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Dünne Luft auf dem Mars

Die Atmosphäre des Planeten war auch früher nicht dicht genug für flüssiges Wasser

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Heute ist der Mars ein trockener Wüstenplanet, auf dessen Oberfläche sich aus physikalischen Gründen kein flüssiges Wasser ansammeln kann. Denn bei Temperaturen von durchschnittlich minus 55 °C und einem Atmosphärendruck von sechs Millibar würde Wasser rasch gefrieren und sublimieren, sprich in den gasförmigen Aggregatzustand übergehen.

Wie die Daten der bisherigen Marsmissionen jedoch nahe legen, waren die Verhältnisse auf dem Roten Planeten nicht immer so. Hunderte Kilometer lange Flussbetten und ausgetrocknete Seen deuten vielmehr darauf hin, dass es vor einigen Jahrmilliarden auf dem Mars reichlich flüssiges Wasser gab, in dem sich möglicherweise einfachste Lebensformen entwickelt hatten. Das allerdings war nur unter dem Schutz einer Atmosphäre möglich, die erheblich dichter war, als sie es heute ist. Dazu kommt, dass der Mars die Sonne in viel größerer Entfernung umkreist als die Erde. Folglich bedurfte es eines sehr kräftigen Treibhauseffekts, um die Oberfläche des Roten Planeten so weit zu erwärmen, dass dort flüssiges Wasser dauerhaft existieren konnte.

Laut diesem Modell betrug der Druck in der frühen Marsatmosphäre mindestens fünf bar. Dieser Wert wird durch eine neue Untersuchung infrage gestellt. Ein Forscherteam um Edwin Kite vom California Institute of Technology (Caltech) in Pasadena hat mehr als 300 Meteoritenkrater auf dem Mars untersucht, die von der Raumsonde »Mars Reconnaissance Orbiter« (MRO) aufgenommen wurden - und zwar in der sogenannten Aeolis-Dorsa-Region, die ein Alter von rund 3,6 Milliarden Jahren aufweist. Von der Größe der eingeschlagenen Meteoriten schlossen die Forscher auf die Dichte der Atmosphäre. Denn je höher diese ist, desto größer muss ein Meteorit sein, um trotz der enormen Reibungshitze, die er beim Eintauchen verursacht, nicht frühzeitig zu verglühen.

Wie Kite und seine Kollegen im Fachjournal »Nature Geoscience« (DOI: 10.1038/ngeo2137) berichten, sind die kleinsten Krater in der Aeolis-Dorsa-Region nur 20 bis 50 Meter groß. Das heißt, sie wurden von relativ kleinen Meteoriten verursacht. Das wiederum bedeutet, dass der Mars auch in seiner Frühzeit von einer dünnen Atmosphäre umgeben war. Nach Berechnungen der Forscher lag der Atmosphärendruck vor 3,6 Milliarden Jahren zwischen 0,9 und maximal 1,9 bar. Damit wäre die Gashülle des Mars seinerzeit etwa 150-mal dichter gewesen als heute. Dennoch hätte dies nicht ausgereicht, um die Oberflächentemperatur über dem Gefrierpunkt des Wassers zu halten. Hierfür wäre der fünffache Atmosphärendruck (rund fünf bar) vonnöten gewesen. »Ein warm-feuchtes Treibhausklima gab es auf dem Mars nicht, die langfristigen Durchschnittstemperaturen lagen wahrscheinlich unter dem Gefrierpunkt«, resümieren Kite und seine Kollegen.

Wie aber lassen sich unter diesen Umständen die geologischen Überbleibsel von Flüssen und Seen auf dem Mars erklären? Flüssiges Wasser habe dort zweifellos existiert, aber immer nur vorübergehend, schreibt der NASA-Forscher Sanjoy Som in einem Kommentar in »Nature Geoscience« und verweist darauf, dass die Rotationsachse des Mars in einem Rhythmus von 120 000 Jahren schwankt. In geologischen Zeiträumen gelangte dabei unterschiedlich viel Sonnenlicht auf die vereisten Polkappen, die hierdurch sublimierten und CO2 freisetzten. Das wiederum fachte den Treibhauseffekt an, sodass eine Zeit lang flüssiges Wasser auf dem Mars vorhanden war. Aber auch große Asteroideneinschläge oder Vulkanausbrüche könnten laut Som zu einer dichteren Atmosphäre geführt haben.

Offenkundig war das Klima auf unserem Nachbarplaneten viel instabiler als bislang angenommen. Feuchte Phasen mit dichter Atmosphäre und trockene Perioden mit dünner Luft wechselten einander ab. Sollte sich dieses Modell erhärten, meint Som, wäre auch die Frage nach möglichem Leben auf dem Mars neu zu überdenken. Denn ein Planet, auf dem es nur zeitweise flüssiges Wasser gebe, sei vermutlich nicht der geeignete Ort, um Leben zu etablieren.

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