Mars: Der Rote Planet

Mars: Der Rote Planet

 

Besonders die Ergebnisse der jüngeren Raumsonden haben das wissenschaftliche Verständnis von Gestalt und Geschichte des äußeren Nachbarplaneten der Erde, des Mars, tiefgreifend verändert. Wegen seiner Farbe am Erdhimmel wird er als der »Rote Planet« bezeichnet, man hielt ihn früher für einen belebten, womöglich bewohnten Himmelskörper mit einer wechselnden Vegetation und den berühmten Mars-»Kanälen«. Heute dagegen weiß man, dass der Mars ein allem Anschein nach gänzlich toter Wüstenplanet ist, man nimmt allerdings an, dass der Planet zumindest zu Beginn seiner Entwicklung tatsächlich ein kleiner Bruder der Erde gewesen sein könnte, mit freiem Wasser und einer dichten Atmosphäre. Irgendwann könnten in dieser Phase Bedingungen geherrscht haben, in denen sich erste Lebensformen gebildet haben könnten. Ob dies tatsächlich der Fall war, ist immer noch umstritten.

 

 Einführung

 

Der Mars hatte die Wissenschaftler wegen seiner scheinbaren Ähnlichkeit zur Erde schon immer fasziniert. Neben Mond und Venus gehört er zu den nächstgelegenen Himmelskörpern. Er ist etwa halb so groß wie die Erde und — wie alle inneren Planeten —ebenfalls aus Gestein aufgebaut. Er hat eine etwa hundertmal dünnere Atmosphäre als die Erde, in der es zur Bildung von Staub- und Eiswolken, zu Stürmen, Dünenaufwehungen und anderen von der Erde bekannten Wettererscheinungen kommt. Die Temperaturen auf der Marsoberfläche liegen ungefähr zwischen —130 und maximal +25 Grad Celsius, damit sind sie dem irdischen Klima zumindest deutlich ähnlicher als die +450 Grad Celsius, welche auf der Venus herrschen, oder die —160 bis +130 Grad Celsius, die auf dem Erdmond gemessen worden sind.

 

Jahreszeiten und Eis

 

Der Mars hat fast dieselbe Rotationsperiode wie die Erde: ein Marstag dauert 24 Stunden 37 Minuten und 22 Sekunden. Auch die Neigung der Rotationsachse des Mars gegen seinen Äquator stimmt mit 25,19º fast genau mit derjenigen der Erde (23,45º) überein, daher weist der Mars praktisch dieselben Jahreszeiten auf, wie wir sie von der Erde kennen. Da er allerdings fast anderthalb mal so weit von der Sonne entfernt ist wie die Erde und ein Marsjahr mit 687 Tagen fast doppelt so lang ist wie ein irdisches Jahr, sind die Jahreszeiten dementsprechend länger. Den Wechsel der Marsjahreszeiten kann man von der Erde aus bereits mit einem Amateurfernrohr beobachten, da im Laufe eines Marsjahres die polaren Eiskappen periodisch schmelzen und wachsen. Diese polaren Eisschilde besitzen eine bisher nicht geklärte Besonderheit: Während die nördliche Polkappe überwiegend aus Wassereis besteht, ist der Hauptbestandteil der südlichen Kappe Trockeneis, also gefrorenes Kohlendioxid. Farbänderungen in anderen, ausgedehnten Gebieten auf dem Mars wurden lange als jahreszeitliche Veränderungen in einer niedrigen Vegetation interpretiert, etwa Moose und Flechten, doch heute weiß man, dass es sich um chemische Reaktionen im Gestein handelt.

 

Der Marskern

 

Trotz dieser vielen Gemeinsamkeiten mit der Erde ist die mineralische Zusammensetzung des Marsgesteins anders als die der meisten irdischen Gesteine, auch die mittlere Dichte des Mars liegt mit 3,93 Gramm pro Kubikzentimeter deutlich unterhalb der Erddichte (5,52 g/cm³). Dies liefert Hinweise auf einen unterschiedlichen inneren Aufbau der beiden Planeten. Man geht zwar auch beim Mars von einem mehr oder weniger stark geschmolzenen Kern aus, dessen Größe und Zusammensetzung sind aber nicht klar und sicherlich verschieden vom Erdkern. Wenn man annimmt, dass der Marskern aus Eisen oder aus einer Mischung von Eisen und Schwefel besteht, müsste dieser Kern einen Durchmesser von etwa 1 300, beziehungsweise 2 200 Kilometer haben, was einem Fünftel, beziehungsweise einem Drittel des Planetendurchmessers entspricht; der — aus einer äußeren flüssigen und einer inneren festen Komponente bestehende —Erdkern nimmt dagegen über die Hälfte des Erddurchmessers ein.

 

In einem flüssigen Planetenkern können elektrische Strömungen auftreten, die ein den ganzen Planeten umschließendes Magnetfeld verursachen; man bezeichnet dies als Dynamoeffekt. Bei der Erde ist dies der Fall, was beispielsweise jeder Kompass, aber auch das Polarlicht beweist, Letzteres sind geladene kosmische Teilchen, die vom Erdmagnetfeld zu den (Magnet-)Polen gelenkt werden und dort in die Atmosphäre eindringen und dabei Leuchterscheinungen hervorrufen. Das globale Magnetfeld des Mars ist dagegen so schwach, dass man bisher nur eine Obergrenze messen konnte; man weiß also nur, wie stark das Magnetfeld maximal sein kann, nämlich höchstens ein Zehntausendstel bis ein Tausendstel des Erdfelds. Daher kann man nennenswerte Strömungen von elektrischen Teilchen wie im Erdkern für den heutigen Mars nahezu ausschließen. In einer fernen Vergangenheit muss dies jedoch anders gewesen sein: Das früher stärkere Magnetfeld hat einige eisenhaltige magnetische Kristalle im Marsgestein ausgerichtet. Wie bei einem Tonband bleibt diese Ausrichtung auch dann noch erhalten, wenn das prägende Magnetfeld verschwindet, daher kann sie auch heute noch gemessen werden. Im Gegensatz zum bisher fehlenden globalen Magnetfeld konnte in einigen Regionen ein ausgedehntes lokales Magnetfeld nachgewiesen werden.

 

Die Marskanäle

 

Noch Ende des 19. Jahrhunderts war man davon überzeugt, dass sich auf dem Mars schnurgerade Strukturen befinden, die von dem italienischen Astronomen Giovanni Schiaparelli (1835—1910) als »canali« bezeichnet wurden (das italienische Wort für Rinne oder Furche). Dieser Begriff wurde jedoch fehlerhaft in andere Sprachen übersetzt und so entstand die Legende der von einer intelligenten Zivilisation angelegten Wasser führenden Kanäle. Schon bald nach der Jahrhundertwende wurde allerdings gezeigt, dass es sich bei diesen Linien um eine optische Täuschung handelt. Die Erinnerung blieb jedoch noch lange bestehen und gipfelte in den Dreißigerjahren in einem von Orson Welles inszenierten Hörspiel einer Invasion vom Mars, das in breiten Kreisen der amerikanischen Zuhörer Verunsicherung und Panik hervorrief. Und auch noch in den 1960er- und 1970er-Jahren waren die »kleinen grünen Männchen vom Mars« ein beliebtes Thema in Medien und Gesellschaft.

 

Interessanterweise brachte die Raumfahrt eine Art Wiederbelebung für Schiaparellis Kanäle — wenn auch ohne Marszivilisation. Von Raumsonden aus gemachte Fotografien zeigen rinnenartige Strukturen, in denen vor langer Zeit beträchtliche Wassermassen geflossen sein müssen. Eine Reihe von anderen Annahmen, die teilweise auf erdgebundenen Beobachtungen, teilweise auf Messungen der ersten Raumsonden beruhten, konnte in den 1990er-Jahren durch neuere Ergebnisse von Sondenmissionen zum Mars dagegen endgültig widerlegt werden.

 

 Marssonden

 

Schon in den 1960er-Jahren besuchten amerikanische und sowjetische Raumsonden den Mars und sendeten zumeist Bilder, aber auch verschiedene physikalische Daten an die Kontrollzentren auf der Erde. Einen ersten Höhepunkt erreichte die Marserkundung 1975 mit der Landung der beiden Viking-Sonden, die mit verschiedenen Experimenten ausgestattet, besonders das Wettergeschehen und die Bodenbeschaffenheit untersuchten. Danach trat erst einmal eine lange Pause ein.

 

Eine neue Ära der Marserkundung leitete die NASA mit der Landung der Raumsonde Pathfinder im Juli 1997 ein. Sie sollte weiteren Sonden den Weg ebnen und besonders eines jener »Flusstäler« näher erkunden. Furore machte sie besonders in den USA durch die starke mediale Aufmerksamkeit und ein professionelles Merchandising (es wurde eine große Zahl von Spielzeugmodellen von Pathfinder und dem Roboter Sojourner verkauft), aber auch durch die vergleichsweise geringen Kosten, die nur wenige hundert Millionen Dollar betrugen. Pathfinder setzte einen beweglichen Roboter namens Sojourner ab, der sich in einem begrenzten Gebiet um seine Landekapsel herum bewegen konnte. Ausgelegt war Sojourner nur für eine Lebensdauer von einem Monat. Dennoch arbeitete sie fast drei Monate lang äußerst zufrieden stellend, bis Ende September 1997 die Batterien leer waren und die Sonde auf keines der Funksignale seitens der Bodenstation mehr reagierte.

 

Schon ein Jahr bevor Sojourner verstummte, wurde die erste Sonde des Mars Survey Program (MSP, Mars-Erkundungsprogramm) gestartet: Im November 1996 hob der Mars Global Surveyor (MGS) in Cape Canaveral (Florida) ab, der 1998 beim Mars eintraf und dort seine Arbeit aufnahm. An Bord befanden sich unter anderem ein Höhenmesser, eine Kamera und ein Spektrometer. Ihren Aufgaben umfassen die hochaufgelöste Kartierung der Marsoberfläche, aber auch Temperatur- und topographische Messungen.

 

Dem Global Surveyor folgen die beiden Raumsonden Mars Climate Orbiter (MCO) und Mars Polar Lander (MPL). Sie wurden im Dezember 1998 bzw. im Januar 1999 gestartet und trafen beide mit etwa zweimonatigem Abstand Ende 1999 beim Mars ein. Nachdem der Climate Orbiter zunächst einige Wochen zufrieden stellend arbeitete, verstummte er plötzlich. Die Untersuchungen ergaben, dass ein Korrekturmanöver falsch ausgeführt wurde, weil man in einem Programm falsche Einheiten, nämlich Zoll statt Zentimeter, verwendet hatte. Auch der bald darauf eintreffende Polar Lander wurde ein Misserfolg: Eigentlich sollte die Sonde selbst auf der südlichen Eiskappe landen, davor aber zwei kleinere Sonden absetzen, die sich in den Boden bohren und dort Messungen in etwa zwei Metern Tiefe vornehmen sollten. Doch die nach der Landung erwarteten Signale blieben aus und über das Schicksal des Landers ist daher nichts bekannt.

 

Eigentlich wollte sich die NASA mit diesen Sonden einem besonders intensiv diskutierten Thema zuwenden, nämlich der Klimageschichte des Mars. Da nur verhältnismäßig wenige Faktoren das Marsklima beeinflussen, könnte seine Geschichte wichtige Anhaltspunkte liefern, um auch die irdische Klimaentwicklung besser zu verstehen. Zu diesen Faktoren gehört der Druck der Marsatmosphäre, der nur etwa einem Prozent des irdischen Luftdrucks entspricht. Dabei besteht sie zum größten Teil aus Kohlendioxid, dem Gas, dessen Freisetzung durch Verbrennung von Kohle, Gas oder Öl auf der Erde zur Verstärkung des Treibhauseffekts beiträgt. Das häufigste Gas der Erdatmosphäre, der Stickstoff, ist auf dem Mars nur noch in geringen Mengen vorhanden. Sauerstoff und Wasserdampf stellen heute auf dem Mars ebenfalls nur Spurengase dar, sind also eben noch nachweisbar; dies kann jedoch in der Geschichte des Mars nicht immer so gewesen sein.

 

 Wasser auf dem Mars

 

Neben den Flusstälern deuten auch Strömungsspuren, die Pathfinder an Gesteinen entdeckte, darauf hin, dass in der Vergangenheit des Mars zumindest phasenweise beträchtliche Mengen freien Wassers geflossen sein müssen. In einer so dünnen Atmosphäre, wie sie der Mars heute aufweist, muss dieses Wasser allerdings schnell wieder verdunstet sein. (Auch auf der Erde siedet Wasser unter erniedrigtem Druck bereits bei beträchtlich niedrigerer Temperatur, zum Beispiel im Hochgebirge.) Aus der Atmosphäre konnte der Wasserdampf schließlich wegen der geringeren Anziehungskraft des Mars in den Weltraum entweichen.

 

Wie könnten die marsianischen Wasservorkommen einmal ausgesehen haben? Eine Reihe von bekannt gewordenen künstlerischen Darstellungen zeigt einen Mars, dessen nördliche Hemisphäre — die unter dem Nullniveau des Mars liegt — fast vollständig unter einem Ozean verborgen ist. Für diese Vorstellung gibt es allerdings keinerlei schlüssige Beweise. Vielmehr gibt es zwei wissenschaftliche Hypothesen, wie der Mars früher ausgesehen haben könnte. Die eine geht davon aus, dass der Mars in seiner frühen »Jugend« relativ warm und mit Wasser bedeckt war, das kleine Ozeane, Seen und Flüsse bildete. Aufgrund einer damals dichteren Atmosphäre blieb dieses Wasser lange erhalten. Erst als die Atmosphäre sich allmählich in den Weltraum verlor, entwich auch immer mehr Wasser in den Weltraum.

 

Die andere Vermutung besagt, dass der Mars schon immer ein kalter und öder Planet war. Wie man es auch noch für den heutigen Mars vermutet, enthielt er große Mengen an Wasser, das entweder in Form von Eis im Gestein eingeschlossen oder chemisch in Mineralien gebunden war beziehungsweise ist. Dieses wäre dann bei Asteroideneinschlägen oder Vulkanausbrüchen für kurze Zeiten freigesetzt. Die dabei auftretenden großen Flussläufe, weit mächtiger als die stärksten Ströme auf der Erde, schufen in verhältnismäßig kurzer Zeit die breiten Täler, die auf heutigen Aufnahmen sichtbar sind.

 

Geringe Mengen von Wasserdampf zeigen sich heute deutlich in der Marsatmosphäre, in der dieser bei Nacht auskristallisiert und dünne Wolken bildet. Auch in den Polkappen scheinen größere Wassermengen gebunden zu sein, obwohl dort die Temperaturen so gering sind, dass sich auch Trockeneis bildet. Die Untersuchung des Wassergehalts der Polkappen war eine Aufgabe des verloren gegangenen Mars Polar Lander.

 

 Leben auf dem Mars?

 

Eng verbunden mit der Frage, ob es offenes Wasser auf dem Mars gegeben hat, ist die Frage, ob auf dem Mars Leben entstanden ist und ob marsianische Lebensformen heute noch existieren. Organische Moleküle finden sich überall im Weltall, insbesondere in Kometen, in denen sie seit der Entstehung des Sonnensystems eingefroren sind. Vor allem während einer frühen Epoche des Sonnensystems wurden Planeten und Monde mit den Überresten der Planetenentstehung regelrecht bombardiert. Dabei, aber auch in den 4,5—5 Milliarden Jahren, die seitdem verstrichen sind, schlugen immer wieder Kometen auf dem Mars auf. Kometen enthalten aber viel Wasser und gelten auch als eine der Quellen des irdischen Wassers — daher müssen Kometen große Wassermengen auf dem Mars deponiert haben. Mit ihnen kamen im Übrigen auch organische Moleküle, die sich im Wasser verteilten. Damit herrschten in der Frühzeit des Mars Bedingungen, die jenen sehr ähnelten, welche bei der Entstehung des Lebens auf der Erde herrschten; so liegt die Vermutung nahe, dass auch auf dem Mars die Entstehung von Lebensformen begonnen haben könnte.

 

Ein Grundannahme in diesem Zusammenhang besteht darin, dass auf dem Mars eine ähnliche Entwicklung wie auf der Erde stattfand. Nur dann können Wissenschaftler Experimente entwerfen, mit denen nach Lebensformen auf dem Mars gesucht werden kann. Zu dieser Annahme gehört beispielsweise, dass Bakterien oder Algen — und mehr können wir aufgrund der Umweltbedingungen auf dem Mars heute nicht mehr erwarten — Stoffe aus ihrer Umwelt aufnehmen, dass in ihrem Inneren chemische Reaktionen stattfinden, die ihnen die notwendige Energie liefern, und das dabei gasförmige Abfallprodukte frei werden. Dabei sind die möglichen Marsmikroben nicht unbedingt an einen auf Sauerstoff basierenden Stoffwechsel gebunden. Auch auf der Erde existieren Bakterien und Algen, die unter extremen Bedingungen und ohne Sauerstoff leben können oder sogar müssen.

 

Nach derartigen Prozessen suchten bereits 1975 die beiden Viking-Sonden. Sie entnahmen in der Umgebung ihrer Landestelle Bodenproben und setzten sie einer nährstoffreichen Umgebung aus. Gemäß der Auslegung der Experimente sollte sich beim Vorhandensein von Lebensformen Gase entwickeln, deren chemische Zusammensetzung und Menge von den Viking-Sonden gemessen werden sollte. Die Freude war 1975 groß, als diese Experimente positive Ergebnisse zu liefern schienen. Allerdings erbrachte eine genauere Analyse, dass die freigesetzten Gase nicht auf das Vorhandensein von Lebensformen schließen lassen, sondern durch chemische Reaktionen in den Bodenmineralien entstanden sind.

 

Einen neueren, ebenfalls heftig umstrittenen Hinweis auf marsianisches Leben meinten Wissenschaftler 1996 in einem Meteoriten gefunden zu haben. Aufgrund seines mineralischen Aufbaus, der Marsgesteinen ähnelt, nimmt man an, dass er bei einem Meteoriteneinschlag auf dem Mars so weit empor geschleudert wurde, dass er nach einer langen Reise zur Erde in der Antarktis niedergehen konnte und im dortigen »ewigen« Eis konserviert wurde. Auf diesem Meteoriten zeigen sich bei starker Vergrößerung längliche Strukturen, welche stark an versteinerte irdische Mikroben erinnern. Es konnte jedoch nicht schlüssig nachgewiesen werden, dass es sich bei ihnen tatsächlich um Überreste marsianischer Lebensformen handelt.

 

 Vulkanismus

 

Zu den sicher nachgewiesenen Merkmalen des Mars gehören die großen Schildvulkane. Sie besitzen Durchmesser von bis zu etwa 600 Kilometern, der größte von ihnen, Olympus Mons, erhebt sich in Höhen von bis zu 24 Kilometern. Ein vergleichbarer Vulkan auf der Erde, der Mauna Kea auf Hawaii, besitzt von seiner Basis am Meeresboden bis zum Gipfel eine Höhe von nur 10 Kilometern.

 

Die Vulkane sind einer der deutlichsten Hinweise, dass der Mars auch in der Vergangenheit geologisch aktiv war. Allerdings nahm man bis vor kurzem an, dass die Vulkane seit Jahrmilliarden erloschen sind. Nach dem Eintreffen des Mars Global Surveyor lagen neue hochaufgelöste Bilder der Marsoberfläche vor, auf denen die Wissenschaftler Einschlagskrater zählten. Deren Zahl und Größe ermöglicht eine Abschätzung des Alters der entsprechenden Region. Dabei stießen sie auf einen Lavastrom, der im Gegensatz zu anderen Lavaströmen kaum verkratert ist. Aus dieser Entdeckung leiteten die Wissenschaftler ab, dass der letzte Ausbruch dieses Vulkans vor 40 bis 100 Millionen Jahre geschah. Der Mars enthielt also mit Sicherheit in geologischer junger Vergangenheit glutflüssiges Gestein in seinem Inneren, vermutlich trifft dies auch heute noch zu.

 

 Plattentektonik

 

Die auf Satellitenaufnahmen erkennbaren Strukturen des Mars lassen darauf schließen, dass der Planet keine tektonischen Platten besitzt, die sich wie im Falle der Erde gegeneinander verschieben. Wäre dies der Fall, würde man aufgefaltete Gebirgsketten sowie eine ausgeglichenere Verteilung extrem hoher und extrem niedriger Gebiete erwarten. Beides ist auf dem Mars nicht vorhanden.

 

Dennoch zeigen die ersten Magnetometermessungen an Bord des Mars Global Surveyor weit ausgedehnte nebeneinander liegende Bereiche, in denen die Magnetisierung der Oberfläche in entgegengesetzte Richtungen weist. Solche Gesteine kennt man beispielsweise auch vom Mittelatlantischen Rücken, in dem heißes Magma aus dem Erdinneren aufsteigt. Sobald es erstarrt, richten sich die eisenhaltigen Mineralien entsprechend dem Erdmagnetfeld aus und speichern so die Richtung, die das Feld zu diesem Zeitpunkt besaß. Durch die Kontinentaldrift werden die Gesteine auseinander geschoben. Bei jeder Umpolung des Erdmagnetfelds (dies geschieht etwa alle 1—2 Millionen Jahre) ändert sich auch die Magnetfeldrichtung, sodass die Epochen unterschiedlicher Feldrichtungen in der wechselnden Magnetisierungsrichtung der Gesteine bestimmt werden können.

 

Dieselben Muster, aber mit größeren zeitlichen Abständen, weisen nach den bisherigen Messungen auch marsianische Gesteine auf. Dadurch kamen die Wissenschaftler zu dem Schluss, dass auch der Mars zumindest in früherer Zeit tektonisch aktiv war und es in einem geringen Maße vielleicht sogar heute noch ist. Allerdings werden auch hier alternative Deutungen angeboten. Die Wissenschaftler grübeln beispielsweise darüber nach, ob es sich vielleicht um eine Restmagnetisierung aus einer früheren Epoche des Mars handelt, die durch vulkanische Aktivitäten oder durch Hebungen und Senkungen des Gesteins zerrissen wurde.

 

 Marsgesichter

 

Nur wenige Forschungsergebnisse vom Mars haben die Fantasie der Menschen so sehr angeregt, wie die Aufnahme des ersten »Marsgesichts«, das in Bildern von Viking 1 erkennbar ist. Dabei handelte es sich um ein Gesicht mit grob menschenähnlichen Zügen. Der Eindruck wird von einer Felsformation hervorgerufen, die zum Zeitpunkt der Aufnahme stark von der Seite beleuchtet wurde. Sofort traten Spekulationen auf, ob nicht eine alte marsianische Rasse hier ihre Spuren hinterlassen haben könnte.

 

Neue Aufnahmen des Mars Global Surveyor räumten aber mit diesen Spekulationen auf. Die von ihm gewonnenen Aufnahmen derselben Region zeigen deutlich Felsen und Krater, die erst durch den Sonnenstand und das Spiel von Licht und Schatten die Form eines Gesichts annahm.

 

Kaum hatte jedoch der MGS das eine Gesicht auf dem Mars enttarnt, zeigte sich schon ein neues, das insbesondere von der Seite betrachtet stark einem »Smiley« ähnelt. Es ist bei unterschiedlichen Sonnenständen erkennbar, wobei jedoch auch immer deutlich ist, dass Augen, Mund und Nase von Kratern und Felsen gebildet werden.

 

Literatur:

 

Hermann-Michael Hahn: Erde, Sonne und Planeten. Raumsonden erforschen das Sonnensystem. Taschenbuchausgabe München 1981.

 

Meyers Handbuch Weltall, Beiträge von Joachim Krautter u. a. Mannheim ⁷1994.

 

Lexikon der Astronomie. Die große Enzyklopädie der Weltraumforschung, bearbeitet von Rolf Sauermost. 2 Bände. Lizenzausgabe Heidelberg 1995.

 Johannes Fiebag und Torsten Sasse: Mars — Planet des Lebens. Die Jahrtausendentdeckung der NASA. Fakten — Hintergründe — Konsequenzen. Düsseldorf 1996.

 Johannes Fiebag: Mission Pathfinder. Der rote Planet rückt näher. Die sensationellen neuen Bilder und Erkenntnisse der NASA-Expedition zum Mars. Düsseldorf 1997.

 Piers Bizony: Die Erkundung des Mars. Auf der Suche nach Leben im Kosmos. Aus dem Englischen. München 1998.

 

Die Mars-Mission. Pathfinder, Sojourner und die Eroberung des roten Planeten, Beiträge von Holger Heuseler u. a. München 1998.

 Paul Raeburn: Mars. Die Geheimnisse des roten Planeten. Aus dem Amerikanischen. Augsburg 1999.