Eine Illustration zeigt zwei Gesichter des Mars: ein heißes und trockenes Ödland und eine kalte, eisreiche Umgebung (Bildnachweis: Robert Lea (erstellt mit Canva))
Neue Forschungsergebnisse deuten darauf hin, dass die Temperaturen auf dem alten Mars während seiner Milliarden Jahre währenden Lebensdauer in relativ kurzen Zeiträumen zwischen heißen und kalten Perioden geschwankt haben könnten. Diese Hitze- und Kälteperioden könnten jedoch für das Leben, sofern es auf dem Roten Planeten existierte, schädlich gewesen sein.
Der Mars mag heute ein trockener und karger Planet sein, aber Wissenschaftler wissen, dass der Nachbar der Erde in seiner Vergangenheit viel feuchter war und unserem Planeten viel ähnlicher war.
Diese neuen Erkenntnisse eines Forscherteams der Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) deuten darauf hin, wie der Mars vor Milliarden von Jahren seine Wärme aufrechterhalten und sein Wasser bewahrt haben könnte.
„Es war ein solches Rätsel, dass es auf dem Mars flüssiges Wasser gab, weil der Mars weiter von der Sonne entfernt ist und die Sonne früher schwächer war“, sagte Teamleiterin Danica Adams, NASA Sagan Postdoctoral Fellow, in einer Erklärung. „Die Forschungsergebnisse des Teams wurden in der Fachzeitschrift Nature Geoscience veröffentlicht.
Das Wasserstoffparadoxon auf dem Mars
Wissenschaftler hatten zuvor die Theorie aufgestellt, dass der Mars sein flüssiges Wasser trotz seiner Entfernung von der Sonne dank eines Überschusses an Wasserstoff in seiner Atmosphäre aufbewahren konnte, ohne dass es gefror. Dieses Element, das leichteste des Universums, würde sich in der Marsatmosphäre mit Kohlenstoffatomen zu Kohlendioxid verbinden. Wie wir auf der Erde nur allzu gut wissen, ist Kohlendioxid ein Treibhausgas, das Wärme speichert und so einen Treibhauseffekt verursacht. Dies könnte den Mars so temperiert gehalten haben, dass sich auf seiner Oberfläche flüssiges Wasser bilden konnte.
Das Problem ist, dass der Wasserstoff in der Marsatmosphäre eigentlich kurzlebig sein müsste. Dies veranlasste das Team, auf dem Mars ein ähnliches Verfahren anzuwenden, wie es auf der Erde zum Aufspüren von Schadstoffen verwendet wird, und so zu modellieren, wie sich der Wasserstoffgehalt der Marsatmosphäre im Laufe der Zeit verändert.
Ein Bild der trockenen und kargen Marsoberfläche, aufgenommen vom Perseverance-Rover, der auf der Suche nach Anzeichen von inzwischen erloschenem mikrobiellem Leben nach alten Wasserwegen sucht. (Bildnachweis: NASA/JPL-Caltech)
Adams und Kollegen simulierten, wie sich Wasserstoff mit anderen Gasen in der Marsatmosphäre und mit Chemikalien auf der Oberfläche vermischt und reagiert hätte. Sie fanden heraus, dass der Mars vor etwa 4 bis 3 Milliarden Jahren episodische Wärmeperioden erlebte. Diese Schwankungen traten im Laufe von 40 Millionen Jahren auf, wobei jede einzelne Episode mindestens 100.000 Jahre dauerte. Diese warmen, feuchten Perioden wurden dadurch verursacht, dass der Mars Wasser aus seiner Atmosphäre an den Boden verlor, was ironischerweise den Wasserstoffgehalt der Atmosphäre auffüllte und so den Treibhauseffekt aufrechterhielt.
Die Temperaturänderungen auf dem Mars spiegelten sich auch in chemischen Veränderungen wider, so die Theorie des Teams. Kohlendioxid hätte ständig mit Sonnenlicht reagiert, um Kohlenmonoxid zu erzeugen. Während warmer Perioden hätte sich das Kohlenmonoxid jedoch wieder in Kohlendioxid umgewandelt. Dieser Recyclingprozess würde zum Stillstand kommen, wenn der Mars lange genug kalt bliebe, was zu einer Anhäufung von Kohlenmonoxid und Sauerstoff führen würde. „Wir haben Zeitskalen für all diese Veränderungen identifiziert“, so Adams. „Und wir haben alle Teile in demselben photochemischen Modell beschrieben“.
Was alle wirklich wissen wollen, ist, ob der Mars in seiner alten Geschichte jemals Leben beherbergt haben könnte, wenn auch einfaches und mikrobielles. Die Existenz von Leben könnte in Zeiten, in denen die Temperaturen sanken und der Sauerstoffgehalt anstieg, in Frage gestellt worden sein.
In Zukunft will das Team, das hinter dieser Studie steht, seine Modelle mit tatsächlichem Gestein und Boden vergleichen, der auf dem Roten Planeten gesammelt und von der geplanten Mars Sample Return Mission der NASA zur Erde zurückgebracht wurde.
„Der frühe Mars ist eine verlorene Welt, aber er kann sehr detailliert rekonstruiert werden, wenn wir die richtigen Fragen stellen“, sagte SEAS-Forscher und Teammitglied Robin Wordsworth. „In dieser Studie werden zum ersten Mal die Chemie der Atmosphäre und das Klima zusammengeführt, um einige beeindruckende neue Vorhersagen zu treffen, die überprüft werden können, sobald wir Marsgestein zur Erde zurückbringen.“
