Aus für Mars-Gewächshäuser?

Keine Kartoffeln auf dem Mars? Die Strahlenbelastung an der Marsoberfläche ist möglicherweise zu hoch, um dort Pflanzen in Gewächshäusern zu kultivieren, wie nun ein Experiment nahelegt. Unter einer marstypischen Strahlendosis keimten Roggen- und Kressepflanzen zwar, entwickelten aber schon nach kurzer Zeit Deformationen und nur halb so viel Biomasse wie unter irdischen Bedingungen. Das könnte bedeuten, dass künftige Mars-Bewohner ihre Nahrungspflanzen unter der Oberfläche oder speziellen Strahlenschutzhüllen züchten müssen.

Wenn künftig Menschen auf dem Mars leben sollen, dann müssen sie sich zumindest zum Teil selbst versorgen können – indem sie beispielsweise Gemüse anbauen. Erste Tests belegen bereits, dass Pflanzen auf Mars-Regolith gedeihen können, sofern man diesen mit organischem Material anreichert. Auch in der Antarktis und auf der Internationalen Raumstation ISS werden für Mond- und Marskolonien geeignete Zuchtmethoden für Salat und Co getestet. Und sogar im Inneren der chinesischen Mondsonde Chang’e 4 keimten erste Pflanzen.

Fehlender Strahlenschutz auf Mond und Mars

Doch einen Faktor haben die Pläne für Gewächshäuser auf Mond und Mars bislang weitgehend außer Acht gelassen: die Strahlung. Während das Erdmagnetfeld und die dichte Erdatmosphäre als Strahlenschutzhülle fungieren und die irdische Natur relativ gut vor der harten kosmischen und solaren Strahlung schützen, ist dies bei Mond und Mars nicht der Fall. Beiden fehlt ein schützendes Magnetfeld und die Mars-Atmosphäre ist nur dünn.

„Nach Messungen des Mars-Rovers Curiosity liegt die Strahlenbelastung an der Marsoberfläche im Schnitt bei 233 Mikrogray pro Tag“, berichten Nyncke Tack vom Reaktorinstitut Delft und ihre Kollegen. „Das ist 17-mal höher als die höchste Strahlendosis an der Erdoberfläche.“ Trifft ein Sonnensturm den Mars, kann sich die Strahlenbelastung noch einmal um das bis zu 50-Fache erhöhen, wie Messungen ergaben.

Roggen und Kresse in der Bleikammer

Wie sich sowohl die Dauerbelastung als auch sporadische „Sonnenstürme“ auf das Wachstum von Roggen und Kresse auswirken, haben Tack und ihr Team nun in Aufzuchtversuchen getestet. Dafür säte sie die Testpflanzen in normaler Blumenerde aus und ließen sie in einer Blei ummantelten Testkammer aufwachsen, in der mehrere Strahlenquellen in Form von radioaktivem Cobalt-60 aufgehängt waren.

Diese setzten eine gleichmäßige, flächendeckende Dosis von rund 270 Mikrogray frei. Das sei zwar etwas höher als die Curiosity-Messwerte, aber noch nah genug ran um aussagekräftig zu sein, so die Forschenden. Einige Testpflanzen erhielten darüber hinaus ein bis vier kurzzeitige Strahlenschübe von 30 Milligray – was in etwa der Dosis entspricht, die bei einem der Sonnenstürme auf dem Mars gemessen wurden.

Deformationen und kümmerliches Wachstum

Das Ergebnis: Wie erwartet beeinflusste die erhöhte Strahlung das Keimen der Pflänzchen nur wenig – ähnliches hatten schon frühere Tests nahegelegt. Doch schon relativ bald zeigten die heranwachsenden Pflanzen erste Fehlbildungen und Verfärbungen der Blätter und blieben im Wachstum zurück, wie das Tam berichtet. Dies galt sowohl für die „Sonnensturm“-Ansätze wie für die konstant bei 270 Mikrogray gehaltenen Pflanzen.

Noch deutlicher war der Effekt aber bei der Biomasse: Vier Wochen nach der Keimung war das Trockengewicht der unter Marsstrahlung aufgewachsenen Kressepflanzen um 32 Prozent verringert, beim Roggen sogar um 48 Prozent. Nach Ansicht von Tack und ihren Kollegen spricht dies dafür, dass zumindest einige Nutzpflanzen sensibler auf die marstypische Belastung mit ionisierender Strahlung reagieren könnten als bislang angenommen.

Weil in den Tests der für die kosmische Strahlung typische Anteil der besonders energiereichen Teilchenstrahlung fehlte, könnte der tatsächliche Schadeffekt sogar noch größer sein als in den Versuchen festgestellt, schreibt das Team.

Pflanzenanbau nur unterirdisch?

Sollte sich dieses Ergebnis auch für andere Pflanzen bestätigen, hätte dies erhebliche Konsequenzen für künftige Marskolonien. Denn die Pläne für ihre Selbstversorgung mit frischem Gemüse müssen dann geändert werden. „Die Resultate sind Anlass zur Sorge für künftige Zivilisationen auf dem Mars, denn sie deuten daraufhin, dass ein Pflanzenanbau in Gewächshäusern an der Marsoberfläche möglicherweise nicht sehr erfolgreich sein wird“, konstatieren Tack und ihre Kollegen.

Stattdessen könnten künftige Marskolonisten gezwungen sein, ihre Nutzpflanzen in Anlagen unter der Marsoberfläche oder unter speziellen Strahlenschutzhüllen zu züchten. „Eine Option wäre es, die Pflanzen in einem mit Regolith bedeckten Dom zu kultivieren, der Pflanzen und Menschen gleichermaßen vor der Strahlenbelastung schützt“, sagt Koautor Wieger Wamelink von der Universität Wageningen. „Das ist eine größere Herausforderung als ein Gewächshaus auf der Oberfläche.“ (Frontiers in Astronomy and Space Sciences, 2021; doi: 10.3389/fspas.2021.665649)

Quelle: Wageningen University & Research