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Friday, June 5, 2020

Wasser auf dem Mars

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Es fließt, es fließt nicht, es fließt, es fließt nicht,… So lässt sich wohl die Geschichte der Suche nach Wasser auf dem Mars beschreiben. Schon immer stellte man sich die Frage nach Wasser, das fernab der Erde existiert, denn hier ist es als Transport- und Lösungsmittel für alle Lebewesen unverzichtbar. Kein Tropfen Wasser auf der Erde ist steril. Daher ist die Suche nach außerirdischem Leben natürlich auch die Suche nach Wasser.

Ein kosmischer Zoo…

Die Reise beginnt in der Antike. Hier waren Religion und Wissenschaft quasi eins, die Gedanken, die man sich über das Weltall machte oder eben das, was außerhalb der Erde liegt, waren höchst spekulativ. Grundsätzlich war man sich aber recht sicher, dass eigentlich auf jedem Himmelskörper Leben existieren müsste. Wieso sollten die Götter schließlich einen Planeten erschaffen, der dann unbewohnt bleibt?

Man blickte damals einfach noch ganz anders aufs Universum und das war auch im Mittelalter noch so. Der große Wilhelm Herschel, Entdecker des Uranus, sprach etwa:

“Ich halte mich für befugt aufgrund astronomischer Prinzipien die Sonne als eine bewohnte Welt zu bezeichnen.”.

Ja, richtig gehört, die Sonne sollte angeblich bewohnt sein. Und auch auf dem Jupiter, dem Saturn, dem Mond und eben auch dem Mars sollten Lebewesen existieren. Sonst hätte die Existenz dieser Himmelskörper schließlich gar keinen Sinn und damals musste eben alles einen Sinn haben, das Weltbild war noch sehr menschenzentriert und die Vorstellung, dass alles einfach aus Zufall da ist, war unvorstellbar.

Polkappen und Wolken

Mit der Erfindung des Teleskops erhärtete sich dieser Verdacht noch, so beobachtete man Polkappen und Wolken und deutete diese richtigerweise als Indikatoren für Wasser. Zudem erkannte man, dass ein Tag auf dem Mars auch ungefähr 24 Stunden dauert, was Wilhelm Herschel zur Aussage verleitete, dass der Mars seinen Bewohnern

“in vielerlei Hinsicht eine Situation bot, die der unseren ähnlich ist.”.

Erst im späten 19. und frühen 20. Jahrhundert änderte sich die allgemeine Ansicht auf den Planeten, man sah ihn als einen “im Sterben liegenden” Planeten, der langsam austrocknet.

Man erkannte richtig, dass die Atmosphäre viel dünner als auf der Erde ist und somit keine großen Wasservorkommen wie etwa Ozeane existieren können. Der Mars wurde mit den Gegebenheiten auf hohen Bergen verglichen, wo nur sehr einfache Organismen gedeihen können.

Dennoch war man weiterhin sehr überzeugt von Leben auf dem Mars. 1870 beobachtete der italienische Astronom Giovanni Schiaparelli die berühmten Marskanäle, über die ich hier bereits mehr schrieb, man deutete sie als Bauwerke einer intelligenten Zivilisation, die Wasser von den Polkappen in Richtung des Äquators leitet, um ihre Population zu versorgen. Tatsächlich waren es einfach zum Großteil optische Täuschungen.

Zudem hielt man die Staubstürme, die bei dem Wechsel der Jahreszeit den ganzen Planeten umhüllen, für sich ausbreitende Vegetation. Etwas später wies Gerard Kuiper Kohlendioxid in der Marsatmosphäre nach.

Im Raumfahrtzeitalter

Bis weit in die 60er hielt man die Möglichkeit von Flechten und Moosen auf dem Marsboden für realistisch. Etwas Ernüchterung brachte erst die erste erfolgreiche Marssonde Mariner 4, die den Mars passierte und im Grunde genommen Bilder zur Erde funkte, die den Bildern des Monds recht ähnlich sahen.

So einfach ließ man sich jedoch nicht erschüttern, weiterhin waren kleine Wasserreservoire und Mikroben im Rahmen des möglichen, weshalb man eine Landemission plante.

So sah das auch der stellvertretende NASA-Direktor George Low:

“Keiner rechnet damit, dass die Viking-Sonde bei ihrer Landung von einem Elefanten angerempelt wird.”

Und tatsächlich landete Viking auf dem Mars, sie wurde weder von einem Elefanten angerempelt, noch hat sie Wasser oder einfaches Leben gefunden.

Ausgetrocknete Seen und Flüsse

Dafür haben die Mars-Orbiter 2001 Mars Odyssey und Global Surveyor am Gusev-Krater Spuren eines ehemaligen Sees gefunden und Hinweise auf die Existenz eines ganzen Ozeans auf dem Mars in der Vergangenheit geliefert. An diesen Orten landeten etwas später die Marsrover Spirit und Opportunity.

Die beiden Rover lieferten die finalen Beweise dafür, dass es auf dem Mars einmal Wasser gegeben haben muss. So fand Opportunity zum Beispiel sogenannte Blueberries, kleine Kügelchen aus Hämatit, das kann sich nur unter Einfluss von Wasser bilden.

Kurz nach einem globalen Staubsturm riss Spirit zudem mit einem kaputten Rad den Marsboden auf, wodurch eine weiße silikatreiche Substanz zum Vorschein kam – auch hier ist Wasser der einzige uns bekannte Entstehungsweg. Hier hat Spirit also aus dem Unglück eine Tugend gemacht.

Ab diesem Zeitpunkt war klar, dass es einmal flüssiges Wasser auf dem Mars gegeben haben muss, doch handelte es sich um ein paar Pfützen oder gleich um einen ganzen Ozean? Das sollte der Marsrover der nächsten Generation, Curiosity, herausfinden.

Man hatte aus den Vorgängermissionen gelernt: Statt Solarzellen, die bei einem globalen Sandsturm nutzlos sind, baute man eine nukleare Energiequelle ein, die Landung sollte mit Landedüsen erfolgen, statt wie vorher mit Airbags. Der Rover war allen Vorgängern meilenweit voraus.

Curiosity Spirit Opportunity Sojourner
Masse 900 kg 174 kg 174 kg 10,6 kg
Rechenleistung 400 MIPS 20 MIPS 20 MIPS 0,1 MIPS
Zurückgelegte Strecke 22 Kilometer (Stand Anfang 2020) 7,73 Kilometer 45 Kilometer 80 Meter
Landeplatz Gale-Krater Gusev-Krater Meridiani Planum Ares Vallis
Instrumente 10 5 5 4

Und tatsächlich sollte es auch Curiosity sein, der den Durchbruch für die Such nach Wasser auf dem Mars bringt. Schon 40 Tage nach der Landung im Gale-Krater fotografierte Curiosity Kieselsteine.

Das klingt zwar unspektakulär, war aber einer der bahnbrechendsten Entdeckungen der Raumfahrtgeschichte. Für die Bildung von Kieselsteinen reicht keine kleine Pfütze, es muss große Mengen an Wasser gegeben haben, welche die Kiesel geschliffen haben, ganze Ozeane.

Curiosity ist also mitten in einem ehemals hüfthohen Fluss gelandet und brachte den Beweis, dass der Mars unserer Erde tatsächlich sehr ähnlich war.

In der sogenannte Hesperianischen Periode vor 3,5 bis 1,8 Milliarden Jahren gab es einen Ozean, der ein Fünftel bis ein Drittel der Planetenoberfläche bedeckte und an einigen Stellen bis zu 1,6 Kilometer tief war. Wasser versickerte im Boden und kam durch hydrothermale Quellen wieder an die Oberfläche.

Die Marsatmosphäre war zu diesem Zeitpunkt noch viel dichter und schützte die geschätzt 20 Millionen Kubikkilometer Wasser vor der Strahlung aus dem All. Doch der Mars ist viel kleiner als die Erde, er konnte seine Atmosphäre nicht lange halten und hat außerdem kein schützendes Magnetfeld.

Ohne Atmosphäre und Magnetfeld war die Oberfläche des Planeten der Strahlung aus dem All schutzlos ausgeliefert und der Ozean gaste ins All aus.

Das bedeutet auch, dass über eine sehr lange Zeit komplexeres Leben auf dem Mars hätte existieren können. Der Mars war sogar früher lebensfreundlich als die Erde.

Das wirft eine interessante Frage auf: Könnte es sein, dass marsianisches Leben durch Asteroiden auf die Erde kam und wir demnach eigentlich alle Marsianer sind? Das werden wir erst erfahren, wenn wir Reste von Marsleben finden und seine Biologie analysieren, was vermutlich nur mit einer bemannten Mission gelingen könnte.

Dusche für Phoenix

So weit so gut, früher gab es also nicht nur ein bisschen Wasser auf dem Mars, sondern ganze Ozeane. Aber wirklich interessant ist doch die Frage, ob es heute noch Wasser auf dem Mars gibt.

Die NASA-Sonde Phoenix konnte diese Frage ebenfalls mit ja beantworten. Die Sonde landete in der Nähe des Nordpols des Mars und entnahm Proben aus dem Permafrostboden.

Bei ihrer Landung hat sie vermutlich flüssiges Wasser aufgewirbelt, denn anschließend war sie nass. Es war natürlich keine Dusche, aber deutlich erkennbare Tröpfchen.

Diese warfen Fragen auf, schließlich war es dort -20°C und kälter, Wasser sollte dort eigentlich gefrieren. Man vermutet, dass das Wasser stark salzhaltig ist und somit erst bei -70°C gefriert. Dieses Wasser könnte auch heute auf der Oberfläche des Mars fließen.

An Felsabhängen beobachtete man Spuren, die darauf hindeuten, dass es auf dem Mars in der warmen Jahreszeit flüssiges Wasser an der Oberfläche gibt. Das Salzwasser läuft in Rillen und Nischen entlang.

Würden mehrere solche Rillen etwa in einem Einschlagskrater münden, könnte dieses Salzwasser einen See bilden, eine dünne gefrorene Schicht würde das Wasser dann langfristig vor den widrigen Bedingungen schützen.

Ein 20 Meter tiefer See könnte über ein Jahr lang flüssig bleiben, dann würde jedoch schon wieder neues Wasser nachfließen, hydrothermale Quellen würden zusätzliche Wärme liefern.

Somit ist es bis heute nicht ausgeschlossen, dass es dauerhafte Seen auf der Marsoberfläche gibt. Entdeckt wurde so ein Wasserkörper jedoch noch nicht, die jüngsten Daten einer europäischen Raumsonde haben jedoch etwa anderes gefunden.

Mars Express entdeckt See

Die Raumsonde Mars Express umkreist den Mars aus dem All und durchleuchtet seine Oberfläche. In der Südpolarregion des Planeten stieß sie auf eine Auffälligkeit. Ein Bereich reflektierte dort besonders viel der von Mars Express ausgesandten Strahlung – ein fast untrügliches Zeichen für das Vorkommen flüssigen Wassers.

Das Wasserreservoir befindet sich 1,5 Kilometer unterhalb der Marsoberfläche und hat eine Größe von rund 20 Kilometern. Es ist also kein richtiger Ozean, aber ein großer See. Die Wissenschaftler vom Nationalen Institut für Astrophysik in Bologna, welche die Daten von Mars Express auswerteten sind sich sicher, dass es sich um flüssiges Wasser handelt:

“Die hohen Leitfähigkeits-Daten dieses hellen Gebiets unter der Südpol-Eiskappe deuten darauf hin, dass dort wassergesättigtes Material oder Schichten flüssigen Wassers vorhanden sein müssen. Wir müssen daher schlussfolgern, dass es heute noch Wasser auf dem roten Planeten gibt.”

Durch den Druck und den Salzgehalt gefriert das Wasser in diesem See vermutlich erst bei 60°C. Er stellt das erste bekannte langfristige Wasserreservoir auf dem Mars dar, bis jetzt kennt man diese unterirdischen Seen von der Erde, einigen Jupiter- und Saturnmonden, zum Beispiel Europa, Enceladus oder Callisto.

Doch hebt diese ohne Frage spektakuläre Entdeckung wirklich die Chance, dass es heute noch nicht nur Wasser auf dem Mars, sondern auch Leben auf dem Mars gibt?

Theoretisch schon. Angenehm ist es dort für Lebensformen sicherlich nicht, doch es gibt auch auf der Erde ähnliche Orte, an denen Leben existiert.

Das Wasser ist sehr kalt und salzig und für uns giftige Stoffe sind darin gelöst, doch Lebewesen, die an die widrigen Umstände gewöhnt sind, könnten in dieser Umgebung gedeihen. So war es auch, als der erste Sauerstoff in die Erdatmosphäre kam. Für einige Lebewesen war es Gift, doch andere profitierten davon.

Wenn Leben schon vorher auf den Mars existiert hat, was die großen Ozeane der Vergangenheit nahelegen, könnte es in dieser Nische überlebt haben. Aber vielleicht ist es auch dort völlig neu entstanden, wir wissen es schlichtweg nicht. Vielleicht werden Astronauten eines Tages in dieser Region landen.

Sie könnten das in der Südpolarregion vorhandene Eis zu Wasser schmelzen. Aus dem Wasser kann man Sauerstoff zum Atmen und vielleicht sogar Treibstoff und Ressourcen gewinnen. Womöglich könnte man vor Ort sogar eine Bohrung bis in den See unternehmen.

Bei irdischer Technologie und Oberflächenbeschaffenheit wären die 1,5 Kilometer kein großes Problem, aber bei marsianischer Schwerkraft und Oberflächenbeschaffenheit wird es sicher eine große Herausforderung für künftige Forscher.

Wasser auf dem Mars in Zukunft

Momentan gibt es also Wasser auf dem Mars, kleine Mengen an der Oberfläche und größere Mengen darunter. Vielleicht könnte es auch heute kleine Seen auf der Marsoberfläche geben, das wissen wir noch nicht. Doch klar ist, dass es keine großen Mengen flüssigen Wassers mehr auf der Oberfläche gibt. Vielleicht könnte sich das in Zukunft ändern.

Das muss nicht unbedingt das klassische Terraforming sein, sodass der ganze Planet künstlich bewohnbar gemacht wird, etwa durch riesige Spiegel oder einen Asteroiden, der die Temperatur soweit erhöht, dass es zu einem galoppierenden Treibhauseffekt kommt. Doch schon Carl Sagan sprach davon, dem Mars durch Terraforming seine verlorene Atmosphäre zurückzugeben und ihn in alte Zeiten zurückzuversetzen.

Eine etwas bescheidenere Idee als die von Asteroiden oder hunderte Kilometer großen Spiegeln sieht einfach Fabriken vor, die große Mengen Treibhausgase in die Atmosphäre stoßen – damit sind wir ja bereits sehr gut vertraut. Binnen 50 Jahren wäre wie auf der Erde eine Rückkopplung in Gang gesetzt: Es wird wärmer, die Polkappen setzen Kohlendioxid frei, es wird noch wärmer, die Polkappen setzen noch mehr Kohlendioxid frei, etc.

Nach etwa 500 Jahren könnte man die ersten Pflanzen aussetzen, flüssiges Wasser auf dem Mars könnte wieder in Massen fließen. Dann könnten Menschen ohne Druckanzug auf der Marsoberfläche laufen. Nach etwa 17.000 Jahren hätten die Pflanzen so viel Sauerstoff produziert, dass wir auch keine Atemmasken mehr bräuchten. Doch laut einer neuen Studie ist dafür viel zu wenig Kohlendioxid in den Polkappen gespeichert.

Man könnte aber zumindest eine Teilregion bewohnbar machen, indem man einfach selbst einen der theoretisch postulierten Seen auf der Marsoberfläche schafft. Dieses Ziel verfolgt der Mars Terraformer Transfer. Eine Sonde soll dabei einen Asteroiden einfangen und auf den Mars schleudern. Dort würde die Wärme es Impakts das im Boden gespeicherte Eis schmelzen und genügend Schmelzwasser erzeugen, um einen See aus Wasser auf dem Mars mehrere tausend Jahre flüssig zu halten. Diese Mission könnte bereits 2036 starten.

Später könnten dann Astronauten, die auf die Marsoberfläche kommen in kuppelförmigen Habitaten leben, die unter der Oberfläche des Sees stationiert werden. Dort wären sie vor kosmischer Strahlung geschützt und das Wasser würde den nötigen Druck erzeugen. Lake Matthew soll diese große Ansammlung an Wasser auf dem Mars heißen.

Das letzte Wort noch nicht gesprochen

Alles in einem lässt sich zum aktuellen Stand der Wissenschaft bezüglich Wasser auf dem Mars also folgendes sagen:

  • Früher gab es einmal ganze Ozeane aus flüssigem Wasser auf der Oberfläche des Mars.
  • Noch heute gibt es Seen aus flüssigem Wasser unterhalb der Oberfläche des Mars.
  • Noch heute gibt es kleine Mengen flüssigen Wassers vorübergehend an der Oberfläche des Mars.
  • Theoretisch könnte es noch kleine permanente Seen aus flüssigem Wasser auf der Oberfläche des Mars geben.

Doch viele Fragen zum Wasser auf dem Mars sind und bleiben ungeklärt, so auch die, ob es nicht nur Wasser auf dem Mars, sondern auch Leben gab und gibt. Mit Curiosity ist die Suche nach Wasser auf dem Mars jedenfalls keineswegs vorbei. Inzwischen ist längst eine noch komplexere Nachfolgemission geplant, der Rover Perseverance soll 2021 im ehemaligen Jezero-Kratersee landen.

Dabei soll nach organischen Molekülen aber auch nach Wasser auf dem Mars im Untergrund gesucht werden. Zudem wird erstmals eine Maschine an Bord sein, die das Kohlendioxid der Atmosphäre in Sauerstoff umwandelt und ein KI-gesteuerter Helikopter, der Mars Helicopter Scout. Auch Proben sollen aufgeschaufelt werden, die eine spätere Mission zurück zur Erde bringen könnte.

Alles im einen bin ich mir ziemlich sicher, dass wir Belege dafür finden werden, dass es nicht nur Wasser auf dem Mars gegeben hat, sondern es in diesen Ozeanen auch Leben gab und ich würde es nicht ausschließen, dass Teile davon bis heute überlebt haben. Genauso sicher bin ich mir, dass wir Menschen eines nicht allzu fernen Tages dort landen werden. Das letzte Wort ist noch nicht gesprochen zum Wasser auf dem Mars.

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