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Völlig losgelöst

Gärtnern im Weltall

Natur & Umwelt | Montag, 7. Januar 2019, Niklaus Salzmann

Um den Mars dauerhaft zu besiedeln, müssten die Bewohner dort Gemüse anbauen. Wie das gehen könnte, untersuchen Forscher an der ETH, in der Antarktis – und ganz neu sogar auf dem Mond. 

Wenn alles glatt ging, ist am 3. Januar 2019 eine ganz spezielle Dose auf dem Mond eingetroffen. Der Inhalt des 18 Zentimeter hohen Aluminiumbehälters: Wasser, Nährlösung, Eier von Seidenspinnerraupen, Kartoffeln sowie Samen einer Pflanze namens Ackerschmalwand. Der Absender: die chinesische Raumfahrtagentur. Eine Kamera nimmt Bilder auf und sendet sie zur Erde. Die Hoffnung ist, dass darauf zu sehen sein wird, wie die Kartoffeln und die Samen zu keimen beginnen. Die Pflanzen würden dann Sauerstoff abgeben, den die Raupen zum Leben benötigen. Und die Raupen wiederum atmen Kohlendioxid aus, das die Pflanzen für ihr Wachstum aufnehmen.

Die Idee, im All Gemüse anzubauen, mag abwegig erscheinen. Doch es funktioniert. Im Frühling 2015 assen die Astronauten der Internationalen Raumstation ISS erstmals frischen, selbst angebauten roten Lattich – eine willkommene und gesunde Abwechslung zu den gefriergetrockneten Lebensmitteln, die den Speiseplan während den Monaten im All prägen.

Unfruchtbarer Marsboden
Marsmissionen, von denen Raumfahrt-Enthusiasten träumen, könnten mit Hin- und Rückflug gar mehrere Jahre dauern. Da wäre es nicht nur aus kulinarischer und gesundheitlicher Sicht wichtig, Gemüse anzubauen, sondern auch aus logistischer. Denn ansonsten müsste die Rakete Unmengen an Vorräten mitschleppen – und einen voluminösen Fäkalientank. Mit einem kleinen Gärtchen an Bord werden Kot und Urin dagegen plötzlich zu wertvollem Dünger.

Ganz so einfach ist es in der Praxis aber nicht. Längst sind nicht alle Fragen geklärt. Wie wächst welches Gemüse, wenn die Gravitation sehr schwach oder gar nicht vorhanden ist? Wie wirkt sich die starke Strahlung auf dem Mars auf Pflanzen aus? Und wie kann verhindert werden, dass die giftigen Perchlorate des Marsbodens über das Gemüse in den Körper der Astronauten gelangen? Zumindest für das letztgenannte Problem hat die Doktorandin Grace Crain vom Institut für Agrarwissenschaften der ETH Zürich eine mögliche Lösung: Die Pflanzen könnten in einer Hydrokultur angebaut werden, also in einem System ohne festen Boden. Fruchtbare Erde gibt es auf dem Mars ohnehin nicht. «Ziel ist es, eine geschlossene Umgebung zu schaffen», erklärt sie. «Die Nährstoffe, der Sauerstoff und das Wasser sollen möglichst vollkommen zurückgewonnen werden.»

Luftdicht sind Raumstationen und -fahrzeuge ohnehin weitgehend. Komplizierter ist es beim Wasser und den Nährstoffen im Gemüse. Ein grosser Teil davon gelangt durchs Essen in die Körper der Astronauten und verlässt diese als Urin und Kot wieder. Diese Stoffe müssen den Pflanzen wieder zugeführt werden. Grace Crain greift für ihre Experimente, die teilweise von der Europäischen Raumfahrtagentur ESA finanziert werden, auf einen käuflichen Recyclingdünger zurück, der in einem Spin-Off des eidgenössischen Wasserforschungsinstituts Eawag aus Urin produziert wird. Schwieriger ist der Umgang mit Kot. «Menschlicher Kot enthält viel mehr Krankheitserreger als Urin», sagt Crain.

Im Science-Fiction-Film «Der Marsianer – Rettet Mark Watney» aus dem Jahr 2015 spielte Hollywood-Star Matt Damon einen auf dem Mars zurückgelassenen Astronauten. Er vermischte den gesammelten Kot von sich selber und seinen Teamkollegen mit Marssand, um in diesem Gemisch Kartoffeln spries­sen zu lassen. In der Realität wäre bei diesem Vorgehen die Gefahr gross, dass krank machende Keime aufs Essen gelangen. Ein Problem, das hienieden auf der Erde hinlänglich bekannt ist; in ärmeren Ländern sterben jedes Jahr Hunderttausende Menschen an Durchfall als Folge mangelhafter Abwassersysteme. Wenn es gelingt, Fäkalien von Krankheitserregern zu befreien, ist dies deshalb nicht nur für die Raumfahrt interessant, sondern auch für Erd­regionen mit mangelnder Infrastruktur – und in jenen leben in absehbarer Zeit noch sehr viel mehr Menschen als im All.

Diejenigen Gegenden auf der Erde, die den Bedingungen auf dem Mars am ähnlichsten sind, sind Wüsten. Dort werden denn auch gerne Tests zur Vorbereitung von Marsmissionen durchgeführt. Denn Ernteausfälle auf dem Mars könnten fatal sein. Besser ist es, wenn Schwierigkeiten bereits auf der Erde eintreffen und behoben werden können. Tatsächlich lassen die Komplikationen nicht auf sich warten. In einer Forschungsstation in der Wüste im US-Bundesstaat Utah löste vor drei Jahren eine elektrische Heizung einen Brand aus, der ein Treibhaus zerstörte. Und bei Experimenten mit einem aufblasbaren Treibhaus in der Wüste von Oman im vergangenen Frühjahr waren die Nächte kälter als erwartet, weshalb einige der mitgebrachten Samen nicht keimten.

Eine Frage der Schwerkraft
Grundsätzlich ist es aber möglich, auch in extremer Kälte Gemüse anzubauen. Das hat das Deutsche Zentrum für Raum- und Luftfahrt (DLR) in einem Gewächshaus in der Antarktis bewiesen – ohne Erde. Die Pflanzen wurden mit einer flüssigen Nährlösung versorgt, ähnlich wie bei Grace Crain an der ETH. Obwohl die antarktischen Aussentemperaturen im Winter auf minus 45 Grad fallen, konnten die Wissenschafter 77 Kilo Salat, 51 Kilo Gurken, 29 Kilo Tomaten, 12 Kilo Kohlrabi, 5 Kilo Radieschen und 9 Kilo Kräuter ernten, wie die DLR im September berichtete. 

Die Nächte auf dem Mars werden mit minus 140 Grad noch weit kälter. Doch sie dauern nicht so lange wie eine Polarnacht, wo die Sonne monatelang nicht zu sehen ist, weshalb es trotzdem möglich sein sollte, in Treibhäusern die für Gemüse nötigen Temperaturen aufrechtzuerhalten. Es darf aber nicht mit denselben Erträgen gerechnet werden wie auf der Erde. Denn seit es überhaupt Pflanzen gibt, haben sie sich an die Erdanziehungskraft angepasst. Die Schwerkraft auf dem Mars ist dagegen nur etwa ein Drittel so stark, auf dem Mond gar nur ein Sechstel, was das Wachstum der Pflanzen bremsen kann.

Aufschluss über das Wachstum auf dem Mond soll nun die eingangs erwähnte chinesische Mission geben. Der Mars ist dagegen zu weit weg, um Experimente durchzuführen. Stattdessen wurden vor einem Monat zwölf Tomatensamen in einen deutschen Satelliten gesteckt, der eine Schwerkraft simulieren kann, indem er um die eigene Achse rotiert. Ein halbes Jahr lang soll er den Tomätchen Mondschwerkraft vorgaukeln, danach ein halbes Jahr Marsschwerkraft.

Um eine zuverlässige Versorgung künftiger Marsbewohner mit Gemüse zu planen, braucht es also noch eine ganze Reihe solch äusserst aufwendiger Tests. Doch die Zeit drängt nicht. Nebst den gärtnerischen Herausforderungen gibt es noch das eine oder andere sonstige Problem zu lösen, bevor tatsächlich Menschen den Flug zum Mars antreten können.

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