Betrachten Sie sich als Entscheidungsträger für ein junges Weltrauminfrastrukturprojekt. Sie wurden damit beauftragt, die ersten paar außerirdischen Kolonien für Ihre Spezies zu gründen.
Welche Aspekte der Monde des Sonnensystems machen sie attraktiver (oder weniger) als andere Körper (wie Kometen, Asteroiden und/oder luftleere Planeten)?
Sind einige dieser Clincher (Gründe, die es offensichtlich machen, Kolonien auf Monden zu gründen oder zu vermeiden)?
30.09.2015 Edit/Ergänzung: Ich kann mir mehrere Gründe und/oder Einschränkungen für eine Weltraumkolonie vorstellen:
Wie viele von Ihnen bereits festgestellt haben, überschneiden sich einige davon. Eine erfolgreiche Kolonie würde bis zu einem gewissen Grad mehrere Aspekte davon besitzen.
Aber lassen Sie mich auf einige Überlegungen eingehen.
Die Raumfahrt wird durch das Treibstoffbudget (Delta V) stärker eingeschränkt als durch die Zeitskala. Abgesehen von der Sicherheit vor großen Sonnenereignissen ist ein Ort im Weltraum ziemlich wie der andere. Orte, die sehr weit von der Erde entfernt sind (Deimos, erdüberquerende Asteroiden usw.), könnten aus der Perspektive des Delta-V-Budgets "sehr nahe" sein, aber sehr weit von der Erde entfernt sein.
Entfernung ist nicht die Einschränkung, Delta-V ist die Einschränkung
Alle Kolonien benötigen zu Beginn umfangreiche Nachschublieferungen von der Erde. Kolonien, die sich an Standorten mit wesentlichen Ressourcen befinden, haben jedoch die Hoffnung, in relativ kurzer Zeit autark zu werden, um den Hauptbedarf (Treibmittel, Wasser, Sauerstoff sowie Baumaterialien) zu decken.
Darüber hinaus erfordert eine dauerhafte Besiedlung an den meisten Orten des Sonnensystems eine Strahlungsabschirmung, und eine Strahlungsabschirmung erfordert Masse. Eine künstliche Siedlung im mittleren Erdorbit kann also wahrscheinlich nicht mit anderen Ideen konkurrieren, es sei denn, ein erdkreuzender Asteroid wird in den Orbit gebracht und für Materialien verwendet.
Einige Ressourcen sind für die Kolonie wertvoller als andere. Eine neue Kolonie wird große Mengen an Wasser, Sauerstoff, Stickstoff und Wasserstoff benötigen, um ihre Ökologie mit geschlossenem Kreislauf zu beginnen.
Eine autarke Kolonie benötigt Ressourcen in großen Mengen.
Offensichtlich werden die ersten Kolonieversuche der Menschheit tendenziell kleiner sein, damit wir lernen können, ohne das Leben von Millionen zu gefährden. Aber die Zahl der Menschen, die wir beabsichtigen, anzusiedeln, macht einen großen Unterschied, welche Leichen lebensfähige Standorte wären. Wenn beispielsweise das Ziel darin besteht, einen großen Teil der Erdbevölkerung umzusiedeln, müsste der Mars der Hauptkolonienstandort sein. Nirgendwo sonst im Sonnensystem gibt es so viele „gastfreundliche“ Immobilien wie auf dem Mars.
Wenn die Kolonie außerhalb der Marsumlaufbahn errichtet wird, wird sie notwendigerweise einen Spaltungsreaktor verwenden (es sei denn, wir gehen davon aus, dass bis dahin Fusion verfügbar ist). Aus Massensicht wird es wahrscheinlich mehr Startmasse kosten, die Kolonie mit Solarenergie anzutreiben als mit Kernspaltung (es sei denn, es wird so etwas wie eine Solarkonzentratormethode verwendet).
Je weiter die Kolonie von der Erde entfernt ist, desto langsamer wird die Kommunikation (sowohl Latenz als auch Bandbreite).
Letztendlich muss eine Kolonie, die versucht, ein rentables kommerzielles Unternehmen zu werden, etwas für die Erde produzieren und dies wirtschaftlicher tun, als es auf der Erde möglich ist. Die Realität ist, dass es mit terrestrischen Märkten konkurriert und scheitern wird. Der einzige Ort, an dem Ihre Kolonie einen Vorteil / ein Hindernis für den Wettbewerb hat, ist der Weltraum.
Mein Gedanke ist also, dass die Kolonie zunächst Satelliten für die Erde bauen und warten wird. Darüber hinaus kann eine Kolonie mit Zugang zu vielen flüchtigen Stoffen (z. B. Wasser) beauftragt werden, den gesamten Müll aus der Erdumlaufbahn zu entfernen. Nebenbei wird es die Kolonie mit einem Haufen wertvoller, bereits veredelter Materialien versorgen.
Als Nebengeschäft wird es viele andere Dinge tun (z. B. fantastische astronomische Einrichtungen bauen, Sondenvorbeiflüge durchführen, als Touristenziel dienen und Probenrückgabemissionen für die Erde durchführen) und diese könnten hochprofitabel sein, aber ich denke nicht daran Volumengeschäft.
Sofern es keinen zwingenden Grund gibt, warum es im Weltraum sinnvoller ist als auf der Erde, wird die Kolonie zunächst nicht im Produktionsgeschäft tätig sein. Ich verstehe, dass einige Prozesse im Weltraum besser funktionieren (es ist möglich, bessere Kugellager im Weltraum herzustellen - vielleicht für sehr teure Hochpräzisionsmaschinen? Ich habe gehört, dass es auch einfacher ist, das Kristallwachstum zu kontrollieren), aber das erste Ziel der Kolonie wird es sein stellen eigene Schüttgüter zur Verfügung. Die Dinge mit geringer Masse, die viel Infrastruktur erfordern, werden später kommen.
Was ich will, ist ein Standort, der Folgendes bietet:
FYI, meine Lieblings-McGuffites (Gründe für den Weltraum) sind elektrische Supraleiter bei Raumtemperatur, reines Vakuum, das für die Herstellung sehr langer (km+ Länge) Kohlenstoffnanoröhren erforderlich ist, und außerirdische Artefakte.
Es hängt von Ihren Kolonisierungszielen ab. Beachten Sie, dass diese Antwort spezifisch für den Erdmond (Luna) ist. Ich sehe nicht viel Sinn darin, andere Monde zu kolonisieren.
Ich werde hauptsächlich mit diesem Link von der NASA kontrastieren, den Frostfyre gepostet hat. Ich würde den Mond aus folgenden Gründen bevorzugen:
Zusammenfassend (TLDR):
Orbitale Lebensräume sind zu anfällig für Angriffe und werden wahrscheinlich niemals autark sein.
Der Mond ist nah genug an der Erde, um effizient eine Kolonie aufzubauen, hat aber die Ressourcen und ist weit genug entfernt, dass Sie schließlich unabhängig werden können.
Faktoren, die Monde gegenüber Planeten begünstigen:
Monde sind kleiner, daher ist es einfacher, sie zu terraformen.
Die meisten Planeten, die wir bisher entdeckt haben, sind viel größer als die Erde. Dies bedeutet, dass ihre Schwerkraft für uns (irdische Organismen) zu viel ist, um sie zu ertragen. Monde, die kleiner sind, stellen dieses Problem nicht dar.
Luftlose Monde lassen sich leichter mit einer Atmosphäre füllen, da sie kleiner sind und weniger Atmosphäre benötigen, um den gleichen atmosphärischen Druck zu erzeugen.
In ähnlicher Weise benötigen Monde geringere Wassermengen, um einen Pan-Mond-Wasserkörper (Ozean) zu bilden, um die Temperaturen zu regulieren.
Monde haben eine geringere Geländevariation als Planeten, was die Habilitation erleichtert.
Planeten sind größer als Monde und haben daher eine viel größere Anziehungskraft. Dies bedeutet, dass die meisten ankommenden Asteroiden zu Planeten abgelenkt werden und Monde verschonen.
Faktoren, die Monde benachteiligen:
Die meisten Monde haben eine zu schwache Schwerkraft, so dass die Bewegung viel schwieriger ist als auf Planeten.
Die meisten Planeten haben ein starkes Magnetfeld, während ihre Monde (im Vergleich zu Planeten) so gut wie nichts haben, so dass der Sonnenwind den Mond verwüstet, während er wenig Einfluss auf einen Planeten hat.
Während die hohe Schwerkraft eines Planeten die meisten Asteroiden zu sich zieht, wäre der Einschlagschaden eines Asteroiden, der auf einen Mond trifft, Dutzende Male größer, als wenn dieser Asteroid den Planeten getroffen hätte.
Wirbel und Taifune sind auf Monden aufgrund des größeren Temperaturunterschieds und der geringeren Oberfläche der Monde viel stärker als auf Planeten.
Monde haben selten genug elementare Vielfalt, um komplexes Leben zu unterstützen. Während Natrium, Kalium, Sauerstoff, Stickstoff, Kohlenstoff, Schwefel, Kalzium, Phosphor und Chlor absolut lebenswichtig für das irdische komplexe Leben sind, sind kleinere Mengen an Vanadium, Titan, Aluminium und Magnesium usw. auch für die Gesundheit notwendig. Eine so große Vielfalt an Elementen ist auf einem Mond äußerst selten zu erwarten, bei Planeten jedoch durchaus üblich.
Der Gezeiteneffekt des nahen Planeten würde riesige Fluten in den Ozeanen erzeugen und könnte auch einem Mond allmählich seine Atmosphäre entziehen.
"Sobald Sie die Erdumlaufbahn erreicht haben, sind Sie auf halbem Weg irgendwo im Sonnensystem." ~ Robert A. Heinlein
Zu Beginn der Kolonisierung werden Orbitalmechanik und Treibstoffbeschaffung der entscheidende Faktor dafür sein, wie sich Ihre Kolonien ausbreiten. Obwohl die Erde über unvorstellbare Mengen an Ressourcen verfügt, verhindern die Atmosphäre und die Schwerkraft, dass diese Ressourcen ihren Platz finden. Insbesondere ist es unpraktisch, Raketentreibstoff von der Erdoberfläche für langfristige Kolonisierungsprojekte zu beziehen, da so viel Treibstoff benötigt wird, um den Treibstoff zu heben, und der Treibstoff, der benötigt wird, um den Treibstoff zu heben, braucht mehr Treibstoff, um ihn zu heben, und so weiter. Es ist bekannt als die Tyrannei der Raketengleichung.
Einer der Gründe, warum die NASA den Mond als Sprungbrett ins Universum betrachtet, ist, dass es an seinen Polen Eis gibt, das zu Sauerstoff und Wasserstoff hydrolysiert werden kann und Reaktionsmasse liefert, die leicht von der Mondoberfläche wegtransportiert werden kann.
Idealerweise möchten Sie einen festen Himmelskörper mit Material, das als Reaktionsmasse für Raketentriebwerke verwendet werden kann, wenig oder keine Atmosphäre hat, um Raketenstarts zu behindern, aber viel Schwerkraft hat, damit Raumfahrzeuge niedrige, schnelle Umlaufbahnen erreichen können. Der Grund, warum Sie niedrige, schnelle Umlaufbahnen wollen, ist die Effizienz. Die im Raketentreibstoff gespeicherte Energie wird viel effizienter in eine nützliche Geschwindigkeitsänderung (Delta v) umgewandelt, wenn eine Rakete mit hohen Geschwindigkeiten fliegt. Bei interplanetaren Transfers muss die Rakete dem Gravitationseinfluss des nahen Körpers entkommen UND eine Übergeschwindigkeit aufweisen, um die Reise zum entfernten Körper zu unternehmen. Eine hohe Umlaufgeschwindigkeit zu Beginn macht es einfacher, diese Übergeschwindigkeiten zu erreichen.
"Warum nicht einfach vom Mars abheben?" Sie könnten fragen. Der Mars ist wegen seiner dünnen Atmosphäre eigentlich ein ziemlich guter Kandidat. Aber der Mars ist ein Planet, und Planeten fehlt etwas: Geschwindigkeit. Der Vorteil von Monden besteht darin, dass Raumfahrzeuge, die von einem Mond starten, bereits mit der Geschwindigkeit dieses Mondes um den Planeten herumfliegen. Für den Erdmond Luna bedeutet das eine durchschnittliche Geschwindigkeit von etwa 1 km/s ( http://nssdc.gsfc.nasa.gov/planetary/factsheet/moonfact.html ) kostenlos.
"Warum nicht einen Kometen benutzen?" Kometen sind verrückt. Das charakteristische Merkmal eines Kometen ist, dass er eine stark exzentrische Umlaufbahn um die Sonne hat. Dies macht Kometen äußerst schwer zu erreichen und zu verlassen, da die Änderungen, die Sie an der Umlaufbahn Ihres Raumfahrzeugs vornehmen müssen, enorme Geschwindigkeitsänderungen erfordern. Sobald Sie den Kometen erreicht haben, sind Sie ziemlich fertig, weil dort sowieso nicht viel Material ist.
"Asteroiden?" Asteroidengürtel sind nach kosmischen Maßstäben dicht, aber in praktischer Hinsicht überraschend spärlich. Einzelne Asteroiden sind ziemlich klein und Millionen und Abermillionen Kilometer voneinander entfernt. Es ist immer noch nicht so schlimm, wenn Sie Kraftstoff und Zeit haben, sich zwischen ihnen zu bewegen. Aber auch hier ist es schwierig, zu und von Asteroiden zu gelangen, da sie nicht viel Schwerkraft haben, um ein ankommendes Fahrzeug einzufangen.
Monde sind also ziemlich gute Ausgangspunkte, weil sie groß genug sind, um ankommende Schiffe einzufangen, groß genug, um große Umlaufbahnänderungen effizient durchzuführen (schnelle Umlaufbahnen), klein genug, um sehr wenig Atmosphäre zu haben, klein genug, dass es nicht groß ist Menge Treibstoff, um von der Oberfläche zu kommen, und groß genug, um sich für eine lange Zeit anzusiedeln und Treibstoff herzustellen.
Der Tycho-Krater in der Nähe des Südpols von Luna gilt als guter Ort, um mit der Weltraumbesiedlung zu beginnen, da er in der Nähe der Eiskappe liegt, das ganze Jahr über Sonnenlicht empfangen kann, aber aufgrund des Kraterrands Schatten bietet und alle orbitalen Vorteile bietet Ich habe gerade erwähnt (außer dass Sie sich außerhalb der Erde-Mond-Orbitalebene befinden, was die Treibstoffkosten leicht erhöht).
Wenn also die niedrige Erdumlaufbahn auf halbem Weg zu irgendwo ist, sind es ungefähr drei Viertel, auf dem Mond zu sitzen.
Die Leute zahlen vielleicht 200.000 Dollar pro Nacht für ein Hotelzimmer, um einen EarthRise unter einer sternenbeleuchteten Glas-Biokuppel zu sehen, während sie leidenschaftlich 1/6 Erdgravitation mit dem Menschen genießen, den sie lieben.
Der beste Ort, um eine Kolonie zu errichten, ist nicht auf oder in einem Himmelskörper, sondern im Orbit. Die NASA hat ein gutes Briefing zu Space Colonization Basics . In einer kurzen Zusammenfassung aus dem Artikel:
Weil die Umlaufbahn dem Mond und dem Mars für die Besiedlung weit überlegen ist und andere Planeten und Monde zu heiß, zu weit entfernt und/oder keine feste Oberfläche haben.
Während wir Einrichtungen auf anderen Welten bauen könnten, vermute ich, dass der erste Schritt zur Kolonisierung im Orbit um einen Körper sein wird und nicht direkt auf dem Körper. Es gibt eine ganze Reihe von Problemen im Zusammenhang mit dem Bau einer Kolonie auf einem Körper: Schwierigkeiten, in den Weltraum oder aus dem Weltraum zu gelangen, lokales Wetter, lokale Atmosphäre (oder deren Fehlen), lokale Geographie, lokale Geologie usw. Das Bauen im Weltraum hat weniger Variablen.
Hinweis: Dies ist ein sehr umfangreiches Thema und nicht wirklich für den Q&A-Charakter von SE geeignet. Für eine eingehendere Untersuchung lesen Sie bitte das verlinkte Briefing.
TJL