Der helle weiße Bereich dieses Bildes, das von der europäischen Raumsonde Mars Express im Dezember 2012 aufgenommen wurde, zeigt die Eiskappe, die den Südpol des Mars bedeckt und aus gefrorenem Wasser und gefrorenem Kohlendioxid besteht.(Bildnachweis: ESA/DLR/FU Berlin/Bill Dunford)
Neue Computersimulationen haben Zweifel an der Möglichkeit eines Sees mit flüssigem Wasser unter der südlichen Eiskappe des Mars aufkommen lassen. Sie legen nahe, dass dicht verdichtete Eisschichten die gleichen Radarreflexionen erzeugen könnten wie flüssiges Wasser.
Im Jahr 2018 identifizierte der Orbiter Mars Express der Europäischen Weltraumorganisation mit seinem MARSIS-Instrument (Mars Advanced Radar for Subsurface and Ionosphere Sounding) in einer Region namens Planum Australe in der südlichen Polarebene des Mars einen offenbar 20 Kilometer breiten See mit flüssigem Wasser, der tief unter einer 1,5 km dicken Eisschicht vergraben war. Ähnliche Beweise wurden später für möglicherweise Dutzende von Seen gefunden, aber einige sind so nahe an der Oberfläche, dass es unmöglich schien, dass dort Wasser in flüssiger Form vorhanden ist.
Das liegt daran, dass die Marsoberfläche zu kalt und der atmosphärische Druck zu niedrig ist, als dass sich flüssiges Wasser in Oberflächennähe halten könnte. An der Basis der südlichen Polkappe jedoch könnten die Temperatur- und Druckbedingungen mit Hilfe eines kleinen natürlichen Frostschutzmittels die Existenz von Salzseen ermöglichen.
Dieses vom Mars Reconnaissance Orbiter der NASA aufgenommene Bild zeigt Eisschichten am Südpol des Mars. (Bildnachweis: NASA/JPL-Caltech/University of Arizona/JHU)
Dieses Frostschutzmittel könnte in Form von Kalzium- und Magnesiumperchlorat vorliegen, einer chemischen Verbindung, die von der Phoenix-Mission der NASA im Jahr 2008 auf der Marsoberfläche gefunden wurde. Magnesium- und Kalziumperchlorat würden, wenn sie in Wasser gelöst sind, dessen Gefrierpunkt auf ein Minimum von minus 68 bzw. minus 75 Grad Celsius (minus 92 bzw. minus 103 Grad Fahrenheit) senken – sehr nahe an der vorhergesagten Temperatur von minus 68 Grad C (minus 90 Grad Fahrenheit) an der Basis der Eiskappe. Folglich ist es nicht allzu weit hergeholt, sich lokale Bedingungen von Temperatur, Druck und Perchloratkonzentration vorzustellen, die große Becken mit flüssigem Wasser auf dem Mars ermöglichen.
Weitere Hinweise auf solche Seen ergaben sich aus der Messung der Wellen des Oberflächeneises; flüssiges Wasser verringert die Reibung zwischen einem Eisschild und dem darunter liegenden Gestein, wodurch das Eisschild schneller über das Gestein fließen kann. Dieser Anstieg der Fließgeschwindigkeit führt zu Mulden und Spitzen im Oberflächeneis, und genau das ist im Planum Australe zu beobachten.
Trotz all dieser Beweise waren viele in der Gemeinschaft der Planetenforscher skeptisch; das Vorhandensein von flüssigem Wasser auf dem Mars wäre ein außergewöhnlicher Fund, der außergewöhnliche Beweise erfordert. Nun hat ein Team von Wissenschaftlern der Cornell University dieser Skepsis mit neuen Erkenntnissen, die eine alternative Erklärung für die Radarechos liefern, neue Nahrung gegeben.
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„Ich kann nicht sagen, dass es unmöglich ist, dass es dort unten flüssiges Wasser gibt, aber wir zeigen, dass es viel einfachere Wege gibt, die gleichen Beobachtungen zu machen, ohne sich so weit strecken zu müssen, indem man Mechanismen und Materialien verwendet, von denen wir bereits wissen, dass sie dort existieren“, sagte Daniel Lalich von Cornell in einer Erklärung. Lalich ist der Hauptautor neuer Forschungsarbeiten, die darauf hindeuten, dass verdichtete Eisschichten ein starkes Radarsignal aussenden könnten, das genauso aussieht wie das Radarecho einer Flüssigkeitsschicht.
Eine große Wassermasse ist in der Lage, Radarstrahlen zu ihrer Quelle zurück zu reflektieren, weil ein See so flach ist, und auf der Erde würden helle Radarreflexionen, wie sie von MARSIS entdeckt wurden, mit ziemlicher Sicherheit auf flüssiges Wasser hindeuten, ähnlich wie die Wassertaschen unter der Antarktis, z. B. der Wostoksee. Planetenforscher müssen jedoch vorsichtig sein, wenn sie davon ausgehen, dass das, was für die Erde gilt, auch für andere Planeten gilt, auf denen andere Bedingungen herrschen.
Lalichs Gruppe führte Tausende von Simulationen durch, um zu testen, ob mehrere dicht gepackte Eisschichten das Radarsignal eines Sees imitieren können. Jede Simulation variierte sowohl die Dicke der Eisschichten als auch ihre Zusammensetzung (d. h. wie schmutzig sie waren). Sie fanden heraus, dass in mehreren Fällen dicht gepackte Eisschichten, die vor langer Zeit abgelagert und unter dem Gewicht der Eisdecke zerdrückt wurden, helle Radarreflexionen erzeugen können, die denen von MARSIS entsprechen.
Der Trick ist die „konstruktive Interferenz“ der Radarwellen. Die räumliche Auflösung von MARSIS ist begrenzt, und wenn die Eisschichten zu dünn sind, kann das Radargerät sie nicht unterscheiden. Jede Schicht würde einen Teil des Radarstrahls reflektieren, und da die Schichten so dicht aneinander gepresst sind, überlagern und kombinieren sich die Radarechos, was ihre Stärke verstärkt und sie heller erscheinen lässt.
„Dies ist das erste Mal, dass wir eine Hypothese haben, die die gesamte Population der Beobachtungen unter der Eiskappe erklärt, ohne etwas Einzigartiges oder Ungewöhnliches einführen zu müssen“, sagte Lalich. „Dieses Ergebnis, bei dem wir überall verstreute helle Reflexionen erhalten, ist genau das, was man von dünnschichtigen Interferenzen im Radar erwarten würde.“
Die Frage, ob es unter der Südpolkappe einen Salzsee gibt, bleibt vorerst unbeantwortet, aber Lalich argumentiert, dass die Simulationen zumindest eine viel einfachere und in seinen Augen wahrscheinlichere Erklärung als einen See liefern.
„Die Vorstellung, dass es flüssiges Wasser auch nur annähernd an der Oberfläche gibt, wäre wirklich aufregend gewesen“, so Lalich. „Ich glaube einfach nicht, dass es dort ist.“
Die Ergebnisse von Lalichs Team wurden am 7. Juni in der Zeitschrift Science Advances veröffentlicht.
