Die Weltraumforschung geht in den Untergrund

Gibt es Leben in Marshöhlen?

Das ist eine gute Frage, aber noch nicht die richtige Frage. Eine internationale Zusammenarbeit von Wissenschaftlern unter der Leitung der NAU-Forscherin Jut Wynne hat Dutzende von Fragen, die wir stellen und beantworten müssen. Sobald wir herausgefunden haben, wie man Höhlen auf dem Mond, dem Mars und anderen Planetenkörpern untersucht, können wir zu dieser Frage zurückkehren.

Wynne, ein Assistenzprofessor für Höhlenökologie, ist der Hauptautor zweier verwandter Studien, die beide in einer speziellen Sammlung von Artikeln über planetare Höhlen von der veröffentlicht wurden Zeitschrift für geophysikalische Forschung: Planeten.

Die erste, „Fundamental Science and Engineering Questions in Planetary Cave Research“, wurde von einem interdisziplinären Team aus 31 Wissenschaftlern, Ingenieuren und Astronauten erstellt, die eine Liste mit 198 Fragen erstellten, die sie in Zusammenarbeit mit weiteren 82 Weltraum- und Höhlenwissenschaftlern und -ingenieuren eingrenzten bis zu den 53 wichtigsten.

Diese Arbeit, die sich das Wissen eines beträchtlichen Teils der Weltraumwissenschaftsgemeinschaft zunutze macht, ist die erste Studie, die darauf abzielt, die Forschungs- und Ingenieurprioritäten zu identifizieren, um die Erforschung planetarer Höhlen voranzutreiben. Das Team hofft, dass ihre Arbeit Aufschluss darüber geben wird, was letztendlich benötigt wird, um Roboter- und Menschenmissionen zu einer planetaren Höhle zu unterstützen – nämlich auf dem Mond und/oder dem Mars.

Die zweite, „Planetary Caves: A Solar System View of Products and Processes“, entstand aus der ersten Studie. Wynne erkannte, dass es keine Bemühungen gegeben hatte, Planetenhöhlen im gesamten Sonnensystem zu katalogisieren, was ein weiteres wichtiges Teil des großen Puzzles ist. Er stellte ein weiteres Team von Planetenwissenschaftlern zusammen, um diese Frage anzugehen.

„Mit den notwendigen finanziellen Investitionen und der institutionellen Unterstützung sind die Forschung und die technologische Entwicklung, die erforderlich sind, um diese notwendigen Fortschritte im nächsten Jahrzehnt zu erzielen, erreichbar“, sagte Wynne. „Wir haben jetzt, wie ich hoffe, zwei grundlegende Papiere, die dazu beitragen werden, die Erforschung planetarer Höhlen von einer kontemplativen Übung im Sessel zu Robotern voranzutreiben, die planetare Untergrunde untersuchen.“

Was wir über außerirdische Höhlen wissen

Da sind viele von denen. Wissenschaftler haben mindestens 3.545 potenzielle Höhlen auf 11 verschiedenen Monden und Planeten im gesamten Sonnensystem identifiziert, darunter Mond, Mars und Monde von Jupiter und Saturn. Sogar auf Kometen und Asteroiden wurden Höhlenbildungsprozesse nachgewiesen. Wenn die Umgebung den Zugang zum Untergrund ermöglicht, bietet dies eine Gelegenheit für wissenschaftliche Entdeckungen, die noch nie zuvor verfügbar waren.

Die Entdeckungen in diesen Höhlen könnten gewaltig sein. Höhlen könnten es Wissenschaftlern eines Tages ermöglichen, „in die Tiefen“ dieser felsigen und eisigen Körper zu blicken, was Einblicke in ihre Entstehung geben wird (aber auch weitere Einblicke in die Entstehung der Erde geben kann). Sie könnten natürlich auch Geheimnisse des Lebens enthalten.

„Höhlen auf vielen Planetenoberflächen stellen eine der besten Umgebungen dar, um nach Beweisen für ausgestorbene oder vielleicht noch vorhandene Lebensformen zu suchen“, sagte Wynne. „Da zum Beispiel Marshöhlen vor tödlicher Oberflächenstrahlung und heftigen Stürmen geschützt sind, weisen sie im Vergleich zur Oberfläche mit größerer Wahrscheinlichkeit ein konstanteres Temperaturregime auf, und einige können sogar Wassereis enthalten. Dies macht Höhlen auf dem Mars zu den größten wichtige Explorationsziele bei der Suche nach Leben.“

Und es geht nicht nur darum, Leben zu finden – dieselben Faktoren machen Höhlen zu guten Orten für Astronautenunterkünfte auf dem Mars und dem Mond, wenn bemannte Missionen sie erkunden können.

„Die Strahlenabschirmung wird für die menschliche Erforschung des Mondes und des Mars unerlässlich sein“, sagte Leroy Chiao, ein pensionierter Astronaut, ehemaliger Kommandant der Internationalen Raumstation und Mitautor des ersten Artikels. „Eine mögliche Lösung besteht darin, Höhlen für diesen Zweck zu nutzen. Die Anforderungen an Astronautenlebensräume, EVA-Anzüge und Ausrüstung sollten die Erforschung und Entwicklung von Höhlen berücksichtigen, um sowohl vor solarer als auch vor galaktischer kosmischer Strahlung zu schützen.“

Was uns die Erde über andere Planeten sagen kann

Wynne, dessen Hauptforschung in terrestrischen Höhlen liegt, sagte, dass die Erforschung planetarer Höhlen seit fast zwei Jahrzehnten eine parallele Forschungsfrage zur irdischen Vielfalt ist. Höhlen unterstützen einzigartige Ökosysteme, die manchmal ziemlich vom Oberflächenökosystem im selben Gebiet getrennt sind. Wer sagt, dass eine Höhle auf dem Mond oder dem Mars nicht ähnlich wäre? So viele Fragen, die er über Höhlen auf der Erde untersucht hat, hat er sich gefragt, wie sie auf anderen Planeten angewendet werden könnten.

Er ist nicht der einzige, der die Verbindung herstellt. Wynne hat mehrere Forschungsprojekte mit der NASA durchgeführt, um Erkennungstechnologien voranzutreiben, und seine Modellierung von Höhlenlebensräumen kümmert sich nicht viel darum, ob eine Höhle terrestrisch oder außerirdisch ist. Es gibt genügend Ähnlichkeiten in der Höhlenumgebung, um vernünftige Vorhersagen zu treffen, die bei der Auswahl von Höhlenzielen für die Exploration eine wichtige Rolle spielen.

„Tellurische Höhlen in der Tiefe sind oft durch völlige Dunkelheit, eine stabile Temperatur, die ungefähr der durchschnittlichen jährlichen Oberflächentemperatur entspricht, geringer bis keiner Luftströmung und einer fast wassergesättigten Atmosphäre gekennzeichnet“, sagte er. „Die Höhlen anderer Planetenkörper weisen wahrscheinlich ähnliche Umweltbedingungen auf, aber diese werden auch von den Oberflächenbedingungen des Planetenkörpers und der inneren Struktur der Höhle beeinflusst.“

Keith Cowing, Herausgeber von SpaceRef.com und NASAWatch.com, sagte, dass die Nutzung der bestehenden Infrastruktur der Oberfläche und des Untergrunds eines Planeten den Menschen helfen könnte, früher zu anderen Planeten zu gelangen, als wenn wir alles Nötige mitbringen müssten, um zu überleben.

„Menschen leben seit Hunderttausenden von Jahren in Höhlen. Dann bauten sie ihre eigenen, als keine verfügbar waren“, sagte er. „Daher ist es nur natürlich anzunehmen, dass Höhlen einen ähnlichen Nutzen bieten werden, wenn sich die Menschheit auf andere Welten ausdehnt. Während planetenweites Terraforming ein Endziel sein kann, kann die Nutzung großer, bereits bestehender Strukturen wie Höhlen und Lavaröhren dies tun ein praktischerer Weg sein, um die Technologie zu der Reife zu bringen, die erforderlich ist, um die Oberfläche eines ganzen Planeten zu bewältigen.

Wo sind wir jetzt?

Während ein Großteil dieser Forschung zukunftsgerichtet ist, muss auch berücksichtigt werden, welche Ressourcen, Forschung und Unterstützung derzeit vorhanden sind. Zahlreiche Roboterplattformen und Instrumentierungssuiten werden getestet, aber die Hürde kommt dort, wo es so oft passiert – der Mangel an Finanzmitteln. Mit ausreichender Unterstützung könnte in den nächsten fünf bis zehn Jahren eine robotische Erkundungsmission zu einer Mond- oder Marshöhle möglich sein.

Diese Forschung baut auf früheren Arbeiten auf, um eine Art Fahrplan zu erstellen, um voranzukommen; Wynne sieht es als eine To-Do-Liste für denselben Prozess. Die Fragen, die die Wissenschaftler und Ingenieure beantworteten, identifizieren die Aufgaben, die zur Vorbereitung dieser Robotererkundung erforderlich sind; Es blickt auch noch weiter in die Zukunft auf die Fortschritte, die in der Raumanzugtechnologie, den Wohnmodulen und der Hardware erforderlich sind, die es den Menschen ermöglichen werden, sicher im Untergrund auf dem Mond und dem Mars zu leben und zu arbeiten.

„Dies ist ein unerschlossenes Forschungsgebiet in der Planetenwissenschaft, und seine Bedeutung für die Suche nach Leben sollte nicht übersehen werden“, sagte er. „Es ist durchaus möglich, dass wir zu unseren Lebzeiten in den Untergrund des Mars blicken, um die uralte Frage zu beantworten: ‚Existiert Leben jenseits der Erde?‘“