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„Phoenix“-Mission : Es gibt kein Bier auf dem Mars

Beim Sanduhr-Gletscher floss, mit Staub und Geröll bedeckt, Eis aus einem 9 km breiten Krater Bild: ESA/DLR/FU Berlin (G.Neukum)

Die gerade gestartete Mars-Sonde „Phoenix“ soll den Planeten erkunden. War der Mars einst lebensfreundlich? Dass es dort jede Menge gefrorenes Wasser gibt, ist bekannt. Bilder zeigen, dass es vor langer Zeit sogar flüssig war. Eine Bestandsaufnahme von Ulf von Rauchhaupt.

          6 Min.

          Sein Name: Phoenix. Seine Mission: im Dreck wühlen. Warum auch nicht? Generationen von Feldgeologen haben nichts anderes getan, um mehr über die Erde und ihre Vergangenheit zu erfahren. Oder eben über den Mars. Sollte die gestern gestartete Sonde „Phoenix“ wie geplant im kommenden Mai landen, wird sie der sechste Forschungsautomat sein, der Daten von der Oberfläche des Roten Planeten nach Hause funkt, aber der erste, der nicht nur in Dreck wühlt, sondern in feuchtem Dreck: bis zu einem halben Meter tief, in hoher nördlicher Breite in einer Region namens „Vastitas borealis“, zu deutsch: riesige Einöde in Norden.

          Ulf von Rauchhaupt

          Verantwortlich für das Ressort „Wissenschaft“ der Frankfurter Allgemeinen Sonntagszeitung.

          Es wäre immerhin das erste Mal, dass eine Marssonde direkt mit dem Stoff in Berührung kommt, der die Zunft seit den späten neunziger Jahren in Bann hält. Kaum eine Meldung der Weltraumbehörden Nasa und Esa über neue Ergebnisse ihrer Sonden vergisst, das Wasser zu erwähnen, die Hinweise darauf, die man fand oder eben nicht. Auch sehr viele der veröffentlichten Marsbilder hatten in irgendeiner Form mit dem Wasser zu tun.

          Die Polkappen sind seit Jahrhunderten bekannt

          Dabei ist seit langem bekannt, dass es auf dem Mars Wasser gibt. Seine Polkappen kennt man seit Jahrhunderten (siehe „Das Eis des tiefen Südens“). Und die ersten Flusstäler, die von einer feuchteren Vergangenheit des Planeten künden, wurden schon 1971 von „Mariner-9“ erspäht, der ersten Sonde im Marsorbit. „Die Frage ist nicht, ob es flüssiges Wasser gab, sondern wann wie viel davon geflossen ist“, sagt Ralf Jaumann vom Institut für Planetenforschung des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR).

          Ein fossiles Flussdelta im Krater Eberswalde (Bildbreite 3 km)

          Dabei wäre es allerdings vielen lieb, wenn die nasse Vergangenheit lange genug gedauert hätte, um eine biologischen Evolution zu ermöglichen, und seien die Organismen auch noch so simpel. Denn ließe sich dergleichen nachweisen, wäre die große Menschheitsfrage nach der Kontingenz des Lebens geklärt: Es verdankte sich dann nicht einem unhinterfragbaren Glücksfall, sondern entstünde wohl überall, wo es dafür ausreichend lange nass und warm genug ist.

          Viele Puzzleteile lieferte der „Mars Global Surveyor“

          Um die Frage zu beantworten, gilt es nun, aus einer Masse von Raumsondendaten ein geochemisches und geomorphologisches Puzzle zusammenzusetzen. Viele kleine Puzzleteile lieferte etwa der amerikanische Orbiter „Mars Global Surveyor“, der zwischen 1999 und 2006 unzählige Detailbilder schoss. Sie zeigen unter anderem geschichtete Sedimente, die wohl in Wasser abgelagert wurden, allerdings auch anders entstanden sein könnten. Wenn es Wasserspuren sind, dann sind sie uralt. Vielerorts waren sie über Äonen verschüttet und wurden erst später durch Erosionsprozesse wieder freigelegt.

          Wie die sogenannten Talnetzwerke aus kleineren, verzweigten Flussbetten („valley networks“) stammen sie aus dem Noachium, der ältesten der drei Epochen, in die man die geologische Geschichte des Planeten heute unterteilt und die nach den Marslandschaften Noachis Terra, Hesperia Planum und Amazonis Planitia benannt sind (siehe Tabelle). Die spätesten noachischen Formationen bildeten sich auf dem Mars zu einer Zeit, aus der auf der Erde die allerältesten Spuren von Leben erhalten sind.

          Wo ist das Wasser geblieben?

          Der heute völlig unstrittige Befund eines zumindest zeitweise feuchten Mars im Noachium wirft nun drei Fragen auf: Floss das Wasser damals beständig oder nur ab und zu? War es später auch noch nass? Und zunächst: Wo ist das Wasser geblieben?

          Gerade bei der letzten Frage ist man heute weiter. Zwar dürfte ein Teil des noachischen Wassers in den Weltraum entfleucht sein, denn der Mars hat kein Magnetfeld, das interplanetare Teilchenstrahlung davon abhalten könnte, die Dampf- und Gasmoleküle seiner Atmosphäre in leichte Stücke zu schlagen, die sein Schwerefeld dann nicht mehr halten kann. Doch ein guter Teil des Wassers ist noch da. Und zwar nicht nur in den Polkappen, sondern, wie im Jahr 2002 Messungen der Sonde „Mars Odyssey“ zeigten, auch in den Böden um die Pole herum. Daher wird auch erwartet, dass „Phoenix“ nach seiner Landung im Feuchten graben wird, besser gesagt: im Gefrorenen.

          Staub- und geröllbedeckte Eislandschaften

          Ein anderer, noch spektakulärerer Wasserfund gelang 2005 der europäischen Sonde „Mars Express“ mit ihrer Hochleistungs-Stereokamera. Strukturen wie der Sanduhr-Gletscher oder das Gefrorene Meer sind staub- und geröllbedeckte Eislandschaften, die es bei den heutigen klimatischen Verhältnissen an ihren Positionen eigentlich nicht geben dürfte (siehe „Panta rhei“).

          „Ob da wirklich noch Eis drunter ist, ist nicht sicher“, sagt Ralf Jaumann, „aber sicher ist, dass sich dort Eis bewegt hat“ - und zwar vor weniger als 100 Millionen Jahren, wie das Forscherteam, dem auch Jaumann angehörte, anhand der geringen Zahl von Einschlagskratern abschätzen konnte. „Geologisch gesehen, war das gestern.“ All die anderen geomorphologischen Wasserspuren sind weit älter: Die Talnetzwerke stammen aus dem Noachium und die riesigen sogenannten Ausflusstäler aus dem nachfolgenden Hesperium bis hinein ins Amazonium.

          Kohlendioxid verleiht den Fluten zusätzliche Wucht

          Diese Ausflusstäler sind ein Kapitel für sich. Nichts überzeugt den Betrachter einer Marskarte so sehr von der Theorie einer beständig feuchten und lebensfreundlichen Mars-Urzeit wie sie. Doch das ist ein Trugschluss. Es handelt sich nämlich um die Überbleibsel katastrophaler, aber nur episodischer Fluten. „Man kann sie mit den isländischen ,Jökulhlaups' vergleichen, zu denen es bei einem Vulkanausbruch unter einem Gletscher kommt“, erklärt Jaumann. „Auf dem Mars sind es aber keine Gletscher, sondern es ist Bodeneis, dem durch Vulkanismus oder tektonische Bewegungen plötzlich Energie zugeführt wird.“

          Das Kohlendioxid, das der Boden neben dem Wasser enthält, verleiht solchen Fluten zusätzliche Wucht. „Das ist, wie wenn man eine gefrorene Sektflasche schnell auftaut und dabei noch schüttelt.“ Da der schäumende Schwall auch noch große Mengen Gesteinsschutt mit sich reißt, kommt er damit auch in einer dünnen, kalten Atmosphäre ziemlich weit. Zwar frieren die Schlammströme oben rasch ein und sublimieren weg. Darunter aber bewegen sich die Massen aufgrund ihrer gewaltigen kinetischen Energie weiter.

          „Es gab nie einen langfristig feuchten Mars“

          Dass die Ausflusstäler nur kurzzeitig nass waren, wurde im vergangenen Jahr auch durch mineralogische Kartierungen der Marsoberfläche durch das französische Spektrometer „Omega“ an Bord von „Mars Express“ deutlich. Die Franzosen suchten im Ausflusstal Marwth Vallis nach Tonmineralen, zu denen das marsianische Vulkangestein verwittern sollte, wenn es in längeren Kontakt mit flüssigem Wasser tritt. Sie fanden auch welches, aber nicht in dem hesperischen Ausflusstal, sondern nur in uralten noachischen Gesteinen daneben.

          „Das heißt, die Zeit hat nicht ausgereicht, um die Gesteine verwittern zu lassen“, sagt Jaumann. „Das deutet schon darauf hin, dass wir nie einen langfristig feuchten Mars hatten. Da die Phyllosilikate im Noachium auch nicht eben üppig sind, hatten wir auch damals keinen warmen, feuchten Mars.“ Abgesehen von episodischen Nässeperioden, in denen es aber immerhin regnete, war der Mars auch in noachischer Frühzeit demnach nur so feucht wie bei uns die Antarktis.

          Der Krater könnte einen See beherbergt haben

          An dieser unter marsbiologischen Gesichtspunkten unerfreulichen Interpretation ändern auch die vielen spannenden Befunde der beiden fahrbaren Sonden „Spirit“ und „Opportunity“ nichts. „Spirit“ hatte man in einem Krater namens Gusev abgesetzt, in den ein Flussbett mündet. Der Krater könnte daher im Noachium einmal einen See beherbergt haben, später wurde er allerdings von einem nahen Vulkan mit Lava geflutet, so dass die Sonde nur an einer Formation, den Columbia Hills, auf Sand und Spuren von Wassereinfluss stieß.

          Ihr Kollege „Opportunity“, unterwegs in einer Ebene namens Meridiani Planum, fand dagegen massenhaft sandige Sedimente: Wie in den Columbia Hills sind es Sulfate, Salze der Schwefelsäure, aber zusammen mit Kügelchen aus dem Eisenoxid Hämatit. Messungen mit „Omega“, die im aktuellen Science veröffentlicht wurden, zeigen, dass diese Kombination auch anderswo auf dem Mars anzutreffen ist.

          Epoche mit dem Namen „Theiium“ - Schwefelzeit

          Doch obwohl „Opportunity“ auch Spuren fließenden Wassers fand, scheint Meridiani Planum weniger ein potentielles fossiles Biotop als das Zeugnis einer globalen Umwelt- und Klimakatastrophe am Ende des Noachiums zu sein. Denn die Sulfatsedimente dürften nicht in einem Oberflächengewässer abgelagert worden sein, sondern von schwefelsaurem Grundwasser, das emporstieg und verdampfte. Das französische Omega-Team hat daher kürzlich vorgeschlagen, der damit anbrechenden geologischen Epoche den Namen „Theiium“ zu geben - Schwefelzeit.

          Wie es zu dieser Versauerung vor vielleicht 3,7 Milliarden Jahren kam, ist noch weitgehend Spekulation. Offenbar fällt sie aber mit einer drastischen Abnahme in der Aktivität flüssigen Wassers zusammen. Das sieht man an den Talnetzwerken. Sie haben nur selten die von der regnerischen Erde bekannten sogenannten dendritischen Verzweigungen in immer kleinere Nebenflüsse, und wo es solche dendritischen Täler gibt, sind sie die ältesten.

          Die Wassermengen gingen drastisch zurück

          „Man kann da zwei Stufen sehen“, sagt Jaumann. „Ganz am Anfang muss es geregnet haben. Später ist das Wasser nur noch aus dem Untergrund ausgetreten.“ Offenbar wurden die Rinnen dann immer seltener nass, am Schluss vielleicht nur noch alle zig Millionen Jahre. Aber das Ende zog sich hin. „Ich habe Talnetzwerke gefunden, die noch bis zum Amazonium aktiv waren“, sagt Jaumann, „aber natürlich immer weniger. Die Wassermengen gingen drastisch zurück.“ Und die späten Flussereignisse sind klar mit Lavaströmen korreliert, deren Hitze sie wohl ausgelöst hat.

          Allerdings glaubt Jaumann nicht, dass die große Schwefelkatastrophe am Ende des Noachiums durch eine Episode verstärkten Vulkanismus ausgelöst wurde, obwohl seine französischen Kollegen vom Omega-Team dies aus der Tatsache schließen, dass die Schwefelsäure ja irgendwo hergekommen sein muss und vulkanisches Schwefeldioxid dafür eine plausible Quelle wäre.

          Der Mainstream will auf dem Mars Leben finden

          „Eher war es ein Rückgang des Vulkanismus, wodurch nicht mehr so viele Gase in die Atmosphäre gespien wurden, um die Verluste in den Weltraum auszugleichen.“ Und vielleicht war diese Endphase des planetweiten Vulkanismus besonders schwefelreich. Auf jeden Fall passt das hohe Alter der verzweigten Flusssysteme zu einem Ende der Niederschläge relativ früh im Noachium.

          Danach war fließendes Wasser selten, und auf eine marsianische Biosphäre wären schwere und immer schwerere Zeiten zugekommen - wenn sich in den paar hundert Millionen Jahren seit der Entstehung des Mars überhaupt eine hatte bilden können. „Diese Befunde passen wunderbar zu den mineralogischen Messungen von ,Omega'“, sagt Jaumann. „Aber sie passen momentan nicht in den Mainstream.“ Weil der Mainstream auf dem Mars Leben finden will.

          Die Marszeitalter

          Amazonium seit ca. 3,1 Milliarden Jahren

          Hesperium vor ca. 3,7 bis 3,1 Milliarden Jahren

          Noachium bis vor ca. 3,7 Milliarden Jahren

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