[i]Von Prof. Dr. Friedwardt Winterberg[/i]
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[i]Friedwardt Winterberg promovierte 1955 in München bei Werner Heisenberg. Danach war er 1955 bis 1959 Gruppenleiter am Forschungsreaktor Geesthacht bei Kurt Diebner und arbeitete mit an der Entwicklung des Konzepts für das reaktorgetriebenen Frachtschiff Otto Hahn. 1959 ging er in die USA und ist seit 1963 Professor für theoretische Physik an der University of Nevada in Reno.[/i]
[i]Winterberg beschäftigte sich u. a. mit Allgemeiner Relativitätstheorie und Plasmaphysik. Darüber hinaus publizierte er zahlreiche Artikel über Trägheitsfusionskonzepte. Schon in den fünfziger Jahren schlug er einen Raumschiffsantrieb über thermonukleare Mikroexplosionen vor, der auch für interstellare Reisen geeignet sein sollte. Für seine Arbeit über nuklearen Antrieb in der Raumfahrt erhielt er 1979 die Herman-Oberth-Goldmedaille der „Herman Oberth-Werner von Braun International Space Flight Foundation“. Er ist Mitglied der Internationalen Astronautischen Akademie in Paris, wo er Mitglied des Komitees für interstellare Raumfahrt war, und Ehrenmitglied der deutschen Lilienthal-Oberth Gesellschaft.[/i]
[i]Der folgende Aufsatz von Friedwardt Winterberg erschien im April 1981 in der Zeitschrift Fusion (2/1981).[/i]
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Die vier größten technischen Errungenschaften des zwanzigsten Jahrhunderts sind das Flugzeug, die Entdeckung und Nutzbarmachung der Kernspaltung, die Entwicklung der Weltraumrakete bis hin zur Apollo-Mondlandung im Jahre 1969 und die kontrollierte Kernfusion. Die ersten drei Errungenschaften sind bereits Geschichte; die Erschließung der Kernfusionsenergie wird bis zum Ende dieses Jahrhunderts gelingen, womöglich sogar noch vor 1985.
Ich halte mich keineswegs für einen Anhänger der Pseudowissenschaft namens Futurologie, wo man die Zukunft vorauszusagen versucht, indem man gegenwärtige Entwicklungstrends einfach extrapoliert. Dieses Unterfangen ist zumindest als sehr schwierig zu bezeichnen, denn wie die Zukunft aussieht, wird weitgehend von Erfindungen und Entdeckungen abhängen, an die jetzt noch niemand denkt.
Doch die Relativitätstheorie lehrt uns, daß Vergangenheit, Gegenwart und Zukunft eng miteinander zusammenhängen. Und wenn wir etwas über die Gegenwart wissen, dann sollte es möglich sein, zumindest die Umrisse der Zukunft zu erkennen.
Von unserem gegenwärtigen Stand der wissenschaftlichen Erkenntnis und technischen Entwicklung können wir darauf schließen, welche Entdeckungen und technischen Umwälzungen dem Menschen bis zur Jahrhundertwende und darüber hinaus vermutlich gelingen werden.
Die Verwirklichung der gesteuerten Kernverschmelzung ist von ähnlicher Bedeutung wie die Erfindung des Feuers. Doch die Kernfusion ist ein Feuer neuer Art; sie bedeutet, daß der Mensch auf der Erde einen kleinen Stern entzünden kann. Im Unterschied zum herkömmlichen chemischen Feuer erfordert die Kernfusion Temperaturen uni 140 Millionen Grad, wie sie in den Sternen, z.B. in unserer Sonne, herrschen.
[subhead]Die Entdeckung der Kernfusionsenergie[/subhead]
Eines der herausragenden Probleme, das die Wissenschaft im vorigen Jahrhundert beschäftigte, war die Frage, wie die Sonne so viele Milliarden Jahre scheinen konnte, daß die biologische Evolution möglich war. Um die Jahrhundertwende sagte Lord Rayleigh an die Adresse Darwins gewandt: Ich gebe Ihrer Evolution nur einige Millionen Jahre Zeit, denn nur so lange könnte die Sonne durch allmähliche Schrumpfung ständig Wärme abgeben.
Damals kannte man keinen anderen physikalischen Prozeß, der das hätte leisten können. Doch Darwin wußte, daß seine Evolutionstheorie viele Milliarden Jahre Zeit brauchte. Die Wissenschaft verfolgte dieses Problem sehr gespannt; als das Radium entdeckt wurde, das den ersten Hinweis auf die Kernenergie gab, spekulierten manche Wissenschaftler, daß die Sonne aus Radium bestehen könnte. Doch das ist natürlich nicht der Fall.
Als Einstein und Poincaré die Spezielle Relativitätstheorie entdeckten, nach der [i]E=mc[/i] ist, erfuhren wir, daß Materie enorm viel Energie enthält. Nun stellte sich die Frage: Wie kann man sie freisetzen? Diese Frage wurde im Jahr 1928 beantwortet, als gezeigt werden konnte, daß bestimmte leichte Atomkerne bei sehr hohen Temperaturen miteinander verschmelzen und dabei sehr viel Energie freisetzen.
Dennoch beharrte Ford Rutherford noch zwei Jahre später anläßlich einer berühmten Physiker-Tagung auf seiner Ansieht, daß die Freisetzung der Kernfusionsenergie auf der Erde in das Reich der Phantasie gehöre und niemals realisiert werden könnte. Wenige Jahre darauf wurde die Kernspaltung entdeckt.
An dieser Geschichte sehen wir, wie schnell die Erkenntnis sich fortentwickelt. Die Futurologen sollten sich daran ein Beispiel nehmen und hei ihren Prognosen zurückhaltender sein.
Die Entdeckung der Kernspaltung lieferte dem Menschen zweierlei: eine neue Energiequelle, mit der niemand gerechnet hatte, und ein „Zündholz“ von solcher Stärke, daß sich damit die noch viel stärkere Kernverschmelzungs-Reaktion entzünden läßt. Über die Nutzung der Kernfusion zur Strom- und Prozeßwärmeerzeugung ist schon viel geschrieben und gesagt worden. Die Strom und Wärmeerzeugung ist aber nur eine mögliche Anwendung der Kernfusion; eine weitere liegt im Bereich der Weltraumfahrt.
Man kann sagen, daß die Weltraumfahrt erst mit der Kernfusion richtig beginnt.
[subhead]Der Raketenantrieb[/subhead]
Die Weiterentwicklung der Weltraumfahrt stellt uns vor eine große Herausforderung: Es muß ein Raketenantrieb entwickelt werden, der große Nutzlasten in kurzer Zeit auf sehr hohe Geschwindigkeit beschleunigen kann, so daß bemannte Raumflüge zu entfernten Planeten praktisch durchführbar werden. Das ApolloProgramm zeigte, daß Menschen auf anderen Himmelskörpern des Sonnensystems landen können. Große Lasten können sie aber bisher nicht dabei mitführen. Der Mond ist der Erde noch verhältnismäßig nahe. Mit einem chemischen Raketenantrieb würde ein Flug zum Mars Jahre dauern, und die Astronauten müßten sich mit einem Raumfahrzeug zufriedengeben, das im inneren nicht mehr Platz bietet als ein Bus. In einem so kleinen Raumfahrzeug, das jahrelang unterwegs ist, ist es nur sehr schwer zu gewährleisten, daß keine technischen Pannen auftreten. Eine solche Umgebung ist offensichtlich keine realistische Voraussetzung für lange Raumflüge.
Ein chemischer Raketenantrieb ist nur für unbemannte Raumsonden ausreichend. Doch unbemannte Sonden sind aus wissenschaftlichen Gründen unbefriedigend, weil sie die gestellten Aufgaben nicht optimal lösen können. Was werden wir auf dem Mars oder in anderen Bereichen des Sonnensystems vorfinden? Nur der Mensch mit seiner geistigen Anpassungsfähigkeit ist imstande, auf völlig unerwartete Vorkommnisse sinnvoll zu reagieren. Vorprogrammierte Roboter können das nicht.
Erst mit dem Kernfusions-Antrieb - auch die Kernspaltung ist hierfür unzureichend - wird der bemannte Flug zu entfernten Planeten praktisch durchführbar. Der Mensch wird dann das Sonnensystem nicht nur erforschen, sondern es auch kolonisieren und wirtschaftlich nutzen können. Das ist einer der Gründe, weshalb alle, die an der Kernfusion arbeiten, so begeistert darüber sind.
Das Hauptproblem der Raketentechnik ist die Ausströmungsgeschwindigkeit des Arbeitsmediums; sie muß möglichst hoch sein. Die maßgebliche Größe für die Leistungsfähigkeit eines Rückstoßantriebs ist sein sog. [i]spezifischer Impuls[/i], d.h. der vom Triebwerk gelieferte Schub bezogen auf den je Sekunde erfolgenden Massendurchsatz des Arbeitsmediums, gemessen in m/s. Zuweilen wird der spezifische Impuls anders definiert und in Sekunden angegeben.
Je heißer das Gas, das hei der Verbrennung des Treibstoffs entsteht, desto stärker die Bewegung der Gasmoleküle und desto höher also die Ausströmgeschwindigkeit. Die Produkte einer Kernverschmelzungsreaktion erteilen wegen ihrer extrem hohen Temperatur und hohen Geschwindigkeit - 10[sup]6[/sup] Meter pro Sekunde - der Rakete einen sehr hohen spezifischen Impuls von 100.000 Sekunden. Chemische Raketentriebwerke haben einen spezifischen Impuls von höchstens 450 Sekunden. und Kernspaltungs-Triebwerke höchstens 1000 Sekunden.
Bei der Verbrennung eines chemischen Treibstoffs erreichen die Gasmoleküle eine Ausströmgeschwindigkeit von einigen Kilometern pro Sekunde, im besten Fall etwa 4 km/s. Einer der leistungsfähigsten chemischen Treibstoffe ist die Kombination Wasserstoff/Sauerstoff; sie wurde z.B. in der dritten Stute der Saturn-Rakete verwendet.
Wir wissen aus der Raketentheorie, daß die Endgeschwindigkeit mit einer dreistufigen Rakete bis auf das Dreifache der Strahlgeschwindigkeit gesteigert werden kann. Um der Schwerkraft der Erde zu entkommen, muß eine Rakete etwa 12 km/s erreichen können, was nur mit einer Mehrstufenrakete möglich ist. Jede Stufe kann eine Geschwindigkeit von etwa 3 km/s erreichen; wenn drei Stuten aufeinander gesetzt werden, kann ein Flugkörper dem Schwerefeld der Erde entkommen und z.B. den Mond erreichen. Die höchste Geschwindigkeit, die mit einem chemischen Antrieb erreicht werden kann, beträgt 10 bis 20 km/s.
Ein chemischer Raketenantrieb reicht gerade aus, um dem Schwerefeld der Erde zu entkommen; wenn wir mit einem solchen Antrieb zum Mars fliegen wollen, müssen wir eine Flugzeit von einigen Jahren in Kauf nehmen. Um in kürzester Zeit, höchstens einigen Wochen, zum Mars zu gelangen, brauchen wir eine höhere Strahlgeschwindigkeit. Dazu ist ein Treibstoff mit viel höherer Energiedichte und damit höherer Verbrennungstemperatur notwendig.
Der thermonukleare Raketenantrieb ist die Lösung. Bei der Kernverschmelzung betragen die Temperaturen typisch 100 Millionen Grad; bei der chemischen Verbrennung nur einige tausend Grad. Mit einem Kernfusions-Raketenmotor ist eine Strahlgeschwindigkeit von einigen tausend Kilometern pro Sekunde erreichbar; bei chemischen Raketen demgegenüber nur einige Kilometer pro Sekunde.
Man würde das thermonuklear angetriebene Raumschiff in der Erdumlaufbahn montieren, weil die Schwerelosigkeit den Bau sehr großer Strukturen erlaubt, so groß, daß sie von der Erdoberfläche aus nicht starten könnten. Alle Bestandteile des Raumschiffs würden von chemisch angetriebenen Raumfähren in die Umlaufbahn befördert; für den Aufstieg von einem Planeten in die Umlaufbahn ist der chemische Antrieb stets am besten geeignet. Das Raumschiff könnte einige tausend, ja Millionen Tonnen Nutzlast aus der Erdumlaufbahn z.B. in eine Marsumlaufbahn befördern. Für den Abstieg auf die Marsoberfläche würden dann wieder chemische Raketen verwendet.
[subhead]Thermonukleare Mikroexplosionen[/subhead]
Das Raumschiff würde durch thermonukleare Mikroexplosionen angetrieben, bei denen jeweils nur relativ wenig Energie frei wird, um viele Größenordnungen weniger als bei einer Wasserstoffbombe. Das verwendete Kernfusionsverfahren ist als „Trägheitseinschluß“ bekannt. Kernfusion mit magnetischem Einschluß ist aus Gründen, auf die ich hier nicht eingehen will, für den Raketenantrieb nicht so gut geeignet. Der Trägheitseinschluß ist ideal für diese Zwecke. Durch Beschuß mit Laser- oder lonenstrahlen werden kleine thermonukleare Explosionen gezündet, gerade so stark, daß sie sich in einem Reaktor zur Energieerzeugung bändigen oder als Raketenantrieb verwenden lassen.
Die Raketenfachleute träumen schon immer von einem Antrieb, der einen hohen spezifischen Impuls, d.h. eine sehr hohe Strahlgeschwindigkeit des Arbeitsmediums, mit einem sehr hohen Schub verbindet. Ein chemischer Antrieb, z.B. bei der Saturn-Rakete, kann einen sehr hohen Schub von bis zu einigen tausend Tonnen erreichen, aber die Ausströmgeschwindigkeit beträgt nur ein bis zwei km/s.
Als weiteres Verfahren hat man den Ionenantrieb ins Auge gefaßt; als Arbeitsmedium dient hier ein auf hohe Geschwindigkeit beschleunigter Ionenstrahl. Dieses System gewährleistet einen hohen spezifischen Impuls, aber der Schub wäre sehr gering. So würde es auch mit einem lonenstrahl-Antrieb Jahre dauern, um zum Mars zu fliegen, denn es würde lange dauern, bis das Raumfahrzeug eine hohe Geschwindigkeit erreicht.
Der spezifische Impuls ist wie gesagt das Verhältnis von Schubkraft zu Massendurchsatz des Arbeitsmediums - je höher der spezifische Impuls, desto höheren Wirkungsgrad hat der Antrieb. Die Schubkraft ist die Antriebskraft, die vom Triebwerk durch Ausstoß von Verbrennungsgasen oder eines anderen Arbeitsmediums erzeugt wird. Beim Fusions-Antrieb auf der Basis thermonuklearer Mikroexplosionen hat man sowohl einen hohen spezifischen Impuls als auch eine sehr hohe Schubkraft. Der Fusionsantrieb verhält sich zum herkömmlichen chemischen Raketenantrieb so wie das Dampfschiff zum Ruderboot.
Beim Kernfusionsantrieb werden Brennstoffpillen von der Größe einer Aspirintablette durch Photonen- oder Teilchenbeschuß gezündet. Bei der Explosion wird typisch das Energieäquivalent von 10 Tonnen TNT, des stärksten chemischen Sprengstoffs, frei. Die Mikroexplosionen erfolgen im Brennpunkt eines konkaven magnetischen Spiegels, dessen Feld von supraleitenden Spulenwicklungen erzeugt wird. Die Mikroexplosionen finden im Sekundentakt statt; ihr Feuerball wird vom magnetischen Spiegel reflektiert, und der erfolgende Rückstoß treibt das Raumschiff vorwärts (siehe Abb. 1 und 2).
Wir sehen, daß für die Entwicklung eines Kernfusions-Raketenantriebs die Kombination zweier neuer Technologien nötig ist: Kernfusion, die bei sehr hohen Temperaturen erfolgt, und Supraleitung, die extrem niedriger Temperaturen bedarf. Der Glutball der Mikroexplosionen ist so heiß, daß er mit dem Raumfahrzeug nicht in Berührung kommen darf. Dieses Problem ist sehr elegant zu lösen, indem man das Raumschiff durch ein Magnetfeld abschirmt, das von supraleitenden Magneten erzeugt wird. Diese müssen mit flüssigem Helium gekühlt werden. Es sei hinzugefügt, daß bei Flügen innerhalb des Sonnensystems die Strahlgeschwindigkeit des Fusionstriebwerkes womöglich zu hoch ist; sie läßt sich durch Hinzufügen von Wasserstoff-Stützmasse zum Abgasstrahl verringern.
Eine Rakete durch Explosionen vorwärts zu treiben, ist eine sehr alte Idee. Sie wurde erstmals um die Jahrhundertwende von dem Berliner Ingenieur Hermann Ganswindt vorgeschlagen. Weil er jedoch kein Physiker war, konnte er sein Konzept nicht bis zuende durchdenken. Etwa um die gleiche Zeit untersuchte ein österreichischer Physiker an der Universität Lemberg (damals in der Tschechoslowakei, heute in der Sowjetunion) dieses Prinzip; er konnte zeigen, daß kein damals bekannter chemischer Sprengstoff stark genug für den Raketenantrieb wäre. Doch Ganswindt prophezeite, daß der Mensch eines Tages einen Explosivstoff finden würde, der die Verwirklichung seines Antriebsprinzips ermöglichte. Es dauerte keine 40 Jahre, bis Hahn und Straßmann in der Kernspaltung einen so leistungsfähigen Explosivstoff entdeckten.
Nach der Entdeckung der Kernspaltung führten Wissenschaftler des amerikanischen Forschungszentrums Los Alamos aus, daß eine Folge von Atomexplosionen geeignet wäre, eine Rakete anzutreiben. Dieser Vorschlag wurde im „Projekt Orion“ ausführlich untersucht, doch man ließ ihn schließlich fallen, weil er vielen zu abenteuerlich vorkam. Im Rückblick erscheint das Projekt aber nicht übermäßig abenteuerlich, und viele halten die Einstellung des Projekts für einen Fehler.
Doch seit 15 Jahren besteht die noch aufregendere Möglichkeit, dieses Projekt unter Verwendung der TrägheitseinschlußKernfusion, d.h. von Mini-Wasserstoffbomben, wiederzubeleben. Diese sind als Antriebsmedium viel effektiver als Atombomben.
Ich erinnere daran, daß die Wasserstoffbombe (Fusionsbombe) stets mit einer Atombombe (Kernspaltungsbombe) gezündet wird. Deren Explosion setzt die noch viel stärkere Kernverschmelzungsreaktion in Gang. Bis Mitte der sechziger Jahre war dies das einzig bekannte Verfahren, um eine thermonukleare Explosion auszulösen. Doch dann wurden Theorien aufgestellt, nach denen man eine Wasserstoffbombe auch auf andere Weise zünden könnte, so daß auch Mini-Wasserstoffbomben möglich wären. Sie könnten so klein sein, daß man sie nicht nur in einem Reaktorgefäß bändigen könnte, sondern auch für den Raketenantrieb würde nutzen können. Der Denkansatz ist ähnlich wie im Projekt Orion, nur daß jetzt anstelle von 5- bis 10-KilotonnenAtombomben relativ kleine Fusionsladungen im Abstand von einigen Sekunden zur Explosion gebracht werden. Diese erzeugen eine sehr hohe Strahlgeschwindigkeit, mit der sich auch bei sehr hoher Nutzlast in kurzer Zeit eine sehr hohe Fluggeschwindigkeit erreichen läßt.
Dr. Edward Teller, einer der Pioniere der Fusionsforschung, glaubt, daß die Kernfusion zum Raketenantrieb noch eher als zur Energieerzeugung genutzt werden wird. Ich weiß nicht, ob ich mich dieser Vorhersage anschließen kann, aber Tellers Ansicht unterstreicht auf jeden Fall, wie nahe die Realisierung des thermonuklearen Raketenantriebs ist.
Wie weit sind wir experimentell? Die vieldiskutierten Laserstrahlen sind nur eine der Möglichkeiten, KernfusionsMikroexplosionen zu zünden. Noch aussichtsreicher erscheint die Verwendung von Teilchenstrahlen. In der Sowjetunion und den USA sind zur Zeit Waffensysteme nach diesem Prinzip in Entwicklung. Wenn wir einen Teilchenstrahl erzeugen können, der als Waffe geeignet ist, dann läßt er sich natürlich auch zur Zündung einer Mini-Wasserstoffbombe verwenden. Die Trägheitseinschluß-Kernfusion muß im Prinzip realisiert sein. ehe man sich über eine waffentechnische Anwendung überhaupt Gedanken machen kann, denn diese benötigt viel höhere Energie. Mit den Strahlenkanonen, die man zur Zeit im amerikanischen Forschungszentrum Sandia und für die sowjetische Angara-Anlage entwickelt, wird die Trägheitseinschluß-Kernfusion bald Realität werden.
Diese Anlagen werden energiereiche Ionen- oder Elektronenstrahlen erzeugen. Richtet man diese von mehreren Seiten gleichzeitig auf eine Brennstoffpille, so wird diese explodieren. Zwar ist es noch nicht geschafft, aber in naher Zukunft ist damit zu rechnen - wenn die physikalischen Berechnungen keine groben Irrtümer enthalten. Sobald wir dieses Ziel erreicht haben, wird ein Kernfusions-Raketenantrieb bald folgen.
[subhead]Bergbau auf anderen Planeten[/subhead]
Sobald die Entwicklung des Kernfusions-Raketenantriebs abgeschlossen ist, brauchen wir eine ganze Flotte von Raumfähren, mit denen die Einzelteile für den Bau eines Großraumschiffs in die Erdumlautbahn gebracht werden. Es wird neben einer großen Besatzung auch schwere Ausrüstungsgegenstände, z.B. Erdbewegungsmaschinen, zum Mars transportieren können. Auch als Zubringer für eine Mondkolonie kann es dienen. Bei den bisherigen Mondlandungen haben wir nur wenige Hektar der Oberfläche erkunden können. Unser Großraumschiff mit Fusionsantrieb kann alles, was eine Mondkolonie benötigt, in die Mondumlaufbahn bringen. Menschen, Baustoffe und Ausrüstungsgegenstände würden mit chemischen Raketen auf dem Mond landen und einen Stützpunkt errichten.
Welchen Sinn hat eine Mondkolonie? Im Kern des Mondes sind sehr wertvolle Metalle konzentriert, die auf der Erde in Zukunft nur noch mit unvertretbarem Aufwand gewonnen werden können. Die Ausbeutung der Mond-Vorkommen wird für die Zukunft der Zivilisation entscheidend sein.
Damit eine technische Zivilisation entstehen und wachsen kann, ist zweierlei nötig: Hochfeste Metalle wie insbesondere Stahl und die zu ihrer Herstellung nötigen Mineralien, und Rohstoffe, die als Energieträger dienen. Was uns auf der Erde an Mineralien zur Verfügung steht, befindet sich in der Erdkruste, ist also nur ein sehr kleiner Teil sämtlicher irdischen Vorkommen. Die wichtigen Schwermetalle sind aufgrund ihres hohen spezifischen Gewichts im Erdkern konzentriert worden, als der Planet noch glutflüssig war. Gold z.B. ist wahrscheinlich nur durch vulkanische Tätigkeit an die Oberfläche gelangt. Viele der bekannten Goldbergwerke im US-Bundesstaat Nevada waren in der Erdfrühgeschichte Vulkane, die Materie aus der Tiefe an die Oberfläche brachten. Es wird als wahrscheinlich angenommen, daß sich im Mittelpunkt der Erde und anderer Planeten Konzentrationen zahlreicher wichtiger Metalle finden.
Auf der Erde werden die Vorkommen dieser Mineralien in Oberflächennähe irgendwann erschöpft sein. Die Frage ist, wo können wir sie sonst herbekommen? Wir können keinen Tunnel zum Erdmittelpunkt bohren, nicht nur weil die Materie dort halbflüssig ist, sondern weil extrem hohe Drücke herrschen - schätzungsweise 3,5 Millionen Atmosphären.
Auf dem Mond sieht das anders aus. Im Mondmittelpunkt beträgt der Druck nur ca. 100.000 Atmosphären. Aus den seismischen Messungen im Rahmen des Apollo-Programms geht hervor, daß auch der Mond einen Kern besitzt, der früher ebenfalls flüssig gewesen sein muß, denn die Mondoberfläche zeigt reichlich Spuren urgeschichtlicher Vulkantätigkeit. Im Kern des Mondes gibt es daher zweifellos reichlich schwere Elemente, die sich ausbeuten lassen. Und ein Tunnel durch den Mond läßt sich bohren, denn ein Druck von 100.000 Atmosphären ist bergbautechnisch beherrschbar.
Diese Aufgabe ist dennoch kein Kinderspiel. Wir könnten nicht einfach einen Schacht anlegen und hinuntersteigen. Wenn man auf der Erde sehr tief in einem Bergwerk mit dem Hammer gegen die Wand schlägt, spritzen die Gesteinssplitter mit der Wucht eines Geschosses fort, denn je tiefer man hinabsteigt, desto größer ist der Druckgradient vom Gestein zum Schacht.
Gibt es eine Möglichkeit, einen Schacht bis zum Mittelpunkt des Mondes zu bohren, der 100.000 Atmosphären Druck aushält? Es gibt sie: Wir benutzen Atomexplosionen. Zuerst bohren wir einen Schacht, so tief es geht. Unten plazieren wir eine starke Atomsprengladung und zünden sie. Die Explosion zermalmt das Gestein, und der Druckgradient wird abgebaut. Wir können die Bohrung durch das gelockerte Gestein weiter vorantreiben, bis wieder festes Gestein erreicht wird. Dort zünden wir eine weitere Atomladung. Auf diese Weise werden wir den Mittelpunkt des Mondes erreichen und dort die gewünschten Metalle abbauen können. Wie auch bei chemischen Sprengungen gibt es nukleare Hohlladungen, um die Sprengwirkung in eine gewünschte Richtung zu lenken, sowie sauberen Nuklearsprengstoff, um radioaktive Kontaminierung zu vermeiden. Hoffen wir nur, daß die Grünen nicht zuerst dort ankommen und per Gerichtsbeschluß unsere Bohrung verbieten lassen.
Auf dem Planeten Merkur können wir Bergbau in der gleichen Weise wie auf dem Mond betreiben. Merkur ist sehr interessant, denn er hat von allen Planeten unseres Sonnensystems die höchste Dichte. Das läßt auf einen hohen Gehalt wertvoller Schwermetalle schließen. Auf dem Merkur können wir sicher in gleicher Weise einen Schacht in die Tiefe treiben wie auf dem Mond. Mit Explosionen von 1000 oder gar 1 Million Megatonnen lassen sich auch Krater aufwerfen, von deren Boden aus wir immer tiefer in den Planeten vordringen und seine Metalle ausbeuten können.
[subhead]Die Marskolonie[/subhead]
Der Mars ist sehr viel eher als der Mond ein Kandidat für einen großen Stützpunkt der Wissenschaft und Industrie, denn er besitzt Wasser, das Wasserstoff und dessen Isotop Deuterium, den Brennstoff für die Kernfusion enthält. Doch auf dem Mars gibt es keine Meere, Seen und Flüsse, so daß wir uns etwas einfallen lassen müssen, um das Wasser zu erschließen.
Die Kernenergie löst auch dieses Problem. Wir bohren einen Schacht, plazieren einen Fusionssprengsatz auf dem Grund und zünden per Teilchenstrahl eine sehr saubere Explosion, die keine radioaktiven Produkte hinterläßt. Auf diese Weise können wir das unter der Oberfläche verborgene Eis in Dampf verwandeln, der dann als Geysir an die Oberfläche tritt und die Kolonie mit Wasser versorgt.
Der Planet Venus ist vorerst leider wenig nutze, weil seine Atmosphäre und Oberfläche zu heiß sind und auch kaum Wasser, dafür aber Schwefelsäuredampf in der Atmosphäre enthalten ist. Merkur können wir hingegen besuchen, weil der Planet keine Atmosphäre hat. Der Mars ist sehr kalt, aber es läßt sich leicht genug Wärme erzeugen, um Leben zu erhalten. Es ist kein Problem, eine Unterkunft auf dem Mars von -100°C auf 20°C zu erwärmen.
Die gleiche Überlegung gilt für die äußeren Planeten. Natürlich können wir auf Jupiter und Saturn nicht landen, weil die Schwerkraft und der atmosphärische Druck zu groß sind. Doch beide Planeten haben Monde, die in der Größe mit den: Merkur vergleichbar, also viel größer als der Erdmond sind. Zwei für die Kolonisierung in Frage kommende Kandidaten sind die Saturnmonde Titan und Dione, die kürzlich von der Raumsonde Voyager 1 fotografiert wurden.
Der Kernfusions-Raketenantrieb eröffnet als Perspektive die Industrialisierung und Kolonisierung des Sonnensystems. Der Mensch der Steinzeit kannte nur die Umgebung seiner Höhle. Im Mittelalter reichte der Blick des Menschen gerade über seine Felder bis zur Burg seines Fürsten, aber über den Horizont reichte es kaum hinaus. Als Ende des Mittelalters das hochseetüchtige Schiff erfunden wurde, sowie das durchsichtige Glas, das die Entwicklung der Astronomie beflügelte, erweiterte sich der menschliche Horizont ständig. Als ich ein Kind war, galt es immer noch als ganz große Sache, nach Amerika zu reisen. Es war eine lange Schiffsreise. Heute fliegen wir in wenigen Stunden von Kontinent zu Kontinent. Wir sind zum planetarischen Menschen geworden. Der Mensch des nächsten Jahrhunderts wird im Sonnensystem Zuhause ein. Das bringt sogar gewisse touristische Aspekte mit sich. Auf dem Mars gibt es eines Canyon der gewaltiger ist als der Grand Canyon in den USA Nach Amerika verlegt, würde er sich von Arizona bis New York erstrecken. Der Mars hat auch einen Vulkan, der viel größer ist als alle irdischen Vulkane. Was das Landschaftsbild angeht, ist der Mars viel interessanter als die Erde.
[subhead]Die Besiedlung der Galaxie[/subhead]
Irgendwann werden wir auch das Sonnenssystem verlassen können.
Vor einigen Jahren erstellte die Britische interplanetarische Gesellschaft eine Studie über ein interstellares Raumfahrzeug mit Fusionsantrieb. Leider ist der vorgesehene Antrieb aber nicht so leistungsfähig, wie wir es gern hätten, so daß eine Reise zu einem Nachbarstern immer noch ca. 50 Jahre dauern würde.
Aber es ist vorstellbar, daß in einigen hundert Jahren, vielleicht auch eher, der interstellare Raumflug praktisch möglich sein wird. Es werden Raumschiffe von der Größe der Stadt New York sein, die alle Bequemlichkeiten der Zivilisation bieten und Tausende von Menschen in ein anderes Sonnensystem bringen können (Abb. 4). Auf einem Planeten mit irdischen Lebensbedingungen würden wir eine Kolonie gründen. Wir würden unbemannte Sonden vorausschicken, die uns sagen, welche der Nachbarsonnen einen solchen Planeten besitzt.
Dann könnte man sich folgendes Denkmodell vorstellen: Den Abstand zwischen Sonnensystemen nehmen wir mit 10 Lichtjahren an; ein Fusionsraumschiff würde vielleicht 50 Jahre brauchen, um zum nächsten Sonnensystem zu gelangen. Nehmen wir an, der Mensch verbreitet sich über die Galaxie; vom ersten Sonnensystem, das er erreicht, fliegt er in alle Richtungen zu benachbarten Sternen weiter, was jeweils 50 bis 100 Jahre dauert. In jedem neuen Sonnensystem verbringen die Menschen etwa 1000 Jahre mit dem Aufbau einer neuen technischen Zivilisation. Dann wären sie soweit, wiederum die jeweils nächsten Sonnensysteme zu kolonisieren.
Wenn wir uns alle 1000 Jahre um etwa 10 Lichtjahre fortbewegen, hätten wir eine Ausbreitungsgeschwindigkeit von einem Hundertstel der Lichtgeschwindigkeit. Die Milchstraße hat 100.000 Lichtjahre Durchmesser; das heißt, in 10 Millionen Jahren würde der Mensch die gesamte Galaxie besiedelt haben.
Unsere Milchstraße ist ca. 10 Milliarden Jahre alt, unser Sonnensystem ca. 4 bis 5 Milliarden Jahre, und die ältesten Sterne der „Population I“, die schwere Elemente enthalten, z.B. unsere Sonne, etwa doppelt so alt. 10 Millionen Jahre ist verglichen mit dem Alter der Milchstraße sehr wenig. Eine fortgeschrittene technische Zivilisation hätte also reichlich Zeit gehabt, sich über die Milchstraße auszubreiten.
Weshalb haben wir dann noch keinen Besuch bekommen''? Das beschriebene Denkmodell braucht schließlich nicht mehr als 10 Millionen Jahre Zeit. Meine Antwort auf dieses Paradox lautet, daß wir zumindest in unserer Milchstraße einzigartig sind.
Man erinnere sich, daß die Natur stets großzugig verfährt; sie arbeitet mit Fülle, sie läßt z.B. viel mehr Samen reifen als nötig wäre. Angenommen, in jeder zehnten Galaxie gäbe es eine technische Zivilisation. Es gibt schätzungsweise 100 Milliarden Galaxien, so daß dann 10 Milliarden technische Zivilisationen gleichzeitig existieren. Mehr als eine technische- Zivilisation in einer Galaxie anzutreffen, wäre eine große Ausnahme.
Nicht nur auf der Erde. sondern im ganzen Sonnensystem sind wir jedenfalls einzigartig. Der Mond ist zu klein, um eine Atmosphäre festzuhalten, wenn er sich auch in der richtigen Entfernung von der Sonne befindet, nämlich fast in derselben wie die Erde. Die Venus ist groß genug, fast von gleicher Größe wie die Erde. aber sie ist der Sonne zu nahe. Aus Radaruntersuchungen wissen wir, daß sie einst erdähnlich war; sie hatte Kontinente und Meere, aber dann verlor sie ihre Ozeane. Der Mars ist von der Sonne zu weit entfernt, als daß sich Leben entwickeln könnte - dazu ist es zu kalt. Nur in einem sehr schmal bemessenen Bereich des Abstands von der Sonne kann ein Planet Leben hervorbringen.
Am Anfang der biologischen Evolution auf der Erde stand eine große Landmasse in einem riesigen Ozean. Nehmen wir einen Planeten an, dessen Meer viel kleiner als die Landmasse ist. Das Festland wäre dann größtenteils Wüste. Dann würde die Evolution nicht 2 Milliarden Jahre wie auf der Erde. sondern vielleicht 20 Milliarden Jahre brauchen. Doch die Milchstraße ist erst 10 Milliarden Jahre alt, so daß die Evolution dort noch in den ersten Anfängen steckte. Damit sich auf einem Planeten intelligentes Leben in weniger als 5 Milliarden Jahren entwickeln kann, müssen besonders günstige Bedingungen herrschen.
Ich glaube, daß das System Erde/Mond - im Grunde ist es ein Doppelplanetensystem, denn der Mond ist kaum kleiner als der Planet Merkur - sehr viel mit unserer Existenz und unserer einzigartigen Stellung zu tun haben dürfte. Zunächst hat die Erde den richtigen Abstand zur Sonne. Die große Landmasse könnte beim Einfangen des Mondes entstanden sein: Die einzige plausible Theorie über die Entstehung des Erde/Mond-Systems besagt, daß die Erde den Mond einfing. So etwas ist ein allerdings sehr seltenes Ereignis. Es ist aber die beste Theorie, denn die chemische Zusammensetzung des Mondes unterscheidet sich erheblich von der irdischen.
Damit der Mond eingefangen werden konnte, muß er der Erde bis zur sog. Roche-Grenze nahegekommen sein. Das ist die kleinstmögliche Entfernung, die ein größerer Mond von seinem Planeten haben kann. Innerhalb dieser Grenze würden Gezeitenkräfte den Mond zerstören. Wären sich Erde und Mond in einer größeren Entfernung begegnet, so wäre der Mond nicht eingefangen worden. Was wir heute als Asteroidengürtel zwischen Mars und Jupiter kennen, ist wahrscheinlich das Resultat einer Planetenkollision. Bei der Erde fand die Begegnung gerade in der richtigen Entfernung statt. Dabei ist vermutlich der Urkontinent Pangäa entstanden, ohne den intelligentes Leben sich nicht hätte entwickeln können. (Pangäa nannte Wegner den Urkontinent, aus dem alle heutigen Kontinente durch Kontinentaldrift entstanden.)
Ohne den Einfang des Mondes wäre Pangäa vielleicht gar nicht entstanden: die ganze Erdoberfläche wäre von Wasser bedeckst geblieben. Auf einem solchen Planeten kann sich kein intelligentes Leben entwickeln. Auch die Gezeiten spielen eine Rolle. Die vom Mond verursachten Gezeiten zwangen die Lebewesen des Meeres, die Lungenatmung zu entwickeln.
Wenn wir darüber nachdenken, wie außerordentlich selten solche günstigen Bedingungen sind, wird uns die Einzigartigkeit des intelligenten Lebens auf der Erde bewußt. Wenn wir die Politiker - dazu bewegen könnten, die Tatsache zu würdigen, daß es wahrscheinlich in der ganzen Milchstraße außer uns kein anderes intelligentes Leben gibt, dann würden sie vielleicht bei ihren Entscheidungen mehr Verantwortungsbewußtsein zeigen.
