Hoe koloniseren we Mercurius?

De mensheid droomt er al lang van om zich op andere werelden te vestigen, zelfs voordat we de ruimte in gingen. We hebben het gehad over het koloniseren van de maan en Mars, en zelfs over het vestigen op exoplaneten in verre sterrenstelsels. Maar hoe zit het met de andere planeten in onze eigen achtertuin? Als het gaat om het zonnestelsel, is er veel potentieel onroerend goed dat we niet echt overwegen.

Wel, denk aan Mercurius. Hoewel de meeste mensen het niet vermoeden, de dichtstbijzijnde planeet van onze zon is eigenlijk een potentiële kandidaat voor vestiging. Terwijl het ervaart extremen in temperatuur – zwaartekracht tussen hitte die onmiddellijk zou kunnen koken een mens tot koude die zou kunnen flash-vriezen vlees in seconden – het eigenlijk potentieel heeft als starter kolonie.

Voorbeelden in fictie:

Het idee van het koloniseren van Mercurius is onderzocht door science fiction schrijvers voor bijna een eeuw. Het is echter pas sinds het midden van de 20e eeuw dat kolonisatie op een wetenschappelijke manier wordt behandeld. Enkele van de vroegst bekende voorbeelden hiervan zijn de korte verhalen van Leigh Brackett en Isaac Asimov in de jaren ’40 en ’50.

In het werk van eerstgenoemde is Mercurius een tidally-locked planeet (wat astronomen destijds geloofden) die een “Schemer Gordel” heeft die wordt gekenmerkt door extremen in hitte, koude, en zonnestormen. Sommige van Asimov’s vroege werk bevatte korte verhalen waarin een vergelijkbaar getidally-locked Mercurius de setting was, of personages kwamen uit een kolonie op de planeet.

Deze omvatten “Runaround” (geschreven in 1942, en later opgenomen in I, Robot), die draait om een robot die speciaal is ontworpen om te gaan met de intense straling van Mercurius. In Asimovs moordmysterie “The Dying Night” (1956) – waarin de drie verdachten afkomstig zijn van Mercurius, de Maan en Ceres – zijn de omstandigheden van elke locatie de sleutel om erachter te komen wie de moordenaar is.

In 1946 publiceerde Ray Bradbury “Frost and Fire”, een kort verhaal dat zich afspeelt op een planeet die wordt beschreven als liggend naast de zon. De omstandigheden op deze wereld verwijzen naar Mercurius, waar de dagen extreem heet zijn, de nachten extreem koud, en de mensen slechts acht dagen leven. Arthur C. Clarke’s Islands in the Sky (1952) bevat een beschrijving van een schepsel dat leeft op wat destijds werd beschouwd als de permanent donkere kant van Mercurius en dat af en toe het schemergebied bezoekt.

In zijn latere roman, Rendez-vous with Rama (1973), beschrijft Clarke een gekoloniseerd zonnestelsel met daarin de Hermians, een geharde tak van de mensheid die op Mercurius leeft en gedijt op de export van metalen en energie. Dezelfde setting en planetaire identiteiten worden gebruikt in zijn roman Imperial Earth uit 1976.

In Kurt Vonnegut’s roman The Sirens of Titan (1959) speelt een deel van het verhaal zich af in grotten die zich aan de donkere kant van de planeet bevinden. Larry Niven’s korte verhaal “The Coldest Place” (1964) plaagt de lezer door een wereld te presenteren waarvan wordt gezegd dat het de koudste plek in het zonnestelsel is, om vervolgens te onthullen dat het de donkere kant van Mercurius is (en niet Pluto, zoals algemeen wordt aangenomen).

Mercurius dient ook als een locatie in veel van Kim Stanley Robinson’s romans en korte verhalen. Deze omvatten The Memory of Whiteness (1985), Blue Mars (1996), en 2312 (2012), waarin Mercurius de thuisbasis is van een enorme stad genaamd Terminator. Om de schadelijke straling en hitte te vermijden, rolt de stad rond de evenaar van de planeet op sporen, gelijke tred houdend met de rotatie van de planeet zodat ze de zon voor blijft.

In 2005 publiceerde Ben Bova Mercury (deel van zijn Grand Tour serie) dat handelt over de verkenning van Mercurius en de kolonisatie ervan omwille van het benutten van zonne-energie. Charles Stross’ roman Saturn’s Children uit 2008 gaat over een soortgelijk concept als Robinsons 2312, waarin een stad genaamd Terminator het oppervlak op rails doorkruist, gelijke tred houdend met de rotatie van de planeet.

Voorgestelde methoden:

Er bestaan een aantal mogelijkheden voor een kolonie op Mercurius, vanwege de aard van zijn rotatie, omloopbaan, samenstelling en geologische geschiedenis. De langzame rotatieperiode van Mercurius betekent bijvoorbeeld dat de ene kant van de planeet gedurende langere perioden naar de zon is gericht – met temperaturen tot 427 °C (800 °F) – terwijl de kant die van de zon is afgekeerd extreme kou ervaart (-193 °C; -315 °F).

Bovendien betekent de snelle omlooptijd van de planeet van 88 dagen, gecombineerd met zijn siderische rotatieperiode van 58,6 dagen, dat het ruwweg 176 aardedagen duurt voordat de zon weer op dezelfde plaats aan de hemel staat (d.w.z. een zonnedag). In wezen betekent dit dat een enkele dag op Mercurius even lang duurt als twee van zijn jaren. Dus als er een stad aan de nachtzijde zou zijn, met rupsbanden om de zon voor te blijven, zouden de mensen er kunnen wonen zonder bang te hoeven zijn dat ze verbranden.

Daar komt nog bij dat Mercurius’ zeer geringe axiale schuinte (0,034°) betekent dat zijn poolgebieden permanent in de schaduw liggen en koud genoeg zijn om er waterijs te bevatten. In de noordelijke regio werden in 2012 een aantal kraters waargenomen door NASA’s MESSENGER-sonde, die het bestaan van waterijs en organische moleculen bevestigden. Wetenschappers geloven dat de zuidpool van Mercurius ook ijs kan bevatten, en beweren dat naar schatting 100 miljard tot 1 biljoen ton waterijs aan beide polen kan bestaan, dat op sommige plaatsen tot 20 meter dik kan zijn.

In deze regio’s zou een kolonie kunnen worden gebouwd met behulp van een proces dat “paraterravorming” wordt genoemd – een concept dat in 1992 door de Britse wiskundige Richard Taylor is uitgevonden. In een artikel getiteld “Paraterraforming – The Worldhouse Concept”, beschreef Taylor hoe een omhulsel onder druk over de bruikbare oppervlakte van een planeet kan worden geplaatst om een op zichzelf staande atmosfeer te creëren. Na verloop van tijd zou de ecologie binnen deze koepel kunnen worden aangepast om aan de menselijke behoeften te voldoen.

In het geval van Mercurius zou dit inhouden dat er een ademende atmosfeer zou worden ingepompt, en dat vervolgens het ijs zou worden gesmolten om waterdamp en natuurlijke irrigatie te creëren. Uiteindelijk zou het gebied binnen de koepel een leefbare habitat worden, compleet met zijn eigen watercyclus en koolstofcyclus. Als alternatief zou het water verdampt kunnen worden, en zuurstofgas gecreëerd door het bloot te stellen aan zonnestraling (een proces dat bekend staat als fotolyse).

Een andere mogelijkheid zou zijn om ondergronds te bouwen. De NASA speelt al jaren met het idee om kolonies te bouwen in stabiele, ondergrondse lavabuizen, waarvan bekend is dat ze op de maan voorkomen. En geologische gegevens die zijn verkregen door de MESSENGER-sonde tijdens flybys die deze tussen 2008 en 2012 heeft uitgevoerd, hebben geleid tot speculaties dat stabiele lavabuizen ook op Mercurius zouden kunnen bestaan.

Hieronder valt informatie die is verkregen tijdens de flyby van de sonde in 2009 van Mercurius, waaruit bleek dat de planeet in het verleden veel geologisch actiever was dan eerder werd gedacht. Bovendien begon MESSENGER in 2011 vreemde gaten in de vorm van Zwitserse kaas op het oppervlak te zien. Deze gaten, die “hollows” worden genoemd, zouden erop kunnen wijzen dat er op Mercurius ook ondergrondse buizen bestaan.

Koloniën die in stabiele lavabuizen zijn gebouwd, zouden op natuurlijke wijze zijn afgeschermd tegen kosmische en zonnestraling en extreme temperaturen, en zouden onder druk kunnen worden gezet om een ademende atmosfeer te creëren. Bovendien ondergaat Mercurius op deze diepte veel minder temperatuurschommelingen en zou het warm genoeg zijn om bewoonbaar te zijn.

Mogelijke voordelen:

Op het eerste gezicht lijkt Mercurius op de Maan van de Aarde, dus het vestigen ervan zou op veel van dezelfde strategieën berusten als het vestigen van een maanbasis. Het heeft ook overvloedige mineralen te bieden, die de mensheid kunnen helpen in de richting van een post-schaarste economie. Net als de aarde is Mercurius een aardse planeet, wat betekent dat hij bestaat uit silicaatgesteenten en metalen die zijn onderverdeeld in een ijzeren kern en een silicaatkorst en -mantel.

Mercurius bestaat echter voor 70% uit metalen, terwijl de samenstelling van de aarde 40% metaal is. Bovendien heeft Mercurius een bijzonder grote kern van ijzer en nikkel, die 42% van zijn volume uitmaakt. Ter vergelijking: de kern van de aarde maakt slechts 17% van haar volume uit. Als Mercurius zou worden ontgonnen, zouden er dus genoeg mineralen kunnen worden geproduceerd om de mensheid voor onbepaalde tijd te onderhouden.

De nabijheid van de zon betekent ook dat het een enorme hoeveelheid energie zou kunnen opwekken. Dit zou kunnen worden verzameld door orbitale zonnepanelen, die in staat zouden zijn om constant energie op te vangen en naar de oppervlakte te stralen. Deze energie zou dan naar andere planeten in het zonnestelsel kunnen worden gestraald met behulp van een reeks overdrachtstations die op Lagrange-punten zijn geplaatst.

Ook is er de kwestie van de zwaartekracht van Mercurius, die 38% van de normale aardse zwaartekracht bedraagt. Dat is meer dan twee keer zoveel als bij de maan, dus kolonisten kunnen zich daar makkelijker aan aanpassen. Tegelijkertijd is de zwaartekracht ook laag genoeg om voordelen te bieden voor de export van mineralen, omdat schepen die van Mercurius vertrekken minder energie nodig hebben om een ontsnappingssnelheid te bereiken.

Ten slotte is er nog de afstand tot Mercurius zelf. Met een gemiddelde afstand van ongeveer 93 miljoen km, varieert Mercurius van 77,3 miljoen km tot 222 miljoen km van de aarde. Daarmee is het een stuk dichterbij dan andere mogelijke grondstofrijke gebieden zoals de asteroïdengordel (329 – 478 miljoen km ver), Jupiter en zijn manenstelsel (628,7 – 928 miljoen km), of Saturnus (1,2 – 1,67 miljard km).

Ook bereikt Mercurius elke 116 dagen een benedenconjunctie – het punt waarop het het dichtst bij de aarde is -, wat aanzienlijk korter is dan Venus of Mars. In principe zouden missies naar Mercurius bijna elke vier jaar gelanceerd kunnen worden, terwijl de lanceringen naar Venus en Mercurius respectievelijk elke 1,6 jaar en 26 maanden zouden moeten plaatsvinden.

In termen van reistijd zijn er verschillende missies naar Mercurius opgezet die ons een schatting kunnen geven van hoe lang het zou kunnen duren. Bijvoorbeeld, de eerste ruimtevaartuig naar Mercurius, NASA’s Mariner 10 ruimtevaartuig (gelanceerd in 1973), nam ongeveer 147 dagen om er te komen.

Meer recent, NASA’s MESSENGER ruimtevaartuig gelanceerd op 3 augustus 2004 naar Mercurius in een baan te bestuderen, en maakte zijn eerste flyby op 14 januari 2008. In totaal duurde het dus 1.260 dagen om van de aarde naar Mercurius te reizen. De langere reistijd was te wijten aan ingenieurs die de sonde in een baan rond de planeet wilden brengen, zodat het met een lagere snelheid moest gaan.

Uitdagingen:

Natuurlijk zou een kolonie op Mercurius nog steeds een enorme uitdaging zijn, zowel economisch als technologisch. De kosten van het vestigen van een kolonie waar dan ook op de planeet zou enorm zijn, en zou overvloedige materialen vereisen die van de Aarde moeten worden verscheept, of ter plaatse worden gedolven. Hoe dan ook, een dergelijke operatie zou een grote vloot ruimteschepen vereisen die de reis in een respectabele hoeveelheid tijd zou kunnen maken.

Zo’n vloot bestaat nog niet, en de kosten van het ontwikkelen ervan (en de bijbehorende infrastructuur om alle benodigde middelen en voorraden naar Mercurius te krijgen) zouden enorm zijn. Vertrouwen op robots en in-situ resource utilization (ISRU) zou zeker kosten besparen en de hoeveelheid materiaal die verscheept zou moeten worden verminderen. Maar deze robots en hun operaties zouden moeten worden afgeschermd van straling en zonnevlammen totdat ze de klus hebben geklaard.

Basically, the situation is like to trying to establish a shelter in the middle of a thunderstorm. Als het eenmaal klaar is, kun je gaan schuilen. Maar in de tussentijd, zul je waarschijnlijk nat en vies worden! En zelfs als de kolonie eenmaal compleet is, hebben de kolonisten zelf te maken met de altijd aanwezige gevaren van blootstelling aan straling, decompressie, en extreme hitte en kou.

Als zodanig, als er een kolonie op Mercurius zou worden gesticht, zou deze sterk afhankelijk zijn van de technologie (die nogal geavanceerd zou moeten zijn). Ook, tot de tijd dat de kolonie werd zelfvoorzienend, degenen die er wonen zou afhankelijk zijn van levering zendingen die regelmatig zou moeten komen van de Aarde (weer, verzendkosten!)

Toch, zodra de nodige technologie is ontwikkeld, en we konden een kosteneffectieve manier om een of meer nederzettingen te maken en schip naar Mercurius, konden we uitkijken naar het hebben van een kolonie die ons zou kunnen voorzien van onbeperkte energie en mineralen. En we zouden een groep menselijke buren hebben, bekend als Hermians!

Zoals met alles wat met kolonisatie en terravorming te maken heeft, als we eenmaal hebben vastgesteld dat het in feite mogelijk is, is de enige overgebleven vraag “hoeveel zijn we bereid uit te geven?”