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Die Erforschung des Mars

Die Erforschung des Mars verläuft hauptsächlich in zwei Richtungen: Zum einen untersuchen Wissenschaftler den roten Planeten mit Raumsonden im Marsorbit sowie auf der Marsoberfläche und zum anderen im Labor auf der Erde, indem man marsianische Bedingungen analysiert oder nachstellt (Astrobiologie, chemisch). Inzwischen fand man auf der Erde 126 Meteorite, von denen man ziemlich sicher weiß, dass sie vom Mars stammen (Stand: August 2021).

Ebenso simuliert man bemannte Landungen, die medizinischen Belastungen der Besatzungsmitglieder in der Marsumgebung, Besiedlungsmöglichkeiten des Mars durch den Menschen und Terraforming. Hierbei spielt die Notwendigkeit, sauberes Wasser aus dem Eis des Marsbodens zu gewinnen, eine zentrale Rolle. Genauso wichtig ist auch seine Aufbereitung und zyklische Verwendung, denn einen vergleichbaren Wasserkreislauf wie auf der Erde findet man auf dem Mars nicht.

Die planetologische Erkundung ist für die Wissenschaft von großem Interesse, um im gegenseitigen Vergleich die Eigenschaften der terrestrischen Planeten zu studieren: Atmosphäre, Klima, Mineralogie, das Innere und ihre Entstehung aus der solaren Urwolke. Das Wissen um das eigene Sonnensystem fördert das Verständnis für extrasolaren Planeten und ihrer überraschenden Vielfalt, die sich gerade im ersten Jahrzehnt des 21. Jahrhunderts offenbart hat.

Raumsonden und Rover öffnen ein neues Fenster für die Forscher

Die Vereinigten Staaten und die Sowjetunion begannen in den 1960er Jahren, Sonden zum Mars zu schicken. Viele dieser frühen Versuche scheiterten. So richtig nahm die Erforschung des Mars mit der Raumsonde Mariner 4 Fahrt auf, die Mitte Juli 1965 in einem Abstand von etwa 9.000 Kilometer am Planeten vorbeiflog und 22 Bilder zu Erde funkte. Diese Aufnahmen zeigten eine mondähnliche Oberfläche. Das war für die Wissenschaftler eine große Überraschung, denn bis dahin galt der Mars trotz aller Unterschiede noch als erdähnlicher Planet. In Meyers Handbuch über das Weltall von 1960 steht

Einige äquatornahen Gebiete scheinen Pflanzenwuchs, niedere Moose und Flechten zu besitzen.

Als weitere Raumsonden den Mars erreichten, zeigte sich schnell, dass die wenigen ersten Bilder aus Marsnähe einen falschen Eindruck von der Oberfläche des roten Planeten lieferten. Nach Mariner 4 erreichten zahlreiche weitere Raumsonden den Mars, umkreisen ihn, landeten auf ihm und Rover erkunden größere Bereiche auf der Oberfläche. So entstand nach und nach ein völlig neues Bild von unserem Nachbarplaneten.

Außer Kratern wie auf den ersten Bildern der Mariner-Sonden entdeckten die späteren irdischen Späher gewaltige Schildvulkane. Darunter befindet sich der größte bekannte Vulkan des Sonnensystems, Olympus Mons, dessen Gipfel 25 Kilometer in die Höhe ragt.

Daneben sind riesige Grabenbrüche, wie das Valles Marineris, Landstriche mit Dünen, weite Hochflächen und Gebiete, die Flussdeltas auf der Erde ähneln, auffallende Oberflächenmerkmale.

Stand heute (Juli 2021) hat der Mensch mehr Raumfahrzeuge zum Mars geschickt als zu jeder anderen Welt im Sonnensystem. Momentan gibt es 12 aktive Missionen, die auf dem Mars oder auf Umlaufbahnen um den Planeten operieren. Zwei Rover, Curiosity und Perseverance – beide von der NASA betrieben – und ein chinesisches Fahrzeug – Zhurong – sind auf der Oberfläche unterwegs. Ferner untersucht die stationäre Mission InSight die Beschaffenheit des Inneren des Planeten. Dazu umkreisen acht weitere Sonden den Mars: Mars Odyssey, Mars Express, Mars Reconnaissance Orbiter, Mars Orbiter Mission, MAVEN, ExoMars Trace Gas Orbiter, Tianwen-1 Orbiter und die Hope Mars Mission. Die letzten beiden werden von der Volksrepublik China bzw. den Vereinigten Arabischen Emiraten betrieben.

Späher im Orbit

Missionen auf Umlaufbahnen um den Mars untersuchen die Atmosphäre des Planeten, kartieren und identifizieren wichtige geologische Merkmale und bestimmen die Zusammensetzung von Mineralien und Eis. Solche Missionen sind technisch einfacher als eine Landung auf der Oberfläche und folglich auch kostengünstiger. Raumsonden in Umlaufbahnen werden auch als Relaissatelliten für Missionen auf der Oberfläche und zukünftige menschliche Missionen verwendet. Neben der Erde ist der Mars der einzige Planet im Sonnensystem mit einem globalen Satellitenkommunikationssystem.

Neben der NASA untersucht auch ESA den Mars mit Raumsonden: Mit „Mars Express“ hat sie ihren ersten eigenen Orbiter positioniert und kartografiert die Oberfläche.

2021 brachten die Vereinigten Arabischen Emirate die Raumsonde Al-Amal in eine Umlaufbahn um den roten Planeten. Sie soll während eines ganzen Marsjahres das Klima des Planeten erfassen.

Auch die Volksrepublik China brachte im Mai 2021 mit der Mission Tianwen-1 einen Orbiter in eine Umlaufbahn um den roten Planeten, um verschiedene Aspekte der Atmosphäre des roten Planeten zu erforschen.

Spurensuche am Boden

Obwohl man aus dem Orbit viel über den Mars lernen kann, muss man für detaillierte Beobachtungen auf der Oberfläche landen. Anfangs handelte es sich dabei um stationäre Lander, die die nächste Umgebung an ihrem Landeplatz analysieren konnten. Aber auf der Erde reisen Geologen weit und untersuchen die Zusammensetzung verschiedener Gesteinsarten, um so ein vollständiges Bild der Vergangenheit unseres Planeten zu rekonstruieren. Um dies auf dem Mars zu tun, entwickelte die NASA eine Reihe von Fahrzeugen, die Rover, und setzte sie auf der Oberfläche des Planeten ab: Sojourner, Spirit, Opportunity, Curiosity und zuletzt Perseverance. Rover haben sich als hocheffiziente Methode zur Erkundung der Oberfläche erwiesen; von den drei Missionen, die 2020 zum Mars starteten, führten zwei einen Rover mit.

Mit "ExoMars" sollte 2016 der erste Rover der ESA landen. Doch versagte die Steuerelektronik während des Abstiegs und das Gerät schlug hart auf dem Boden auf. 2022 soll mit dem ExoMars Rover ein neuer Versuch unternommen werden.

Auch die Volksrepublik China setzte im Mai 2021 den Rover Zhurong auf der Oberfläche des Mars ab.

Die Marsrover fanden zahlreiche Spuren, die darauf hindeuten, dass es einst flüssiges Wasser auf dem roten Planeten gab. Der Rover Curiosity fand Wasser in Form von Permafrost im Boden des Kraters Gale. Außerdem konnte er nachweisen, dass es dort einst fließendes Wasser gab. Damit könnten möglicherweise früher die Bedingungen für die Entstehung von Leben vorhanden gewesen sein.

Deshalb wird immer wieder über Leben auf dem Mars spekuliert. Selbst wenn der Mars heute ein "toter Planet" sein sollte, sollten sich Spuren früherer Lebensformen finden lassen. Allerdings haben alle bisher vermuteten Lebensspuren, beispielsweise in Marsmeteoriten, sich als nicht stichhaltig erwiesen. Bis heute existieren keinerlei eindeutige oder gar zwingende Hinweise auf marsianisches Leben. Trotzdem wird weiterhin danach gefahndet und es werden die Rahmenbedingungen aus astrobiologischer Sicht studiert. Die ersten ernsthaften Untersuchungen dieser Art gehen auf die amerikanischen Viking-Sonden zurück. Inzwischen suchen Rover nach Spuren von Leben an mehreren Stellen auf der Marsoberfläche.

Der nächste Schritt bei der Erforschung des Mars wird die Rückführung von Proben von der Oberfläche zurück zur Erde sein. Obwohl Rover sehr leistungsfähige mobile Wissenschaftslabore sind, können ihre Instrumente nicht mit denen auf der Erde konkurrieren. Selbst wenn wir nur ein paar kleine Proben zur Erde zurückbringen, können wir unser Wissen über den Mars dramatisch verbessern – einschließlich der Frage, ob es dort Leben gegeben haben könnte.

Auf der Suche nach Leben

Seit der irrtümlichen Entdeckung der Marskanäle gab is immer wieder Spekulationen, ob es Leben auf dem Mars gibt oder zumindest gab. Heute wissen wir, der Planet ist kalt, trocken und besitzt nur eine dünne Atmosphäre; keine guten Voraussetzungen für Leben. Aber auch auf unserem Heimatplaneten findet man Spuren des Lebens in Form von Mikroorganismen an den unwirtlichsten Orten: in heißen Quellen, in den Polarregionen und selbst tief unten in Gesteinen! Um der Frage auf den Grund zu gehen, sandte die amerikanische Raumfahrtorganisation NASA die beiden Sonden Viking 1 und Viking 2 zum Mars, die im Sommer 1976 auf dessen Oberfläche landeten. Mit ihren Greifarmen sammelten sie Bodenproben, die in kleinen Laboren auf den Geräten analysiert wurden. Die ersten Resultate sorgten für Aufsehen, sah es doch aus, als hätten sie Spuren biologischer Aktivität gefunden. Aber genauere Untersuchungen in irdischen Laboratorien unter Marsbedingungen legten anorganische chemische Reaktionen als Ursache für die Daten vom Mars nahe.

Aber die beiden Roboter hatten den Marsboden nur an zwei Stellen leicht angekratzt. Um herauszufinden, ob doch einst Leben auf dem Mars existierte – und möglicherweise auch heute noch unter der Oberfläche – initiierte die NASA 1993 das Mars Exploration Program zur systematischen Erforschung des Roten Planeten. Für die Suche nach Leben setzte es ab dem Jahr 2000 auf die Strategie „Folge dem Wasser“. Da flüssiges Wasser für das Leben auf der Erde unerlässlich ist, sollte die Suche nach Leben an Orten durchgeführt werden, wo diese Schlüsselsubstanz existiert oder existierte.

Um größere Gebiete untersuchen zu können, brauchte man aber bewegliche Geräte, so etwas wie ein Marsauto. Das erste war der Rover Sojourner der mit der Pathfinder-Mission am 4. Juli 1997 auf dem Mars abgesetzt wurde. Als nächste folgten Spirit und Opportunity. Die Marsrover fanden zahlreiche Spuren, die darauf hindeuten, dass es einst flüssiges Wasser auf dem roten Planeten gab. Der Rover Curiosity fand Wasser in Form von Permafrost im Boden des Kraters Gale. Außerdem konnte er nachweisen, dass es dort einst fließendes Wasser gab. Damit könnten möglicherweise früher die Bedingungen für die Existenz von Leben vorhanden gewesen sein.

Sehr erfolgreich war die Mission Phoenix, die am 25. Mai 2008 sanft auf in der kalten Nordpolarregion der Marsoberfläche aufsetzte. Mit dieser Mission konnte erstmalig das schon lange vermutete Wassereis unter der Oberfläche nachgewiesen werden. Aber auch hier konnten keine Lebensspuren nachgewiesen werden.

Ein anderes Untersuchungsfeld befindet sich auf der Erde, in der Antarktis. Hier wurden rund drei Dutzend Meteorite gefunden, die vom Mars stammen. Bei chemischen Analysen wurden in ihnen komplexe Kohlenwasserstoffverbindungen und Aminosäuren aufgespürt. Berühmtheit erlange der Meteorit ALH84001. In ihm glaubte man sogar Stoffwechselprodukte von Marsmikroben entdeckt zu haben. Doch inzwischen hält man dies alles für Ergebnisse anorganischer Prozesse.
Allerdings ist Leben auf dem Mars – sei es auch nur in Form winziger Bakterien – damit nicht ausgeschlossen.

Wie die verschiedenen Rover herausfanden, unterstützt von den Planeten umkreisenden Sonden, muss es früher auf dem roten Planeten größere Mengen an flüssigem Wasser gegeben haben. Auch war die Atmosphäre deutlich dichter als heute. Deshalb wird immer wieder über Leben auf dem Mars spekuliert. Selbst wenn der Mars heute ein "toter Planet" sein sollte, sollten sich Spuren früherer Lebensformen finden lassen. Aktuell (November2021) suchen die beiden Rover Curiosity und Perseverance nach Spuren ehemaliger oder aktueller Lebensformen.

Chronologie der Raumfahrmissionen zum Mars

Mission Land Start Missionstyp Ergebnis
Mars 1M No.1 UdSSR 10.10.1960 Vorbeiflug Fehlstart
Mars 1M No.2 UdSSR 14.10.1960 Vorbeiflug Fehlstart
Mars 2MV-4 No.1 UdSSR 24.10.1962 Vorbeiflug Nur Erdorbit erreicht
Mars 1 UdSSR 01.11.1962 Vorbeiflug Kontaktverlust nach 107 Millionen km im Flug
Mars 2MV-3 No.1 UdSSR 04.11.1962 Lander Nur Erdorbit erreicht
Mariner 3 USA 05.11.1964 Vorbeiflug Nur Erdorbit erreicht
Mariner 4 USA 28.11.1964 Vorbeiflug Vorbeiflug am 15.07.1965, übertrug 22 Fotos
Zond 2 UdSSR 30.11.1964 Vorbeiflug Kontaktverlust während Korrektur der Flugbahn
Mariner 6 USA 25.02.1969 Vorbeiflug Vorbeiflug am 31. Juli 1969, übertrug 75 Fotos
Mars 2M No.521 UdSSR 27.03.1969 Orbiter Fehlstart
Mariner 7 USA 25.02.1969 Vorbeiflug Vorbeiflug am 05.08.1969, übertrug 126 Fotos
Mars 2M No.522 UdSSR 02.04.1969 Orbiter Fehlstart
Mariner 8 USA 09.05.1971 Orbiter Fehlstart
Kosmos 419 UdSSR 10.05.1971 Orbiter Fehlstart
Mars 2 UdSSR 19.05.1971 Orbiter, Lander mit Rover Orbiter: Daten bis März 1972, Beeinträchtigung durch Staubsturm, Lander + Rover: Absturz
Mars 3 UdSSR 28.05.1971 Orbiter, Lander mit Rover Orbiter: Daten bis März 1972, Beeinträchtigung durch Staubsturm, Lander: Kontaktverlust 110 Sekunden nach der Landung,Rover: kein Kontakt
Mariner 9 USA 30.05.1971 Orbiter Ankunft: 14.11.1971, übertrug bis 27.10.1972 7.329 Fotos
Mars 4 UdSSR 21.07.1973 Orbiter Nur Vorbeiflug, übertrug 12 Fotos
Mars 5 UdSSR 25.07.1973 Orbiter Ankunft am 12.02.1974, Kontaktverlust am 28.02.1974, übertrug 180 Fotos
Mars 6 UdSSR 05.08.1973 Vorbeiflug, Lander Vorbeiflug: erfolgreich, Lander: Absturz
Mars 7 UdSSR 09.08.1973 Vorbeiflug, Lander Vorbeiflug: erfolgreich, Lander: flog an Mars vorbei
Viking 1 USA 20.08.1975 Orbiter, Lander Landung: 20.07.1976, Orbiter: Missionsende 17.08.1980, Lander: Kontaktverlust am 11.11.1982
Viking 2 USA 09.09.1975 Orbiter, Lander Landung: 03.09.1976, Orbiter: Missionsende 25.07.1978, Lander: Missionsende 11.04.1980
Phobos 1 UdSSR 07.07.1988 Orbiter, Lander Am 02.09.1988 Mission irrtümlich abgebrochen
Phobos 2 UdSSR 12.07.1988 Orbiter, Lander, Rover Ankunft am 29.01.1989, Orbiter verstummte kurz vor Abtrennung des Landers und Rovers, übertrug 37 Fotos von Phobos
Mars Observer USA 25.09.1992 Orbiter Kontaktverlust 3 Tage vor Einschwenken in die Umlaufbahn
Mars Global Surveyor USA 07.11.1996 Orbiter Ankunft am 11.09.1997, Missionsende 02.11.2006
Mars 96 Russland 16.11.1996 Orbiter, Lander, Penetrator Fehlstart
Mars Pathfinder/Sojourner USA 04.12.1996 Lander, Rover Landung: 04.07.1997, Geplante Missionsdauer: ca. 1 Monat, Pathfinder: letzter Kontakt 17.09.1997, Sojourner: letzter Kontakt 07.10.1997
Nozomi Japan 03.07.1998 Orbiter Vorbeiflug wegen Treibstoffmangels
Mars Climate Orbiter USA 11.12.1998 Orbiter Kontaktverlust während Einschwenken in die Umlaufbahn
Mars Polar Lander/Deep Space 2 USA 03.01.1999 Lander, Penetrator Absturz
Mars Odyssey USA 07.04.2001 Orbiter Laufende Mission bis 2025, Geologie, Wasser und Strahlung
Mars Express/Beagle 2 ESA 02.06.2003 Orbiter, Lander Orbiter: laufende Mission bis 2022, Untersuchung der Oberfläche und des Untergrunds und der Atmosphäre, Lander: kein Kontakt nach der Landung
Spirit USA 10.06.2003 Rover Landung am 04.01.2004, aktiv bis 22.03.2010
Opportunity USA 07.07.2003Rover Landung am 25.01.2004, aktiv bis 10.06.2018  
Mars Reconnaissance Orbiter USA 12.08.2005 Orbiter Laufende Mission
Phoenix USA 04.08.2007 Lander Landung am 25.05.2008, aktiv bis 02.11.2008
Fobos-Grunt/Yinguo-1 Russland, China 08.11.2011 Lander, Rückkehrsammler, Orbiter Nur Erdorbit erreicht
Curiosity USA 26.11.2011 Rover Laufende Mission: Biochemie, Geochemie, Wasser, Atmosphäre, Strahlung an Oberfläche
Mars Orbiter Mission Indien 05.11.2013 Orbiter Laufende Mission bis 2022: Morphologie, Mineralogie, Atmosphäre
MAVEN USA 18.11.2013 Orbiter Laufende Mission: Atmosphäre bis 2030, Ionosphäre
ExoMars 2016 ESA, USA 14.03.2016 Orbiter, Lander Orbiter: Atmosphäre, Relaissatellit, Lander: Bruchlandung
InSight/Marco A/Marco B USA, ESA 05.05.2018 Lander, Vorbeiflug Lander: Geologie, Seismologie, Relaissatellit
Hope Vereinigte Emirate 19.07.2020 Orbiter Laufende Mission: Atmosphäre
Tianwen-1 China 23.07.2020 Orbiter, Lander, Rover Laufende Mission: Geologie, Ionosphäre, Klima, Innere Struktur, Magnetfeld
Perseverance/Ingenuity USA 30.07.2020 Rover, Helikopter Laufende Mission, Geologie, Proben für Analyse auf der Erde sammeln, Spuren ehemaligen Lebens suchen

Quellen

JPL: Mars Meteorite Home Page (JPL)

Keller, H.-U. (2017), Kosmos Himmelsjahr 2018, S. 147ff, Franckh-Kosmos Verlags-GmbH und Co. KG, Stuttgart, ISBN 978-3-440-15439-7

Keller, H.-U., (2013), Kosmos Himmelsjahr 2014, S. 92ff, Franckh-Kosmos Verlags-GmbH und Co. KG, Stuttgart, ISBN 978-3-440-13546-4

NASA: Mariner 4

NASA: NASA’s Mars Exploration Program