Stel je een ruimtekolonie voor met plaats voor miljoenen mensen die wonen in steden met bossen, velden, rivieren en meren eromheen – een leven waarin iedereen zich vrij kan bewegen zonder ruimtepak en zuurstoftank, en zonder het risico ziek te worden van kosmische straling of een te zwakke zwaartekracht.
Kortom, het leven zoals we dat op aarde kennen, maar met het voordeel dat niemand zich zorgen hoeft te maken over slecht weer of natuurrampen als vulkaanuitbarstingen, aardbevingen, orkanen of overstromingen.
Klinkt dat krankzinnig? Helemaal niet, volgens de Finse natuurkundige Pekka Janhunen. Hij vindt het zinvoller om een ruimtekolonie te bouwen in een baan rond de dwergplaneet Ceres dan naar Mars of de maan te gaan.
De kolonie moet meer mensen kunnen herbergen dan de aarde.
Janhunen heeft berekend wat er nodig zou zijn om een kolonie te bouwen die uiteindelijk meer mensen kan huisvesten dan de aarde, en dus een reëel alternatief zou zijn voor het leven op onze eigen planeet. En hij is ervan overtuigd dat een kolonie rond Ceres aan alle eisen kan voldoen.
‘Het zal een paradijsje zijn. Rijk en gevarieerd als onze eigen wereld. De kolonie verkennen zal een leven lang duren,’ aldus Pekka Janhunen tegen Wetenschap in Beeld.
Iedereen kan vrij ademen
Janhunen is natuurkundige die gespecialiseerd is in ruimteplasma. Hij is hoofd onderzoek bij het Finse meteorologische instituut (FMI), en een van de redenen voor zijn belangstelling voor Ceres is dat de bodem rijk is aan grondstoffen. Die bevat vooral veel stikstof, waarmee we in de ruimtekolonie een atmosfeer kunnen creëren die lijkt op die van de aarde.
Pekka Janhunen heeft zijn oog laten vallen op de dwergplaneet Ceres (r) in de planetoïdengordel. Hij vindt dat een betere plek voor een ruimtekolonie dan Mars of de maan.
Een prettige atmosfeer is belangrijk voor een ruimtekolonie, waar mensen in de toekomst zullen worden geboren, leven en sterven in een zo vertrouwd mogelijke omgeving.
Dan moeten ze ook vrij kunnen ademen in een atmosfeer die vergelijkbaar is met die van ons, dus met 79 procent stikstof en 20 procent zuurstof.
Een andere belangrijke hulpbron voor een ruimtekolonie is uiteraard water. En dat is er ook op Ceres. Analyses wijzen uit dat grote zoutafzettingen in de kraters van de dwergplaneet afkomstig zijn van enorme ondergrondse zoutwaterreservoirs.
De sonde Dawn heeft close-ups gemaakt van grote zoutafzettingen in de kraters op Ceres. Ze zijn ontstaan toen zout water uit de bodem opwelde en verdampte.
Met een diameter van 945 kilometer is Ceres het grootste object in de planetoïdengordel tussen Mars en Jupiter. Ter vergelijking: de diameter van de aarde is 12.742 kilometer en die van de maan 3475 kilometer. De zwaartekracht op Ceres is 34 keer zo gering als die op aarde.
Juist door zijn omvang is Ceres ideaal. De dwerg is groot genoeg om een gigantische kolonie in de buurt van grondstoffen te voorzien, en tegelijk zo klein dat de zwaartekracht het vervoer van die grondstoffen niet te veel zal belemmeren.
Ceres is een goudmijn voor een ruimtekolonie
Rijk aan grondstoffen
Ceres bevat alle grondstoffen die een ruimtekolonie nodig heeft – inclusief stikstof om de lucht te maken die de bewoners kunnen inademen.
Water in overvloed
De ruimtekolonie zal niet snel zonder water komen te zitten. Ceres heeft veel zout water onder de grond. Water en ijs kunnen wel 30 procent van de massa van de dwergplaneet uitmaken.
Geschikte zwaartekracht
De ruimtekolonie kan in een stabiele baan op 100.000 kilometer van Ceres draaien. Dat is circa een kwart van de afstand tussen de aarde en de maan.
Zowel grondstoffen als transportverbindingen zijn cruciaal voor Janhunens visie op de bouw van de megastructuur die om Ceres zal draaien.
Kolonie kan blijven groeien
De kolonie kan worden opgebouwd uit een stel cilinders op een cirkelvormig frame dat op 100.000 kilometer afstand van de dwergplaneet door de ruimte vliegt. Boven en onder het frame vangen reusachtige spiegels zonlicht op, en dit kaatsen ze naar de kolonie.
Het frame zou uiteindelijk kunnen uitgroeien tot 12.000 kilometer doorsnee – of nog groter. Anders dan bij het beperkte oppervlak van een planeet of maan zou de Ceres-kolonie zich alsmaar kunnen blijven uitbreiden. Volgens Janhunen zou de structuur op termijn zelfs meer inwoners kunnen herbergen dan er nu op aarde zijn.
Elke cilinder of habitat is 5 kilometer lang en 2 kilometer in diameter. Hij bestaat uit een schil die bescherming biedt tegen kosmische straling uit de ruimte, met daarbinnen nog een cilinder, die draait om kunstmatige zwaartekracht te creëren.
Janhunens concept is gebaseerd op de zogeheten O’Neill-cilinders, in de jaren 1970 bedacht door de Amerikaanse natuurkundige Gerald K. O’Neill.
Het idee voor de ruimtekolonie op Ceres is gebaseerd op zogeheten O’Neill-cilinders, die kunstmatige zwaartekracht creëren door te draaien.
Elke habitat maakt één omwenteling per minuut, waardoor een kunstmatige zwaartekracht van 1 g ontstaat, gelijk aan de zwaartekracht hier op aarde. De rotatie wordt gerealiseerd door magnetische lagers, die net zo werken als magnetische treinrails.
De schil en de draaiende binnencilinder staan niet fysiek met elkaar in contact. Ze slijten dus niet, waardoor reparaties en onderhoud tot een minimum beperkt blijven.
Rotatie zorgt voor gezondheid
Voor Janhunen is de kunstmatige zwaartekracht cruciaal om de kolonie te laten functioneren als een permanente woonplaats. Uit studies van astronauten op het internationale ruimtestation ISS blijkt dat het niet gezond is voor het menselijk lichaam om maanden of jaren gewichtloos te zijn.
Ons lichaam groeit en gedijt bij een zwaartekrachtveld zoals op aarde, en langdurige gewichtloosheid kan problemen veroorzaken als verlies van spier- en botmassa, nierstenen en een verminderd zicht.
Dezelfde problemen zouden zich voordoen in een kolonie op Mars of de maan, omdat de zwaartekracht daar veel zwakker is dan op aarde.
‘De normale zwaartekracht is nodig voor een goede gezondheid en om kinderen op natuurlijke wijze te laten groeien,’ zegt Pekka Janhunen.
Stad en land zoals op aarde
Het leven in de kolonie zal in alle opzichten lijken op wat we hier kennen. Om de illusie van een normaal dag- en nachtritme te creëren wordt het zonlicht door spiegels rond de kolonie zorgvuldig gereguleerd.
Janhunens visie is dat de bewoners van een habitat zich makkelijk moeten kunnen bewegen tussen landelijke en stedelijke omgevingen, terwijl ze ook de mogelijkheid moeten krijgen rond de kolonie te reizen en andere habitats te bezoeken.
Kolonie wordt een archipel in de ruimte
De ruimtekolonie bestaat uit cilindervormige modules, habitats genaamd, van 5 kilometer lang en 2 kilometer doorsnee. Elke habitat telt 25.000 bewoners, maar zoals eilandbewoners kunnen ze ook andere cilinders in de kolonie bezoeken.
Rotatie creëert kunstmatige zwaartekracht
De habitat bestaat uit een kern met een schil eromheen. De kern maakt één omwenteling per minuut, aangedreven volgens het principe van magnetische treinen. De rotatie creëert een kunstmatige zwaartekracht die lijkt op die van de aarde.
Systeem van spiegels regelt het licht
Zonlicht kan niet door de schil dringen die de habitat beschermt tegen kosmische straling. Daarom wordt het licht geleid door schotelvormige spiegels, die onder de rand aan het uiteinde van de habitat zijn weggewerkt.
Water, grond en lucht komen van Ceres
Een habitat krijgt een 1,5 meter dikke bodem die is opgebouwd uit materialen van Ceres. Water kan ook van Ceres worden verkregen, evenals stikstof, dat nodig is om een atmosfeer zoals op aarde te creëren.
Nauw contact tussen land en stad
De stadsomgeving van een habitat ligt boven het landschap met bossen, meren, rivieren en landbouwgrond. Tunnels aan het uiteinde van de cilinder bieden toegang tot de andere habitats van de kolonie.
In elke habitat opent zich een weelderige wereld. Parken en bossen maken deel uit van de omgeving, en boerderijen zullen de bewoners van voedsel voorzien.
De natuur- en landbouwgebieden hebben uiteraard grond nodig, dus de habitats krijgen een bodem van ten minste 1,5 meter dik.
Het is nog niet bekend hoe die grond zal worden verkregen. Het zou te duur zijn om die van de aarde naar de kolonie te verschepen, maar volgens Janhunen kan er grond worden gemaakt van materialen op Ceres.
‘Ceres bevat alle bouwstenen die het leven nodig heeft. Het is alleen de vraag hoeveel en welke soort biologische, mechanische of chemische bewerking er nodig is om de grondstoffen van Ceres bruikbaar te maken voor plantengrond. Voordat we definitieve conclusies kunnen trekken, hebben we monsters van Ceres en advies van deskundigen op het gebied van bodembewerking nodig,’ legt hij uit.
De Finse natuurkundige heeft wel al gedetailleerde berekeningen gemaakt over hoe het materiaal de 100.000 kilometer van Ceres naar de ruimtekolonie moet afleggen.
Ruimtelift levert grondstoffen aan
Volgens Janhunen is het energiezuiniger om grondstoffen op te halen met een ruimtelift dan met raketten. Ceres draait vrij snel rond, waardoor het mogelijk is een ruimtelift te bouwen die het oppervlak verbindt met een kleine satelliet op 1024 kilometer afstand.
Op deze hoogte is de aantrekkingskracht van Ceres zwakker, dus daarvandaan verbruiken de ruimteschepen die de lading verder naar de kolonie brengen, minder brandstof.
Lift haalt grondstoffen van dwergplaneet op
1. Lift draait met Ceres mee
Door de rotatie van Ceres is het mogelijk om een ruimtelift te bouwen die de bodem via een kabel met een satelliet verbindt. De satelliet draait mee, en blijft dus boven dezelfde plek op het oppervlak hangen.
2. Eerste etappe is de zwaarste
De lift kan 5 ton lading verplaatsen en doet het zwaarste werk: de lading uit het zwaartekrachtveld rond Ceres krijgen. Zonnepanelen leveren stroom voor de lift, die de lading naar 1024 kilometer hoogte brengt.
3. Ruimteschepen maken de lange reis
Zodra de lading rond Ceres draait, zullen de ruimtevaartuigen de resterende 99.000 kilometer naar de kolonie afleggen. Het ruimteschip bespaart enorm veel brandstof doordat het niet hoeft te landen op en op te stijgen van Ceres.
De ruimtelift zal in fasen worden gebouwd. De eerste versie wordt een buis van 5 centimeter doorsnee van het vezelmateriaal Dyneema. Dit is 15 keer zo sterk als staal en krijgt 5 ton materiaal tegelijk mee. Later kan het hefvermogen worden verhoogd door de lift te versterken en te verbeteren.
Kolonie heeft nieuwe raketten nodig
Volgens Janhunens berekeningen kan de kolonie in 22 jaar worden gebouwd. In het beste geval dan, want er is heel wat nieuwe technologie nodig voor een aantal uitdagingen.
Om de kolonie op te zetten, moeten we eerst een aantal keer van de aarde naar Ceres reizen. De dwergplaneet draait 260 miljoen kilometer verder om de zon dan de aarde, en met de huidige ruimtevaartuigen zou de reis zeker zeven maanden duren.
Ruimtevaartuigen met ionenmotoren zijn sneller. Die motoren zijn al ontwikkeld en kunnen zeer hoge snelheden bereiken met behulp van het edelgas xenon. Maar volgens Janhunen moet de technologie worden doorontwikkeld, zodat de motoren kunnen draaien op goedkopere brandstoffen, zoals water.
Toch is de Finse natuurkundige vol vertrouwen. Hij wijst erop dat veel technologische revoluties die ooit 30-50 jaar in de koker zaten, zich razendsnel in de samenleving hebben verspreid. Denk maar aan de compacte computertechnologie, die nu gemeengoed is.
In het geval van de ruimtevaart kunnen we waarschijnlijk dezelfde ontwikkelingen verwachten als in de luchtvaart. Was vliegen ooit voorbehouden aan enkelen, nu kunnen de meeste mensen op die manier reizen.
Het Starship, dat nog in ontwikkeling is, kan belangrijk worden voor het opzetten van een buitenaardse kolonie.
Als het ruimtevaartbedrijf SpaceX er bijvoorbeeld in slaagt om goederen en mensen op betaalbare wijze te vervoeren met zijn Starship, dan zou dat een grote stap zijn in de richting van een kolonie op Ceres, denkt Janhunen.
‘Er moet een economische stimulans zijn. Als onroerend goed buiten de aarde op een dag minder kost dan een appartement in Parijs of New York, komt er iets op gang.’