Die Nordpolkappe des Mars ist wohl innerhalb der letzten sechs Millionen Jahre entstanden, wie neue Raumsonden-Daten nahe legen. Davor könnte eine Warmphase geherrscht haben. Der Wechsel von Kalt- und Warmzeiten auf der Erde wird auf astronomische Ursachen zurückgeführt: Einerseits verändert sich die Form der Erdbahn um die Sonne geringfügig, andererseits pendelt die Rotationsachse um etwa zwei Grad hin und her. Beide Effekte führten zu periodischen Intensitätsänderungen der Sonneneinstrahlung auf der Erdoberfläche. Diese so genannten Milankoviç-Zyklen sind aber harmlos im Vergleich zu den Taumelbewegungen, die einst Mars vollführt hat. Starke Klimaumbrüche müssen die Folge gewesen sein. Ein Team um Jacques Laskar vom Institut für Himmelsmechanik in Paris brachte jetzt erstmals Eisablagerungen am Mars-Nordpol mit Klimaperioden in Verbindung.
Mehr als 100000 Mars-Aufnahmen hat Mars Global Surveyor seit Anfang 1999 zur Erde übermittelt. Aber: „Wir konzentrierten uns auf ein spezielles Bild”, erklärt Laskar. Es zeigt auf mehrere Dutzend Zentimeter genau eine grau-weiße Schichtfolge am Hang eines Einschnitts im Nordpol-Eis. Sie weist auf unterschiedliche Mengen an Staub im Eis hin. Es müssen sich also Phasen mit häufigen und mit seltenen Staubstürmen abgewechselt haben. Laskar konnte dieses Streifenmuster mit berechneten periodischen Änderungen der Bahnform und Achsenneigung erklären.
Heute ist die Rotationsachse des Mars – ähnlich wie die der Erde – um 24 Grad gegen die Bahnebene geneigt. Laskars Computermodell zufolge pendelte die Achse in den letzten zehn Millionen Jahren aber häufig zwischen 13 und 47 Grad hin und her. Ursache sind vor allem die Gravitationswirkungen der Riesenplaneten Jupiter und Saturn. Sie ziehen an Mars und bringen ihn ins Torkeln – ähnlich wie bei einem Brummkreisel, den man seitlich anstößt. Zudem schwankte die Form der Umlaufbahn ganz erheblich zwischen Kreis und Ellipse. Dies hatte zur Folge, dass die Intensität der Sonneneinstrahlung am Nordpol zwischen 150 und 500 Watt pro Quadratmeter variierte. Die Werte weisen eine Periodizität von etwa 50000 Jahren auf, die Laskar im Eismuster wiedergefunden hat. Der heutige geringe Wert von 220 Watt pro Quadratmeter belegt, dass die polaren Regionen des Mars derzeit eine Kaltphase durchmachen.
Ein Laser-Messgerät an Bord von Mars Global Surveyor hat die Geländehöhe des Eises exakt vermessen. Damit ließ sich die Tiefe des Tals zu 350 Meter bestimmen. Eine Kombination der errechneten Klimadaten und der gemessenen Schichtdicke zeigte, dass dieser von Laskar vermessene Höhenzug in den vergangenen 900000 Jahren entstanden ist. Daraus ergibt sich ein durchschnittliches Wachstum von vier Zentimetern pro Jahrhundert. Somit wäre der gesamte 2,5 Kilometer dicke Schild in den letzten sechs Millionen Jahren entstanden. Das passt gut zu den anderen Daten von Laskars Modell, wonach die Rotationsachse des Mars vor sechs Millionen Jahren maximal um 47 Grad geneigt war. In dieser Schräglage empfingen beide Pole die größte Sonneneinstrahlung.
Dies hat wohl zum Verdampfen des Eispanzers geführt, wodurch gewaltige Mengen an Kohlendioxid und Wasser in die Atmosphäre gelangten. „Die freigesetzte Wassermenge könnte ausgereicht haben, um den ganzen Planeten mit einem mehrere Meter tiefen Ozean zu bedecken”, meint Alan Howard, Planetenforscher an der University of Charlottesville. Bliebe hinzuzufügen: sofern es warm genug war.
Laskars Arbeit wirft auch neues Licht auf die „Abflussrinnen” an den Hängen von Tälern und Kratern. Rätselhaft war bislang das relativ junge Alter dieser Gullys. Die Warmphase vor sechs Millionen Jahren könnte es nun erklären. Dass Bahnform und Rotationsachse bei der Erde in wesentlich engeren Grenzen schwanken als beim Mars hat zwei Gründe: Zum einen sind Jupiter und Saturn weiter von uns entfernt als vom Mars. Zum anderen stabilisiert der Umlauf des relativ großen Mondes die Erdachse.
Thomas Bührke
