Das Nordmeer auf der Nachbarwelt

Seit Zhurong im Mai 2021 seine Erkundungsfahrt begann, hat der Rover zwischen Felsen, Kratern und Dünen bereits zwei Kilometer zurückgelegt. Zusammen mit chinesischen Kollegen hat Lutz Richter die Stereofotos der Fahrspuren ausgewertet, die dabei im Marssand entstanden sind. „Die Festigkeit des Marsbodens ist dort ähnlich wie an den anderen Landestellen“, sagt der Raumfahrtingenieur von der Firma Large Space Structures in Eching bei München, der an früheren Marsrover-Missionen der NASA beteiligt war.

Also nur sattsam Bekanntes? Keineswegs. Die Landeregion Utopia Planitia wurde von den chinesischen Forschern mit Bedacht gewählt. Mit Planitia werden ausgedehnte und flache Tieflandebenen auf dem Mars bezeichnet. Die Utopia-Ebene wurde nach einer Erzählung des 16. Jahrhunderts benannt. Darin beschrieb der englische Staatsmann Thomas Morus eine Insel namens Utopia, wo eine ideale Gesellschaftsform existieren sollte. Das marsianische Utopia ist eine riesige Region auf der Nordhalbkugel, deren größte Ausdehnung rund 3300 Kilometer beträgt. Bis zu 5000 Meter liegt die Senke unter dem Nullniveau. Sie entstand vor Urzeiten bei einen gewaltigen Meteoriteneinschlag.

Die Landung einer Raumsonde in Utopia ist vergleichsweise risikoarm. Es ist deshalb auch nicht das erste Mal, dass irdischer Besuch dort eintraf: 1976 ging schon Viking 2 in der Region nieder – weiter nördlich und etwa 1700 Kilometer von Zhurong entfernt. Die NASA-Sonde fand eine mit Steinbrocken übersäte Ebene vor, über die sich im Winter zeitweise eine Frostschicht legte.

Hunderte von Schlammvulkanen

Geologisch betrachtet ist Utopia Planitia hochinteressant, findet der Marsgeologe Ernst Hauber vom Deutschen Zentrum für Luft und Raumfahrt (DLR) in Berlin. Wenn es tatsächlich vor Äonen ein nördliches Marsmeer gab, dann war Utopia wohl ein Teil davon. Klar ist, dass in der Region Wasser und Eis eine wichtige Rolle gespielt haben: So sind manche Krater von pfannkuchenartigem Auswurfmaterial umgeben, was auf Eis und Wasser im Untergrund zum Zeitpunkt des Einschlags hindeutet.

Auffällig ist auch das Bruchsystem Adamas Labyrinthus im südwestlichen Teil Utopias. Dort durchschneiden steile, im Mittel zwei Kilometer breite Gräben kreuz und quer das Gelände und teilen es in polygonartige Strukturen auf. Deren Durchmesser reichen von 3 bis 30 Kilometer. Zur Bildung der riesigen Marspolygone wurden mehrere Erklärungen vorgeschlagen. Jüngere Arbeiten bringen die Bodenmerkmale mit Sedimenten in Zusammenhang und sehen eine Verbindung mit dem ehemaligen Nordmeer. Demnach wären die Polygone entstanden, als sich nasse, feinkörnige Sedimente auf dem älteren Untergrund abgelagert haben. Denn Simulationsrechnungen belegen, dass solche Polygongräben genau in den kilometerweiten Abständen aufreißen, wie sie in Utopia beobachtet werden, wenn der Untergrund ähnlich uneben ist wie in den südlichen Hochländern des Mars. In Form und Größe ähneln die Polygone Hauber zufolge Strukturen auf der Erde – etwa im Nildelta. Aber auch in tieferem Wasser, beispielsweise in der Norwegischen See oder im Golf von Mexiko, haben Geologen Pendants zu solchen Marspolygonen identifiziert.

In einer gerade erschienenen Publikation im Fachjournal Icarus hat sich ein Forscherteam um Vojtěch Cuřín von der Prager Universität für Lebenswissenschaften Utopias Schlammvulkanen angenommen. Ernst Hauber war ebenfalls an der Studie beteiligt. Die Vulkane erheben sich in einer Landschaft, die nur 130 Kilometer von Zhurongs Landeplatz entfernt ist. Deren Alter schätzt Hauber auf etwa drei Milliarden Jahre. Die Schlammvulkane waren also in der Zeit nach dem mutmaßlichen Ozean aktiv.

Auf der Erde kann man solche Gebilde zum Beispiel in Rumänien und Kalifornien sehen. Von Druckunterschieden angetrieben, dringen kalter Matsch und Gas aus der Tiefe nach oben vor. Bei der Icarus-Studie ging es allerdings nicht um heute aktive Schlammvulkane, sondern um die Relikte, die Sedimentströme bei den Ausbrüchen hinterlassen haben.

Irdische Schlammvulkane besitzen recht unterschiedliche Ausmaße; größere Vertreter erreichen Durchmesser von einigen Kilometern. Ähnlich groß sind die Exemplare, die Cuříns Team unter die Lupe nahm. Die kleinsten sind Hügel von bloß 12 bis 60 Meter Höhe. Größere Plateaus nehmen im Schnitt eine Fläche von 34 Quadratkilometern ein. Die untersuchten Gebilde sind durch die Mobilisierung unterirdischer Sedimente entstanden, lautet die Erklärung der Forscher. Und sie folgern, dass es damals im Untergrund beträchtliche Schlammmassen gab. Eine gängige Interpretation besagt, dass dieser Schlamm in der Tiefe übrigblieb, als der Ozean, der Utopia bedeckte, infolge eines drastischen Klimawandels von oben nach unten gefror.

Sind die Schlammvulkane also ein Beweis für die Ozean-Hypothese? Nicht unbedingt, meint Hauber. Auch temporäre Überflutungen kommen infrage – oder Schutt- und Schlammströme, sogenannte Lahare. Sie könnten vom östlich liegenden 12,6 Kilometer hohen Vulkan Elysium Mons abgegangen sein und den Schlamm talwärts nach Utopia getragen haben.

Radarechos aus der Tiefe

Zurück zu Zhurong: Das Marsgefährt hat mit seinem Radargerät den Untergrund des Landegebiets untersucht – mittels Radiowellen mit Frequenzen zwischen 15 und 95 Megahertz, die den Boden bis in etwa 100 Meter Tiefe durchdringen. Im September 2022 publizierte das Fachmagazin nature erste Resultate aus Daten, die 1171 Meter entlang der Fahrtroute gewonnen wurden. Zwar wurden weder eis- noch wasserführende Schichten aufgespürt, trotzdem fand Zhurong Indizien für gewaltigen Überflutungen. Denn die Radarwellen werden im Untergrund reflektiert und geben so Auskunft über Bodeneigenschaften, beispielsweise die Korngröße. Stärkere Signale weisen dabei auf größere Objekte hin.

Mit zunehmender Tiefe im Bereich zwischen 10 und 30 Metern verstärkten sich die Reflexionen. Wahrscheinlich liegen größere Brocken am Boden dieser Schicht und kleinere darüber, meinen die Forscher um Chen Ling vom Institut für Geologie und Geophysik der Chinesischen Akademie der Wissenschaften in Peking. Eine ältere Schicht zwischen 30 und 80 Meter Tiefe zeigt ein ähnliches Muster. Eine solche Sortierung ist charakteristisch für Material, das von Wasser transportiert wurde und sich dann absetzte: Zuerst sinken große Steine zu Boden, im ruhigeren Wasser folgen dann Kies, Sand und Schlamm. Chen Ling ist überzeugt: Vor mehr als drei Milliarden Jahren haben Fluten die Sedimente in die Region gespült. Die obere Schicht könnte vor etwa 1,6 Milliarden Jahren durch weitere Überschwemmungen entstanden sein. Damals sollen mehrere Gletscher die Region geprägt haben.

Im Winterschlaf

Auch wenn immer mehr über die geheimnisvolle Utopia-Region bekannt wird, so konnte das vermutete Urmeer dort noch nicht zweifelsfrei belegt werden. Für Zhurong bleibt also noch viel zu tun. Allerdings verharrt der Rover seit dem 18. Mai 2022 weitgehend inaktiv, weil seine Solarzellen im Marswinter zu wenig Strom erzeugen. Erst ab Dezember werden die Ausfahrten weitergehen, erwartet Jia Yang von der Chinesischen Akademie für Weltraumtechnik.

Auf seinem Kurs südwärts ist Zhurong 14 Kilometer vom nächsten Schlammvulkan entfernt. „Es wäre eine einmalige Gelegenheit, dort die Sedimente zu studieren, die einst tief im Boden mit Wasser in Kontakt waren – auch unter astrobiologischen Gesichtspunkten“, kommentiert Ernst Hauber und drückt die Daumen. Wenn das chinesische Gefährt nur halb so lange durchhält wie der amerikanische Rover Opportunity, der über 45 Kilometer auf dem Mars zurücklegte, dann sollte eine Erkundung dieses vielversprechenden Orts gut möglich sein.