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© NASA / dpa

Der Mars ist staubig, kalt und trocken – doch das war nicht immer so. Zwei Studien zeigen, wie der rote Planet zu dem wurde, was er heute ist.

Frankfurt – Der Mars ist ein unwirtlicher Planet: Kalt und trocken, staubig und windig. Doch einst muss es auf dem roten Planeten anders gewesen sein, da ist sich die Forschung ziemlich sicher. Forschende haben ermittelt, dass es vor 4,3 Milliarden Jahren genug flüssiges Wasser auf dem Mars gegeben haben muss, um den kompletten Planeten mit einem mehr als hundert Meter tiefen Meer zu bedecken. Vor etwa drei Milliarden Jahren – manche Forschungsteams gehen auch von einem späteren Zeitpunkt aus – soll das Wasser jedoch verschwunden sein, der Mars wurde zu dem kalten Wüstenplaneten, der er heute ist.

„Menschen haben verschiedene Ideen vorgebracht, aber wir sind uns nicht sicher, was das Klima dazu gebracht hat, sich so dramatisch zu verändern“, erklärt Edwin Kite von der University of Chicago. „Wir möchten das wirklich verstehen, vor allem, weil es der einzige Planet ist, bei dem wir definitiv wissen, dass er sich von bewohnbar zu unbewohnbar verändert hat.“ Kite hat gemeinsam mit einem Forschungsteam eine Analyse veröffentlicht, die die vorherrschende Ansicht über den klimatischen Wandel auf dem Mars infrage stellt.

Mars: Studie will herausgefunden haben, wie der rote Planet trocken und kalt wurde

Bisher geht die Forschung davon aus, dass der Mars seine dichte Kohlendioxid-Atmosphäre nach und nach ans Weltall verloren hat und dadurch der wärmende Treibhauseffekt, der flüssiges Wasser auf der Oberfläche ermöglichte, nachließ. Doch Kite und sein Team kommen in ihrer Studie, die im Fachblatt Sciences Advances veröffentlicht wurde, zu einem anderen Schluss.

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Die Forschenden rekonstruieren in ihrer Arbeit die Geschichte des Treibhauseffekts auf dem Mars anhand von Veränderungen in der räumlichen Verteilung der Flüsse. Dabei kommen sie zu der Erkenntnis, dass Veränderungen in der Verteilung der alten Mars-Flüsse im Laufe der Zeit auf einen nachlassenden Treibhauseffekt hindeuten. Beweise dafür, dass der drastische Klimawandel auf dem Mars ausschließlich mit dem Verlust von atmosphärischem Kohlendioxid zusammenhängt, können die Forschenden jedoch nicht vorlegen.

Wie wurde der Mars zu kalt für flüssiges Wasser? Forschende suchen eine Antwort

Stattdessen deuten sie in ihrer Studie an, dass der Verlust anderer Gase wichtiger gewesen sein könnte für die Entwicklung des Mars. Eine Antwort auf die Frage, um welche Gase es sich handelt, bleiben sie jedoch schuldig. „Es bleiben wichtige Fragen offen, darunter die Identität des nicht CO2-haltigen Treibhausgases, das zumindest zeitweise in der Atmosphäre gewesen sein muss“, betonen die Forschenden um Kite in ihrer Studie.Kite betont in einer Mitteilung seiner Universität: „Wir wissen nicht, welcher Faktor es ist, aber es muss eine Menge davon existiert haben, um unsere Ergebnisse zu erklären.“ Möglicherweise werden die Nasa-Rover „Curiosity“ und „Perseverance“ auf dem Mars für die weitere Forschung eingespannt.

Mars: Diese Rover und Raumsonden erforschen den roten Planeten

Eine weitere Nasa-Raumsonde, die den Mars umkreist, ist MRO, der „Mars Reconnaissance Orbiter“. Sie erreichte im März 2006 ihren Orbit und sollte den Mars kartografieren. Die hochauflösende Kamera an Bord erlaubte es der Nasa auch, interessante Landestellen für nachfolgende Missionen wie den Rover „Curiosity“ zu finden. MRO hat auch ein Radar an Bord, mit dem der Orbiter dicht unter der Mars-Oberfläche nach Wasser und Eis sucht.

Der Nasa-Rover „Curiosity“ (offiziell: „Mars Science Laboratory“, MSL) ist im August 2012 auf dem Mars gelandet. Er ist weitgehend autonom und hat zehn Instrumente zur Untersuchung von Gestein, Atmosphäre und Strahlung an Bord. Außerdem kann „Curiosity“ Spektrografen, Kameras und meteorologische Instrumente auf dem Mars einsetzen. „Curiosity“ hat etwa die Größe eines Kleinwagens und wiegt etwa 900 Kilogramm. Bei seiner Landung war der Rover das schwerste von Menschen geschaffene Objekt auf dem Mars. Mittlerweile gilt sein Nachfolger, der Rover „Perseverance“, als schwerstes Objekt auf dem Mars.

erreichte im September 2014 ihre Umlaufbahn um den Mars und hatte damit bereits ihr Hauptziel erfüllt: „Mangalyaan“ sollte erfolgreich in einen stabilen Orbit um den Mars einschwenken. Indien erprobt mit der Sonde weitere Techniken, unter anderem Kommunikation und Navigation, die Durchführung einer interplanetaren Mission sowie die Integration von autonomen Funktionen.

Der „ExoMars Trace Gas Orbiter“ (TGO) ist die zweite europäische Raumsonde, die den Mars umkreist. Im Oktober 2016 ist der Orbiter, der eine Zusammenarbeit zwischen Esa und der russischen Roskosmos darstellt, im Mars-Orbit angekommen. Er untersucht die Mars-Atmosphäre im Allgemeinen und blickt speziell auf Spurengase wie Methan, die eine biologische oder geologische Ursache haben könnten. Der Orbiter hatte den Lander „Schiaparelli“ dabei, dessen Landung auf dem Mars jedoch scheiterte. „TGO“ sollte auch dabei helfen, mögliche Landestellen für den europäischen ExoMars-Rover „Rosalind Franklin“ zu finden. Dieser Rover sollte im Herbst 2022 zum Mars starten, doch die Zusammenarbeit zwischen Esa und Russland wurde wegen des Ukraine-Kriegs auf Eis gelegt. Was mit „Rosaldin Franklin“ geschieht, ist noch unklar. (Stand: Mai 2022)

Auch die Vereinigten Arabischen Emirate (VAE) haben eine eigene Mars-Mission: Die „The Emirates Mars Mission“ besteht aus dem Mars-Orbiter „Hope“, der seit Februar 2021 den roten Planeten umkreist. Mit der Ankunft der Raumsonde im Mars-Orbit wurden die VAE zum erst fünften Land überhaupt, das den Mars erreicht hat. Der Name „Hope“ soll „eine optimistische Nachricht an Millionen junger Araber schicken“, hieß es vor dem Start.

Im Jahr 2021 ist China ein Doppelerfolg gelungen: Der Orbiter „Tianwen-1“ erreichte im Februar des Jahres den Mars. An Bord: Ein Rover, der drei Monate später auf dem Mars landete. Die Raumsonde „Tianwen-1“ umkreist den Mars und schickt nicht nur wissenschaftliche Daten zur Erde, sondern auch so manches Selfie aus dem Mars-Orbit, das auf der Erde für Aufsehen sorgt.

Das Jahr 2021 war ein Mars-Jahr: Auch die US-Raumfahrtorganisation Nasa hat es sich nicht nehmen lassen, in diesem Jahr einen Rover auf dem roten Planeten zu landen. „Mars 2020“ heißt die Mission, zu der der Rover „Perseverance“ gehört. Er ist im Februar 2021 im Jezero-Krater auf der nördlichen Marshalbkugel gelandet und hat von dort bereits bedeutende wissenschaftliche Erkenntnisse geliefert – unter anderem, dass er tatsächlich wie vermutet in einem ausgetrockneten Mars-See gelandet ist. „Perseverance“ soll nach Spuren früheren Lebens auf dem Mars suchen und gleichzeitig Gesteinsproben für einen späteren Transport zur Erde einlagern. Mit dabei hatte der Rover den kleinen Hubschrauber „Ingenuity“ (siehe nächstes Bild).

Auch der kleine Helikopter „Ingenuity“ erforscht den Mars. Die Drohne ist gemeinsam mit dem Nasa-Rover „Perseverance“ auf dem roten Planeten gelandet und erkundet den Mars seit dem ersten Flug im April 2021 aus der Luft. Angedacht als Technologiedemonstration, für die bis zu fünf Flüge geplant waren, übertrifft „Ingenuity“ alle Erwartungen. Mehr als 20 Flüge über den Mars hat der Hubschrauber bereits absolviert und erkundet mittlerweile für den Rover „Perseverance“ künftige Strecken.

Er ist derzeit der neueste Forscher auf dem Mars: Der chinesische Rover „Zhurong“ ist im Mai 2021 gelandet, nachdem er seit Februar 2021 gemeinsam mit der Raumsonde „Tianwen-1“ den Mars umkreiste. „Zhurong“ ist der erste chinesische Rover auf dem Mars. Zu seinen Missionszielen gehört die Untersuchung von Strukturen unterhalb der Marsfläche, auch die chemische Zusammensetzung des Oberflächenmaterials interessiert die beteiligten Forschenden. Der Rover arbeitet zusammen mit der Raumsonde „Tianwen-1“ an der Suche von Mineralien, die durch Interaktion mit Oberflächenwasser entstanden sind.

Staub ist ein großes Ärgernis auf dem Mars – Studie geht ihm auf den Grund

Warum der Mars wurde, wie er ist – damit beschäftigt sich auch eine weitere Studie, die ebenfalls im Fachblatt Science Advances veröffentlicht wurde. Die Forschenden um Claire Newman untersuchen das Rätsel des allgegenwärtigen Staubs auf dem Mars. Der Staub ist ein großes Ärgernis auf dem Mars, seinetwegen wurden bereits Missionen wie die des Nasa-Rovers „Opportunity“ beendet. Auch der Mars-Helikopter „Ingenuity“ und die Nasa-Sonde „InSight“ leiden unter dem Staub auf dem Mars, die „InSight“-Mission wird deshalb noch in diesem Jahr beendet werden, wie die Nasa kürzlich mitteilte.

Obwohl der Staub auf dem Mars ein Problem ist, wurde das Phänomen vor Ort bisher kaum untersucht und quantifiziert, bemängeln die Forschenden in ihrer Studie, schreiben aber weiter: „Die neuartigen Umweltsensoren des ‚Perseverance‘-Rovers und die staubige Umgebung des Jezero-Kraters schaffen hier Abhilfe.“ Der Nasa-Rover „Perseverance“ ist im Februar 2021 im Jezero-Krater auf dem Mars gelandet und untersucht dort seine Umgebung.

Nasa-Rover „Perseverance“ wird täglich von Staubteufeln besucht

Die Forschenden um Newman haben sich die Daten angeschaut, die das Rover-Instrument „Mars Environmental Dynamics Analyzer“ (MEDA) während der ersten 216 Mars-Tage des Rovers aufgezeichnet hatte. Dazu gehören unter anderem Strahlungs- und Staubsensoren, die Staubwolken und sogenannte Staubteufel (Wirbelstürme) anhand von Veränderungen des Sonnenlichts aufspüren. Gleichzeitig werden Druck, Temperatur, Wind, relative Luftfeuchtigkeit und Strahlungsflüsse erfasst und auch die Mikrofone zeichnen Windaktivitäten auf.

Die Daten, die der Rover auf dem Mars aufzeichnete, sind spannend: Sie zeigen den Forschenden zufolge, dass Windböen und Staubteufel auch ohne Stürme große Mengen an Staub auf dem Mars aufwirbeln können. Außerdem belegen die Daten, dass der Rover „Perseverance“ von mindestens einem Staubteufel pro Tag „besucht“ wurde. Seltener wurde Staub durch Windböen, die keine Wirbel waren, aufgewirbelt. Die Studienergebnisse deuten darauf hin, dass sowohl Staubteufel als auch Stürme wesentlich zum Hintergrund-Dunst auf dem Mars beitragen, doch die Forschenden weisen in ihrer Studie auch darauf hin, dass mehr Daten erforderlich sind, unter anderem um saisonale Veränderungen zu untersuchen. (tab)