzw. weshalb man dann überhaupt soweit vom Mars weggehen muss.

Wenn man den Planeten im Windschatten halten will muss der Feldgenerator permanent zwischen Mars und Sonne sein.
Der Ort auf den dies zutrift ist L1.
Allerdings müsste die anlage eher etwas Richtung Sonne verlagert sein, da durch den Sonnenwind Druck auf das Magnetfeld und so den Feldgenerator ausgeübt wird.
-->Also noch weiter weg vom Mars

Leider ist selbst beim besten Orbit gelegentliches Nachkorigieren nötig und so eine Anlage wäre riesig. Die Solarzellen dürfen nicht vergessen werden.

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Warum ich von einer Anlage auf dem Mars sprach ist, da ich diese überlegung so früher hatte um eine Magnetrosphäre zu bekommen.
Dort ist auch der Vorteil, das der Marskern vielleicht ähnlich wie ein Eisenkern in Elektromagneten verstärkend wirken könnte.
Und zuletzt, die Position ist fest mit dem Mars verbunden.

Grüße aus dem Schnee

Wenn die mit dem Mars als ganzes geht, wie siehts den dann mit einem Raumschiff aus?
Wenn dieser Schutz auch vor Strahlungsstürmen der Sonnen schützen würde, wäre das ziemlich wichtig.
Nächste Frage: Geht sowas auch um eine Siedlung auf dem Mars zu schützen und wie sähe sowas den aus?

Mir ist schon klar das dies nicht direkt mit dem Thema zu tun hat, nur wenn die Menschheit endlich 45 Jahre nach Apollo Deep Space unterwegs ist, erscheint mir das erstmal sehr viel wichtiger,
und vermutlich auch viel leichter.

...nur wenn die Menschheit endlich 45 Jahre nach Apollo Depp Space unterwegs ist...

Da hast du vollkommen recht. Im moment gurkt die Menschheit nur im Deppenspace rum