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Gestern Samstag Morgen mitteleuropäischer Zeit ist die europäisch-japanische Raumsonde Bepi-Colombo an der Spitze einer Ariane 5 Rakete in Richtung Merkur gestartet. Der Merkur ist der kleinste und sonnennächste Planet des Sonnensystems. Bis vor wenigen Jahren war nicht einmal seine Oberfläche ganz kartografiert – ab 2008 änderte sich das dank der NASA-Raumsonde „Messenger“. Im Vergleich zu dieser ist Bepi-Colombo deutlich grösser. Sie besteht aus zwei Teil-Sonden, von denen je eine von der ESA und von der JAXA (der japanischen Weltraumagentur) gebaut wurden. Ab 2025 sollen die beiden Sonden Merkur genauer unter die Lupe nehmen – sie werden also ganze sieben Jahre dorthin unterwegs sein.
Der Merkur ist etwa gleich weit weg von der Erde wie der Mars und hat auch eine ähnliche Anziehungskraft – warum dauert die Reise dorthin so viel länger? Das Problem ist die Nähe des Merkurs zur Sonne: wegen der starken Gravitation der Sonne ist eine von der Erde her ankommende Sonde bei Merkur viel zu schnell unterwegs, als dass sie direkt in eine Umlaufbahn einbremsen könnte. Bei Bepi Colombo (wie zuvor bei Messenger) wird das Problem so gelöst, dass die Sonde einer komplizierten Bahn folgt, auf der sie immer wieder nahe an Venus und Merkur vorbei fliegt und so ihre Geschwindigkeit über mehrere Jahre stark abbauen kann, bevor sie schliesslich in die Merkur-Umlaufbahn einbremst.
Im Gegensatz zum Mars wird der Merkur nicht oft als mögliches Ziel menschlicher Besiedlung genannt. Doch er hat durchaus Potential. Obwohl der Merkur kleiner und leichter ist als der Mars, hat er dank seines riesigen Eisenkerns eine deutlich höhere Dichte. Die Schwerkraft an der Oberfläche der beiden Planeten ist deshalb – zufällig – fast gleich gross. Im Gegensatz zum Mars hat der Merkur jedoch keine Atmosphäre und seine Oberfläche gleicht deshalb auch eher dem Erdmond. Während der Mars in nur etwas über 24 Stunden einmal um seine Achse dreht, dauert auf Merkur ein synodischer Tag (das heisst, von einem Mittag zum nächsten) rund 116 Erdtage. Ist es unter diesen Bedingungen wirklich denkbar, dass eines Tages nicht nur robotische Raumsonden, sondern auch Menschen den Merkur besuchen werden – und sich sogar dort ansiedeln werden?
Intuitiv würde man vielleicht sagen: der Planet ist dafür doch viel zu heiss, so nahe an der Sonne! Tatsächlich ist der Merkur der Planet mit den grössten täglichen Temperaturschwankungen: zwischen etwa -170°C in der Mitte der Nachtseite und +430°C am Mittag am Äquator auf der Tagseite liegen rund 600°C Unterschied! Am Merkur-Äquator könnte deshalb keine menschliche Siedlung existieren – selbst wenn sie im Boden eingegraben und so von den stärksten täglichen Temperaturschwankungen geschützt wäre, die mittlere Bodentemperatur liegt selbst dort bei ca. 70°C, die Siedlung müsste also ständig aktiv gekühlt werden (alle Boden-Temperatur-Angaben stammen aus einer Arbeit von Vasavada et al., 1999). Einige Science Fiction Autoren (z.B. Kim Stanley Robinson in „2312“ oder Charles Stross in „Saturn’s Children“) haben sich deshalb „rollende“ Städte ausgedacht, die entlang der Tag-Nacht-Grenze (dem „Terminator“) stets der Sonne davon fahren, um die Temperatur im erträglichen Bereich zu halten. Doch dieser riesige Aufwand ist gar nicht nötig, denn es gäbe einen viel besseren Ort – oder besser gesagt, zwei Orte – für eine menschliche Siedlung: in der Nähe der Merkur-Pole.
Merkur hat von allen Planeten die geringste Achsenneigung. Das heisst, dass die Sonne an seinen Polen immer in der Nähe des Horizonts bleibt und den Boden nie stark aufheizt. An den beiden Polen beträgt die mittlere Temperatur jeweils ca. -90°C. Das ist kalt genug, dass einige Krater, deren Böden nie das Licht der Sonne sehen, Eisvorkommen von einigen 10 m Dicke aufweisen. Diese Eisvorkommen wurden bereits in den 1990er Jahren mit Hilfe von Radar-Beobachtungen entdeckt – und von Messenger schliesslich bestätigt. Je weiter man sich aber von einem der Pole entfernt, desto steiler fällt das Sonnenlicht ein, und desto höher wird die Bodentemperatur. Kratereis ist nur innerhalb von ca. 10° der beiden Pole stabil. Die oberste Regolith-Schicht (Regolith nennt man die Mischung aus Staub und grösseren und kleineren Steinen, die an der Oberfläche von atmosphärenlosen Himmelskörpern zu finden ist) heizt sich während des Merkur-Tages stark auf, um dann in der Nacht wieder stark abzukühlen. Aber unterhalb von etwa einem Meter Tiefe herrscht immer dieselbe, mittlere Temperatur, die nur noch von der Entfernung zum Pol abhängt.
Das heisst, der ideale Platz für eine Siedlung ist dort, wo die mittlere Bodentemperatur in der Tiefe nicht -90°C wie an den Polen oder +70°C wie am Äquator beträgt, sondern für Menschen angenehme etwa 20°C. Die Zone, auf die das zutrifft, legt sich wie ein Ring um beide Pole, etwa in der Höhe des 75sten Breitengrads. Allerdings nicht überall. Da der Merkur der Sonne bei der nächsten Annäherung (im Perihel) immer eine von zwei Seiten zeigt (abwechselnd die Region um den 0ten Längengrad und die Region um den 180sten Längengrad), hat er zwei warme Hälften, die dazwischen (beim 90sten und 270sten Längengrad) von einem kühleren Ring zerteilt werden, der den Merkur von Pol zu Pol umspannt. Wenn in dieser Zone Mittag ist, steht der Merkur stets im Aphel, also am sonnenfernsten Punkt. Deshalb weiten sich die Ringe mit Bodentemperaturen von ca. 20°C in dieser Zone jeweils stark in Richtung Äquator auf.
Die Bedingungen für eine menschliche Siedlung – oder gleiche eine ganze Kette von Siedlungen, die den Planeten umspannen – sind in dieser Zone also günstig. Die Wassereisvorkommen an den Polen – ihre Masse wird auf rund 3 Billionen Tonnen geschätzt – könnten genutzt werden, um den Wasserbedarf dieser Siedlungen zu decken (natürlich müsste das Wasser rezykliert werden, um den langfristigen Erhalt der Siedlung zu garantieren). Dazu kommt, dass einer menschlichen Zivilisation an der Merkuroberfläche viel Energie zur Verfügung steht – die Sonne scheint zwischen 5 und 10 Mal stärker (für Aphel und Perihel) als auf der Erde. Wie auch auf dem Mond gibt es an den Merkurpolen „Berge des ewigen Lichts“, die so stehen, dass sie ständig im Sonnenlicht stehen. Auf diesen Bergen könnten Solarzellen rund um die Uhr Strom für die Merkursiedlungen produzieren.
Die grösste Schwierigkeit beim Aufbau einer menschlichen Siedlung auf dem Merkur ist der Flug dorthin – entweder dauert er sehr lange (wie bei Messenger oder BepiColombo), oder aber er erfordert sehr viel Energie (effiziente Antriebe, etwa solche basierend auf Kernfusion). Wenn dieses Hindernis überwunden ist, bietet der Merkur in diesen temperierten Zonen rund um die Pole eine attraktive Umgebung für eine von der Erde unabhängige Zivilisation.
Was denkt ihr? Wird es jemals eine menschliche Siedlung auf dem Merkur geben? Stelle eure Kommentare und Gedanken dazu unten ein!
„Aber unterhalb von etwa einem Meter Tiefe herrscht immer dieselbe, mittlere Temperatur, die nur noch von der Entfernung zum Pol abhängt.“
Wirklich? Auf der Erde muss man doch deutlich tiefer graben, um annähernd konstante Temperaturen zu bekommen, obwohl wir hier um mindestens eine Größenordnung geringere Temperaturschwankungen haben. Es gab doch auch noch keine Bohrungen auf dem Merkur (noch nicht mal Landungen), um diese unterirdische Temperatur messen zu können.
Es gibt keine Bohrungen, aber wir können die „thermische Trägheit“ der Oberfläche (wie schnell reagiert sie auf Temperaturerhöhungen und -senkungen) messen und daraus berechnen, bis in welche Tiefe die Temperaturschwankung vordringt.
Die genannten Tiefen stammen aus einer Arbeit von Vasavada et al., 1999 in der Zeitschrift Icarus (ich habe den Text entsprechend mit einem Link ergänzt).
Danke für die Quelle und den Link! In der Arbeit wird erstaunlicherweise tatsächlich eine konstante Temperatur sogar ab 80 cm Tiefe angegeben. Allerdings ist mir nicht ganz klar, ob das dort ein ad-hoc-Postulat oder eine Folgerung aus ihren Simulationen ist, es heißt in der Arbeit, dass bei ihrem Modell angenommen wird, dass die unterste untersuchte Schicht sich in einem Temperaturgleichgewicht befindet.
Wie ist bei so starkem Temperaturgradienten im Boden eigentlich die „Oberflächentemperatur“ des Merkur zu verstehen? Ist es die Temperatur der wenigen Atmosphärenmoleküle oder die Temperatur der obersten Mikrometer des Bodens? Wie lange würde es dauern, bis ein ungeschützter Astronaut, der sich auf der Merkuroberfläche z.B. am Äquator befindet, verbrennen oder erfrieren würde?
Und zum Vergleich: Gibt es auf der Erde Non-Hightech-Materialien, die bei einer Dicke von 80 cm eine Temperaturdifferenz von hunderten Grad über Monate aufrechterhalten können? Die meisten auch gut isolierten Wohnhäuser können m.W. bei einer Wanddicke von vielleicht 30-50cm eine Temperaturdifferenz von 10-20 Grad zur Außentemperatur ohne Heizung, Elektrizitätsabwärme und Körperwärme nur wenige Stunden aufrechterhalten…
Man darf bei all dem nicht vergessen, dass auch der Merkur – wenn man ihn mit den Planeten um andere Sonnensysteme vergleicht – eher ein sonnenferner Planet ist, so dass es nicht so überraschend ist, dass man dort günstige Bedingungen vorfinden kann. Ich denke, für die Zukunft sollte man beide Optionen, also Mars ebenso wie den Merkur – offen halten und erforschen.
Freundliche Grüsse, Ralf
Hallo Ralf, ja, im „kosmischen Vergleich“ (mit vielen der bekannten Exoplaneten) ist der Merkur durchaus sonnenfern. Kein Vergleich mit den 1:1 gebundenen Supererden mit Lava-Ozeanen auf der Tagseite. Dort würde wohl höchstens Darth Vader leben wollen… 😉
würde sich hier nicht ein Sonnensegel oder ein Plasma Magnet zum Abbremsen – und dadurch erheblichen Reduktion der Reisezeit anbieten ?
Ja genau! Ein Sonnensegel oder ein Magnet-Plasma-Antrieb könnte beim Start von / bei der Ankunft bei Merkur stärker beschleunigen bzw. abbremsen als bei der Erde.
Hallo Bynaus,
das Redesign der Seite gefällt mir sehr gut. Klasse, das hier wieder was los ist!
Die Merkuskolonie überzeugt mich noch nicht so richtig. Zum einen ist da der Nachteil der Logistik: Man sitzt schon sehr tief im Schwerkrafttrichter der Sonne, wer auf dem Merkur ist, sitzt dort erst mal fest.
Dann ist da die Frage der Ressourcen. Flüchtigere Elemente wird es kaum geben oder? Merkur hat ja eine sehr hohe Dichte, als ob es seinen äusseren Mantel einst verloren hat.
Die Kommunikation wird auch erschwert. Durch die Sonnennähe steigt das Risiko das uns alle Elektronik in Oberflächennähe bei der nächsten Sonneneruption wegschmorrt. (vermute ich)
Dem gegenüber stehen nur Helium-3-Vorkommen und Solarenergie, ggf schwerere Elemente.
Für mich sieht unser Mond attraktiver aus, die gleichen Vorteile, aber ohne die Nachteile.
Hallo Kibo, Danke für das Lob, freut mich! Flüchtige Elemente gibt es vor allem in den tiefen Polkratern. Sonneneruptionen sollten einen Meter und mehr unter dem Boden keine Rolle mehr spielen – der Merkur hat ja sogar ein Magnetfeld, das den Sonnenwind teilweise ablenkt (insofern ist gar nicht so klar, ob da viel Helium-3 zu finden wäre). Aber bei der Position im Schwerkrafttrichter kann ich dir zustimmen – einmal gelandet, wäre es schwierig, mit einem klassischen chemischen Raketenantrieb wieder wegzukommen. Aber da gäbe es natürlich denkbare Alternativen wie Sonnensegel oder Magnet/Plasma-Segel. Diese bekämen vom Merkur aus startend einen wesentlich stärkeren Kick als wenn sie dies von der Erde aus tun, was die Transferzeiten zu Zielen im restlichen Sonnensystem natürlich reduziert. Was meinst du mit der Kommunikation, die schwieriger wäre? Auf dem Planeten selbst oder mit der Erde?
Vielen Dank für diesen wirklich sehr informativen Artikel!
Das es auf dem Merkur an den Polen Wassereis gibt war mir bereits vorher bewusst aber die Tatsache das es auf dem Merkur Regionen im Boden gibt, in denen immer für uns Menschen angenehme Temperaturen herrschen ist mir neu. Das heißt man hätte beim Merkur für eine Siedlung bereits alles wichtige vor Ort: Wasser und damit auch Sauerstoff sowie sehr gute Energiegewinnung und genug Wärme. Vor der Strahlung wäre der Mensch ja ein paar Meter unter der Oberfläche ausreichend geschützt. Außerdem könnte ich mir gut vorstellen das man auf dem Merkur sehr gut Bergbau betreiben könnte für die sonst noch notwendigen Ressourcen. Da das Wassereis ja in Form von Kometen auf den Merkur transportiert wurde, sollte es bestimmt auch noch andere wichtige Stoffe für das Leben wie Kohlenstoff geben. Damit erscheint mir der Merkur für eine zukünftige Besiedlung sogar besser geeignet als der Mars. Denn scheinbare Vorteile für die Besiedlung des Mars wie der „erdähnliche“ Tag/Nacht Wechsel sowie eine zumindest sehr dünne Atmosphäre relativieren sich bei genauerem überlegen. Denn bedenkt man das der Mensch sowieso nicht lange auf der Oberfläche vom Mars verweilen kann wegen der Strahlung und dadurch gezwungen ist unter der Oberfläche zu leben, bringen ihm die dünne Atmosphäre und der „bessere“ Tag/Nacht Wechsel auch nichts. Da zudem die Sonneneinstrahlung schwächer als beim Merkur ist und die Temperaturen im Marsboden deutlich niedriger sind wäre der Merkur von zukünftigen Kolonisten wohl klar zu bevorzugen.
Mit freundlichen Grüßen
Ein stiller Mitleser aus dem astronews Forum.
Guter Punkt, dass der Tag/Nachtwechsel für eine Kolonie, die ohnehin unter dem Boden ist, weniger wichtig ist. Allerdings wäre es natürlich denkbar, auf dem Mars Gewächshäuser auf die Oberfläche zu stellen (den Pflanzen macht die Strahlung nicht so viel aus). Die Gefahr durch Mikrometeoriten ist auf dem Merkur auch beträchtlich höher als auf dem Mars (aber spielt nur dann eine Rolle, wenn man sich an der Oberfläche selbst befindet).