War Leben, wo Wasser floss?

Mars-Forschung hat auch die Aufgabe, Leben im All aufzuspüren - Verstehen kommt vor jedem Kolonisationsstreben

Ulrich Köhler ist Wissenschaftler am Zentrum für Planetenforschung, das das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt in Berlin unterhält. Zusammen mit seinem Kollegen Ralf Jaumann ist er Autor des 3D-Bildbandes "Der Mars - ein Planet voller Rätsel". Jens Eumann befragte ihn zu Grenzen zwischen Hypothesen und festem Wissen.

Freie Presse: In Ihrem Bildband heißt es, dass der Mars bald besser vermessen ist als manche Regionen auf der Erde, stimmt das angesichts des TanDEM-X-Projekts noch? Von welchen Stellen auf der Erde war die Rede? Und warum ist es so, dass es auf der Erde noch weiße Flecken gibt?

Ulrich Köhler: Diese Behauptung ist in der Tatsache begründet, dass zwei Drittel der Erde von Ozeanen bedeckt sind und die Topografie der Ozeanböden tatsächlich heute flächendeckend nicht in so hoher Auflösung wie auf dem Mars erfasst ist. Tatsächlich ist es aber keine so ganz glücklich gewählte Formulierung. Die Kontinente der Erde - mit 150 Millionen Quadratkilometer n genau so viel Fläche wie der Mars - sind in der Regel besser topografisch kartiert. Es gibt sicher noch Stellen in der Antarktis oder in Nordsibirien, die nicht so gut kartiert sind, aber eigentlich sind seit den Radarmissionen die Kontinente der Erde besser kartiert. Wir haben mit der DLR-Stereokamera den Mars zu etwa 90 Prozent mit einer Genauigkeit von 10 bis 100 Metern kartiert, aber das beste Produkt, das wir im Nachgang erarbeiten, hat erst eine Abdeckung von 50 Prozent in einer Auflösung von 10 bis 50 Metern. Diese Zahl wird sich bis zum Missionsende und entsprechendem Nachgang noch den 100 Prozent annähern. Die Ursache, warum wir den Mars noch nicht vollständig so gut abgedeckt haben, liegt in atmosphärischen Störungen (Staub, Aerosole), und der Umlaufbahn von Mars-Express, die fixiert ist und es deshalb immer schwieriger wird, die kritischen, noch offenen oder schlechten Stellen wiederholt bei gutem Sonnenstand zu überfliegen.

Welchen Zwecken soll die 3D-Vermessung auf dem Mars einmal dienen?

Die genaue bildhafte Darstellung und quantitativ messbare Kenntnis der Topografie ist von fundamentaler Bedeutung für die Beantwortung geowissenschaftlicher Fragestellungen. Die Messung von Talprofilen etwa lässt Aussagen zu über die Wassermengen, die solche Täler geschaffen haben. Oder Magma- und Lava-Volumina bei Vulkanen. Die "dritte Dimension" ist da schlicht unerlässlich. Zweitens entsteht mit der globalen bildhaften Darstellung der Marsoberfläche in topografischen Daten ein Atlas, der als Referenz für jegliche Art von zukünftiger Marsforschung dient. Und schließlich sind die digitalen Geländemodelle schon jetzt wichtige Planungsgrundlage für zukünftige Landemissionen wie den Exo-Mars Trace Gas Orbiter der Esa mit dem Demonstrations-Lander Schiaparelli, dem Esa Exo-Mars Rover 2018 und der Mars-2020-Mission der Nasa.

Wie alt ist die Erkenntnis, im Gegensatz zur Ahnung, dass es auf dem Mars Wasser in flüssiger Form gegeben haben muss?

Mit der Sonde Mariner 9 konnte 1971/72 erstmals ein Raumschiff in eine Umlaufbahn um einen anderen Planeten gebracht werden. Die Sonde fotografierte etwa 20 Prozent der Marsoberfläche. Es zeigte sich, dass es die von Schiaparelli 1877 entdeckten "canali" nicht gibt, die man als künstliche, von einer hochstehenden Zivilisation erbauten Wasserstraßen interpretiert hatte. Stattdessen wurden Täler und Strukturen entdeckt, die darauf hindeuteten, dass auf dem Mars trotzdem Wasser geflossen sein musste . Doch erst mit den beiden Orbitern Viking 1 und Viking 2, die 1976 ihre Umlaufbahn erreichten, kam die Gewissheit, dass über den Mars in zum Teil riesigen Tälern einmal Wasser geflossen sein musste. Bestätigt und ergänzt wurde dies durch weitere Orbitalsonden wie Mars Global Surveyor, Mars Odyssey 2001, Mars Express und Mars Reconnaissance Orbiter, sowie Landemodule wie Pathfinder, die beiden Rovers Spirit und Opportunity, den Mars Polar Lander und natürlich jetzt das Mars Science Laboratory, Curiosity. Hinzu kamen jüngst Modellierungen der Klimaentwicklung des Mars.

Welche Schlüsse leitet man aus der Erkenntnis bisher sicher ab?

Zunächst, dass es in der viereinhalb Milliarden Jahre langen Geschichte des Mars Phasen gegeben haben muss, in denen Wasser auf der Oberfläche stabil war. Das ist es heute nicht: Wegen des geringen Atmosphärendrucks infolge der geringeren Anziehungskraft des Planeten würde Wasser sofort sieden und verdampfen oder gefrieren. Heute fließt über den Mars kein Wasser mehr. Es ist als Eis an den Polkappen vorhanden und in beträchtlicher Menge in Form von Eislinsen unter der Oberfläche verborgen. Der Mars muss vor mehr als 3,5 Mrd. Jahren einen dramatischen Klimawandel erlebt haben. Talstrukturen, die älter sind, deuten auf eine Art Wasserkreislauf hin, bei dem es aus Wolken geregnet oder geschneit haben mag und Oberflächenwasser in verästelten Flüssen abfloss, sich in Vertiefungen sammelte, verdunstete und wieder Niederschlag bildete. Jünger als 3,5 Mrd. Jahre sind hingegen meist die sehr großen Ausflusstäler ohne verzweigtes Zufluss-System, die sich möglicherweise aus Wasser gespeist haben, das im Untergrund gespeichert war und episodisch katastrophenartig mobilisiert wurde und in breiten, gewaltigen Strömen nach Norden in die Tiefebenen abfloss.

Was bedeutet es, wenn auf dem Mars Geländeformationen durch fließende Wasserströme geformt wurden?

Es gibt zwar weitere Himmelskörper mit hohem Wasseranteil, wie der Zwergplanet Ceres, die Eismonde der vier Gasplaneten oder die Kometen, doch dort ist Wasser entweder als Eis gebunden oder unter der Kruste in einem Ozean verborgen. Der Mars ist der einzige Himmelskörper unseres Sonnensystems, den wir kennen, auf dem einmal ähnliche Prozesse mit Wasser abgelaufen sind wie auf der Erde. Es gab Flüsse, Ströme, Niederschlag, in der Peripherie der großen, einstmals aktiven Vulkane gewiss heiße Quellen, und möglicherweise über längere Zeiträume große stehende Gewässer in Kratern, oder im nördlichen Tiefland sogar Ansätze eines Meeres oder Ozeans. Das alles ist ein seriöser Ansatzpunkt für die Vermutung, dass auch auf dem Mars einmal Leben möglich gewesen sein könnte oder sogar heute noch ist. Vielleicht im Verborgenen, unter der Oberfläche. Um die Frage nach Leben auf dem Mars beantworten zu können, wird die Marsforschung in dieser Intensität betrieben: Die Frage nach Leben auf einem anderen Himmelskörper als der Erde ist von fundamentaler wissenschaftlicher, aber auch philosophischer Bedeutung. Und als Nachbar der Erde ist der Mars eben noch mit vertretbarem Aufwand zu erreichen.

Wo ist das Wasser geblieben?

Sicher ist, dass es auf dem Mars früher sehr viel mehr Wasser gegeben haben muss. Es gibt nur zwei Möglichkeiten, wohin das Wasser verschwunden ist: Nach oben und nach unten. Also als Wasserdampf in die Atmosphäre, oder versickert in Hohlräume im Untergrund. Das Wasser, das in die Atmosphäre aufgestiegen ist, ist dort nicht mehr vorhanden. Die Marsatmosphäre hat nur einen Anteil von 0,02 Prozent an Wasserdampf. Weil der Mars nur ein Drittel der Masse der Erde hat, kann er mit seiner Anziehungskraft keine so dichte Atmosphäre wie die Erde an sich binden. Die flüchtigen Gasmoleküle in seiner Gashülle erreichen leichter und öfter die "Fluchtgeschwindigkeit" und entweichen ins All. Dazu trägt sicher auch der Umstand bei, dass die Marsatmosphäre nicht wie die Erde durch ein Magnetfeld geschützt ist, oder nicht mehr. Es gibt Anzeichen dafür, dass der Planet in seiner Frühzeit mal ein schwaches Magnetfeld hatte. Dass es jetzt fehlt, führt dazu, dass kosmische Strahlung, UV-Strahlung und Sonnenwind in der dünnen Marsatmosphäre die Bindungen der Wassermoleküle "zerschießen" können und es auch deshalb zu "Fluchtbewegungen" kommt. Schließlich sind die Vulkane des Mars erloschen, die seiner sich immer wieder ausdünnenden Atmosphäre vor 2,5 bis 4 Milliarden Jahren neben anderen Gasen immer noch einen beträchtlichen Anteil an Wasserdampf zugeführt haben.

Als wie sicher gilt die Hypothese, dass die Atmosphäre des Mars durchs fehlende globale Magnetfeld und den Einfluss der Sonnenwinde ins All abgedampft ist?

Das ist schon sehr plausibel und von geophysikalischen Modellrechnungen untermauert - aber "dabei war natürlich keiner". Es war womöglich, oder besser: sehr wahrscheinlich, nicht die einzige Ursache für das Ausdünnen der Mars-Atmosphäre. Auch große Asteroideneinschläge in der Zeit um etwa 4 Milliarden Jahre vor unserer Zeit haben sicher zur "Erosion" der ohnehin schwachbrüstigen Mars-Atmosphäre beigetragen.

Wie muss der Laie sich vorstellen, dass das Erdmagnetfeld unsere Atmosphäre intakt hält?

Das Erdmagnetfeld umgibt die Erde wie ein Kokon und lenkt durch sein Feld die schädlichen und energiereichen Partikel wie Alphateilchen, Protonen oder Elektronen des Sonnenwindes um die Erde herum. Lediglich an den magnetischen Polen, wo die Magnetfeldlinien senkrecht in den "Stabmagneten" Erde ein- bzw. austreten, kann es zu Wechselwirkungen kommen, was wir als Polarlichter bewundern.

Es gibt Überlegungen sogenannten Terra-Formings, also den Mars über lange Zeiträume hinweg zu einem bewohnbaren Planeten zu machen. Wie soll das gehen, wenn er keine Atmosphäre dauerhaft an sich binden kann?

Das Wort "Überlegungen" ist richtig gewählt. Denn über dieses Stadium ist die Forschung nicht wirklich hinausgekommen. Vereinfacht ausgedrückt würde die Menschheit versuchen müssen, unter einem künstlichen Schutzschild, einer baulichen Struktur, eine Art Käseglocke zu errichten, in der auf dem Mars vorhandenes Eis getaut und genutzt wird: als Wasser bzw. in Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt, um damit eine künstliche erdähnliche Atmosphäre aufzubauen. Auch aus den auf dem Mars vorhandenen Gesteinen - in erster Linie Silizium-Sauerstoff-Verbindungen, außerdem Eisenoxide - ließen sich Sauerstoff und außerdem Metalle und andere Rohstoffe gewinnen. Bis dies aber zu einer Umgebung führt, in der der Anbau von Pflanzen möglich sein wird, die durch Photosynthese die Luft von CO reinigen und mit Sauerstoff anreichern, wird einige Zeit vergehen. In anderen Worten: Die Theorie existiert, in der Praxis werden erwachsene Generationen auf der Erde dies wohl nicht mehr erleben. Wenn es je Realität werden kann.

Die Vermessung des Mars aus der Umlaufbahn in 250 bis 1000 km Höhe ist das eine. Das DLR beteiligt sich auch an der just aufgeschobenen InSight-Mission der Nasa, bei der der Mars gewissermaßen auch angebohrt werden soll. Welche Erkenntnisse erhofft man sich davon?

Die Mission InSight sollte "Einblicke" in das Innere des Mars geben. Insbesondere durch Messungen des Wärmeflusses, konkret des Verlaufs der Temperatur von der Oberfläche bis in fünf Meter Tiefe, sollen Erkenntnisse über den inneren Aufbau des Planeten und die Eigenschaften von Kruste, Mantel und Kern, so wie deren thermische Entwicklung gewonnen werden. Das ist wichtig für das Verständnis der frühen Entwicklung erdähnlicher Planeten. Mit dazu beitragen soll auch ein Seismometer aus Frankreich, mit dem der innere Aufbau gemessen und die Häufigkeit von Marsbeben aufgezeichnet werden soll.

Wie weit ist der Bohrer, den das DLR zur InSight-Mission beiträgt, gediehen?

Der ist fertig und war schon eingebaut. Jetzt wird er wieder ausgebaut.

Die Nasa hat den eigentlich für März geplanten Start jetzt verschoben. Beim Warten auf die nächste günstige Entfernungs-Konstellation zwischen Mars und Erde würde das bedeuten, das nächste Fenster tut sich erst in zwei Jahren auf?

So ist es. Wir hoffen, dass die Mission im nächsten "Startfenster" zum Mars im Mai 2018 stattfinden wird.

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