Allgemeine Informationen zum Mars

Vergleich Erde – Mars

Ordnet man die Planeten unseres Sonnensystems nach ihrer Entfernung zur Sonne, so liegt Mars an vierter Stelle zwischen Erde und Jupiter, ungefähr 1,5 mal so weit von der Sonne entfernt wie die Erde.

Mars ist jedoch nicht nur der Nachbar der Erde, sondern er ähnelt ihr auch in vielerlei Hinsicht. So dreht sich Mars in 24h37min einmal um sich selbst. Damit ist ein Marstag kaum länger als ein Tag auf der Erde. Ein Marsjahr ist mit 1,88 Erdjahren jedoch deutlich länger als ein Jahr auf der Erde.

Da die Marsachse, wie bei der Erde, nicht genau senkrecht auf der Ebene steht in welcher der Planet die Sonne umläuft (Ekliptikebene), gibt es auch Jahreszeiten auf Mars. Da die Marsbahn aber sehr stark von der Kreisform abweicht, ist auf der Nordhalbkugel der Sommer etwas länger als der Winter. Auf der Südhalbkugel ist der Winter länger als der Sommer. Am Südpol sind die Winter auch deutlich kälter als am Nordpol.

Mars besitzt zwei Monde, Phobos und Deimos (griech.: Furcht und Schrecken), die aber wesentlich kleiner sind als der Erdmond. Aufgrund ihrer engen Umlaufbahn umkreisen sie den Mars in nur etwa 7 Stunden 39min und 30 Stunden 17min.

Mars selber hat einen Durchmesser, der nur halb so groß ist, wie der Erddurchmesser. Am Äquator sind es 6794,1 km was dem 0,533-fachen des Erdäquatordurchmessers entspricht. Seine Masse beträgt nur ein Zehntel der Erdmasse. Er hat eine Masse von 6,42 × 10²⁰ Tonnen. Das sind 642 Trillionen Tonnen oder eine 642 mit 18 Nullen. Doch viel ist dies nicht, denn es handelt sich nur um rund ein Zehntel der Masse der Erde. Die mittlere Dichte des Marsgesteins ist um ein gutes Viertel geringer als das der Erde, mit 3,93 g/cm³ hat er nur die 0,71-fache Dichte des Erdgesteins. Durch den kleinen Durchmesser herrscht auf dem Mars aber dennoch eine Gravitationsbeschleunigung von etwa einem Drittel der Erdbeschleunigung.
Die Fluchtgeschwindigkeit vom Mars beträgt 5,02 km/s, was dem 0,448-fachen der Erde entspricht.

Der Abstand zwischen dem blauen und dem roten Planeten schwankt zwischen 55,5 und 400 Millionen Kilometern. Ein Funksignal überbrückt diese Distanz in minimal 3,1 Minuten und maximal in 22,2 Minuten.

Die Geografie des Mars ist voller Gegensätze. Über seiner Oberfläche erhebt sich der höchste Berg des Sonnensystems. Es handelt sich um den riesigen Schildvulkan Olympus Mons, der 26 Kilometer hoch ist und einen Durchmesser von 600 Kilometern hat. Der Mars beherbergt auch den größten und tiefsten Canyon im Sonnensystem. Das Valles Marineris erstreckt sich über 4000 Kilometer und ist bis zu zehn Kilometer tief. Der Grand Canyon ist mit einer Länge von 400 Kilometern, einer Breite von bis zu 30 Kilometern und einer maximalen Tiefe von 1,8 Kilometern dagegen geradezu mickrig.

Die Marsatmosphäre besteht zu 95,3 Prozent aus Kohlenstoffdioxid, zu 2,7 Prozent aus Stickstoff und zu 1,6 Prozent aus Argon. Die restlichen 0,4 Prozent bestehen aus Spurengasen wie etwa Wasserdampf. Der Luftdruck beträgt nur ein Hundertstel des irdischen. Die Oberflächentemperatur beträgt im Mittel -53°C. In der Polarnacht können es aber auch bis zu -130°C und am Äquator in Sonnennähe und am Nachmittag bis zu 30°C  plus werden. Diese hohen Temperaturen werden aber nur durch einen starken Treibhauseffekts erzielt, da der Mars für solche Temperaturen eigentlich zu weit von der Sonne entfernt ist.

Mars Atmosphäre

Mars besitzt eine Atmosphäre, die allerdings deutlich dünner ist als die der Erde. Mit maximal 10hPa ist der Luftdruck an der Oberfläche nur etwa ein Hundertstel so groß wie auf der Erde.

Die Atmosphäre besteht im Unterschied zur Erde zu 95% aus Kohlendioxid (CO2), zu 2,7% aus Stickstoff und zu 1,6% aus Argon (Ar). Wasser ist nur mit 0,006% vorhanden. Durch den Treibhauseffekt, den das CO2 verursacht, steigt die mittlere Temperatur an der Oberfläche um 6°C auf -53°C. Die Temperatur ist jedoch, wie auf der Erde, stark von der Jahreszeit, der Tageszeit und der geographischen Breite abhängig. So liegt die Temperatur am Äquator zeitweise auch bei +15°C.

Die weißen Pole bestehen zu einem großen Teil aus gefrorenem CO2. Im Winter gefriert bis zu einem Drittel des in der Atmosphäre vorhandenen Kohlendioxids, im Frühjahr sublimiert es (es wird sofort gasförmig, ohne flüssig zu werden) wieder in die Atmosphäre. Dadurch kommt es zu starken, von der Jahreszeit abhängigen Schwankungen im Luftdruck.

Es gibt starke Hinweise dafür, dass das Klima auf dem Mars bis vor etwa 3,5 Milliarden Jahren so warm war, und der Luftdruck hoch genug war, dass flüssiges Wasser an der Oberfläche stabil existieren konnte. Dies bedeutet jedoch, dass die Atmosphäre auf Mars einmal deutlich massereicher war, als sie es heute ist. Dadurch stellt sich die Frage, was mit der Atmosphäre passiert ist. Einen Großteil wird sicherlich der Sonnenwind in den Weltraum geblasen haben. Ein anderer Teil könnte in Verbindungen im Boden eingearbeitet worden sein.

Das Verständnis der Marsatmosphäre ist für uns wichtig, um die Atmosphäre unseres eigenen Planeten besser zu verstehen, und um zurückzuverfolgen, ob auf Mars einmal Bedingungen herrschten, die die Entstehung von Leben ermöglichten.

Oberfläche

Ein Höhenprofil von Mars offenbart, daß er sehr ungleichmäßig ist: Der Süden ist zum Großteil von einem kraterbedeckten Hochland bedeckt, der Nordern besteht hauptsächlich aus einem sehr flachen Tiefland. Diese Asymmetrie könnte auf einen sehr großen Meteroiteneinschlag aus der frühen Geschichte des Mars zurückzuführen sein.

Die vielen Krater auf dem südlichen Hochland lassen vermuten, daß dieses etwa 3,8Mrd. Jahre alt ist, da damals die massive Bombardierung durch Metereoiten in unserem Sonnensystem aufhöhrte.

Die südliche Tiefebene ist wahrscheinlich dadurch entstanden, daß flüssige Lava die Tiefeben überflutete und dort zu Stein erstarrte. Das Alter dieser Ebene ist nicht einheitlich, ist aber deutlich jünger als das Hochland und weist dementsprechend auch deutlich weniger Krater auf. Die jüngsten Gebiete dürften jedoch nicht älter als 500Mio. Jahre sein.

Die Sonden, die auf Mars landeten (Viking 1&2 sowie Mars Pathfinder) haben die unterschiedlichsten Gesteine gefunden, was auf eine große Bandbreite an Entstehungsprozessen schließen läßt, die wahrscheinlich teilweise auch unter dem Einfluß von Wasser stattfanden.

Überall auf dem Mars lässt sich jedoch ein feiner roter Staub finden, der von den Winden auf die ganze Oberfläche verteilt wird. Dieser Staub, der durch seinen hohen Anteil an Eisenoxid (Rost) für die rote Farbe des Mars sorgt, wird zeitweise zu Staubstürmen aufgewirbelt, die den ganzen Planeten wochenlang einhüllen können.

Mars Tektonik

Mars besitzt einige sehr interessante Oberflächenformationen, deren Entstehehungs-Geschichte aber noch nicht vollständig aufgedeckt worden sind. Heute besteht die Marsoberfläche anders als auf der Erde nur aus einer Platte, wie bei Merkur und Mond. Die Prozesse welche Mars formten fanden zum Großteil in vertikaler Richtung statt.

1. Olympus Mons
2. Tharsis Tholus
3. Ascraeus Mons
4. Pavonis Mons
5. Arsia Mons
6. Valles Marineris

Ein Beispiel für die Verschiebungen in vertikaler Richtung ist die Tharsis Region. Dieses Hochplateau ist etwa 8000km breit und liegt 10km über dem umliegenden Tiefland. Auf dem Plateau gibt es drei Vulkane, die noch einmal 16km höher sind. Wahrscheinlich entstand diese Erhöhung durch aufsteigende Gesteinsmassen die sich aufgrund von Prozessen tief im Marsinneren jedoch auf die Tharsis Region und die ebenfalls vulkanisch aktive Elysium Region beschränkten.

Bei der Entstehung der Tharsis Region sind vermutlich auch die Valles Marineris entstanden. Dieses System aus Tälern ist 4000km lang und bis zu 7km tief, an den Seiten ist er durch steile Hänge begrenzt. Zum Vergleich: Der Grand Canyon in den USA ist mit einer Tiefe von 1,6km dagegen winzig.

Nordwestlich von der Tharsis Region befindet sich ein weiterer Vulkan: Olympus Mons, der höchste Vulkan im ganzen Sonnensystem. Dadurch, daß es auf Mars keine Plattentektonik gibt, trat immer wieder an der selben Stelle Lava aus der Oberfläche, und Olympus Mons konnte bis auf eine Höhe von 27km wachsen.

Es gibt Hinweise darauf, daß es selbst vor 150Mio. Jahren noch einen aktiven Vulkanismus auf dem Mars gab. Da dies nach geologischen Maßstäben erst vor kurzer Zeit war, vermutet man, daß Mars selbst heute noch vulkanisch aktiv ist, wenn auch nicht so stark wie die Erde.

Auf Mars fanden eine Vielzahl an verschiedenen Prozessen statt, die bei seiner Entstehung mitwirkten. Und noch wichtiger: es gibt Spuren von diesen Prozessen aus allen Epochen, von vor fast 4 Mrd. Jahren bis heute. Dadurch kann uns Mars unschätzbar viel über die Planetenentstehung und -entwicklung verraten.

Wasser auf dem Mars

Man nimmt heute an, daß wenigstens drei Voraussetzungen erfüllt sein müssen, damit Leben entstehen kann:

• Das Vorhandensein von flüssigem Wasser.
• Das Vorhandensein von den Stoffen, die für die organischen Verbindungen benötigt werden.
• Neben Kohlenstoff und einigen anderen auch Sauerstoff, Stickstoff und Wasserstoff.
• Die Verfügbarkeit einer geeigneten Energiequelle.

Ob aber Leben automatisch entsteht, sobald diese drei Bedingungen erfüllt sind, oder ob die Entstehung von Leben auf der Erde ein einzelner Glücksfall war, ist noch ungeklärt. Gerade deshalb ist es aber so wichtig, nach Spuren von außerirdischem Leben zu suchen.

Der Mars bietet sich nicht nur wegen seiner relativen Nähe zur Erde an für eine Suche nach Leben, sondern auch aufgrund seiner vielfältigen Ähnlichkeiten mit der Erde.

Sucht man auf Mars nach Wasser, so wird man zunächst einmal enttäuscht: flüssiges Wasser könnte sich auf der Marsoberfläche nicht halten, da es Temperatur und Luftdruck hierfür zu niedrig sind. Auch in der Atmosphäre findet sich kaum Wasserdampf.

Und dennoch wissen wir, daß es auf Mars Wasser in grossen Mengen gab und heute noch gibt, und zwar in Form von Wassereis. Man weiß heute aufgrund von Messungen über Sonden wie Mars Express und Mars Reconnaisance Orbiter, und über Messungen des Marsroboters CURIOSITY, dass an den Polen des Mars und in sonnengeschützten Tälern Wassereis gibt in einer Menge, die den gesamten Mars mit eoner Wasserschicht von über 10m bedecken würde.

Es gibt aber auch Hinweise dafür, daß es auf Mars einmal flüssiges Wasser gab. So wurden im älteren Hochland Täler gefunden, die vermutlich durch Wasser geformt wurden.

Dabei gibt es zwei verschiedene Typen von Tälern: Zum einen, Täler, die kaum Verzweigungen aufweisen und vermutlich entstanden als gewaltige Wassermassen plötzlich freigesetzt wurden und sich in kurzer Zeit ein Flußbett gruben. Diese Täler könten jedoch auch unter den heutigen klimatischen Verhältnissen entstehen.

Andere Täler zeigen weit mehr Verzweigungen und ähneln mehr irdischen Flußbetten. Diese Täler sind vermutlich durch einen viel schwächeren aber länger andauernden Wasserfluß entstanden. Sie sind ein Hinweis dafür, daß Mars einmal ein Klima hatte unter dem flüssiges Wasser stabil war. Das bedeutet, daß Mars eine dichtere Atmosphäre und deutlich höhere Temperaturen besaß.

Es finden sich auch einige ältere Krater, die starke Spuren von Erosion zeigen, so daß vermutet wird, daß hier Wasser am Werke war.

Die Untersuchung von Steinen durch Mars Pathfinder hat Hinweise erbracht, daß einige der Steine unter Einfluss von flüssigem Wasser entstanden sind. Auch die Sonde Mars Odyssee hat viele Hinweise auf ehemals flüssiges Wasser entdeckt. Noch heute sind große Mengen an Wasser im Boden gefroren. Auch halten Wissenschaftler es für möglich, dass dieses Wasser noch heute von Zeit zu Zeit flüssig wird.

Es ist nicht sicher, ob Mars tatsächlich einmal ein wärmeres Klima mit flüsssigem Wasser erlebt hat, obwohl es viele Hinweise dafür gibt. Man geht jedoch davon aus, daß es auf Mars einmal deutlich mehr Wasser gab, als sich heute an den Polen befindet. Dieses Wasser könnte sich als Permafrost im Boden befinden, oder auch in den Weltraum verloren gegangen sein.

Die Geschichte des Wassers auf Mars ist eine der zentralen Fragen zum Verständnis dieses Planeten.