DLR - Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt

Einleitung

Der Mars ist eine trockene Gestein- und Sandwüste. Aber früher gab es dort Wasser – und das ist eine der Voraussetzungen für Leben. Hat es also auf dem Mars einmal einfache Lebensformen gegeben? Das ist die spannende Frage, die unter anderem mit automatischen Fahrzeugen wie dem Curiosity-Rover untersucht wird, von dem dieses Bild stammt. Bild: NASA/JPL

Am 18. Februar 2021 landete der NASA-Rover Perseverance auf dem Mars. Er hat zahlreiche wissenschaftliche Instrumente und Kameras an Bord und sogar eine kleine Drohne, die zu Testflügen aufsteigt. Aber dazu später mehr. Schau dir zunächst einmal dieses kurze Video an, in dem die letzte aufregende Phase des Anflugs zusammengefasst wird.

Im Video siehst du zuerst, wie der Fallschirm aufgeht, der die Sonde mit dem Rover abbremst. Danach wird der Hitzeschild abgeworfen, der die Sonde beim Eintauchen in die Atmosphäre vor hohen Temperaturen schützt. Die Sonde, die den Rover auf dem Boden absetzen soll, nähert sich der Oberfläche, die du gut im Bild erkennst. Kameras suchen im Zielgebiet die beste Landestelle – möglichst flach und ohne Felsen. Am Ende teilt sich der Bildschirm in mehrere Einzelbilder: Links oben siehst du den Blick einer Bordkamera des Rovers, die den sogenannten Himmelskran zeigt. Das ist ein Gestell mit Düsen, die den Flug in der Schlussphase weiter abbremsen. Darunter das umgekehrte Bild vom Himmelskran nach unten: Da hängt der Rover an mehreren Seilen. Kurz vor dem Aufsetzen erkennst du auch die Verwehungen im Sand, die durch die Bremsdüsen des Himmelskrans entstehen. Dann kommt der Touchdown und die Erleichterung: Perseverance setzt auf dem Boden auf und der Himmelskran rast nach oben davon. Jubel im Kotrollzentrum! Die Fachleute konnten bei dieser gesamten Aktion nur zusehen und hoffen, dass alles wie geplant ablief. Eingreifen konnten sie in dieser Phase nämlich nicht mehr. Das liegt an der Entfernung unseres Nachbarplaneten zur Erde: Die Funksignale waren 11 Minuten unterwegs – und wenn da jemand im Kontrollzentrum auf einen Knopf gedrückt hätte, wäre das Kommando natürlich viel zu spät angekommen. Also war der gesamte Ablauf vorher einprogrammiert worden. Und es hat geklappt!

Fallschirm, Hitzeschild, Himmelskran: Dieses komplizierte Manöver war nötig, weil der Rover für eine Landung alleine an Fallschirmen zu schwer war – und auch das Abbremsen durch die Atmosphäre, wie es bei Raumkapseln auf der Erde klappt, hätte in der dünnen Mars-Atmosphäre nicht gereicht.

Und damit willkommen auf unserem rätselhaften Nachbarplaneten Mars! Auf dieser Seite erforschen wir ihn mit dir gemeinsam! Du spielst Detektiv, untersuchst Bilder der Oberfläche und versuchst herauszufinden, was da passiert ist und was diese Aufnahmen über den Mars verraten. Du kannst auch Mitmach-Experimente durchführen, zu denen du nur wenige Zutaten brauchst. Und du lernst, was für die Wissenschaft am Mars so spannend ist.

Steckbrief Mars

Der Mars, gesehen vom Weltraum-Teleskop Hubble. Bild: NASA, ESA

Hier mal eine Art Steckbrief mit den wichtigsten Infos zum Mars: Der Mars ist – von der Sonne aus gesehen – nach Merkur, Venus und Erde der vierte Planet und damit unser äußerer „Nachbar“. Er wird von zwei sehr kleinen Monden umkreist. Sein Durchmesser ist etwa halb so groß wie der Durchmesser der Erde. Ein Jahr dauert etwa doppelt so lang wie auf der Erde, denn der Mars zieht weit außerhalb der Erdbahn um die Sonne und braucht für diesen weiteren Weg eben deutlich länger. Wie die Erde rotiert der Mars um seine eigene Achse – fast genau so schnell wie die Erde: Deshalb dauert ein Mars-Tag (der „Sol“ genannt wird) fast genauso lange wie ein Tag auf der Erde - nur rund eine halbe Stunde länger. Auch auf dem Mars gibt es Jahreszeiten: Die Temperaturen schwanken dabei von +23 °C bis -80 °C (an den Polen bis -130 ºC). Die extrem dünne Atmosphäre besteht zu etwa 96% aus Kohlenstoffdioxid. Abgesehen davon, dass sie so dünn ist, enthält sie also auch nicht den Sauerstoff, den wir Menschen zum Leben brauchen. Auf dem Mars gibt es einige rund 20 Kilometer hohe Berge. Der höchste heißt Olympus Mons und ist sogar 21 Kilometer hoch (der höchste Berg der Erde, der Mount Everest, ist gerade mal 8.848 Meter hoch). Auch die tiefsten Täler findet man auf dem Mars: Das Canyon-System Valles Marineris ist bis zu 7 Kilometer tief und fast 4.000 Kilometer lang. Du kannst das ja mal mit dem Grand Canyon auf der Erde vergleichen, der dagegen richtig klein ist. Der Mars ist von vielen Kratern überzogen – überwiegend durch Einschläge von Asteroiden verursacht, gelegentlich auch durch Vulkane. Mit Ausnahme der vereisten Polkappen ist die Oberfläche von einer rötlichen Staubschicht bedeckt. Heute ist der Mars also ein Wüstenplanet mit staubtrockenen Ebenen und weiten Sanddünen-Feldern. Aber früher muss es dort einmal Wasser gegeben haben. Daher stammt auch die rötliche Farbe des Planeten: Das Wasser ließ den eisenhaltigen Boden regelrecht rosten – denn wenn Eisen mit Wasser in Berührung kommt, entsteht Rost. So gesehen könnte man den Mars auch als einen „Rost-Planeten“ bezeichnen.

Mitmach-Experiment: Der „Rost-Planet“

Wenn du selbst in einem Mitmach-Experiment herausfinden willst, warum der Mars so rot aussieht, hier die Anleitung (für die Zutaten, die es im Baumarkt oder sogar bei euch zu Hause oder in der Schule gibt, fragst du am besten deine Eltern oder Lehrkräfte):

1. Ein kleines Schälchen wird mit 3 Esslöffeln Quarzsand gefüllt.
2. Nun schneidet man mit einer Schere ein Stückchen Stahlwolle klein und gibt alles in das Schälchen.
3. Der Sand und die zerschnittene Stahlwolle werden gut vermischt. Man gibt mit der Pipette vorsichtig etwas Wasser dazu.
4. Danach wird der Sand einige Tage lang gleichmäßig feucht gehalten, indem man immer mal wieder mit der Pipette etwas Wasser hinzugibt.
5. Nach ein paar Tagen sieht man das Ergebnis: Der Sand ist rötlich gefärbt.

Zur Erklärung: Im Versuch lassen Wasser und Sauerstoff das Eisen in der Stahlwolle rosten (diesen Vorgang nennt man Oxidation). Dasselbe geschah auf dem Mars. Der Mars-Boden enthält viel Eisen, das durch Wasser oxidiert ist und die Marsoberfläche rötlich gefärbt hat. Der Mars-Boden enthält auch heute noch recht viel Wasser. Allerdings ist es gefroren und – außer an den beiden Polen – nur unter der Oberfläche vorhanden.

So, wie wäre es jetzt zur Abwechslung mit einem kleinen Ausflug zum Mars? Hier zwei interaktive Panorama-Videos, bei denen du dich selbst auf dem „Rost-Planeten“ umsehen kannst. Sie wurden aus vielen einzelnen Bildern der beiden Rover Curiosity und Perseverance erstellt.

Seltsame Kanäle? Grüne Marsmännchen?

Die Mars-Karte, die der berühmte italienische Astronom Giovanni Schiaparelli auf der Grundlage seiner Teleskop-Beobachtungen zwischen 1877 und 1888 erstellte.

Giovanni Schiaparelli. Bild: Achille Beltrame, Public domain, via Wikimedia Commons

Wir machen mal einen kleinen Zeitsprung in die Vergangenheit, als die Mars-Forschung begann – noch nicht mit Raumsonden und Rovern, sondern mit Teleskopen. „Was sind das für seltsame Linien auf dem Mars?“, wunderte sich der italienische Astronom Giovanni Schiaparelli (1835-1910), als er im Jahr 1877 erstmals rätselhafte Strukturen auf der Marsoberfläche sah. Er bezeichnete sie mit dem italienischen Begriff „Canali“ – und weil das Wort wie der deutsche Begriff „Kanäle“ oder das englische „Channels“ klingt, wurde das gleich missverstanden. Viele Menschen glaubten, dass das künstliche Kanäle waren, die von Mars-Bewohnern angelegt wurden. Die Legende von den Marsmännchen war geboren. Noch 1938 sorgte in den USA das Hörspiel „Krieg der Welten“ von Orson Welles für Aufregung: Die Radiosendung klang wie eine Live-Reportage (du kannst sie dir im Original hier anhören), und viele Zuhörer fielen auf den raffinierten Trick herein. Schnell wurde aber klar, dass die angebliche Reportage ein „Fake“ war – und in den kommenden Jahren setzte sich die Einsicht durch, dass es keine Marsmännchen gibt. Doch einfache Lebensformen wie Pflanzen – die konnte man sich auf unserem Nachbarplaneten noch bis zum Start der ersten Mars-Sonden vorstellen. Dann kam die Ernüchterung: Nach einigen Fehlschlägen war Mariner 4 die erste Sonde, die 1965 am Mars vorbeiflog und 22 Bilder zur Erde funkte. Die noch recht unscharfen Aufnahmen dieser amerikanischen Sonde zeigten eine öde Oberfläche, auf der nur Krater zu sehen waren. 1976 erfolgten schließlich die ersten Landungen auf dem Mars – immer natürlich unbemannt, also ohne Astronauten: Die NASA-Sonden Viking 1 und Viking 2 setzten Landegeräte ab, die weich auf der Oberfläche niedergingen. Auf ihren Bildern waren Wüstenlandschaften aus Sand und Gestein zu sehen. Die beiden Landesonden hatten auch Experimente an Bord, um einfache Lebensformen anhand ihrer Stoffwechselprodukte aufzuspüren. Damit sind zum Beispiel Gase gemeint – so ähnlich wie Pflanzen Kohlenstoffdioxid „einatmen“ und Sauerstoff „ausatmen“. An beiden Landestellen erbrachte das Experiment aber keinen Nachweis von Leben. Weitere Missionen waren also nötig …

Die Erforschung des Mars

Damit sind wir schon mitten in der Erforschung unseres Nachbarplaneten. Die großen Fragen lauten dabei: Hat es auf dem Mars einmal flüssiges Wasser – die Grundvoraussetzung für Leben – gegeben? Offenbar ja, wie du weiter unten nachlesen kannst. Warum und wohin aber ist es verschwunden? Und wenn es dort einmal Wasser gab: Gab es dann auf dem Mars auch einfache Lebensformen? Gibt es sie vielleicht noch heute?

Sah der Mars einmal so aus, wie diese NASA-Darstellung ihn zeigt? Bild: NASA/GSFC

Du magst dich fragen, warum es überhaupt wichtig ist, den Mars so genau zu untersuchen und herauszufinden, ob es da mal Wasser und vielleicht sogar Leben gab – oder sogar noch gibt. Zunächst einmal wäre es einfach spannend, das zu wissen. Existiert auf einem anderen Himmelskörper Leben? Wenn wir dafür praktisch vor unserer „Haustür“ einen Kandidaten haben, warum nicht dort danach suchen! Dabei geht es natürlich nicht um grüne Marsmännchen. Aber es könnten einfache Lebensformen sein. Diese Mikroorganismen selbst – wenn sie denn dort sind – wären schon interessant genug: Wie hat sich das Leben da entwickelt? Welche Unterschiede bestehen im Vergleich zur Erde?

Darüber hinaus würde uns eine solche Entdeckung auch helfen, die Wahrscheinlichkeit für Leben im All neu abzuschätzen. Und auch wenn wir nicht fündig werden: In der Planetenforschung geht es oft darum, aus der Untersuchung anderer Himmelskörper auch Rückschlüsse auf die Erde zu ziehen. Warum haben sich unsere „Nachbarn“ Mars und auch Venus so anders entwickelt als unser eigener Planet? Warum gab es auf beiden Planeten gewaltige Klima-Katastrophen, die sie für immer verändert haben – die Venus in eine heiße „Hölle“ mit einem gigantischen Treibhauseffekt, den Mars in eine kalte Wüste? Und was kann man daraus für die bisherige und künftige Entwicklung der Erde lernen?

Rover erkunden den Mars

Die Viking-Sonden waren mit ihren Landeeinheiten ein großartiger Erfolg. Aber sie hatten einen Nachteil: Man konnte nur an der Landestelle selbst Bodenproben nehmen. Um mehr Daten zu erhalten, brauchte man so etwas wie ein „Labor auf Rädern“: ferngesteuert und ausgerüstet mit vielen Instrumenten, die auf Kommandos von der Erde einen weiteren Umkreis untersuchen konnten. Kurz: Man musste ein robotisches Fahrzeug, einen „Rover“ zum Mars schicken. Am 4. Juli 1997 war es soweit: Die amerikanische Pathfinder-Sonde setzte den kleinen Rover Sojourner ab – das erste Fahrzeug auf dem Mars. Es war klein wie ein Schuhkarton, hatte ein Spektrometer (das ist ein Instrument, mit dem man zum Beispiel die chemischen Elemente bestimmen kann, die im Mars-Boden vorkommen) und eine Kamera an Bord und lieferte Informationen zur Zusammensetzung des Gesteins aus dem Umkreis der Landestelle sowie zahlreiche Fotos.

Ein aus vielen Einzelbildern zusammengesetztes 360-Grad-Panorama – aufgenommen von Spirit. Rechts im Hintergrund sieht man die Spuren des Rovers. Im Vordergrund sind – wegen der Weitwinkel-Aufnahmetechnik stark verzerrt – die Solarzellen zu sehen, die den Rover mit Strom versorgten. Im Laufe der Zeit wurden sie immer mal wieder von Sand bedeckt, dann aber durch Wind wieder „gesäubert“. Bild: NASA/JPL-Caltech/Cornell University

2004 folgten – schon viel größer und besser ausgerüstet – die NASA-Rover Spirit und Opportunity, die von Fallschirmen abgebremst und mittels Airbags abgefedert an unterschiedlichen Orten aufsetzten (sie waren beide viel leichter als Perseverance und konnten deshalb auf diese Art landen). Diese beiden baugleichen Rover waren wahre Wunderwerke der Technik: Eigentlich nur für einige Monate „Lebensdauer“ ausgelegt, arbeitete Spirit sechs Jahre lang, bis er sich im Jahr 2010 in einer Düne festfuhr. Und Opportunity arbeitete sogar bis zum Juni 2018, als ein gewaltiger Staubsturm tobte und dabei der Funkkontakt endete. Bis dahin hatte Opportunity 45 Kilometer – mehr als ein Marathonläufer – zurückgelegt und mit seinem „Zwilling“ eine Fülle von Daten und Bildern zur Erde gefunkt.

Spirit und Opportunity hatten keine Instrumente zum direkten Nachweis von Leben an Bord, sondern sollten vielmehr untersuchen, ob es rund um die Landestellen einmal lebensfreundliche Bedingungen gegeben hat. Dabei galt die Spirit-Landestelle – der 166 Kilometer große Krater Gusev – eigentlich als vielversprechender Kandidat: Man nahm an, dass hier früher ein See existiert hat. Aber vor Ort war das zunächst nicht mehr so klar: Die meisten der untersuchten Gesteine waren vulkanischen Ursprungs und hatten keine Ähnlichkeiten mit Sedimenten, wie sie typischerweise in einem See abgelagert werden. Allerdings fand Spirit dann doch Hinweise, dass diese Basaltgesteine früher in Kontakt mit heißen Quellen standen – es also zumindest eine Zeit lang Wasser im Krater gegeben haben muss. An der Landestelle von Opportunity deuteten die Daten der Messinstrumente von Anfang an darauf hin, dass es hier einmal Wasser gab. Denn es wurden verschiedene Salze entdeckt, die sich nur in Wasser bilden. Spektakulär war die Entdeckung von kleinen „Kügelchen“ aus dem Eisenoxyd Hämatit, die auf der Erde in warmem Wasser (eingebettet in See-Sedimenten) entstehen.

„Blaubeeren“ auf dem Mars. So nannten die Wissenschaftler diese Kügelchen aus Eisenoxid, die der Opportunity-Rover auf der Oberfläche fand und die sich nur unter dem Einfluss von Wasser bilden (das Mineral heißt Hämatit). Links ein Falschfarbenbild: Dabei wurden die Farben in der Bildverarbeitung so gewählt, dass man die „Kügelchen“ besonders gut erkennen kann (hier gelb eingefärbt). Rechts eine Nahaufnahme (die Kugel misst ca. 2 Millimeter). Bilder: NASA/JPL/Cornell/US Geological Survey

Ein „Selfie“ auf dem Mars? Auf den ersten Blick wundert man sich, wer dieses Foto von Curiosity gemacht hat. Die Antwort: der Rover selbst! Dazu hat er mit der Kamera, die sich an einem seiner Robotik-Arme befindet, viele Einzelbilder aufgenommen, die dann nachträglich zu dieser Aufnahme kombiniert wurden. Bild: NASA/JPL-Caltech/MSSS

Am 6. August 2012 kam schließlich ein technisch und wissenschaftlich noch viel anspruchsvollerer Mars-Rover hinzu: Curiosity. Groß wie ein Auto, mit noch leistungsstärkeren Instrumenten ausgerüstet als seine Vorgänger – und mit einer Masse von fast einer Tonne! Schon für dieses Schwergewicht hatte die NASA zusätzlich den Himmelskran entwickelt, der auch bei Perseverance zum Einsatz kam. Nach einem siebenminütigen „Höllenflug“ durch die Atmosphäre mit glühendem Hitzeschild und mehreren Fallschirmen zündete der Kran die Bremsraketen und setzte den Rover schließlich genau im richtigen Moment auf der Oberfläche ab. Seitdem untersucht Curiosity die weitere Umgebung seines Landeorts, der gezielt ausgewählt wurde. Es handelt sich um den Gale-Krater – einen 150 Kilometer großen Krater, der vor über 3 Milliarden Jahren durch einen Einschlag entstand. Das an sich wäre auf dem Mars – wie auf anderen Himmelskörpern – nicht außergewöhnlich, denn Einschlagskrater gibt es massenweise. In der Mitte des Kraters erhebt sich aber ein über 5 Kilometer hoher Berg namens Aeolis Mons – und an seinen Hängen hat sich jede Menge Sand, Gestein und Geröll abgelagert. Die einzelnen Schichten sind dort nach und nach entstanden – Schicht für Schicht über viele Millionen Jahre: wie ein Archiv der Entwicklungsgeschichte des Mars.

So sieht Sedimentgestein auf dem Mars aus. Es besteht aus vielen Schichten, die übereinander gelagert sind. Bild: NASA / JPL-Caltech / Malin Space Science Systems

An der Landestelle konnte Curiosity rasch den Nachweis erbringen, dass es im Gale-Krater einst Wasser gab. Überall fanden sich geschichtete Sedimente. Das ist Gestein, das sich in Schichten allmählich ablagert – und zwar vor allem durch Wasser. Stell dir einfach einen Fluss vor, der mit dem Wasser auch immer etwas Sand in einen See spült. Die Sandschichten lagern sich auf dem Grund des Sees übereinander ab – das Ganze hat was von einem Sandwich mit mehreren Schichten. Die chemischen Analysen des Rovers, der ja auch viele Instrumente an Bord hat, zeigten sogar, dass die sechs wichtigsten Elemente, die das Leben auf der Erde benötigt, einst hier vorhanden waren: Sauerstoff, Stickstoff, Wasserstoff, Schwefel, Phosphor und vor allem Kohlenstoff. Damit könnten sich Kohlenwasserstoffe gebildet haben, also die „Grundbausteine“ für Leben. Und mehr noch: Das Wasser hatte Trinkwasserqualität. Aber auch Curiosity hat kein Labor an Bord, das Leben direkt aufspüren könnte. Und hier kommt Perseverance ins Spiel.

Ein Mosaik aus Einzelbildern von Curiosity. Der Rover befindet sich auf dem Boden des riesigen Kraters, aus dem (im Hintergrund) der Berg Aeolis Mons aufragt. Bild: NASA/JPL/MSSS; processing and mosaic: Olivier de Goursac (2013).

Am 18. Februar 2021 landete der neue Rover auf dem Mars, genauer im Jezero-Krater (über 3.000 Kilometer von der Curiosity-Landestelle entfernt). Auch dieser Krater wurde gezielt ausgesucht. Denn man landet ja nicht einfach irgendwo auf dem Mars, sondern überlegt vorher ganz genau, welche Orte am interessantesten sind. Und vom Jezero-Krater wusste man aus Daten von Raumsonden, die den Mars umkreisen, dass er vor Milliarden Jahren von einem See bedeckt gewesen sein muss (das erkennt man an der Zusammensetzung des Bodens, die Raumsonden auch aus der Entfernung erkennen können). Der Perseverance-Rover verfügt über viele wissenschaftliche Instrumente und über mehr als 20 Bordkameras. Und er hat sogar eine kleine Drohne dabei, die mehrmals zu kurzen Erkundungsflügen aufsteigen soll. Du siehst sie auf dem Bild ganz oben in einer künstlerischen Darstellung. Damit der Mini-Heli in der dünnen Mars-Atmosphäre überhaupt abheben und fliegen kann, ist er extrem leicht gebaut – und seine Rotorblätter drehen sich mit enormer Geschwindigkeit.

Raumsonden in der Mars-Umlaufbahn

Hinweis: Dieses Kapitel ist etwas kompliziert. Wenn es dir zu viel wird, kannst du einfach zum Absatz „Was wissen wir heute über den Mars?“ springen - da fassen wir alles nochmal leicht verständlich zusammen.

Kommen wir von den Rovern zu den Raumsonden, die es in der Umlaufbahn um den Mars auch noch gibt. Schon vor vielen Jahren sind solche Sonden zum Mars geschickt worden, um ihn aus dem Orbit (also aus einer Bahn um den Planeten) zu erforschen. Dazu gehört seit 2003 auch die Raumsonde Mars Express der Europäischen Weltraum-Organisation ESA. Mit an Bord: eine deutsche Kamera namens HRSC (High Resolution Stereo Camera). Sie lieferte eine Vielzahl von Bildern in sehr hoher Auflösung. Die digitalen Daten lassen sich auch in 3D-Ansichten und perspektivische Darstellungen verwandeln – bis hin zu Filmen, bei denen man im Tiefflug über die Oberfläche zu fliegen scheint. Für Wissenschaftler bietet das die Chance, die Geländeformationen ganz plastisch zu studieren.

Eines von vielen HRSC-Bildern, die zeigen, dass es auf dem Mars einmal Flüsse gegeben haben muss. Man erkennt das ausgetrocknete Flussbett und kann auch Rückschlüsse auf die Wassermenge ziehen, die hier einmal talwärts geflossen ist. Bild: ESA/DLR/FU Berlin – CC BY-SA 3.0 IGO

Auf den Bildern lässt sich gut erkennen, welche Wege einst das Wasser über den Mars genommen hat. Dabei können die Wissenschaftler anhand der Talprofile auch Abschätzungen über die Wassermengen anstellen, die diese Täler ausgeschürft haben. Im Falle des Kasei Valles muss es wohl die 10.000-fache Menge des Amazonas gewesen sein, der immerhin der wasserreichste Fluss der Erde ist! Und man kann sogar den Zeitraum eingrenzen, wann das geschah. Hand in Hand mit dieser Kamera arbeitet das französische Spektrometer OMEGA. Die Messungen aus der Umlaufbahn konnten bestimmte Minerale nachweisen, in denen Wasser im Kristallgitter „eingebaut“ ist. Solche Minerale gibt es auf der Erde zu Hauf: Tonminerale zum Beispiel, die bei der Verwitterung von vulkanischem Gestein entstehen, wenn es lange mit Wasser in Kontakt steht. Oder die schon von Opportunity entdeckten Salze wie Kalziumsulfate (Gips) oder Magnesiumsulfate, die auf der Erde meist in wässrigen Lösungen entstehen. Auf dem Mars sind das alles klare Hinweise darauf, dass es dort einmal riesige Wassermassen gab.

Die Beobachtungen haben deutlich gemacht, dass es auf dem Mars vor etwa 3,8 Milliarden Jahren zu einem dramatischen Klimawandel kam. Vorher floss Süßwasser, wie wir es von der Erde kennen, über den Mars – das zeigen die Tonminerale an. Vermutlich war das Klima zwar nie so warm wie auf der Erde. Aber es gab damals Niederschläge (meist als Schneefall). Die Forscher meinen, dass es zwar kalt, aber „feucht“ war. Je nach Jahreszeit tauten die Schnee- und Eismassen und bildeten große Wassermengen, die Netzwerke von Tälern entstehen ließen. Damals könnten also lebensfreundliche Bedingungen geherrscht haben. Dann wandelte sich das Klima: Es wurde noch viel kälter und zunehmend auch trockener. Wasser floss nun nur noch selten über den Mars. Dabei entstanden salzige Minerale (darunter Gips), was auf eine eher saure Umgebung schließen lässt, in der es Leben vermutlich schwerer gehabt haben dürfte. Andererseits kennen wir auf der Erde Lebewesen, die auch in einer extrem salzigen, sauren oder auch alkalischen und heißen Umgebung munter gedeihen.

Aber wohin ist das Wasser verschwunden? Dazu lieferte ein Radarinstrument der Sonde Mars Express ein interessantes Ergebnis. Mit extrem langwelligen Radarwellen war es möglich, quasi in den Boden des Planeten hinein zu leuchten. Diese Radarwellen werden von der Sonde ausgestrahlt und dann vom Mars zurückgeworfen – und an den Signalen, die die Sonde dann wieder empfängt, können Fachleute eine Menge erkennen. Man kann damit sogar die Grenzschichten zwischen Gestein und Eis identifizieren (weil Eis die Radarwellen stark reflektiert). So konnte abgeschätzt werden, wo und wie tief das Eis unter der Oberfläche liegt – und wie viel Eis es insgesamt ist. Dabei wurde deutlich, dass ein großer Teil des Wassers, das einst über den Mars strömte und dessen Spuren wir heute noch in ausgetrockneten Flusstälern sehen, nicht nur in die Atmosphäre verdampfte und von dort ins All entwich. Vielmehr existieren gewaltige Mengen dieses Wassers auch heute noch auf dem Mars – und zwar in „Eis-Linsen“ gefroren unter der Oberfläche! Befinden sich diese Eisschichten in der Nähe von vulkanischen Zentren, dann wäre folgendes Szenario denkbar: Wird eine solche vulkanische Region aktiv, strahlt sie Wärme in die Umgebung aus – und das könnte das Eis im Boden zum Schmelzen bringen. Dort könnten einfache Organismen leben, ohne dass wir mit all unseren Instrumenten dieses „Leben im Untergrund“ bemerken würden, wenn wir nur an der Oberfläche suchen.

Oder gibt es doch einen Weg, etwaiges Leben im Innern des Mars aufzuspüren? Vielleicht! Es gibt nämlich noch ein weiteres Experiment auf Mars Express: ein Spektrometer zur Analyse der Gase in der dünnen Mars-Atmosphäre. Das italienische Instrument PFS hat dabei Spuren von Methangas identifiziert. Methan (CH4) ist ein Molekül, das relativ rasch in seine Bestandteile zerfällt. Wenn also Methan gemessen wird, muss es zwangsläufig eine aktuelle Quelle dafür geben. Auf der Erde ist dieser Stoff unter anderem das Ergebnis von Fäulnisprozessen. Es entsteht über Reisfeldern oder entweicht den Mägen von Rindern oder Elefanten. Dann ist Methan das Ergebnis von Stoffwechsel. Hat das PFS-Experiment also die Spuren der „Verdauung“ von unterirdischen Mars-Mikroben aufgezeichnet? So einfach ist es leider nicht. Denn Methan kann auch bei vulkanischen Vorgängen entstehen. Oder aber durch eine Kombination aus beidem: Vulkanismus könnte (wie oben geschildert) unter der Oberfläche befindliches Eis tauen lassen. Tummeln sich in diesem „feuchten“ Milieu einfache Organismen, die Methangas produzieren? Ihr seht: Es gibt hier einigen Spielraum für Interpretationen und auch Spekulationen. Tatsache ist, dass die erhöhten Methanwerte hauptsächlich über den großen Vulkangebieten des Mars gemessen wurden. Weil diese Zusammenhänge so spannend sind, schickte die Europäische Weltraum-Organisation ESA im Jahr 2016 eine Sonde zum Mars, die sich vor allem um die Messung von Spurengasen in der Mars-Atmosphäre kümmert: den ExoMars Tracegas-Orbiter.

Schauen wir uns aber jetzt mal zum Entspannen ein tolles Video an! Kennst du den Film „Der Marsianer“ oder das Buch? Das DLR hat den Weg, den der Astronaut da auf dem Mars zurücklegt, in einem kurzen Clip nachgestellt. Die Bilder sind kein „Trickfilm“. Es sind Aufnahmen der Berliner HRSC-Kamera, die wir oben erwähnt haben. Eigentlich befindet sich diese Kamera an Bord einer Sonde, die den Mars in vielen hundert Kilometern Höhe umkreist. Aber mit entsprechenden Programmen lassen sich diese Bilder in Schrägansichten verwandeln und eben auch zu Movies verarbeiten – und dann sieht es so aus, als würde man im Tiefflug über den Mars sausen.

Die Daten der HRSC-Kamera lassen sich auch zu Stereoansichten verarbeiten, die man mit Rot-grün-Brille in 3D betrachten kann. Das sieht dann zum Beispiel so aus, wie auf diesen Seiten gezeigt. Wenn du selbst 3D-Bilder fotografieren und herstellen willst, findest du hier die entsprechenden Tipps.

Was wissen wir heute über den Mars?

Das war jetzt vielleicht etwas kompliziert mit den ganzen Instrumenten und Analysen. Fassen wir den heutigen Stand der Forschung nochmal leicht verständlich zusammen:

Offenbar gab es auf dem Mars früher einmal Wasser. Es strömte dem Gefälle folgend in Flüssen bergab, sammelte sich in Kratern und bildete dort Seen. Im Norden entstand vielleicht sogar ein größerer Ozean. Ob nur in kurzen Zeiträumen oder über lange Perioden – das ist nicht geklärt. Wohin das Wasser verschwunden ist, ist ebenfalls Gegenstand der aktuellen Diskussion: Ein Teil ist ins All entwichen; aber es gibt auch heute noch Wassereis an den Mars-Polen und mit Sicherheit auch dauerhaft tiefgefroren im sogenannten „Permafrost“ unter der Oberfläche. Bisher haben Rover nur an den oberen Schichten des Bodens „gekratzt“. Für die Zukunft sind auch Missionen angedacht, die gezielt Mars-Gestein zur Erde zurückbringen. Perseverance wird jedenfalls einige Bodenproben einsammeln und bereitlegen, damit sie in mehreren Jahren durch eine andere Mars-Mission abgeholt und zur Erde gebracht werden. Es mag auch sein, dass wir das große Rätsel um Leben auf dem Mars erst lösen können, wenn Menschen sich an Ort und Stelle selbst umsehen. Denn so gut robotische Fahrzeuge und Geräte auch funktionieren mögen – den Menschen ersetzen können sie kaum. Ein NASA-Forscher wurde einmal gefragt, wie lange Astronauten für all das gebraucht hätten, was ein Rover wie Opportunity in mehr als zehn Jahren an Erkenntnissen zusammengetragen hat. Seine Antwort: „Ein paar Tage.“

Zur Geschichte der Mars-Forschung gibt es auch ein interessantes NASA-Video:

Detektivarbeit auf dem „Roten Planeten“

Hier einige interessante Bilder vom Mars, die von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern untersucht werden, um herauszufinden, was da passiert ist. Du kannst ja selbst einmal „Mars-Detektiv“ spielen: Schau dir zuerst mal nur die einzelnen Bilder an und überlege, was du da erkennst, bevor du die Bildunterschrift liest.

„Staubteufel“ heißen kleine Wirbelwinde, die es nicht nur auf der Erde, sondern auch auf dem Mars gibt. Sie ziehen über die Oberfläche, wirbeln dabei den hellen Sand und Staub auf und legen so die darunter liegenden dunkleren Bodenschichten frei. Eben diese Spuren von Staubteufeln sind in diesem Bild zu sehen, das ein etwa 1.200 Meter breites Gebiet zeigt. Bild: NASA/JPL/University of Arizona

Geschichtete Ablagerungen sind für Planetengeologen immer ganz besonders spannend, denn sie geben durch ihre Zusammensetzung Aufschluss über ehemalige Klimabedingungen auf dem Mars. Dieses über 7.000 Meter hohe und etwa 50 Kilometer breite Bergmassiv besteht zum Großteil aus wasserhaltigen Mineralen, die wir auch auf der Erde kennen: Die hellen Linien entlang des Berghanges im Vordergrund bestehen zum Beispiel aus Gips, der hier vermutlich in einem ehemaligen See entstanden ist. Bild: ESA/DLR/FU Berlin - CC BY-SA 3.0 IGO

Flussdeltas entstehen immer dann, wenn ein fließendes Gewässer (also ein Fluss) in ein stehendes Gewässer (also in einen See oder einen Ozean) mündet, weil das vom Wasserlauf transportierte Material (Sand, Gestein usw.) plötzlich nicht mehr weiter befördert wird und sich am Grund ablagert. Solche Deltas sind also auch auf dem Mars eindeutige Beweise dafür, dass es an der jeweiligen Stelle einmal einen See gegeben haben muss. In diesem Bild ist ein Fluss (vom oberen Bildrand) in das Tal (im Vordergrund) geflossen und hat in dem Übergangsbereich ein 8 Kilometer breites Delta entstehen lassen. Bild: ESA/DLR/FU Berlin – CC BY-SA 3.0 IGO

Sanddünen findet man fast überall auf dem Mars, vor allem auf dem Boden von Einschlagskratern wie in diesem Bild, das der Rover Opportunity im Victoria-Krater aufgenommen hat. Die Dünen verraten dabei auch etwas über die Windverhältnisse: In der Bildmitte sieht man sogenannte Sterndünen, die entstehen, wenn der Wind aus unterschiedlichen Richtungen weht. Im Vordergrund erkennt man dagegen zwei längliche Dünenbänder: Hier kam der Wind immer nur aus einer Richtung. Die flache Dünenseite zeigt dabei immer in die Richtung, aus der der Wind kam (in diesem Fall also von rechts). Solche Dünen nennt man Transversaldünen. Bild: NASA/JPL Caltech/Michael Benson/Kinetikon Pictures

Wenn es auf dem Mars einmal einen Ozean gegeben haben sollte, war er wegen der niedrigen Temperaturen meist gefroren und von Packeisschollen überzogen. Als das Eis in wärmeren Zeiten verschwand, blieben darin enthaltene Steinchen, Staub und Sand zurück – genau in der Form, die die Eisschollen einmal hatten. Die Strukturen auf diesem Bild sind also vielleicht so etwas wie „versteinerte Eisschollen“. Einige Forscher bezweifeln allerdings diese Bildinterpretation und nehmen an, dass die Schollen nichts mit Eis zu tun haben und stattdessen Bruchstücke von Lavaströmen sind. Bild: ESA/DLR/FU Berlin – CC BY-SA 3.0 IGO

Wasser dringt oft durch kleine Risse im Gestein aus der Tiefe an die Oberfläche. Es führt dabei verschiedene Minerale mit sich, lagert sie ab – und so bleiben manchmal widerstandsfähige Füllungen in den ehemaligen Rissen zurück. Die hellen, bis zu 1 Meter langen Gesteinsrippen in diesem Bild stellen genau solche Rissfüllungen dar, die vor langer Zeit auf dem Mars von salzhaltigem Wasser zurückgelassen wurden. Das umliegende Gestein wurde von Erosion abgetragen, weil es weicher war, sodass die Rissfüllungen nun hervorstehen. Bild: NASA/JPL-Caltech/MSSS

Mars-Kolonien und Terraforming

Das ist eine von vielen Studien, wie eine Mars-Station aussehen könnte. Bild: NASA

Zum Abschluss noch ein Ausflug in die Zukunft: Wann die ersten Menschen zum Mars fliegen werden, steht noch nicht fest. Heute sind die führenden Raumfahrtnationen der Erde gerade einmal in der Lage, Astronauten zur 400 Kilometer entfernten Internationalen Raumstation ISS zu bringen. Und auch die Apollo-Flüge zum Mond, der rund 400.000 Kilometer weit weg ist, waren im Vergleich zum Mars gerade mal ein „Katzensprung“. Ein Flug zum Mond dauert nur vier Tage, bis zum Mars sind es sieben bis neun Monate. Und zurück kann man erst, wenn sich Mars und Erde auf ihren Bahnen um die Sonne wieder einander annähern: Insgesamt würde eine Mars-Mission mit den heutigen Antriebssystemen daher rund zwei Jahre dauern. Viele technische Herausforderungen wären dabei zu bewältigen: Die Crew müsste vor der kosmischen Strahlung geschützt werden – durch besondere Materialien und etwa auch indem Tanks mit Wasser und Treibstoff um die Kabine herum angeordnet würden. Künstliche Schwerkraft wäre bei einer so langen Reise wichtig: Das Raumschiff müsste deshalb in Rotation versetzt werden. Treibhäuser an Bord müssten für frische Nahrung sorgen, Wasser und Luft gereinigt und wiederaufbereitet werden. Einiges davon wird schon auf der ISS praktiziert und getestet, vieles andere wäre neu zu entwickeln. Zunächst einmal würde man mit unbemannten Raumschiffen lange vor dem Start der Crew wichtige Fracht zum geplanten Landeplatz befördern – einschließlich der Wohnmodule (auch Habitate genannt), in denen sich die „Marsonauten“ aufhalten würden. Aber das setzt natürlich voraus, dass die Raumfahrer später exakt am richtigen Ort landen. Soll dann – wie bei den Apollo-Missionen zum Mond – ein Mutterschiff in der Umlaufbahn bleiben und eine kleine Landesonde die Crew auf der Oberfläche absetzen? Welche Antriebe und welche Energieversorgung wären für all das geeignet? Und wie startet man später ohne Startrampe zurück zur Erde? Das gesamte Missionsszenario hängt von vielen technischen Fragen ab, die bislang zu einem Großteil noch nicht gelöst sind.

Ist der bemannte Flug zum Mars also eine ziemlich kühne Vision für die Zukunft, so sind andere, noch weitergehende Überlegungen noch viel utopischer und fast schon Science Fiction. Dazu gehört die Idee einer Mars-Kolonie, in der permanent Menschen leben – in letzter Zeit von dem Raumfahrt-Unternehmer Elon Musk ins Gespräch gebracht. Wenn du mehr dazu wissen willst, haben wir hier einen Artikel für dich, den mal ein Schülerpraktikant bei uns geschrieben hat.

Und noch viel futuristischer ist das sogenannte Terraforming, das gelegentlich erwähnt wird. Das ist ein Szenario, bei dem der Mars über Jahrhunderte hinweg in eine bewohnbare Welt mit einer für Menschen verträglichen Atmosphäre verwandelt wird. Bakterien und andere Mikroorganismen würden dabei Gase erzeugen, die allmählich einen Treibhauseffekt in Gang setzen. Ob das auch nur theoretisch denkbar wäre, ist schon zweifelhaft. Denn da der Mars kein Magnetfeld wie die Erde hat, ist seine Lufthülle schutzlos dem Sonnenwind ausgeliefert: Diese Strahlung aus geladenen Teilchen, die immer von der Sonne ausgeht und gelegentlich sehr stark werden kann, würde die Gashülle schnell wieder wegwehen. So oder so: Das wird wohl auf sehr lange Sicht und vielleicht auch für immer eine Utopie bleiben.