Lagrange Magnetschild nach NASA & der künstliche Graphen [1]

Eine Möglichkeit, so wie NASA Ingenieure sich das vorstellen^[1], wäre ein künstliches Magnetschild in der sog. Lagrange^[2] abzustellen. Lagrange des Mars ist der genaue Punkt zwischen dem Planeten und der Sonne, an dem sich die Gravitationen beider Objekte gegenseitig aufheben. An diesem Punkt kann ein drittes Objekt kräftefrei ruhen, würde aber trotzdem mit dem Mars um die Sonne Ellipsen ziehen. Die Idee dahinter ist wohl, dass man sich hinterher um die Positionierung des Schildes nicht mehr kümmern muss, denn dieser würde, theoretisch, für immer an der gleichen Stelle bleiben.

An sich eine gute Überlegung, denn ein entsprechendes Schild könnte die Solarwinde soweit „umlenken”, sodass diese schadlos am Mars vorbei strömen würden. Desweiteren müsste man sich keine Gedanken darüber machen, dass die Magnetisierungsvorrichtung den Marsbewohnerinnen irgendwann auf den Kopf krachte. (Zum Zeitpunkt der Veröffentlichung dieses Artikels war es noch unklar [oder ich habe nicht aggressiv genug geforscht], wie genau dieses Schild aufgebaut und woraus es bestehen könnte).

Allerdings bedeutet dies auch, dass diese Vorrichtung ca. 320 Marsradien entfernt sein müsste, oder ~1.084.800 km! Zum Vergleich: Die Entfernung von der Erde bis zum Mond beträgt 384.400 km, also in etwa ein Drittel.

Das ist verdammt weit weg! Gingen wir davon aus dass das künstliche Magnetschild absolut wartungsfrei wäre, dann spräche nichts dagegen, diesen Weg einzuschlagen. Ob das Schild dann eine Autoreparatur bei Bedarf ausführen könnte, das möchte ich hier nicht verfolgen. Fest steht, dass egal woraus dieses bestünde, stets damit zu rechnen ist dass es durch Sonnenplasma, Mikro, Mini- und Makrometeoriten, Asteroiden und/oder gar Kometen beschädigt werden könnte und dies sicherlich auch würde. An dieser Stelle will ich die Idee aus ebendiesen Gründen etwas modifizieren.

Doch zuerst stellt sich die Frage, woraus könnte dieses Schild gebaut werden, unabhängig davon wo man es "aufstellt"?

Der künstliche Graphen als Magnet für das Magentfeld des Mars

Der künstliche Graphen^[3] ist eine leitfähige, biegsame, transparente und sehr stabile Nanostruktur. Bei Graphen (verwandt mit Graphit) handelt es sich um eine monoatomare Schicht, in der Kohlenstoffatome in Wabenform angeordnet sind. Seit seiner erst 2004 gemachten Entdeckung sind Forschende weltweit bemüht, mehr über seine unterschiedlichen Verwendungsmöglichkeiten herauszufinden.

Künstlicher Graphen hat dieselbe Wabenstruktur, doch in diesem Fall werden statt Kohlenstoffatomen Nanometer-dicke Halbleiterkristalle verwendet. Durch Veränderung der Größe, Form und chemischen Natur der Nanokristalle können die Eigenschaften des Materials für verschiedene Zwecke optimiert werden.

Einsatz des künstlichen Graphen im All

Graphen gilt als neues Wundermaterial. Die Vorteile der Kohlenstoffverbindung sind bestechend: Graphen ist leicht und transparent, dabei extrem hart und zugfester als Stahl. Außerdem ist es flexibel und extrem leitfähig für Wärme oder Strom. Graphen besteht aus einer einlagigen Schicht Kohlenstoffatome, die in einer Art Bienenwaben­muster zusammengefügt ist. Es ist nur 0,3 Nanometer dick, das ist etwa ein hundert tausendstel eines menschlichen Haares.^[4]

Graphenröhrchen müssten im Weltall hergestellt werden (hierüber später mehr). Diese würden so angeordnet werden, dass sie eine bestimmte Form beibehalten (können), vorzugsweise zylindrisch, was ihnen noch mehr Stabilität verleihen würde. Da sie über hervorragende Leitfähigkeit verfügen, liegt es nahe dafür zu sorgen, solch einen Zylinder an beiden Enden magnetisch aufzuladen. Zwei dafür abgestellte Satelliten würden über entsprechende Photovoltaik­anlagen Strom generieren und das Graphenröhrchen permanent magnetisch halten. Etwas zw. 30-60 nT (nanoTesla) würde ausreichen, um ein erdähnliches Magnetfeld zu erzeugen.

Aus/mit der Zylinderform ließen sich aber auch weitere Formen bauen, z.B. ein Oktaeder, dessen gegenüberliegenden Ecken miteinander verbunden wären, und wessen 4. Seiten ausgespart bleiben müssten, um sinnvoll ein magnetisches Nord/Südgefälle zu erzeugen. Falls erforderlich, ließe sich eine solche Form zusätzlich rotieren, um ggfs. noch mehr Verwirbelungen in Solarwinden zu verursachen. Die Länge dieser sollte bei einer Entfernung von 1 Marsradius mind. 75% dieser betragen, um ein ausrechend großes Magnetfeld produzieren zu können. Allerdigs kann dies duch entsprechende Stärke der Magnetiserung gesteuert werden.

All das, wie aus dem obigen Diagram erisichtlich ist, würde auch in unmittelbarer Nähe des Mars funktionieren. Dies hätte den Vorteil, dass bei Bedarf schnell und effizient Reparaturen an der Magnetfeld­vorrichtung durch- bzw. ausgeführt werden könnten.

Gäbe es aber auch andere Möglickeiten, um ein Magnetfeld für den Mars zu schaffen?

Nun, wie Tests des Forschendenteams um Andrew Steuart an der ETH Zürich belegen: In  Marsinneren befindet sich eine Kugel etwa von der Größe des Mondes, die aus einer flüssigen Mischung aus Metallen und Schwefel besteht.^[5]

Allerdings beträgt die Temperatur im Kern des Mars über 1.800°C, was zwar wesentlich kühler ist als im Kern der Erde, jedoch nach wie vor ausreicht um diesen flüssig zu halten. Dies verhindert einen Dynamoeffekt, der, so die Theorie, entstünde sobald sich ein etwas festerer Metallmantel um den noch liquiden Innenkern bilden würde.

"Wenn im Kern des Planeten eine großräumige Kristallisation einsetzt, wird latente Energie freigesetzt", schreiben Andrew Stewart und seine Kollegen von der ETH Zürich, "und diese Energie könnte ausreichen, um im flüssigen Teil des Kerns Konvektionsströmungen anzutreiben. Es ist denkbar, dass diese Konvektion nach einiger Zeit einen Dynamo-Effekt erzeugt, der wiederum zur Entstehung eines starken Magnetfelds für den Mars führt."

Stewart und sein Team haben in einer aus Diamant bestehenden Kammer verschiedene Gemische aus Eisen, Nickel und Schwefel einem Druck von bis zu 40 Gigapascal ausgesetzt - das entspricht dem 400.000-fachen irdischen Luftdruck auf Meereshöhe. Bei Temperaturen oberhalb von 1200 Grad Celsius, wie sie für das Innere des Roten Planeten von den Forschern erwartet werden, blieb diese Mixtur flüssig. "Unsere Beobachtungen deuten darauf hin, dass es im heutigen Kern des Mars keinerlei Kristallisation gibt", so die Forschenden.^[6][7]

Wie lange würde dies jedoch dauern, bis sich das gewünschte Magentfeld auf natürliche Art und Weise geformt haben würde? Jahrhunderte, Jahrtausende? Vielleicht erst in Jahrmillionen, womöglich aber auch nie! Und bis es soweit ist, solange wären wir bei unserer Marsbesiedlung und der Terraformung seiner auf eine künstliche Alternative angewiesen.