In der historischen Vorstellung blicken Astronomen durch Teleskope, und photonische Weisheit strömt mit Lichtgeschwindigkeit herein. Mit dem, was sie bekommen können, erhalten sie passiv Informationen über weit entfernte Sterne und Planeten. Diese Objekte sind festgelegt und ihre Bedingungen können nicht optimiert werden.
Aber so funktioniert nicht alle Astronomie. Planeten- und Exoplanetenwissenschaftler warten beispielsweise nicht nur darauf, dass ihnen Daten zufließen: Sie konstruieren auch Miniaturversionen anderer Orte mithilfe praktischer geologischer Landschaften, Kiesbrecher und Simulationskammern auf der Erde. In diesen Simulacra sehen, fühlen und kontrollieren sie Welten – oder zumindest Metaphern für sie – in dem Versuch, Teile des Universums zu entziffern, die sie wahrscheinlich nie besuchen werden.
Indem sie das Unberührbare Physische und das Abstrakte konkretisieren, schaffen sie nicht nur Gleichnisse, sondern Wege, sich diese Planeten als reale Orte vorzustellen.
„In der gesamten Wissenschaft argumentieren wir ständig mit Vergleichen“, sagte Pascal Lee von den Instituten Mars und SETI. „Der Ansatz, Analoga zu verwenden, hat also etwas sehr Grundlegendes.“
Ihre Methoden stehen im Einklang mit wissenschaftlichen Traditionen, die sowohl laborbasierte Forschung als auch den direkten Kontakt mit der Natur schätzen.
„Es macht tatsächlich viel Sinn, warum Planetenwissenschaftler, deren Phänomene in Zeit und Raum entfernt sind, denken, dass Simulation und Replikation eine Möglichkeit wären, das Entfernte noch zu untersuchen“, sagte Lisa Messeri, Anthropologin an der Yale University und der Autor des Buches „Placing Outer Space“, „weil die Wissenschaft das seit Hunderten von Jahren tut“.
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Der direkteste Pfeil zwischen dieser Welt und denen jenseits ist das „terrestrische Analogon“, ein physischer Ort auf der Erde, der einem Aspekt einer anderen Welt ähnelt – normalerweise dem Mond oder dem Mars. Das können geologische Formationen wie Lavaröhren oder Sanddünen sein oder eine ganze Region mit Mond- oder Mars-Flair, wie die Atacama-Wüste in Chile oder Vulkane auf Hawaii.
Dr. Lee leitet das Haughton-Mars-Projekt, eine analoge Forschungseinrichtung auf Devon Island, einem unbewohnten, kargen arktischen Außenposten in Nunavut, Kanada. „Es gibt eine unglaublich breite Palette von Merkmalen, die denen ähneln, die wir auf dem Mond und auf dem Mars sehen“, sagte er.
Die Insel ist permakalt und trocken, mit Tälern und Schluchten und verfügt über einen 22 Kilometer breiten Krater, der von einem kosmischen Einschlag hinterlassen wurde. Das ist ungefähr so groß wie der Shackleton-Krater am Mondsüdpol, wohin die NASA in diesem Jahrzehnt Astronauten schicken will.
Während Dutzender Feldkampagnen hat die Forschungsstation Haughton einen dauerhaften Ort geschaffen, an dem Wissenschaftler so tun können, als wären sie auf dem Mond oder dem Mars, ähnliche Geologie studieren, Ausrüstung für zukünftige Missionen testen und Menschen für die Teilnahme trainieren können.
„Es ist eine schlüsselfertige Operation“, sagte Dr. Lee, obwohl er bemerkt, dass es nicht wie ein Airbnb ist, das jemand auftauchen und benutzen könnte. Eine Kernhabitat-Einrichtung spricht in eine Reihe von Zelten für Geologie, Astrobiologie, Medizin sowie Verwaltungs- und Reparaturarbeiten. Ein Gewächshaus steht allein, während ATVs und Humvees Reisen unterstützen und Rover simulieren.
Dr. Lee verbrachte 23 aufeinanderfolgende Sommer in der Einrichtung und aß auf Tagesausflügen außerhalb des Hauptlagers in der Kälte Sardinenkonserven. Aber in den Jahren 2020 und 2021 zwang ihn die Pandemie, seine jährlichen Reisen in diese andere Welt auf der Erde zu überspringen. Er vermisste die Einfachheit und Isolation.
„Wenn Sie dort sind, sind Sie die Bevölkerung von Devon Island“, sagte Dr. Lee wie ein einsamer Astronaut.
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Manchmal müssen Wissenschaftler jedoch nicht auf ein Analogon zurückgreifen: Sie können es in Form von Simulanzien oder Materialien, die der Oberfläche des Mondes oder des Mars ähneln, nach Hause bringen.
Der Mars zum Beispiel ist mit Sand und Staub bedeckt, die zusammen als Regolith bezeichnet werden. Es erschwert das Reisen und kann auch Sonnenkollektoren blockieren, Filter verstopfen und bewegliche Teile festklemmen. Um festzustellen, wie Roboter-Rover, Stromquellen und andere Hardware den Strapazen des Roten Planeten standhalten, müssen Wissenschaftler sie vor ihrer Reise mit etwas Ähnlichem testen.
Aus diesem Grund hat die NASA 1997 eine staubige Substanz namens JSC-Mars 1 entwickelt, die auf Daten der Viking- und Pathfinder-Missionen basiert. Es besteht aus Material, das auf dem Schlackenkegel-Vulkan Pu’u Nene auf Hawaii gefunden wurde. Dort sickerte einst Lava ins Wasser und bildete schließlich regolithartige Partikel.
NASA-Wissenschaftler verbesserten dieses Material später bei der Vorbereitung des Mars-Phoenix-Landers und stellten Mars Mojave Simulant her. Es wird aus den Lavaablagerungen der Saddleback-Vulkanformation in der Mojave-Wüste in Kalifornien gewonnen.
Trotzdem ist der Testprozess nicht narrensicher: Phoenix sammelte 2008 auf dem Mars eisige Bodenproben, die in den Worten der NASA zu „klebrig“ waren, um von der Schaufel in ein Analysegerät zu gelangen. Ein Jahr später blieb der Spirit-Rover für immer im Sand stecken. Sein Geschwisterroboter Opportunity ging verloren, als ein Staubsturm seine Sonnenkollektoren bedeckte, ein Schicksal, das auch die neuere InSight-Mission behindert hat.
Heute verwenden private Unternehmen die Daten und Rezepte der NASA für private Simulanzienlieferungen. Diese „in den Warenkorb“-Version geht in wissenschaftsgerechte Projekte, außerirdischen Zement und überirdische Gartenerde. Mark Cusimano, der Gründer eines solchen Unternehmens, The Martian Garden, sagt, dass es sein Hobby ist, einen roten Planeten-Siegesgarten mit Saddlebacks Erde zu kultivieren. Es ist befriedigend, sagt er, „einen komischen kleinen Rettich oder eine Karotte darin anzubauen“.
Wieger Wamelink, Ökologe an der Universität Wageningen in den Niederlanden, hat diese Arbeit mit dem Projekt „Food For Mars and Moon“ weitergeführt und Pflanzen wie Erbsen und Kartoffeln angebaut. Derzeit arbeitet er an einem kompletten landwirtschaftlichen System, das Bakterien, Regenwürmer und menschliche Exkremente umfasst. Die Idee, sagte Dr. Wamelink, ist, “kühn zu wachsen, wo noch keine Pflanze gewachsen ist”. Heute Mars auf der Erde. Morgen vielleicht der Mars selbst.
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Die Nachahmung exotischerer Sonnensystem-Spots erfordert einiges an Arbeit, daher wenden sich Wissenschaftler oft Simulationskammern zu – im Wesentlichen Reagenzgläsern, in denen sie die Bedingungen anderer Welten nachbilden. Die Idee geht auf die 1950er Jahre zurück, als ein Militärwissenschaftler, der aus Nazi-Deutschland in die Vereinigten Staaten gebracht wurde, Pionierarbeit bei der Verwendung von Niederdruckkammern leistete, die manchmal als “Mars Jars” bezeichnet werden, um herauszufinden, ob die Biologie unter Marsbedingungen bestehen könnte.
Heute betrachten Forscher wie Tom Runčevski von der Southern Methodist University in Dallas einen anderen Ort: Titan, einen Saturnmond, die einzige Welt im Sonnensystem außer der Erde, die derzeit stehende Flüssigkeitskörper auf ihrer Oberfläche hat.
„Ich rede immer persönlich darüber, wie feindselig und erschreckend Titan ist“, sagte Dr. Runčevski. Seen und Meere schwimmen mit Ethan. Es schneit Benzol und regnet Methan. Aber wenn Sie durch den Dunst nach oben schauen, werden Sie die Ringe des Saturn sehen.
Obwohl eine europäische Raumsonde, Huygens, im Jahr 2005 mit dem Fallschirm auf ihre Oberfläche abstürzte, ist die großartige Feindseligkeit von Titan in ihrer Gesamtheit von einem gastfreundlichen Planeten wie diesem schwer zu verstehen. „Titan ist eine Welt“, sagt Dr. Runčevski. “Es ist sehr schwierig, eine Welt von der Erde aus zu studieren.”
Aber er versucht es, nachdem er in seinem Labor etwas erschaffen hat, das er “Titan in a Jar” nennt.
Sie werden die Saturnringe vom Boden von Dr. Runčevskis Gläsern nicht sehen. Aber Sie werden mehr über die organischen Verbindungen und Kristalle erfahren, die seinen berühmtesten Mond besetzen. In die Gläser – Reagenzgläser, ehrlich gesagt – wird Dr. Runčevski ein oder zwei Tropfen Wasser geben und es dann einfrieren, um eine winzige Version von Titans Kern nachzuahmen. Dazu fügt er noch ein paar Tropfen Ethan hinzu, die sofort kondensieren und kleine Mondseen bilden. Danach fügt er andere interessante organische Verbindungen wie Acetonitril oder Benzol hinzu. Dann saugt er die Luft aus und stellt die Temperatur auf Titan um, etwa minus 292 Grad Fahrenheit.
Die NASA plant eine Rückkehr zu Titan und startet 2027 einen nuklearbetriebenen Quadrocopter namens Dragonfly. Durch die Beobachtung der Kristalle und Strukturen, die sich in seinen Gläsern bilden, hofft Dr. Runčevski, Wissenschaftlern zu helfen, das zu interpretieren, was sie sehen, wenn der Roboter-Explorer 2034 eintrifft. „Wir können kein volles Labor schicken“, sagte er, sodass sie sich teilweise auf die Labore der Erde verlassen müssen.
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In einem Labor der Johns Hopkins University arbeitet Sarah Hörst ähnlich wie die von NASA und Dr. Runčevski, einschließlich der Simulation von Titan. Aber ihre Reagenzgläser dehnen sich auch aus, um hypothetische Exoplaneten oder Welten zu simulieren, die weit entfernte Sterne umkreisen.
Dr. Hörst lenkte zunächst von Exoplaneten ab, da Einzelheiten kaum bekannt sind. „Ich bin vom Sonnensystem verwöhnt“, erinnert sie sich. Aber ein Kollege überzeugte sie, hypothetische nachzuahmen Welten. „Wir haben diese Matrix möglicher Planeten zusammengestellt“, sagte sie. Ihre fiktiven Atmosphären werden von Wasserstoff, Kohlendioxid oder Wasser dominiert, und ihre Temperatur schwankt zwischen etwa minus 300 Grad Fahrenheit und 980 Grad Fahrenheit.
Ihre Reagenzgläser beginnen mit den Hauptbestandteilen, aus denen eine Atmosphäre bestehen könnte, die auf eine bestimmte Temperatur eingestellt ist. Sie lässt diese Mischung in eine Kammer von der Größe einer Sodaflasche fließen und setzt sie der Energie aus – UV-Licht oder Elektronen aus einem Plasma –, die die ursprünglichen Moleküle aufbricht. „Sie laufen in der Kammer herum und produzieren neue Moleküle, und einige dieser neuen Moleküle werden auch aufgebrochen“, sagte Dr. Hörst. Dieser Zyklus wiederholt sich, bis die Energiequelle abgeschaltet wird. Manchmal produziert dieser Prozess feste Partikel: einen jenseitigen Dunst.
Herauszufinden, welche potenziellen Exoplaneten Smog produzieren, kann Wissenschaftlern helfen, Teleskope auf Kugeln auszurichten, die sie tatsächlich beobachten können. Außerdem beeinflusst Dunst die Oberflächentemperatur eines Planeten, macht den Unterschied zwischen flüssigem Wasser und Eis oder Verdunstung und kann die Oberfläche vor hochenergetischen Photonen schützen – beides beeinflusst die Bewohnbarkeit eines Planeten. Atmosphären können auch die Bausteine des Lebens und der Energie liefern – oder nicht.
Trotz ihres anfänglichen Zögerns ist Dr. Hörst an ihre im Labor gezüchteten Planeten gewachsen. Sie fühlen sich vertraut an, wenn auch fiktiv. Normalerweise kann sie beim Betreten des Büros erkennen, was für ein Experiment gerade läuft, denn verschiedene Plasmen leuchten in verschiedenen Farben. “‘Oh, wir müssen heute Titan machen, weil es irgendwie lila ist’ oder ‘Wir machen diesen speziellen Exoplaneten, der irgendwie blau ist'”, sagte sie.
Verglichen mit den Landschaften von Devon Island, einer Handvoll Regolith-Simulanz oder sogar einem Reagenzglasmond fehlt den Laborplaneten von Dr. Hörst die Physis. Sie repräsentieren keine bestimmte Welt; sie nehmen ihre Form nicht an; sie sind nur eine ätherische Atmosphäre ohne Boden zum Stehen. Aber das macht Sinn: Je weiter ein Astronom von der Erde wegschauen möchte, desto verschwommener werden seine Kreationen. „Ich denke, dass die Exoplaneten-Simulationen abstrakter sind, ist diese starke Erinnerung daran, dass dies keine Orte sind, an die man gehen kann“, sagte Dr. Messeri.
Dennoch erinnert sich Dr. Hörst an Tage, als ihr Labor brennende Planeten simulierte: Dann heizt die Kammer ihre ganze Ecke des Raumes auf. Diese kleine Welt, die es sonst nirgendwo gibt, wärmt diese.