Terraforming: een andere planeet geschikt maken voor leven
Terraforming is het idee om een andere planeet of maan zo grondig te veranderen dat mensen er zonder ruimtepak buiten kunnen lopen. Denk aan het opwarmen van de planeet, het dikker maken van de atmosfeer, en het introduceren van water en zuurstof. Het woord zelf is een samentrekking van het Engelse "terra" (aarde) en "forming" (vormen): je vormt een vreemde wereld letterlijk om tot een tweede aarde.
Een handige vergelijking: stel je een volledig lege, ijskoude opslagloods voor zonder verwarming, zonder ramen en zonder lucht die je kunt inademen. Om daar te kunnen wonen, zou je eerst moeten isoleren en verwarmen, dan lucht moeten aanvoeren, en uiteindelijk misschien planten neerzetten die zuurstof produceren. Terraforming is diezelfde verbouwing, maar dan op de schaal van een hele planeet zoals Mars, met een proces dat vermoedelijk eeuwen tot millennia zou duren in plaats van maanden.
Wat is het precies?
Terraforming bestaat in theorie uit een aantal stappen die op elkaar voortbouwen. Als voorbeeld wordt meestal Mars gebruikt, omdat die planeet van alle opties in ons zonnestelsel het meest op de aarde lijkt.
De eerste stap is opwarming. Mars is nu gemiddeld ongeveer min 60 graden Celsius. Door broeikasgassen vrij te maken, gassen zoals koolstofdioxide (CO2) die warmte vasthouden in een atmosfeer, zou de planeet warmer kunnen worden. Dat kan in theorie door bevroren CO2 in de poolkappen te laten verdampen, bijvoorbeeld met spiegels in de ruimte die zonlicht bundelen, of door fabrieken die sterkere broeikasgassen produceren.
De tweede stap is het verdikken van de atmosfeer. Mars heeft nu een luchtdruk van minder dan één procent van die op aarde, te weinig om vloeibaar water aan het oppervlak te laten bestaan. Een dikkere atmosfeer zou water laten stromen in plaats van meteen verdampen of bevriezen.
Daarna zou je micro-organismen kunnen introduceren, zoals cyanobacteriën (fotosynthetiserende bacteriën) die CO2 omzetten in zuurstof, gevolgd door planten die daarop voortbouwen. Dit hele proces, van een dode planeet naar een planeet met een eenvoudig, zelfstandig functionerend ecosysteem, wordt ook wel ecopoiesis genoemd: het "maken van een huis" voor leven.
Een lastig probleem is het magnetisch veld. De aarde heeft een magnetosfeer die de atmosfeer beschermt tegen de zonnewind, een stroom geladen deeltjes van de zon. Mars verloor zijn magnetisch veld miljarden jaren geleden, waardoor de zonnewind geleidelijk het grootste deel van de atmosfeer heeft weggeblazen. Een nieuwe atmosfeer zou dus mogelijk langzaam weer verdwijnen, tenzij je dit probleem ook oplost of de atmosfeer voortdurend aanvult.
Wat wil men ermee bereiken?
Het uiteindelijke doel is een wereld waar mensen kunnen leven zonder ruimtepak, koepel of kunstmatige levensondersteuning. Voorstanders zien dit als een manier om de mensheid minder afhankelijk te maken van één enkele planeet, een soort verzekering tegen rampen op aarde.
Daarnaast is terraforming voor wetenschappers een interessante gedachte-experiment om planetaire klimaatsystemen beter te begrijpen. Het bestuderen van hoe je een atmosfeer zou kunnen veranderen, leert onderzoekers ook meer over hoe het klimaat op aarde werkt en hoe kwetsbaar dat evenwicht is.
Voor sommigen, zoals ondernemer Elon Musk, is het ook een inspirerend toekomstbeeld dat past bij het bredere doel van ruimtevaart: de mensheid een "multiplanetaire soort" maken. Wetenschappers benadrukken daarbij vaak dat dit voorlopig vooral een visioen is, geen concreet technisch plan.
Voorbeelden uit de praktijk
Echte terraforming heeft nog nooit plaatsgevonden, maar er is wel een lange geschiedenis van serieus wetenschappelijk onderzoek en gerelateerde experimenten.
Carl Sagan's Venus-voorstel (1961): de astronoom Carl Sagan opperde in een wetenschappelijk artikel dat algen in de wolken van Venus CO2 zouden kunnen omzetten en zo de planeet zouden kunnen afkoelen. Latere ruimtemissies lieten zien dat het oppervlak van Venus rond de 460 graden Celsius heet is en de luchtdruk er negentig keer hoger is dan op aarde, waardoor dit idee wetenschappelijk achterhaald raakte.
Onderzoek naar "Making Mars Habitable" (1991): NASA-wetenschapper Christopher McKay en collega's publiceerden een invloedrijke studie waarin ze doorrekenden welke stappen en hoeveel broeikasgas nodig zouden zijn om Mars op te warmen. Dit werk legde de wetenschappelijke basis voor veel later terraforming-onderzoek.
Biosphere 2 (1991, Arizona): dit was geen terraforming van een andere planeet, maar een experiment op aarde waarbij acht mensen twee jaar lang leefden in een volledig afgesloten koepel met een kunstmatig ecosysteem. Het project laat zien hoe moeilijk het is om een stabiel, zelfvoorzienend leefmilieu na te bouwen, kennis die relevant is voor toekomstige ruimtekoepels en eventuele terraforming.
CO2-inventarisatie van Mars (2018): planeetwetenschappers Bruce Jakosky en Christopher Edwards publiceerden in het tijdschrift Nature Astronomy een studie waarin ze becijferden hoeveel CO2 er in totaal op Mars beschikbaar is, in de poolkappen, in de bodem en gebonden in mineralen. Hun conclusie was dat dit met de huidige technologie niet genoeg is om een atmosfeer met bruikbare druk te vormen.
Experimenten met extremofielen in de ruimte: op het internationale ruimtestation zijn korstmossen en bacteriën blootgesteld aan omstandigheden die lijken op die op Mars, om te testen of ze dat overleven. Dit soort onderzoek is een eerste, voorzichtige stap richting het idee van ecopoiesis, lang voordat aan volledige terraforming gedacht kan worden.
Hoe ver is de techniek?
Terraforming staat nog vrijwel volledig in de theoretische fase. Er is geen enkele technologie die vandaag de dag is ingezet om een planeet daadwerkelijk te veranderen.
De studie van Jakosky en Edwards uit 2018 wordt door veel wetenschappers gezien als een belangrijk keerpunt: die liet met concrete cijfers zien dat het idee om Mars snel te terraformen door bevroren CO2 vrij te maken, niet haalbaar is met bekende bronnen en huidige techniek. Dit betekende niet dat terraforming voor altijd onmogelijk is, maar wel dat het geen kwestie is van decennia met de middelen die we nu kennen.
Een bekend en omstreden voorstel kwam van Elon Musk, die suggereerde dat kernwapens gebruikt zouden kunnen worden om de poolkappen van Mars te laten verdampen. Planeetwetenschappers wezen erop dat dit zowel te weinig CO2 zou vrijmaken als extra risico's met zich meebrengt, en dat het voorstel vooral als provocerend gedachte-experiment moet worden gezien.
Omdat terraforming van een hele planeet zo ver weg lijkt, richt serieus onderzoek zich vooral op kleinere, haalbaardere tussenstappen: het testen van organismen onder Mars-achtige omstandigheden, het bestuderen van lokale grondstoffen op Mars voor toekomstige bases (in-situ resource utilization, oftewel het gebruiken van materiaal dat al op de planeet aanwezig is), en het concept van paraterraforming, waarbij niet een hele planeet maar alleen afgesloten koepels of valleien worden omgevormd tot leefbare ruimtes.
Wie werken eraan?
Er bestaat geen officieel terraforming-programma bij ruimtevaartorganisaties als NASA of de Europese ruimtevaartorganisatie ESA. Terraforming wordt daar niet als praktisch doel nagestreefd; het onderzoek dat er wel gebeurt, gaat over planeetklimaat, atmosferen en astrobiologie in algemenere zin, kennis die toevallig ook relevant is voor het terraforming-debat.
Individuele wetenschappers hebben wel decennialang bijgedragen aan het vakgebied. Christopher McKay, verbonden aan het NASA Ames Research Center, publiceert al sinds de jaren tachtig over de haalbaarheid van het opwarmen van Mars. Bruce Jakosky, planeetwetenschapper aan de Universiteit van Colorado en hoofdonderzoeker van NASA's MAVEN-missie naar Mars, leverde met zijn CO2-onderzoek een van de belangrijkste kritische bijdragen.
Buiten de wetenschap houdt de Mars Society, een organisatie opgericht door ingenieur Robert Zubrin, zich al jaren bezig met het promoten van Marskolonisatie en terraforming als langetermijnvisie. Ook SpaceX en oprichter Elon Musk noemen terraforming regelmatig als inspirerend einddoel, al ligt de feitelijke inzet van het bedrijf vooral bij het vervoeren van mensen naar Mars en het bouwen van leefbare bases, niet bij het daadwerkelijk veranderen van de planeet.