Eine Sturmfront zieht auf. Felsbrocken fliegen durch die Luft. Hektisch bereiten sich die Astronauten der US-amerikanischen Raumfahrtagentur Nasa auf die vorzeitige Rückkehr zur Erde vor. Doch der Botaniker Mark Watney wird von Trümmern getroffen und aus dem Sichtfeld geschleudert. Seine Kollegen halten ihn fälschlicherweise für tot und lassen ihn auf dem Mars zurück. Dort muss Watney mit Erfindergeist und Galgenhumor versuchen, zu überleben und wieder Kontakt zur Erde herzustellen.

Seit Donnerstag läuft „Der Marsianer“ mit Matt Damon in den deutschen Kinos. Es ist ein Science-Fiction-Film. Doch schon in naher Zukunft könnten Menschen auf dem Mars keine Fiktion mehr sein. Die russische Raumfahrtagentur Roskosmos möchte noch vor 2050 mit Kosmonauten zum Nachbarplaneten starten, die Nasa plant bemannte Marsmissionen binnen der nächsten 20 Jahre. Solche Ankündigungen gab es seit den Mondmissionen der 1960er-Jahre zwar immer wieder. Doch die zuletzt verstärkten Bestrebungen, auf den Mond zurückzukehren, lassen auch Flüge zum Mars realistisch erscheinen.

Expeditionen zum Roten Planeten würden nicht nur Prestige bringen und die menschliche Neugier befriedigen, sondern hätten auch wissenschaftlichen Nutzen. Planetenforscher treibt zum Beispiel die Frage um, warum sich Erde und Mars vor etwa 3,7 Milliarden Jahren plötzlich unterschiedlich entwickelt haben. „Beide waren sich sehr ähnlich“, erläutert Ralf Jaumann vom Institut für Planetenforschung des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Berlin. „Doch während sich bei uns eine Biosphäre ausbildete, blieb dies auf dem Mars aus. Der Planet hat es auch nicht geschafft, seine Atmosphäre festzuhalten und eine Plattentektonik zu entwickeln.“ Letztere sorgt auf der Erde für ein Magnetfeld, das große Teile der gefährlichen kosmischen Strahlung abhält.

Suche nach Lebensspuren

Eine weitere große Frage beschäftigt sich mit der Entstehung des Lebens. Forscher hoffen etwa, auf dem Mars unverfälschte Spuren erster Aminosäuren zu finden – sofern es dort Leben gegeben hat. Auf der Erde seien aufgrund der Biosphäre und der Bewegung der Erdplatten Funde, die älter sind als eine Milliarde Jahre, kaum möglich, sagt Jaumann. Auf dem Mars könnten sich hingegen sogar vier Milliarden Jahre alte Überreste nachweisen lassen.

Um diese Fragen zu klären oder erste Antworten zu finden, benötigen die Wissenschaftler Proben vom Mars. Bisher, erklärt Jaumann, könne man nur mit Marsmeteoriten arbeiten, die auf die Erde gefallen sind. Diese seien jedoch schwer einzuschätzen, weil oft unklar sei, von welchem Teil des Mars sie stammen. Deshalb wünscht sich der Planetenforscher möglichst viel Gestein und Ablagerungen mit bekanntem Herkunftsort. Mit bemannten Missionen sei das möglich. Denn für diese brauche man größere Schiffe, in denen auch mehr Platz für Proben ist.

Eine weite Reise wird es auf alle Fälle: Weil sich Mars und Erde auf elliptischen Bahnen um die Sonne bewegen, variiert ihr Abstand zueinander stark. Im Extremfall beträgt die Entfernung 401 Millionen Kilometer, im günstigsten immer noch 55 Millionen Kilometer. Genau diesen Zeitpunkt würde man für einen Marsflug nutzen, der auch dann noch ein gutes halbes Jahr pro Richtung dauern würde. Hinzu kommt eine einjährige Wartezeit auf dem Mars oder in seiner Umlaufbahn, bis die Konstellation der Himmelskörper einen Rückflug erlaubt. Damit würde eine Marsmission mindestens zwei Jahre dauern.

Die Belastung für die Astronauten wäre enorm. Neben der Gefahr, dass jemand krank wird, gäbe es bei einer solchen Langzeitmission vor allem zwei medizinische Probleme, erklärt Volker Damann, Leiter der Raumfahrt-Medizin bei der europäischen Raumfahrtagentur Esa. So müssten die Astronauten in der Schwerelosigkeit körperlich fit gehalten, ihre Muskeln und Knochen trainiert werden. „Denn auf dem Mars wären sie plötzlich wieder der Schwerkraft ausgesetzt“, sagt Damann.

Auf der internationalen Raumstation ISS würden hierzu Laufbänder und Fahrradergometer eingesetzt. Die könnten auf einer so langen Mission jedoch eintönig werden. Man könne deshalb darüber nachdenken, durch Rotation des Schiffes künstliche Schwerkraft zu erzeugen.

Das größere Probleme ist jedoch die Strahlenbelastung im All. Deren Wirkung ist vergleichbar mit der Strahlung, die bei den Reaktorunglücken in Tschernobyl und Fukushima freigesetzt wurde. „Wenn die Belastung zu hoch ist, kann dies Tumore, Leukämie oder Schäden am Erbgut zur Folge haben. Deswegen müssen wir den Strahlenschutz verbessern“, sagt Damann. Eine Möglichkeit dafür wären von Flüssigkeit umgebene Schutzräume, doch die würden das Gewicht und somit die Kosten der Raumfähre erhöhen. Für Planetenforscher Jaumann ist es deshalb wichtig, ein besseres Verständnis der Sonne zu bekommen, um zuverlässige Vorhersagen von Strahlungseruptionen berechnen zu können.

Ebenso wichtig wie die körperliche Gesundheit der Astronauten ist die geistige. Schließlich sind sie zwei Jahre lang auf engem Raum fernab des Heimatplaneten zusammengesperrt. Der US-amerikanische Psychologe und Anthropologe Jack Stuster beschäftigt sich seit Jahrzehnten mit der Wirkung von Isolation auf den Menschen. Zuletzt ließ er die Besatzungen der ISS anonym Tagebücher führen und wertete diese später aus. Dabei kam er zu dem Schluss, dass solche Tagebücher ein gutes Ventil für die Sorgen der Astronauten sind. Es zeigte sich, dass drei Faktoren an Bord für Schwierigkeiten sorgen können: Essensmangel, Zeitmangel und Langeweile. Die Bodencrew, sagt Stuster, unterschätze oft die Dauer von Handlungen in der Schwerelosigkeit, weshalb die Belegschaft im All unter Zeitdruck gerate.

Auch Esa-Forscher Damann betont, dass Unter- und Überforderung auf Langzeitmissionen zu Problemen führen können: „Der Stundenplan der Astronauten muss gut zusammengestellt sein.“ Während der zwei Jahre im All könnte die Crew mit wissenschaftlichen Experimenten und Wartungsarbeiten beschäftigt werden. Zum Ausgleich müssten ausreichend Filme, Musik und Bücher vorhanden sein und Kontakt zu Angehörigen bestehen, sagt der Mediziner.

Entscheidend ist die Crew

Damann setzt für weiterführende Erkenntnisse vor allem auf Isolationsstudien. Die bisher umfassendste Untersuchung stammt von Roskosmos und Esa aus den Jahren 2010/11. Für das Projekt Mars-500 isolierten sie sechs Freiwillige für 520 Tage in einem 243 Quadratmeter großen Stationsnachbau. Kontakt zur Außenwelt hatte die Besatzung nur via Funk, und der wurde, wie es auch bei einem Marsflug der Fall wäre, um bis zu 20 Minuten verzögert. So war kein direkter Dialog zwischen „Raumstation“ und „Erde“ mehr möglich. Das Ergebnis war positiv: Ernste Konflikte blieben während der anderthalb Jahre aus.

Wichtig ist dabei die richtige Zusammensetzung der Crew. Anthropologe Stuster betont, dass jene Charaktere, die Allmissionen besonders verlockend finden dafür ungeeignet seien: Abenteurer. Denn meistens sind das sehr aktive Menschen mit viel Unternehmungsdrang. Dem pflichtet Damann bei: „Abenteurer sind meist allein und auf sich bezogen. Es hilft nicht, wenn wir nur Alpha-Charaktere im Team haben. Die richtige Mischung ist wichtig.“ Gesucht werden deshalb Menschen, die im Zweifelsfall in der Lage sind, Verantwortung zu übernehmen und andere mitzureißen. Sie sollten sich in anderen Situationen aber auch unterordnen können.

Und ganz wichtig: Teamfähigkeit. Diese Eigenschaft testet die Esa bereits jetzt bei ihrer Astronautenauswahl. Den Kandidaten wird eine Aufgabe gestellt, die sie am besten zu zweit lösen können. „Doch mancher erkennt das nicht und versucht nur, das Optimum für sich herauszuholen“, berichtet Damann. Solche Bewerber würden schnell gestrichen.

Gelungener Film

Zudem schätzt Damann, dass für die ersten Marsflüge eher ältere Raumfahrer mit einer entsprechenden Weltall- und Lebenserfahrung ausgewählt würden. Für die berufliche Qualifikation würden vermutlich ähnliche Auswahlkriterien gelten wie für die aktuellen Missionen auch: Vor allem Kandidaten mit einer fundierten naturwissenschaftlichen Ausbildung kämen infrage. Mediziner, Chemiker oder eben Botaniker – wie Mark Watney in „Der Marsianer“.

Damann hatte den Film mit Kollegen bereits vorab gesehen und hält ihn für gelungen. Die enge Zusammenarbeit der Produzenten mit der Nasa zahle sich aus: „Natürlich hat der Film seine Ecken und Kanten, an denen die Physik für die Dramaturgie auf den Kopf gestellt wird, schließlich ist es Kino. Aber insgesamt, glaube ich, dass er der Wirklichkeit sehr nahe kommt.“