Marsmenschen sind keine Erfindung hysterischer UFO-Anhänger, sondern sie leben wirklich – sogar mitten unter uns. Und das ist kein Geheimnis, denn sie kommen immer wieder als Schlagzeilen auf die Titelseiten der Zeitungen und in die Nachrichten. Michael C. Malin und Kenneth S.Edgett sind zwei von ihnen. In den letzten Monaten haben die beiden US-Wissenschaftler unsere Nachbarwelt auf vielen tausend Fotos genauer betrachtet als jeder andere, so daß sie sich manchmal tatsächlich mehr als Marsmenschen denn als Erdenbürger fühlen. Und mit ihren neuen Erkenntnissen, die sie im Dezember in der renommierten amerikanischen Fachzeitschrift Science veröffentlichten, sorgten sie für eines der wissenschaftlichen Highlights des letzten Jahres: Weit verstreut über den Mars entdeckten sie kilometerhohe Schichten von Sedimenten. Sie lassen darauf schließen, daß es einst Tausende von Seen in und zwischen den Kratern gegeben hat. Der Mars muß früher also wärmer gewesen sein. Er besaß eine dichtere Atmosphäre. Und er hat unter diesen lebensfreundlichen Bedingungen möglicherweise sogar Leben hervorgebracht, dessen fossile Spuren bis heute in den Sedimenten eingeschlossen sein könnten.
„Der frühe Mars war sehr dynamisch und sah der Erde vielleicht viel ähnlicher als viele von uns bislang dachten”, sagt Malin, der zusammen mit Edgett bei der Firma Malin Space Science Systems in San Diego forscht. Malin ist Chefwissenschaftler des MOC-Teams. MOC steht für „Mars Orbiter Camera” – das technische Adlerauge von Mars Global Surveyor. Die Raumsonde umrundet unseren Nachbarplaneten seit dem 12. September 1997 und kartiert ihn seit März 1999 aus rund 400 Kilometer Höhe. Über 60000 Fotos hat sie inzwischen zur Erde gefunkt – teilweise mit so hoher Auflösung, daß sich darauf noch wenige Meter kleine Strukturen erkennen lassen. Diese Detailschärfe übertrifft die Aufnahmen der Viking- Orbiter aus den siebziger Jahren um das Zehnfache.
Was die beiden Viking-Missionen nur erahnen ließen, steht jetzt buchstäblich felsenfest: In den Schluchten und Kraterhängen des Mars gibt es gewaltige Sedimentschichten, vergleichbar mit denen des irdischen Grand Canyon. Dabei unterscheiden die Wissenschaftler drei verschiedene Arten von Sedimenten: Wenige Meter bis einige hundert Meter dicke Schichten, die wie Pfannkuchen teils kilometerhoch übereinandergestapelt sind. Eine massive Schicht ohne auffällige innere Differenzierung, die viele hundert Meter dick ist. Eine relativ dünne, dunkle Schicht, die wie eine Kappe die „Mesas” bedeckt – das flache Tafelland, das von den Canyons zerschnitten wird. Wo alle drei Schichten gemeinsam vorkommen, liegt die dunkle Mesaschicht oben, die massive Schicht in der Mitte und die Folge dünner Schichten unten. „Dieses Sedimentgestein gibt es in vielen verschiedenen Gegenden auf dem Mars”, sagt Edgett, „beispielsweise in den Schluchten von Valles Marineris, einem riesigen Canyon, der sich auf der Erde von New York bis nach Los Angeles erstrecken würde.” Weitere Orte sind das westliche Arabia Terra, das nördliche Terra Meridiani, das nordöstliche Hellas Basin sowie West Candor Chasma und Mawrth Vallis – also vorwiegend Gegenden im Bereich der marsianischen Tiefebenen, plus/minus 30 Breitengrade um den Marsäquator herum. Auch anderswo hat Mars Global Surveyor sporadische Sedimentvorkommen aufgespürt, beispielsweise in Elysium Planitia weit im Süden. Manche Krater, wie Henry in Arabia Terra, sind mit 10000 Kubikkilometer Sedimentschichten gefüllt.Das Alter der Sedimente können die Forscher anhand der Größe und Zahl der Krater pro Flächeneinheit ungefähr abschätzen: Es liegt zwischen 3,5 und 4,3 Milliarden Jahren.
Sie sind also zu jener Zeit entstanden, als die heftige Bombardierung der Planeten mit kosmischen Trümmerstücken zu Ende ging – ein Steinregen aus Planetoiden und Kometenkernen, die bei der Geburt des Sonnensystems vor 4,6 Milliarden Jahren in großer Zahl übriggeblieben waren. Kopfzerbrechen bereitet den Forschern die Entstehungsgeschichte der Sedimente. Die einfachste Erklärung, die auch Malin und Edgett favorisieren, ist: Die Ablagerungen erfolgten durch Wasser. Regen auf den Hochländern könnte Lehm, Schlamm und Sand in die Schluchten und Krater gespült haben, wo sie sich im Lauf der Zeit ähnlich wie auf der Erde ansammelten. Der Mars wäre dann von vielen tausend Seen in und zwischen den Kratern überzogen gewesen – eine Vorstellung, die die Phantasie der Forscher beflügelt, denn sie steht in starkem Kontrast zu den endlosen eiskalten lachsroten Geröllwüsten, die heute unser Bild vom Mars prägen.
Ganz sicher ist diese Interpretation der Sedimente aber nicht. James Head von der Brown University in Rhode Island kann sich vorstellen, daß die Ablagerungen nicht aus angeschwemmtem Schlamm, sondern durch einen lang andauernden Regen von Staub und Vulkanasche entstanden sind. Daß der Mars einst sehr aktiv war, beweisen zahlreiche erloschene Vulkankegel – darunter Olympus Mons, mit 26 Kilometer Höhe der größte Berg im ganzen Sonnensystem. Malin und Edgett halten es für denkbar, daß der Druck der Marsatmosphäre im Verlauf von 10000 oder 100000 Jahren zwischen 0,1 und 10 Millibar schwankte und so charakteristische Unterschiede in der Ablagerung der Vulkanasche verursachte. Nathalie Cabrol vom Ames Research Center der NASA im kalifornischen Moffett Field spekuliert dagegen über Ablagerungsprozesse von gewaltigen Staubmassen, die durch den Einschlag von Meteoriten aufgewirbelt wurden. Doch gegen beide Szenarien – Vulkane und Meteoriten – spricht die weiträumige Verteilung der sehr ähnlichen Sedimentschichten.
Eine definitive Entscheidung wird wohl erst mit Hilfe neuer Raumsonden möglich sein, die bereits im Bau oder in der Planung sind (siehe Kasten unten). Am besten wäre natürlich eine direkte Erkundung vor Ort: „Geologische Untersuchungen im Gelände wären eine phantastische Sache”, schwärmt denn auch Alfred McEwen, MOC-Teammitglied an der University of Arizona, Tucson. Sedimente gewähren wie durch ein Zeitfenster einen Blick in die Geschichte des Mars. Auch auf der Erde spiegeln sie die Entwicklung von Klima und Leben wider – das meiste, das wir über die Vergangenheit unseres Planeten wissen, verdanken wir diesen Gesteinen.
Die Mars-Sedimente sind nicht die ersten Indizien für Wasser. Auf 30 Meter genaue Höhenmessungen von Mars Global Surveyor sowie Fotos der Viking-Orbiter deuten darauf hin, daß es vor drei bis vier Milliarden Jahren einen bis zu 1000 Meter tiefen Ozean im Norden des Mars gegeben haben könnte (bild der wissenschaft 8/2000, „Der vermessene Mars”). Und letzten Sommer haben Malin und Edgett mit Fotos von Fließspuren in Kraterwänden für Schlagzeilen gesorgt, die wohl durch einen plötzlichen, geysirartigen Ausbruch aufgestauten Wassers entstanden sind (bild der wissenschaft 9/2000, „Mars-Gullys: Neue Hoffnung auf Leben”). Diese „Gullys” sind allerdings viel jünger – höchstens einige Millionen Jahre alt. Auf über 200 Fotos haben Malin und Edgett sie inzwischen entdeckt. Die meisten Gullys liegen in Gegenden von mehr als 30 Grad nördlicher und südlicher Breite, beispielsweise in Gorgonum Chaos, Nirgal und Dao Vallis sowie den Kratern Hale, Maunder, Newton und Rabe.
Nun rätseln die Forscher, ob heute noch in 100 bis 400 Meter Tiefe große Wasservorräte zwischen Gesteinsschichten vorkommen könnten. Durchschnittstemperaturen von minus 70 bis minus 100 Grad sprechen dagegen – der Marsboden müßte mindestens zwei Kilometer tief durchgefroren sein. „Wenn es unterirdische Wasserspeicher gäbe, müßten sie irgendwie warm gehalten werden. Aber wir wissen nicht wie”, sagt Malin. Vulkanische Aktivitäten sind in der Umgebung der Gullys nicht nachgewiesen. „Doch vielleicht haben wir völlig falsche Vorstellungen von den thermischen Eigenschaften des Marsinneren.”
Auch zwei andere Hypothesen könnten die Entstehung der Mars-Gullys erklären: Michael Carr vom U.S. Geological Survey im kalifornischen Menlo Park und Stephen Clifford vom Lunar and Planetary Institute in Houston haben Clathrate als Ursache vorgeschlagen: Einschlußverbindungen von Gas in Kristallen. Demnach wäre Kohlendioxid, das bei tiefen Temperaturen und hohem Druck in Wassereis eingeschlossen ist, bei Erwärmung oder Druckabfall freigesetzt worden und hätte explosionsartig Gestein freigesprengt. Die Gullys wären also durch die herunterfallenden Trümmer entstanden. Clifford, Victor Baker von der University of Arizona und Kenneth Tanaka vom U.S. Geological Survey in Flagstaff, Arizona, haben unabhängig voneinander eine Änderung der Neigung von Mars’ Rotationsachse zur Bahnebene des Planeten für die Gullys verantwortlich gemacht. Heute beträgt der Winkel 25 Grad, doch vor vier bis fünf Millionen Jahren war die Achse vielleicht viel mehr geneigt: rund 45 Grad. In diesem Fall hätte die Sonne andere Marsregionen stärker erwärmt als heute – und zwar auch jene, in denen viele Gullys vorkommen, die gegenwärtig meistens im Schatten liegen. Vor allem aber wäre mehr Wasser an den Polkappen verdunstet und hätte in der Atmosphäre einen Treibhauseffekt und somit insgesamt höhere Temperaturen erzeugt. Heute gibt es kein Wasser mehr in flüssiger Form auf der Marsoberfläche. Ein Teil ist im Lauf der Jahrhundertmillionen verdampft und ins All entwichen. Ein anderer Teil dürfte als Eis im Permafrostboden stecken. Hinzu kommen die Eiskappe am Marsnordpol, Frost und der Wasserdampf in der Atmosphäre. Und der hohe UV-Anteil der Sonnenstrahlung, der von der dünnen Marsluft kaum abgefiltert wird, macht die Oberfläche zu einer sterilen Wüste ohne erkennbares Leben. Doch das muß nicht immer so gewesen sein. Vielleicht gab es vor 3,5 Milliarden Jahren blühende Landschaften und sogar Organismen. „Unsere Bilder zeigen genau die Arten von Gestein, in denen Spuren einstigen Marslebens, falls es jemals existiert hat, erhalten geblieben wäre”, schreiben Malin und Edgett am Ende ihres Artikels. Versteinerte Marsmenschen wird man dort wohl nicht finden, aber schon Fossilien von Mikroorganismen wären eine schlagzeilenträchtige Sensation.
Kompakt Fotos der Raumsonde Mars Global Surveyor zeigen viele, weit über die Marsoberfläche verstreute Sedimentdecken – teilweise über einen Kilo- meter dick. Die Ablagerungen deuten darauf hin, daß es vor 3,5 Milliarden Jahren reichlich Wasser auf dem Mars gegeben hat – eine Voraussetzung für Leben. Fossilien aus dieser Zeit könnten bis heute im Gestein überdauert haben.
Mars Macht Mobil – Das Neue Nasa-Programm Die erfolgreiche Mars Global Surveyor- Mission wurde soeben bis zum April 2002 verlängert. Das wird 16,2 Millionen Dollar kosten. Trotz zweier mißglückter Marsmissionen 1999 soll die Erforschung des Roten Planeten weitergehen. In den nächsten sieben Jahren will die US-Raumfahrtbehörde NASA sechs Sonden starten und weitere 450 Millionen Dollar pro Jahr investieren. Frankreich und Italien sind als Kooperationspartner im Gespräch. Die europäische Raumfahrtagentur ESA plant aber auch eigene Missionen.
Zur Zeit hat die NASA folgende Projekte und Starttermine vorgesehen: April 2001: Mars Odyssey Orbiter soll die Oberflächenmineralogie mit Spektrometern für Gammastrahlen, Neutronen und thermische Emission erkunden. 2003: Zwei ferngesteuerte Rover werden die Oberflächengeologie erforschen und nach Wassereis im Marsboden suchen (Landung im Januar 2004). 2005: Mars Reconnaissance Orbiter soll die Nachfolge von Mars Global Surveyor antreten, der seit 1997 den Roten Planeten umkreist. 2007: Eine weitere Landesonde sowie die Mission Scout sollen die Raumfahrttechnik mit flexiblen, „intelligenten” Systemen revolutionieren. Vielleicht fliegt ein Ballon oder ein kleines Flugzeug mit. 2009: Eine Radar-Mission soll nach Wasser tief unter der Marsoberfläche suchen. 2011 oder 2014: Eine Raumsonde könnte erstmals Bodenproben zur Erde bringen. Kosten: Rund zwei Milliarden Dollar
Bdw community LESEN Marsforschung und Lebenssuche: Piers Bizony Die Erkundung des Mars Herbig, 1998, DM 39,90
Auch für Kinder empfehlenswert: Wolfgang Engelhardt Was ist was – Space: Der Mars Tessloff, 1998, DM 19,80
Der schlagzeilenträchtige Forschungsbericht: Michael C. Malin, Kenneth S. Edgett Sedimentary Rocks of Early Mars Science, 2000, Bd. 290, S. 1927–1937
INTERNET Homepage von Mars Global Surveyor: mars.jpl.nasa.gov/mgs/
Viele Fotos der Sedimente: www.msss.com/mars_images/moc/dec00_seds/
Rüdiger Vaas
