Ein Diamant, trilliardenmal so groß wie das Ritz!

So schön sie anzusehen sind - Diamanten sind nichts als vulgärer Kohlenstoff. Allerdings sind die Kohlenstoffatome in ihnen auf besondere Art angeordnet! Im Gegensatz zu Graphit, in dem die Atome zu flächigen Strukturen verbunden sind, bilden sie in Diamant eine dreidimensionale Kristallstruktur. Jedes Atom ist mit vier weiteren kovalent verbunden, so dass diese ein Tetraeder bilden - eine regelmäßige, vierflächige Pyramide mit gleichseitigen Dreiecken als Seitenflächen. Einen solchen Kristall kann man sich als Kombination zweier kubisch-flächenzentrierter Gitter (Würfelstruktur mit Atomen an den Ecken und in der Mitte jeder Seitenfläche) denken, die gegeneinander versetzt sind. Es existieren auch seltenere, meist nur künstlich erzeugbare Kohlenstoffformen, wie der amorphe Kohlenstoff, in dem die Atome unregelmäßig angeordnet sind, das Fulleren, in dem sie fußballartige Polyeder bilden, oder die Kohlenstoff-Nanoröhren.

Gewöhnliche Kohle oder Ruß besteht aus vielen kleinen, zufällig zusammengelagerten Graphitpartikeln.

Die Kristallstruktur des Diamanten.

Obwohl es sich um identische Kohlenstoffatome handelt,

sind einige grün gefärbt, damit man besser sehen kann,

wie sie mit den Nachbaratomen tetraedrisch verbunden sind.

Diamanten entstehen aus normalem Kohlenstoff, wenn hohe Drücke auf diesen einwirken, zum Beispiel im Erdmantel bei einer Tiefe von ca. 150 km, oder bei Meteoriteneinschlägen. Dabei bilden sich aus Kohlenstoffvorkommen in Gesteinen kleinere Diamanten, die durch vulkanische Prozesse an die Erdoberfläche gebracht werden. Kohlenstoff ist nur ein Spurenelement im Erdmantel, der vorwiegend aus Silizium und Metallen besteht. Es existieren aber Himmelskörper, die fast ausschließlich aus Kohlenstoff zusammengesetzt sind.

Wie wir in einem früheren Artikel besprochen haben, erzeugen Sterne ihre Energie, indem sie Atomkerne bei hohen Drücken und Temperaturen in ihrem Inneren miteinander verschmelzen. Zunächst, während der längsten Zeit ihres Lebens, verbrennen sie Wasserstoff zu Helium. Irgendwann hat sich im Sternenkern jedoch soviel Helium angereichert, dass die Fusion nicht mehr effizient ablaufen kann und erlischt. Der Kern schrumpft dann, bis er so stark zusammengepresst ist, wie es nach den Gesetzen der Quantenmechanik maximal geht: Man sagt, er ist "entartet". Dichte und Temperatur wachsen so lange, bis außen um den Kern herum die Wasserstofffusion in einer Schalenbrennzone zündet. Diese bläht durch die freigesetzte Energie den Rest des Sterns zu einem kühlen, roten Riesen auf. Sein Radius vertausendfacht sich dabei. Diese Phase währt jedoch nicht lange. Aus der Schalenbrennzone regnet Helium auf den entarteten Kern herab, bis dieser heiß und dicht genug geworden ist, dass die nächste Brennphase beginnen kann: Die Fusion von Helium zu Kohlenstoff. Eine Zeitlang verbrennt der Stern nun Helium im Kern und Wasserstoff in einer Schale außen herum. Er schrumpft dabei wieder leicht und wird heißer. Schließlich kommt auch das Heliumbrennen im Kern zum erliegen. Er besteht nun vorwiegend aus Kohlenstoff (und etwas Sauerstoff) und zieht sich wieder zu entarteter Materie zusammen, und um ihn herum zünden zwei Brennschalen übereinander: Innen eine Helium-Brennschale, außen eine Wasserstoff-Brennschale. Diese setzen soviel Energie frei, dass der Stern sich noch stärker aufbläht als während der Rote-Riesen-Phase. Die Sonne wird gegen Ende ihrer Existenz beinahe die Erdbahn berühren! Kleine und mittelschwere Sterne wie unsere Sonne beginnen nun ihre äußeren Schichten langsam abzuwerfen. Ein schöner planetarischer Nebel entsteht. Da durch Konvektion auch Kohlenstoff aus dem Kern heraufgeholt wurde, wird eine gewaltige Menge feiner Rußpartikel freigesetzt. Das hört sich nicht sehr gesund an, ist jedoch ein unabdingbarer Prozess für die Entstehung von Leben wie wir es kennen, da das biologische Grundelement Kohlenstoff dadurch zurück ins All gelangt.

Im Zentrum bleibt der kleine entartete Kohlenstoffkern übrig, den man Weißer Zwerg nennt. Dieser ist zwar aufgrund seiner gespeicherten Wärme noch sehr heiß, er produziert jedoch keine Energie mehr nach, da die Fusion in ihm endgültig erloschen ist. Er kühlt ganz langsam, im Laufe von Jahrmilliarden, aus, bis er zuguterletzt zum unsichtbaren Schwarzen Zwerg geworden ist. Da der Abkühlungsprozess extrem langsam verläuft, haben sich bisher im Universum noch keine Schwarzen Zwerge gebildet.

Obwohl Weiße Zwerge Massen ähnlich der der Sonne haben, sind sie, aufgrund ihrer extremen Dichte, die mehrere Tonnen pro Kubikzentimeter erreichen kann, nicht größer als die Erde. Massereichere Weiße Zwerge sind überraschenderweise kleiner als massearme, da der Schweredruck sie stärker zusammenpresst.

Sternen mit größerer Masse ist ein dramatischeres Schicksal vorbehalten. In ihnen bilden sich noch weitere Brennschalen aus, die sukzessive immer schwerere Elemente erbrüten, bis hin zum Eisen. Dort angekommen, kann keine weitere Fusion unter Energiegewinn mehr ablaufen. Der Stern wird von einer Supernova zerrissen, bei der explosionsartig auch schwerere Elemente über das Eisen hinaus entstehen und ins All fortgeschleudert werden. Der Kern stürzt unter seiner eigenen Gravitation in sich zusammen, wobei er sich in ein sehr merkwürdiges Objekt verwandelt: Entweder in einen Neutronenstern - eine rund 30 km große Kugel aus Neutronen - oder, bei noch massiveren Sternen, in ein Schwarzes Loch.

Je größer die Sternmasse ist, desto kurzlebiger ist der Stern: Bei sonnenähnlichen Sternen dauert die Entwicklung bis zum Weißen Zwerg rund zehn Milliarden Jahre, bei massereichen verstreichen nur einige zehn Millionen bis zur Supernovaexplosion. Sehr kleine Sterne mit nur ca. 0.1 Sonnenmasse verbrennen einige Billionen Jahre lang ganz allmählich den Wasserstoff in ihren Kernen, bis sie unspektakulär verlöschen.

Lebenslauf eines durchschnittlichen und eines massereichen Sterns (vereinfacht).

Ein weißer Zwerg besteht nun vorwiegend aus Kohlenstoff - und wegen seiner hohen Dichte lastet auf diesem ein enormer Schweredruck. Was passiert wenn Kohlenstoff enormen Drücken ausgesetzt ist? Genau, er kristallisiert in eine diamantartige Form! In den 1960ern wurde zum ersten Mal vermutet, dass Weiße Zwerge riesige Diamanten sein könnten. Doch wie ließe sich das nachprüfen? Sterne vibrieren innerlich, was sich durch Helligkeitsänderungen und Verschiebungen der Linien in ihren Spektren bemerkbar macht. Untersuchung der Schwingungen lässt indirekte Schlüsse auf die physikalischen Bedingungen in ihrem Inneren zu, ähnlich wie Seismologen aus tektonischen Erschütterungen auf die Struktur des Erdinneren schließen können. Daher nennt man die Untersuchung von Sternschwingungen auch Astroseismologie.

Im Jahr 2004 schlossen Antonio Kanaan und sein Team aus astroseismologischen Daten, dass der 50 Lichtjahre entfernte Weiße Zwerg BPM 37093 im Sternbild Zentaur zu rund 90% innerlich kristallisiert ist - ein Diamant von 1.1 Sonnenmassen! Das lässt den wertvollsten Diamanten auf der Erde, den Cullinan-Diamanten (3106.75 Karat ~ 621.35 g), im Vergleich äußerst mickrig erscheinen.

Kleinkram...

Kristallisierte Weiße Zwerge weisen allerdings nicht die kubisch-flächenzentrierte Kristallstruktur von irdischen Diamanten auf, sondern eine kubisch-raumzentrierte: Je ein Atomkern sitzt im Zentrum eines gedachten Würfels, dessen Ecken von je einem weiteren Kern gebildet werden. Zwischen den Kernen befindet sich eine Flüssigkeit aus entarteten Elektronen, deren Eigenschaften denen von Leitungselektronen in Metallen ähneln.

Kubisch-raumzentrierter Kristall

Ein noch merkwürdigeres Objekt ist PSR J1719-1438 b, das erst kürzlich, am 25.8.2011 entdeckt wurde. Es befindet sich in rund 4000 Lichtjahren Entfernung im Sternbild Schlange. Es handelt sich um eine Art Hybrid-Himmelskörper - ursprünglich Weißer Zwerg, inzwischen jedoch umgewandelt in einen Planeten! Wie das Kürzel "PSR" (Pulsating Source of Radio) sagt, umkreist er einen Neutronenstern: Diese wirken nämlich wie Radio-Leuchttürme. Von begrenzten Regionen auf ihrer Oberfläche senden sie intensive Radiostrahlenbündel aus, die durch die schnelle Rotation des Neutronensterns (das Zusammenschrumpfen auf winzige Größe beschleunigt die Rotation der ehemaligen Sternenkerne, ähnlich wie eine Eiskunstläuferin, die die Arme anzieht) rundum durch den Raum schwenken. Überstreicht das Radiobündel dabei die Erde, lassen sich periodische Signale empfangen. Neutronensterne, die sich so beobachten lassen, nennt man daher auch Pulsare.

Skizze eines Pulsars.

Die Radiowellen werden von den Magnetpolen ausgesandt.

Durch die Eigenrotation des Pulsars entsteht der Leuchtturmeffekt.

Manche Pulsare rotieren sogar besonders schnell: nach ihrer typischen Rotationsperiode bezeichnet man sie als Millisekundenpulsare. Zu diesen gehört auch PSR J1719-1438. Die rasche Rotation deutet darauf hin, dass der Pulsar nach der Supernova des Ursprungssterns noch durch äußere Einflüsse beschleunigt wurde. Was könnte das sein? Eine zweite Beobachtung liefert die Antwort. PSR J1719-1438 zeigt leichte Frequenzvariationen in seinen Radiopulsen. Das kann nur daran liegen, dass ein kleinerer Begleiter um ihn herumläuft und ihn periodisch um den gemeinsamen Schwerpunkt herumschleudert. Der Dopplereffekt erzeugt die Frequenzänderungen - zieht der Begleiter den Pulsar von uns weg, sinkt die Frequenz, zieht er ihn auf uns zu, steigt sie.

Der Begleiter muß also den Pulsar früher einmal "angestoßen" haben, um ihn auf die hohe Eigenrotationsfrequenz zu beschleunigen. Es muß Masse von ihm zum Pulsar geströmt sein. Bei dem Begleiter handelte es sich früher um einen normalen Stern, der jedoch masseärmer war als der Vorläuferstern des Pulsars, so dass es dessen explosives Ende überlebte. Irgendwann blähte sich der masseärmere Stern zum Roten Riesen auf. Die Gase von Roten Riesen sind aber nicht sehr stark gravitativ gebunden, zum einen aufgrund des großen Radius' des Sterns - je weiter Materie vom Schwerpunkt entfernt ist, desto schwächer ist die auf sie wirkende Schwerkraft - zum anderen durch den starken Strahlungsdruck. Die Gezeitenkräfte des Pulsars zogen den Roten Riesen auseinander, bis sich Gas von ihm löste und in einer Akkretionsscheibe auf den kleinen Neutronenstern herabstürzte. Das aufprallende Gas beschleunigte den Pulsar, bis er sich mit enormer Geschwindigkeit um sich selbst drehte.

Ein Roter Riese wird von den Gezeitenkräften eines Pulsars

zunächst in die Länge gedehnt. Dann beginnt Material hinüber-

zuströmen. Es bildet eine flache Akkretionsscheibe, in der es dem

Pulsar strudelartig immer näher kommt, bis es auf ihn stürzt.

Fast die gesamte Masse des Sterns wurde vom Pulsar fortgerissen, nur ein vergleichsweise winziger Rest aus Kohlenstoff blieb übrig, der mangels Masse und Fusionsreaktionen nicht mehr als Stern sondern als Planet eingestuft wird. Er hat etwa die Größe des Jupiter, ist aber rund 20 mal dichter. Er dürfte also aus kristallisiertem Kohlenstoff - diamantartigem Material - bestehen. Seine Umlaufbahn verläuft ganz nahe am Pulsar: Ihr Radius ist geringer als der unserer Sonne, und er durchläuft sie in nur 2.17 Stunden!

Eine Zeichnung von PSR J1719-1438.

Der zum Planeten gewordene Weiße Zwerg (die "b"-Komponente)

würde ihn, wenn man die Maßstäbe unseres Sonnensystems anlegt,

innerhalb der Sonne (gelb angedeutet) umlaufen.

Die weißblaue Schlangenlinie stellt die Radioemission des Pulsars dar.

Es gibt Hinweise darauf, dass es auch "normale" Planeten gibt, die ungewöhnlich kohlenstoffreich sind. Der Gasriese WASP-12b weist einen ungewöhnlich hohen Kohlenstoffgehalt in seiner Atmosphäre auf. Falls es in diesem System auch kleinere, erdartige Planeten gibt, so könnten diese aus Kohlenstofffels bestehen: Graphit oder Diamant. Ohne Zweifel würde es dort sehr schöne, aber auch fremdartige Landschaften geben.

Ein fiktiver Diamantplanet aus der TV-Serie "Dr. Who".

Trotz alledem braucht die De Beer-Group nicht zu fürchten, dass der Diamantpreis demnächst ins Bodenlose fällt. Die riesigen kosmischen Diamanten sind weit draußen im All fürs erste sicherer untergebracht als in jedem Tresor...


Weblink:

Das Originalpaper zu PSR J1719-1438b von Bailes et al. (pdf-Format)

Wohin zuerst fliegen?

Jede Reise beginnt mit dem ersten Schritt - bevor man diesen unternimmt, sollte man sich allerdings zuerst überlegen, wo man eigentlich hin möchte.

Als John F. Kennedy 1962 seine berühmte Ansprache hielt, war das Ziel klar: Der Trabant der Erde, der Mond! Die Natur hat es uns in dieser Hinsicht leicht gemacht, einen ersten Schritt in den Kosmos hinaus zu wagen - sie hat uns einen fast planetengroßen Körper quasi vor die Haustür gelegt. Man fühlt sich ein wenig an die Plattformen erinnert, die vor manchen Badestränden im tieferen Wasser verankert sind. Hier können frischgebackene Schwimmer ihr Können erproben und zu einem unübersehbaren Ziel schwimmen, ohne sich gleich auf den Weg bis zur nächsten Insel machen zu müssen.

Heutzutage ist die Situation etwas kniffliger. Dass Menschen erfolgreich auf dem Mond landen und zurückkehren können, haben amerikanische Astronauten mehrfach unter Beweis gestellt. Die Frage lautet also, wohin als nächstes? Welche Himmelskörper sollten Menschen in den kommenden Jahren und Jahrzehnten anvisieren?

Schauen wir uns also erstmal an, welche Objekte sich in der näheren und ferneren Umgebung der Erde befinden.


1. Der altbekannte Mond!

Eugene A. Cernan (Apollo 17) mit dem Rover auf 

dem Mond. Bild: NASA (via Wikimedia Commons)

Von allen Körpern in unserem Sonnensystem ist er der Erde am nächsten (abgesehen von Kleinkörpern, die von Zeit zu Zeit innerhalb der Mondbahn auftauchen). Die Idee, zu ihm zurückzukehren, wurde von Alfred E. Neumann George W. Bush 2004 in seiner nach dem Columbia-Unglück formulierten "Vision for Space Exploration" als Ziel der amerikanischen Raumfahrt festgelegt (dies war übrigens so gut wie das einzige Mal, dass Dubya sich zum Thema Raumfahrt äußerte). Auch China und Indien spielen mit dem Gedanken, eigene Raumfahrer auf den Mond zu schicken - im Fall Chinas ist dies bereits ziemlich konkret für die 2020er beschlossen. Während es für die neue asiatische Großmacht wohl eher eine Demonstration von Stärke und technologischem Können sein wird - wie für die USA in den 1960ern und '70ern - stellt sich im Falle Amerikas die Frage, weshalb man den gleichen Körper nochmal besuchen sollte. Das "Apollo-Syndrom" - landen, einige Experimente durchführen, Proben entnehmen, Flagge aufstellen, wieder abreisen - sollte sich nicht wiederholen: Wenn man den Mond erneut besucht, sollte das Ziel sein, dort längerfristig zu verweilen und eine Basis aufzubauen, in der zukünftig Menschen wohnen, arbeiten, experimentieren und eventuell Rohstoffe abbauen können.


2. Mars

Der Mars, aus dem Orbit von Viking (1976) aufgenommen.

Er ist wahrscheinlich der bekannteste Planet unseres Sonnensystems und im öffentlichen Bewußtsein durch zahllose Filme, Romane u. ä. als "nächstes Ziel der Menschheit" fest verankert. Einen bemannten Marsflug könnte man der Öffentlichkeit daher vermutlich besonders leicht "verkaufen" - jeder weiß so mehr oder weniger, was der Mars ist oder kann sich zumindest etwas darunter vorstellen. Auch Bushs "Vision for Space Exploration" sah ihn als nächstes Ziel nach der Rückkehr zum Mond vor. Nachdem Barack Obama im Jahr 2010 erklärte, dass sich in Zukunft private Unternehmen verstärkt an der Raumfahrt beteiligen sollten, verkündete der Unternehmer Elon Musk vor kurzem, seine Firma SpaceX werde bis 2020 einen Menschen auf dem Mars landen lassen und den Aufbau einer ständig bemannten Marskolonie vorbereiten.


3. Deimos und Phobos (die Marsmonde)

Eine interessante Alternative zu einer direkten Landung auf dem roten Planeten wäre ein Besuch der beiden winzigen Marsmonde. Da diese extrem wenig Masse aufweisen, wäre eine Landung hier mit bedeutend weniger Treibstoff durchführbar. Von den Monden aus könnten Astronauten Roboter auf der Marsoberfläche in Echtzeit steuern, ohne minutenlange Signallaufzeiten in Kauf nehmen zu müssen.

Die geplante russische (unbemannte) Fobos-Grunt-Mission soll zum ersten Mal auf einem Marsmond landen und Material zur Erde zurückbringen.


4. Venus

Die Venus (NASA). Die Wolkendecke besteht u. a.

aus Schwefelsäure, auf der Oberfläche herrschen

höllische Bedingungen. Der Name der römischen

Liebesgöttin scheint hier etwas unangemessen.

Eine fast vergessene Alternative zum Mars! Aufgrund der mörderischen Bedingungen auf der Venusoberfläche - 90 Bar Druck, 480 Grad Celsius - wäre jedoch nur an einen Vorbeiflug zu denken, eine Landung wird in absehbarer Zukunft technisch kaum durchführbar sein. Möglicherweise wäre es jedoch denkbar, mithilfe von Ballons oder zeppelinartigen Fluggeräten in die Hochatmosphäre der Venus vorzudringen.

In den 1960ern überlegte die NASA, die Hardware des Apollo-Programms zu nutzen, um Astronauten auf eine Flyby-Mission zur Venus zu schicken. Dies wurde jedoch nicht durchgeführt.


5. Erdnahe Asteroide

Kein Schuh, der erste entdeckte erdnahe Asteroid:

433 Eros.

Viele Asteroide kommen auf ihrem Umlauf um die Sonne der Erde relativ nah, so zog zum Beispiel 4179 Toutatis im Jahr 2004 in nur vier Mondbahnradien Entfernung an der Erde vorbei. Im November dieses Jahres wird der Asteroid 2005 YU55 sich der Erde sogar bis auf 325 000 km annähern - dies liegt bereits innerhalb der Mondbahn! Die Landung auf diesen Körpern wäre, ähnlich wie bei den Marsmonden, mit sehr geringen Treibstoffmengen möglich. Die Tatsache, dass viele Asteroide extrem reich an industriell wertvollen Metallen sind, läßt ihre Erforschung besonders attraktiv erscheinen. Auch könnten Kenntnisse über ihren Aufbau nützlich werden, falls es irgendwann erforderlich sein sollte, die Bahn eines Asteroiden zu verändern um einen Einschlag auf der Erde zu verhindern.

Eine gewisse Schwierigkeit bei Landungen auf Kleinkörpern könnte sich allerdings daraus ergeben, dass ihre Schwerkraft extrem gering ist: Es wäre für Astronauten kaum möglich, auf ihnen im üblichen Sinn zu laufen, da die Fluchtgeschwindigkeiten nur bei wenigen Metern pro Sekunde liegen und ein etwas energischerer Schritt daher bereits ausreichen würde, um einen unglücklichen Raumfahrer in die Unendlichkeit zu katapultieren. Die Astronauten müssten sich, ähnlich wie Bergsteiger, irgendwie an der Oberfläche verankern. Alternativ könnte ihre Fortbewegung einfach durch Jetpacks erfolgen. Im Fall eisenreicher Oberflächen ließe sich auch über magnetische Schuhe nachdenken - allerdings entzieht es sich zur Zeit meinen Kenntnissen, ob solche jemals außerhalb der Science Fiction erfolgreich genutzt wurden. Es wäre vermutlich sehr anstrengend und kompliziert, damit zu laufen.

Flüge zu erdnahen Asteroide wurden auch von Barack Obama im April 2010 in einer Rede, in der er als neues Ziel der amerikanischen Raumfahrt eine permanente Präsenz im Kosmos unter verstärkter Beteiligung privater Unternehmen vorgab, für das Jahr 2025 in Aussicht gestellt.

Bei Asteroidenmissionen ließen sich auch Erfahrung für Expeditionen Richtung Mars (oder Venus?) sammeln - insbesondere wie sich längerfristige Aufenthalte von Menschen außerhalb der Erdmagnetosphäre möglichst gesundheitsverträglich gestalten lassen, vor allem bezüglich der Abschirmung von Strahlung.


Wie könnte nun eine gute Raumfahrtstrategie aussehen? Stellen wir zunächst das Organisatorische hintan - ob das Programm von den USA, einem anderen Staat, einem Staatenbund, oder von privaten Konzernen durchgeführt wird, soll fürs Erste Nebensache sein. Es geht mir vorerst um technische Aspekte.

Dazu kann man sich bildlich eine "Leiter ins Weltall" vorstellen. Jede Sprosse entspricht einem weiteren Schritt. Ich möchte hier mit einer kleinen Übersicht zeigen, wie die ersten Leitersprossen nach meinen Vorstellungen aussehen könnten:


1. Billiger Zugang zum Low Earth Orbit (LEO)

Das eigentlich schwierige an der Raumfahrt sind die ersten 400 Kilometer. Wenn man es erstmal geschafft hat, eine niedrige Umlaufbahn zu erreichen, ist es verhältnismäßig leicht, jeden Himmelskörper des Sonnensystems anzufliegen (mehr darüber in einem späteren Artikel!). Um den Kosmos in großem Stil zu erschließen, ist es daher unerlässlich, zuverlässige, schnelle und billige Transportmöglichkeiten zum LEO zu entwickeln. Dies war bei der Entwicklung des Space Shuttles das vorgesehene Ziel, das jedoch nicht erreicht wurde, da der Betrieb der Raumfähren teurer und schwieriger wurde als beabsichtigt - was nicht zuletzt daran lag, dass der externe Tank (die "Zigarre", an der das Shuttle beim Start hängt) nicht wiederverwendbar ist. Mit der Einmottung der Shuttles im Laufe dieses Jahres werden wieder nur konventionelle Trägerrakten zur Verfügung stehen, wie sie seit den 1950ern eingesetzt werden. Es gibt jedoch verschiedene Möglichkeiten, dieses Problem in Angriff zu nehmen. Egal, ob es sich um Weltraumflugzeuge nach der Art des Skylons von der Firma Reaction Engines Ltd., um SSTO-Raketen (Single Stage to Orbit: Raketen, die das LEO mit einer einzigen Stufe erreichen können), oder um exotischere Technologien wie elektromagnetische Katapulte handeln wird: Erst wenn Systeme zur Verfügung stehen, mit denen sich schnell viel Material in niedrige Umlaufbahnen bringen lässt, wird es möglich sein, Raumfahrt in größerem Umfang zu betreiben.

Idealerweise sollten diese Systeme komplett wiederverwendbar sein. Anders als die gebräuchlichen "Wegwerfraketen" aus nacheinander wegfallenden Stufen, sollte das gesamte Gerät nach jedem Flug nur eine kurze Wartungsphase durchlaufen müssen, um dann frisch betankt erneut aufsteigen zu können - ähnlich einem Verkehrsflugzeug. Interessanterweise wurden Raumfahrzeuge aus diesem Grunde bisher von Ingenieuren oft eher als Munition als als Flugzeuge angesehen: Das meiste Material wurde unterwegs abgeworfen und stand nicht zu einem erneuten Einsatz zur Verfügung. Mit der Entwicklung vollständig wiederverwendbarer Systeme könnte sich das rasch ändern.


2. Bau von Werften und Treibstofflagern im LEO

Der nächste Schritt sollte sein, in niedrigen Umlaufbahnen eine Infrastruktur zum Bau und Betanken von Schiffen einzurichten. Hierzu könnten größere Geschwister der ISS dienen: Ständig bemannte Raumstationen, in deren Nähe große interplanetare Raketen zusammengebaut werden können. Diese werden möglicherweise über NERVA-artige Nukleartriebwerke verfügen (später über Fusionsantriebe) und Wasserstoff als Reaktionsmasse nutzen. Letzterer könnte einerseits als Press- oder Flüssiggas in kugelförmigen Tanks gelagert werden, andererseits aber auch in Form von Wasser, was zwei Vorteile hätte: Zum einen ist Wasser wesentlich weniger flüchtig als Wasserstoff und neigt nicht dazu, durch Stahlwände zu diffundieren, andererseits entsteht bei der Spaltung von Wasser auch Sauerstoff, der sowohl für Lebenserhaltungssysteme wie auch als Oxydator für chemische Antriebe zur Verfügung stünde. Zur Spaltung wäre allerdings eine zusätzliche Energiequelle erforderlich - ein Kernreaktor oder Solarkollektoren.

Die bemannten Teile der Stationen könnten aus Rotationszellen bestehen, um den Besatzungen eine gewisse Schwere zu verleihen. Später ließen sich einige der Stationen auch ganz allmählich anheben (z. Bsp. durch Ionentriebwerke), bis sie eine geostationäre Umlaufbahn in 30 000 km Höhe erreichen. Dort könnten sie dann als "Kopfbahnhöfe" für Orbitallifte dienen.

Konzept einer großen Raumstation im LEO.

Artwork by Robert T. McCall.

3. Erdnahe Asteroide - wir kommen!

Aus den oben erwähnten Gründen sind erdnahe Asteroide eines der attraktivsten Ziele jenseits der Mondbahn. Bemannte Flüge zu ihnen werden dabei hilfreich sein, spätere Bergbaumissionen vorzubereiten und Erfahrungen für weiterreichende Missionen ins Sonnensystem zu sammeln.


4. Vom Mars zurück zum Mond und weiter zur Venus

In welcher Reihenfolge man die folgenden Schritte durchführt ist eigentlich irrelevant. Wenn es darum geht, einen Planeten nur zu besuchen und sich nicht dauerhaft niederzulassen, könnte es am sinnvollsten sein, zuerst den Mars anzufliegen, da der Erdtrabant bereits mehrfach Besuch bekommen hat. Aber auch ein Venus-Flyby wäre eine interessante Option. Später wird man die Sphäre dauerhafter menschlicher Präsenz weiter nach draußen schieben - mit einer ständig bemannten Mondbasis. Große, interferometrisch zusammengeschaltete Teleskope auf der Mondoberfläche werden unter anderem nach erdähnlichen Exoplaneten suchen, die als Ziel für interstellare Missionen in Frage kommen, und der Regolith (der Mondstaub) könnte als Quelle von Helium-3 als Brennstoff für Fusionsreaktoren bedeutsam werden.


So könnten die ersten Schritte ins Sonnensystem aussehen. Aber das ist natürlich erst der Anfang! Mit etwas Glück werden wir gegen Ende des 21. oder zu Beginn des 22. Jahrhunderts bemannte Forschungsstationen im Orbit um die Gasriesen sehen. Und die ersten vorsichtigen Überlegungen in Richtung interstellare Raumfahrt werden bereits heute angestellt.

Zum Schluß dieses Artikels möchte ich einfach Konstantin Ziolkowski (den Urvater der modernen Raumfahrttechnik) sprechen lassen: "Es stimmt, die Erde ist die Wiege der Menschheit, aber der Mensch kann nicht ewig in der Wiege bleiben."