Bilder des Roten Planeten, aufgenommen vom Mars Reconnaissance Orbiter der NASA (Bildnachweis: NASA/JPL-Caltech/University of Arizona).
Die Bedingungen, die für die Photosynthese auf dem Mars erforderlich sind, könnten unter der Oberfläche des staubigen Eises in den mittleren Breitengraden des Roten Planeten existieren, so neue Forschungsergebnisse.
Photosynthese ist der Prozess, durch den Lebewesen wie Pflanzen, Algen und Cyanobakterien chemische Energie erzeugen. Sie erfordert Wasser und Licht, um abzulaufen, und erzeugt den Großteil des Sauerstoffs in der Erdatmosphäre. Die neue Studie deutet darauf hin, dass eine ausreichend dicke Eisschicht auf dem Mars die harte Sonnenstrahlung herausfiltern, aber auch genügend Sonnenlicht für die Photosynthese durchlassen könnte, so dass so genannte „bewohnbare Strahlungszonen“ entstehen.
Genauso wie die Photosynthese das richtige Licht braucht, um zu funktionieren, müssen diese Ergebnisse im richtigen Licht betrachtet werden. Sie deuten zwar nicht darauf hin, dass derzeit Leben auf dem Mars existiert oder in der Geschichte des Roten Planeten jemals existiert hat, aber die Ergebnisse geben den Wissenschaftlern, die sich an der laufenden Suche beteiligen, eine Vorstellung davon, wo sie suchen müssen.
„Wir behaupten nicht, dass wir Leben auf dem Mars gefunden haben, aber wir glauben, dass staubige Marseisaufschlüsse in den mittleren Breitengraden die am leichtesten zugänglichen Orte darstellen, um heute nach Marsleben zu suchen“, sagte der Forschungsleiter Aditya Khuller, Postdoctoral Research Fellow am Jet Propulsion Laboratory der NASA, gegenüber kosmischeweiten.de.
Erde vs. Mars: Erkenne den Unterschied
Sowohl die Erde als auch der Mars befinden sich in der so genannten „bewohnbaren Zone“ der Sonne, dem Bereich um einen Stern, in dem die Temperaturen so hoch sind, dass auf der Oberfläche eines Planeten flüssiges Wasser existieren kann. Doch während 71 % der Erdoberfläche von Flüssigwasserozeanen bedeckt sind, scheint der Mars eine überwiegend trockene Landschaft zu sein.
Beobachtungen von Marsmissionen wie den Rovern Curiosity und Perseverance haben gezeigt, dass dies nicht immer der Fall war. Geologische Merkmale, die von diesen Robotern erforscht wurden, wie z. B. trockene Seebetten und Flussläufe, deuten darauf hin, dass vor Milliarden von Jahren flüssiges Wasser über die Landschaft des Roten Planeten floss. Darüber hinaus haben Missionen, die den Mars überflogen, wie der Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) der NASA, Wassereis auf dem Mars gefunden, oft in unerwarteten Regionen.
Wissenschaftler glauben, dass der Mars vor Milliarden von Jahren sein flüssiges Wasser verlor, als sein Magnetfeld ausfiel (die Magnetosphäre der Erde ist immer noch stark) und seine Atmosphäre größtenteils abgetragen wurde. Dies bedeutete, dass es kaum etwas gab, das verhinderte, dass verdampfendes Wasser in den Weltraum entweicht. Das Fehlen einer dichten Atmosphäre bedeutet auch, dass der moderne Mars von der harten ultravioletten Strahlung der Sonne bombardiert wird, die für Lebewesen tödlich ist und die komplexen Moleküle zerstört, die für das Leben notwendig sind.
Ein Bild des Mars Reconnaissance Orbiter der NASA zeigt mehrere Rinnen in der Marsregion Terra Sirenum. (Bildnachweis: NASA/JPL-Caltech/Universität von Arizona.)
„Im Gegensatz zur Erde fehlt auf dem Mars ein schützendes Ozonschild, so dass die schädliche ultraviolette Strahlung an der Oberfläche um 30 % höher ist als auf unserem Planeten“, so Khuller. „Daher befinden sich die Bereiche, in denen Photosynthese stattfinden könnte, auf dem Mars eher innerhalb von staubigem Eis, da das darüber liegende staubige Eis die schädliche ultraviolette Strahlung an der Marsoberfläche blockiert und flüssiges Wasser aufgrund der trockenen Atmosphäre auf der Marsoberfläche sehr instabil ist.“
Mit Hilfe von Computersimulationen fand das Team heraus, dass staubiges Marseis von innen schmelzen kann, wobei das darüber liegende Eis dieses oberflächennahe, flüssige Wasser davor schützt, in die trockene Marsatmosphäre zu verdampfen.
„Die beiden wichtigsten Zutaten für die Photosynthese können also im staubigen Marseis in den mittleren Breiten vorhanden sein“, fügte Khuller hinzu. „Die Photosynthese erfordert ausreichende Mengen an Sonnenlicht und auch flüssiges Wasser, um stattfinden zu können. Zwei frühere unabhängige Simulationen von dichtem Marsschnee ergaben, dass es in den mittleren Breiten des Mars heute zu einer Schmelze unter der Oberfläche kommen kann, wenn der Schnee geringe Mengen Staub (weniger als 1 %) enthält.
„Durch die Entdeckung von staubigem Eis, das in vergrabenen, staubigen Schneepaketen in Verbindung mit Marsrinnen vor einigen Jahren freigelegt wurde, gibt es einen Mechanismus, mit dem dieses Eis unter der Oberfläche schmelzen kann, um flaches, unterirdisches, flüssiges Wasser zu bilden.“
Ein Bild des Mars Reconnaissance Orbiter der NASA von einer Schlucht in der Marsregion Dao Vallis. (Bildnachweis: NASA/JPL-Caltech/Universität von Arizona.)
Khuller erläuterte, dass das Team herausgefunden hat, dass das darüber liegende Eis die schädliche ultraviolette Strahlung an der Marsoberfläche abhalten kann, wenn es staubig ist. Dieses Eis lässt auch genügend Sonnenstrahlung unter die Eisoberfläche dringen, um Photosynthese zu ermöglichen.
Die Tiefe, in der diese bewohnbaren Strahlungszonen existieren, hängt von der Staubmenge im Eis ab. Die Simulationen des Teams zeigten, dass sehr staubiges Eis zu viel Sonnenlicht blockieren würde. Eis mit einem Staubanteil von 0,01 % bis 0,1 % würde jedoch eine Strahlungszone in einer Tiefe von 5 bis 38 Zentimetern (2 bis 15 Zoll) ermöglichen. Weniger „verschmutztes“ Eis würde eine tiefere und breitere Strahlungszone in einer Tiefe von 2,2 bis 3,1 Metern (7 bis 10 Fuß) ermöglichen.
Das Team geht davon aus, dass die Polarregionen des Mars, in denen sich der größte Teil des Eises befindet, zu kalt sind, um diese bewohnbaren Strahlungszonen zu bilden, da es dort kein Schmelzen unter der Oberfläche gibt. Ein solches Schmelzen wäre eher in den Gebieten mittlerer Breitengrade des Roten Planeten zu erwarten.
Beweise von der Erde: Durch Kryokonit entstandene Löcher auf dem Matanuska-Gletscher in Alaska im Jahr 2012. (Bildnachweis: Kimberly Casey)
Die Theorie des Teams wird durch Beobachtungsdaten gestützt, die nicht vom Mars, sondern von unserem Planeten stammen.
„Ich war überrascht, als ich herausfand, dass es möglicherweise ähnliche Analoga für Leben im Eis auf der Erde gibt, das Staub und Sediment enthält“, fügte Khuller hinzu. „Diese werden ‚Kryokonitlöcher‘ genannt und bilden sich, wenn Staub und Sediment auf dem Eis in das Eis hineinschmelzen, weil es dunkler ist als das Eis.“
Jeden Sommer, so der Forscher weiter, bildet sich im Inneren des Eises aufgrund der Erwärmung durch das Sonnenlicht flüssiges Wasser um den dunklen Staub, auch wenn das Eis darüber wie ein Deckel gefroren ist. Dies geschieht, weil das Eis lichtdurchlässig ist und das Sonnenlicht unter die Oberfläche eindringen kann.
„Man hat Mikroorganismen gefunden, die in diesen flachen unterirdischen Lebensräumen auf der Erde leben“, sagt Khuller. „Die Mikroorganismen ruhen normalerweise im Winter, wenn nicht genug Sonnenlicht vorhanden ist, um flüssiges Wasser im staubigen Eis zu bilden.“
Das bedeutet natürlich nicht, dass es auf dem Mars photosynthetisches Leben gibt oder jemals gegeben hat. Aber es ist faszinierend und könnte zu weiteren Untersuchungen über die mögliche Existenz unterirdischer bewohnbarer Strahlungszonen auf dem Roten Planeten anregen.
„Ich arbeite mit einem Team von Wissenschaftlern an der Entwicklung verbesserter Simulationen darüber, ob, wo und wann das staubige Eis auf dem Mars heute schmelzen könnte“, so Khuller abschließend. „Außerdem stellen wir einige dieser Staubeis-Szenarien in einem Labor nach, um sie genauer zu untersuchen.
Die Forschungsergebnisse des Teams wurden heute (17. Oktober) online in der Zeitschrift Nature Communications Earth & Environment veröffentlicht.
