Ein altes und umstrittenes Nasa-Experiment auf dem Mars könnte die Lösung sein für die Produktion von Sauerstoff auf Himmelskörpern wie dem Mond und dem Mars.
Athen – Der Mond und später der Mars sollen die nächsten Ziele für menschliche Erkundungen jenseits der Erde sein. Doch es gibt ein großes Problem, das die menschliche Forschung auf allen Himmelskörpern außer der Erde betrifft: Es gibt dort keinen Sauerstoff, den Raumfahrer:innen atmen können. Da Sauerstoff jedoch zum Überleben notwendig ist, muss er entweder von der Erde mitgebracht werden, oder es müssen Prozesse entwickelt werden, wie das lebenswichtige Gas auf dem besuchten Himmelskörper hergestellt werden kann.
Da der Transport von Sauerstoff in großen Mengen jedoch teuer ist – mehr Gewicht bedeutet unter anderem mehr Treibstoff-Bedarf beim Start – wird derzeit erforscht, wie auf dem Mond und dem Mars Sauerstoff produziert werden kann. Das Gas ist nicht nur lebenswichtig für Menschen, sondern auch eine wichtige Ressource in der Raumfahrt: um vier Astronaut:innen mit einer Rakete von der Mars-Oberfläche abheben zu lassen, benötigt man neben etwa sieben Tonnen Raketentreibstoff auch 25 Tonnen Sauerstoff, hat die US-Raumfahrtorganisation Nasa vor einiger Zeit vorgerechnet. Während einem Jahr auf dem Mars würden die vier Raumfahrer:innen dagegen alle zusammen nur etwa eine Tonne Sauerstoff verbrauchen.
Doch wie produziert man Sauerstoff auf Himmelskörpern wie dem Mond oder dem Mars? Forschende aus Griechenland haben sich bei frühen Mars-Missionen Inspiration geholt: Die beiden „Viking“-Sonden der Nasa landeten 1976 auf dem Mars und führten dort mehrere Experimente durch. Das Ergebnis des sogenannten „Labeled Release“-Experiments ist bis heute umstritten. Dabei wurde eine flüssige Mikronährstofflösung auf eine Mars-Bodenprobe aufgebracht – die daraufhin große Mengen Sauerstoff freisetzte. Für manche galt dieses Ergebnis als Beweis für mikrobielles Leben auf dem Mars, dagegen sprach jedoch, dass die Sauerstoffproduktion auch nach einer Sterilisation bei 160 Grad Celsius weiterging.
„Die heute gängige Interpretation ist, dass die Ergebnisse auf eine abiotische chemische Reaktion zurückzuführen sind“, zitiert die europäische Raumfahrtorganisation Esa den Forscher Elias Chatzitheodoridis aus dem Fachbereich Geologische Wissenschaften der Nationalen Technischen Universität Athen. „Die Sauerstoff-Produktion wurde durch eine reaktive Sauerstoffspezies verursacht, die mit dem Wasser in der Nährflüssigkeit reagiert“, erklärt Christos Georgiou aus dem Fachbereich Biologie der Universität Patras gegenüber der Esa und fährt fort: „Solche reaktiven Spezies können aus Metallsalzen von Superoxiden, Peroxiden oder Perchloraten stammen – letztere wurden 2008 von der Nasa-Landeeinheit ‚Mars Phoenix‘ in der Mars-Arktis nachgewiesen.“
Diesen Mechanismus wollen sich die Forschenden zunutze machen, um künftige Raumfahrer:innen auf dem Mars oder Mond mit Sauerstoff zu versorgen. Ihre Idee, das Experiment der „Viking“-Sonde als eine Art „Detektor“ für die reaktive Sauerstoffspezies zu nutzen, stieß bei der Esa auf Interesse. „Der spannende Aspekt ist, dass diese Technik für mehr als das Finden von Superoxiden genutzt werden kann“, erklärt die Esa-Materialforscherin Malgorzata Holynska.
Das griechische Forschungsteam arbeitet nun an einem Detektor, der kleiner als ein Taschenbuch sein soll. Aber auch ein erstes Design für einen groß angelegten Reaktor, der dem Boden regelmäßig Sauerstoff entzieht („Sauerstoff-Ernte“), soll im Rahmen eines Projekts, das von der Esa gefördert wird, erstellt werden. „Durch solare UV-Bestrahlung wird der Sauerstoffvorrat innerhalb weniger Stunden wieder aufgefüllt“, erklärt Chatzitheodoridis. Er schätzt, dass eine Fläche von 1,2 Hektar genug Sauerstoff liefern sollte, um einen Menschen auf dem Mond oder Mars am Leben zu halten.
Derzeit werden auch andere Methoden erforscht, wie auf dem Mond oder Mars Sauerstoff hergestellt werden kann. Die obersten zehn Meter der Mondoberfläche könnten genug Sauerstoff liefern, um alle acht Milliarden Menschen auf der Erde für etwa 100.000 Jahre zu versorgen, haben Forschende beispielsweise berechnet.
Und auch auf dem Mars tut sich etwas: Der Rover „Perseverance“ hat das Experiment „MOXIE“ mit zum roten Planeten transportiert. Dort produziert das Instrument, das etwa so groß ist wie ein Toaster, testweise Sauerstoff, indem es Kohlendioxid aus der Mars-Atmosphäre mithilfe von Hitze und Strom spaltet. Dabei entsteht Sauerstoff – der gespeichert wird – und Kohlenmonoxid, das in die Mars-Atmosphäre abgegeben wird. Im ersten Anlauf hat „MOXIE“ etwa fünf Gramm Sauerstoff produziert – eine Menge, die ein Astronaut oder eine Astronautin innerhalb von etwa zehn Minuten verbrauchen würde.
Der Ansatz, wie „MOXIE“ vor Ort etwas zu produzieren, statt es dorthin zu transportieren, wird als „in-situ resource utilization“ (ISRU, „Nutzung der vor Ort vorhandenen Ressourcen“) bezeichnet. Diese Methode soll künftige menschliche Flüge zum Mond oder Mars erleichtern, da weniger Ressourcen transportiert werden müssen. (Tanja Banner)
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