Als die Raumsonde Mars Global Surveyor am 11. September 1997 den Roten Planeten erreichte, ahnte noch niemand, welch spektakuläre Bilder sich den hochauflösenden Kameraaugen bieten würden.
Zunächst sah alles nach einem Mißerfolg der Mission aus. Ein Solarflügel klemmte – und damit drohte das sogenannte Aerobraking zu platzen: Die Sonde sollte durch die ausgeklappten Solarflügel in der Hochatmosphäre des Mars abgebremst werden, um langsam in die planmäßige niedrigere Umlaufbahn zu gelangen. Die neue Technik hatte die NASA ersonnen, um Bremsraketen und damit Gewicht und Kosten einzusparen.
Die Experten am Jet Propulsion Laboratory fanden jedoch eine Lösung, die ein vorsichtiges und noch sanfteres Aerobraking vorsah, so daß durch den beschädigten Solarflügel keine weitere Gefahr drohte. Freilich war damit ein neuer Orbit und ein veränderter Flugplan verbunden. Gespannt warteten die Wissenschaftler auf die ersten Daten, die prompt eine Überraschung lieferten.
Beim Überflug in nur 112 Kilometer Höhe registrierten die Sensoren eine seltsame Veränderung des Magnetfeldes. Die Auswertung der Daten zeigte, das weite Regionen der Marsoberfläche von einem eigentümlichen magnetischen Streifenmuster überzogen sind. Magnetische Bänder unterschiedlicher Polarität, 100 Kilometer breit und bis zu 2000 Kilometer lang, wechseln einander ab, wie bei einem Zebramuster. Michael Carr, Mars-Experte beim US-Geological Survey, ist begeistert: “Die magnetischen Streifen finden sich auf kraterübersätem Terrain, dessen Alter wir auf rund vier Milliarden Jahre schätzen, nicht auf jungen Flächen. Das bedeutet: Der Mars hatte in seiner Frühzeit ein Magnetfeld, das dem Gestein bei seiner Entstehung eingeprägt wurde.”
Die Existenz der Magnetstreifen erinnert an ein auf der Erde bekanntes Phänomen. 1960 fanden ozeanographische Forschungsschiffe am Meeresboden ebenfalls magnetische Streifen, die parallel zu den ozeanischen Rücken verlaufen. Die Erklärung: An den Rücken – den Nahtstellen tektonischer Platten – quillt Magma aus dem Erdinnern hervor und wird von den seitwärts wandernden Platten mitgeschleppt. Im erstarrten Basalt hinterläßt das Erdmagnetfeld seinen Fingerabdruck, weil sich winzige eingeschlossene eisenhaltige Kristalle wie kleine Kompaßnadeln beim Erstarren nach der Richtung des Magnetfeldes einstellen. Auf diese Weise werden die magnetischen Verhältnisse auf der Erde im Gestein konserviert.
Da sich das irdische Magnetfeld im Verlauf mehrerer Zehntausend bis Millionen Jahre umpolt, läßt sich an dem magnetischen Streifenmuster das Alter des Meeresbodens ablesen – ähnlich wie das Alter eines Baumes an seinen Jahresringen im Stamm. Je weiter die Streifen von der Rückenachse entfernt sind, desto älter sind sie.
Möglicherweise hat ein ähnliches Phänomen auch den frühen Mars geprägt. Das aber könnte heißen, daß auch hier jene gewaltigen Kräfte aus dem Planeteninnern am Werk waren, die auf der Erde bis heute neuen Meeresboden entstehen lassen und bei der Verschiebung der riesigen tektonischen Platten eine Rolle spielen. Plattentektonik auf dem frühen Mars?
“Ich würde nicht soweit gehen, das als schlagenden Beweis zu werten”, sagt Robert Coe, Experte für Paläomagnetismus an der University of California in Santa Cruz. Schließlich hat die Raumsonde deutliche Unterschiede zu den von der Erde her bekannten magnetischen Streifen aufgedeckt: Die marsianischen Magnetstreifen sind zehnmal breiter als die auf der Erde, was eine entsprechend rasche Verschiebung des Meeresbodens oder aber eine langsamere Magnetfeldumkehrung voraussetzen würde. Zudem sind die Streifen weniger symmetrisch, und es gibt keine erkennbaren Hinweise auf Rückenachsen, aus denen das Gesteinsmaterial ausgeflossen sein könnte. “Falls es auf dem Mars jemals eine Plattentektonik gegeben hat, dann muß ihr ein anderer Mechanismus zugrunde liegen als der auf der Erde bekannte”, folgert Ronald Merrill von der University of Washington.
Kopfzerbrechen bereiten den Forschern auch die großen Unterschiede in der Magnetisierungsstärke der Streifen. Abschätzungen zeigen, daß die Gesteinsplatten bis in eine Tiefe von 30 Kilometern magnetisiert sind – auf der Erde reicht die Magnetisierung der Ozeanböden nur wenige hundert Meter tief.
Fest steht: “Mars muß in seiner Frühzeit ein beachtliches Magnetfeld besessen haben”, sagt Michael Carr. Ein Magnetfeld, das die Planetenoberfläche vor dem intensiven kosmischen und solaren Teilchenhagel schützt, ist aber eine wichtige Voraussetzung, damit sich eine belebte Welt entwickeln kann. Ist das Magnetfeld verschwunden, weil der wie ein Dynamo arbeitende heiße Metallkern des Mars – die mögliche Quelle eines magnetischen Feldes – zur Ruhe gekommen ist?
Mars besitzt nur rund ein Zehntel der Erdmasse. Deswegen war der anfangs glutflüssige Planet vermutlich schon frühzeitig ausgekühlt, mit der Folge, daß die Plattentektonik des Mars erlahmte – falls es sie denn je gab. Auch die anfangs dichte Atmosphäre konnte der kleine, leichte Planet nicht halten, und das flüssige Wasser auf der Oberfläche verdampfte. Mars erstarrte in einem trockenen eisigen Klima, wie es auf der Erde allenfalls die Antarktis aufweist.
Daß Mars in seiner Frühzeit ein sehr aktiver Planet war, daran gibt es keinen Zweifel. In dem gefriergetrockneten Antlitz des Planeten haben sich die Indizien bis heute fast unverändert erhalten. Die bisher zur Erde gefunkten hochauflösenden Fotos der Mars-Orbiter-Kamera sind von atemberaubender Klarheit. Auf ihnen werden mächtige Schichten an den bis zu zehn Kilometer tiefen Abhänge der Valles Marineris sichtbar. Dieser mehrere hundert Kilometer breite Grabenbruch in der Nähe des Marsäquators erstreckt sich über mehr als 4000 Kilometer Länge.
Die Aufnahmen der Sonde offenbaren, daß hier die Marsoberfläche aus fein gekörnten horizontalen Lagen aufgebaut ist. Die an den Abhängen zutage tretenden Schichten bestehen aus abwechselnd dunklen und hellen Bändern und sind zwischen 5 und 50 Meter dick. Die dunklen sind wahrscheinlich basaltisches Material, die hellen feinkörnigen Schichten dazwischen sind möglicherweise vom Wasser angeschwemmtes Sediment. Spektralanalysen haben in den dunklen Schichten die Existenz eines Minerals nachgewiesen, das auch in irdischem Vulkangestein vorkommt.
“Unsere Daten weisen darauf hin, daß diese Schichten in der Hauptsache aus vulkanischem Ergußgestein bestehen. Es könnte sich um gewaltige Lavaströme handeln”, erklärt Michael Carr. Er schätzt ihr Alter auf 3,4 bis 4,3 Milliarden Jahre. Offenbar waren damals die Valles marineris geologisch sehr aktiv. In eruptiven Schüben müssen sich ungeheure Lavamengen ergossen haben. Und immer wieder lagerten sich Sedimente auf die jeweils letzte Lavaschicht.
Michael Carr hat das ausgeflossene Magmavolumen in den Valles marineris abgeschätzt: Lavafluten auf dem Mars müssen apokalyptische Ausmaße gehabt haben, denn sie übertreffen irdische um das Zehn- bis Hundertfache. “Der Vulkanismus auf dem frühen Mars muß viel intensiver gewesen sein, als wir bislang wußten”, schließt der Forscher.
Mit ihm könnten die Wissenschaftler auch dem Motor für die einst dichte Atmosphäre des Mars auf die Spur gekommen sein. Sie bestand vermutlich aus Kohlendioxid, einem Gas, das insbesondere durch Vulkanismus freigesetzt wird und das auch heute noch wichtigster Bestandteil der Marsatmosphäre ist. Das Treibhausgas könnte dem Planeten in seiner Frühzeit ein warmes Klima beschert haben, das flüssiges Wasser auf seiner Oberfläche ermöglichte.
Auch hierfür hat Mars Global Surveyor überzeugende Indizien gefunden: tief eingekerbte Flußtäler mit stromlinienförmigen Inseln, Geröllfelder, die von reißenden Fluten künden, und Auswürfe um Kratereinschläge, die einen wasserdurchtränkten Boden anzeigen. “Alles spricht bei dieser Landschaft dafür, daß sie durch Wasser geformt wurde”, ist Michael Carr überzeugt.
Da Leben auf die Existenz von Wasser angewiesen ist und ein tektonisch aktiver Planet die Entstehung von Leben begünstigen kann, wird sich vielleicht eines Tages doch noch der Traum vieler Wissenschaftler erfüllen, die Reste einfacher Lebensformen auf dem Mars zu finden.
Silvia von der Weiden
