Der Mars. Oberfläche, Klima und Forschung

Der Mars - Oberfläche und Klima

Für den Menschen ist der Mars wohl der interessanteste Planet unseres Sonnensystems. Er ist der erdnächste Planet und es lassen sich schon mit kleinen Fernrohren Oberflächendetails erkennen. Er rotiert in 24 Stunden, 37 Minuten und 22,65 Sekunden um seine eigene Achse. Seine Atmosphäre ist dünn, manchmal durch Staub getrübt und besteht zu 95 Prozent aus Kohlendioxid bzw. Beimengungen von Wasserdampf, Stickstoff, Argon, Kohlenmonoxid und Sauerstoff.

Schon bei seiner Entdeckung wirkte er wegen seiner roten Färbung bedrohlich auf die Menschen. Er bekam deshalb den Namen des römischen Kriegsgottes Mars.

1 Die Oberfläche

Der Mars gehört zu den erdähnlichen Planeten. Seine Rotationsachse ist um 25° gegen die Senkrechte der Bahnebene geneigt. Dadurch treten auf dem Planeten jahreszeitliche Erscheinungen auf. Auf dem Mars existieren Polkappen, die deshalb im Winter anwachsen und sich im Sommer verkleinern. Sie sind mit einer dünnen Schicht aus Wassereis und Kohlendioxidschnee ("Trockeneis") bedeckt.

Die Südhalbkugel des Planeten ist mit Kratern übersäht, die einen Durchmesser von bis zu 150 km haben. Seine Krater sind also kleiner als die auf dem Mond und der Venus und auch wesentlich tiefer als die der Venus.

Auffällig sind die großen Talkessel, auch "Meere" genannt, mit einem Durchmesser von etwa 2000 km und plateauartigen Erhebungen, die etwa die Größe der Kontinente auf der Erde haben. Sie erheben sich 4 bis 6 km über das Niveau der Mittleren Oberfläche. Viele Hinweise deuten auf tektonische und vulkanische Aktivitäten hin. Es gibt viele Brüche und Verschiebungen der Marskruste. Die Klippen, Gräben und Schluchten sind mehrere Kilometer tief. Die größten Vulkane heißen Arsia und Olympus. Die Basis der beiden Vulkankegel ist 500 - 600 km im Durchmesser, die Höhe beträgt 27 bzw. 26 km und der Kraterdurchmesser 100 bzw. 60 km. Das Fehlen von Einschlagskratern und erhaltene Spuren von Lavaströmen an den Berghängen beweisen, dass die Vulkane noch vor weniger als 100 Millionen Jahren aktiv waren.

2 Das Klima

Auf der Oberfläche sind ausgetrocknete Flusstäler zufinden. Das heisst, dass es einmal Wasser gegeben haben muss und das beweist den Wissenschaftlern, dass der heute kalte und tote Planet eine große Klimaveränderung durchgemacht haben muss.

Im Anfangsstadium sah der Mars wahrscheinlich der Erde sehr ähnlich. Da vor drei bis vier Jahrmilliarden Leben in den irdischen Ozeanen erwachte, glauben Forscher, dass auch in den Gewässern des Mars einfache lebende Zellen entstanden sind. Dann kühlte sich der Planet stark ab. Man hofft entstandenen Leben in einer Art Winterstarre unter Felsen oder tief im Boden konserviert zu finden. Bis jetzt blieb die Suche jedoch erfolglos und für Forscher ist die Chance ziemlich gering, noch Leben auf dem Mars zu finden.

Der Mars - Forschung

Doch wie kam es zu dieser Veränderung des Klimas? Über die Ursachen sind sich die Forscher noch nicht ganz einig. Die einfachste Theorie erklärt, dass die schwache Anziehungskraft die leichte warme Luft in den Weltraum entweichen ließ. Gleichzeitig begann das Planetenzentrum abzukühlen, so dass viele Vulkane erloschen und die sonst entweichenden Gase nicht ersetzt werden konnten. Der schützende Mantel aus Wasserdampf und Kohlendioxid hatte bis dahin die Sonnenenergie nutzen können, sobald er aber ausdünnte, kühlte der Mars rasch ab. Das Wasserreservoir des Planeten gefror im Boden.

Eine andere Theorie behauptet, dass gewaltige Sandstürme aus den Marswüsten jahrelang die Sonneneinwirkung abgeblockten und so den Abfall der Temperatur verursachten.

Möglich ist jedoch auch, dass zuletzt besonders heftige Vulkanaktivitäten auf der einen Seite des Planeten eine überdimensionale Faltung auftürmte - das Tharsisgebirge. Der Mars geriet aus dem Gleichgewicht und kippte so, dass sich der Ablauf der Jahreszeiten änderte. Dies führte zu einer Eiszeit, die bis heute anhält. Was geschah, weiß niemand. Tatsache bleibt, dass auf dem Mars bis heute eine Eiszeit herrscht.

Die Temperaturen am Äquator liegen mittags bei 16-24°C und sinken nachts bis auf -70°C ab. An den Polen werden Temperaturen von -130°C erreicht. Gekennzeichnet ist das Klima des Mars auch durch gewaltige Sandstürme. Die Schatten von Staubwirbeln erreichen die Größe von Windhosen. Rapide Wetterumschwünge sind nicht selten.

3 Die Forschung

3.1 Forschung ohne Technik

Gian Domenico Cassini, ein italienischer Astronom (1625-1712), war der erste Forscher, der sich intensiv und mit Erfolg dem Mars widmete. Er stellte 1665 fest, dass sich der Mars in 24 Stunden und 40 Minuten um seine eigene Achse dreht.

1781 begann Wilhelm Herschel (1738-1822) auf dieser Basis mit seiner Forschung. Er untersuchte, ob eine ähnliche Achsenneigung wie die der Erde auch beim Mars zu finden ist. Er nahm an, dass sich die Oberflächenstrukturen, die er mit einem guten Fernrohr leicht erkennen konnte, auf Bahnen parallel zum Marsäquator bewegen, und dass die Rotationsachse zu diesem senkrecht steht. So gelingt es ihm den Neigungswinkel von 24° zu bestimmen. 1784 entdeckte Herschel bei Beobachtungen weiße Regionen in den Polgegenden. Ihm fielen auch die jahreszeitlichen Veränderungen auf. Aufgrund der Ähnlichkeit der Achsenneigung und Tageslänge des Mars nahm er an, dass diese Regionen Polkappen wie die der Erde sind.

Während der Zeit von 1860 - 1870 begannen verschiedene Astronomen damit, Marskarten anzufertigen. Dies war jedoch nicht so einfach, denn nur manchmal bot sich ein relativ scharfes Bild. Man muss bei der Beobachtung erhebliche Turbulenzen in der Erdatmosphäre in Kauf zu nehmen.

Die wohl beste Karte zu dieser Zeit erstellte der Brite Richard Anthony Proctor (1837-1888). Er erkannte über 50 verschiedene Oberflächenstrukturen.

Der Mars - Forschung

Meist waren diese sehr unregelmäßige Gebilde mit einigen hundert Kilometern Ausdehnung.

Etwa 10 Jahre später entdeckte der Italiener Giovanni Virginio Schiaparelli (1835-1910) ein ausgedehntes Netz von Linien. Er nannte sie "canali". Schon andere Forscher hatten ähnliche Gebilde erkannt und hielten sie für ein Bewässerungssystem inmitten der Marswüsten. Schiaparelli zog die Möglichkeit in betracht, dass die Gebilde von Marsbewohnern stammen, nahm dazu jedoch keine Stellung. Obwohl er seine Beobachtungsergebnisse nur in einer italienischen Akademieschrift veröffentlichte, dauerte es nicht lange bis allgemeines Aufsehen in der Öffentlichkeit erregt wurde. Die Kanäle wurden bald als Bauwerke der Marsbewohner angesehen, die von den Polen Wasser in ihre Siedlungsgebiete in Äquatornähe transportierten. Beirren ließen sich die Menschen auch von der Tatsache nicht, dass einige dieser "canali" einige tausend Kilometer lang und bis zu 100 km breit waren. Scheinbar veränderte sich auch ihre Form.

Viele prominente Astronomen wie P. Lowell teilten die Ansicht der übrigen Bevölkerung über die Marsbewohner. Noch Mitte des 20. Jahrhunderts geisterten Vorstellungen über die Marskanäle durch die astronomische Literatur. In den 60er Jahren bewiesen dann aber die Mariner-Flüge, dass die Kanäle nicht existieren. Alles stellte sich als eine optische Täuschung, hervorgerufen durch atmosphärische Effekte bei der visuellen Beobachtung mit Teleskopen, heraus.

Der amerikanische Astronom Asaph Hall (1829-1907), dem das zu dieser Zeit größte Teleskop zur Verfügung stand, entdeckte 1877 die beiden Marsmonde Phobos und Deimos.

3.2 Die moderne Forschung

1947 gelang es dem niederländisch-amerikanischen Astronomen Gerard Peter Kuiper (1905-1973) mit Hilfe der Spektralanalyse die Zusammensetzung der Marsatmosphäre festzustellen. Durch die Untersuchung des reflektierten Sonnenlichtes im Infrarotbereich stellte er fest, dass die Atmosphäre zu 95 Prozent aus Kohlenstoffdioxid besteht, 2,7 Prozent sind Stickstoff, 1,6 Prozent Argon und nur sehr geringe Mengen Sauerstoff, Kohlenstoffmonoxid und Wasserdampf. Die Atmosphäre ist sehr dünn. Er bemerkte ebenfalls starke Temperaturschwankungen zwischen Tag und Nacht, weil die Wärmeein- und ausstrahlung relativ ungehindert geschieht. Außerdem analysierte er, womit die Polkappen bedeckt sind. Er stellte fest, dass die nördliche Polkappe mit Wassereis und die südliche mit Kohlensäureschnee bedeckt ist.

Seit 1960 versuchen die Sowjetunion und die USA Raumsonden zur Erforschung des Mars ins All zu schicken, doch beide wurden immer wieder durch Fehlschläge zurückgeworfen. 1965 gelang den USA mit Mariner 4 der erste Vorbeiflug und 1976 mit Viking 1 die erste Landung auf dem Mars. Von 30 Marsmissionen, die gestartet wurden, schlugen 21 komplett oder teilweise fehl. Von 12 Landeversuchen gelangen 4.

Der Mars - Mission Pathfinder

4 Mission Pathfinder

Im Jahr 1996 hatte die NASA zwei unbemannte Raumfahrzeuge fast fertiggestellt. Doch man musste sich beeilen, um diese noch in den letzten beiden Monaten des Jahres ins All zu schicken, damit die günstige Stellung von Mars und Erde ausgenutzt werden konnte. Nur alle 780 Tage ergibt sich ein sogenanntes "Startfenster". Hierbei befinden sich beide Planeten in einer Konstellation, dass die Reise mit sehr geringem Energie- und Kostenaufwand ermöglicht. Dies geschieht, wenn die Erde den Mars "überrundet", wenn beide wieder die gleiche Stellung zur Sonne haben. Der Abstand Mars - Erde ist hier am kleinsten.

"Mars Pathfinder" wurde am 4. Dezember 1996 auf einer Delta II-Rakete vom Kennedy Space Center der NASA in Cape Canaveral gestartet. Sie legte eine Strecke von ca. 500 km in 211 Tagen zurück und landete am 4. Juli 1997 im Ares Vallis auf der Marsoberfläche. Die Landung erfolgte um 3 Uhr lokaler Marszeit. das entspricht 19 Uhr MESZ. In der Zeitspanne von eineinhalb Stunden vor bis dreieinhalb Stunden nach der Landung steuerte die automatische bordeigene Software die Sonde. In einer Höhe von 125 km trat die Sonde unter einem Winkel von 14,8° in die Atmosphäre ein. Ein Hitzeschild bewahrte sie vor dem Verglühen. Ihre Geschwindigkeit betrug etwa 27.000 km/h. Sie musste auf 1400 km/h abgebremst werden. Eine weitere Bremswirkung hatte der Fallschirm, der sich in einer Höhe von 11 km entfaltete. Bei einer Geschwindigkeit von nun 234 km/h wurde dann das Hitzeschild abgesprengt. Für eine weiche Landung sorgten dann die 5 m breiten Airbags und die drei Feststoffbremsraketen, die etwa 100 m über der Oberfläche gezündet wu rden. Bei 12 m kam der Lander praktisch zum Stillstand und fiel zu Boden. Er sprang ein paar Mal auf und ab. Nachdem der Lander sich nicht mehr bewegte und die Airbags entlüftet waren, öffneten sich die Landerklappen. Danach setzte er einen kleinen Rover, ein sogenanntes Marsmobil, aus. Das Mobil erhielt den Namen "Sojourner". Das tat man zu Ehren von Sojourner Truth, einer berühmten schwarzen Predigerin aus der Zeit des Bürgerkrieges. Sie wurde 1827 als Sklavin in New York geboren. Ihre Herrin ließ sie jedoch, kurz vor der Abschaffung der Sklaverei in diesem Bundesstaat, frei. Nachdem sie den Prozess um die Freilassung ihres Sohnes, der illegal in die Südstaaten verkauft worden war, gewonnen hatte, änderte sie ihren Namen und predigte für die Abschaffung der Sklaverei. "Sojourner" war 45 cm lang und 60 cm hoch. Sie konnte sich je nach Beschaffenheit der Oberfläche 5 bis 10 m vom Lander entfernen. Sie war mit einer Heck- und Frontkamera ausgestattet und sollte vor allem die Oberfläche des Planeten untersuchen. Auf dem Lander hatte man in einer Höhe von 1,5 m über dem Boden eine Stereokamera angebracht. Sie machte eine Vielzahl von aufnahmen, die eine spätere Stereoauswertung ermöglichten. Die Kamera besaß ein Gesichtfeld von 14,4° in der Horizontalen und 14,0° in der Vertikalen. Um die Häufigkeit von Materialien im Boden festzustellen war ein APXS (Alpha- Protonen- X-Ray- Spektrometer) an Bord. Dieses Instrument basiert auf verschiedene andere, die schon auf den russischen Vega- und Phobos-Missionen und der Mars 96-Mission eingesetzt wurden. Das Gerät wurde am Max-Planck-Institut für Chemie in Mainz und an der Universität von Chicago entwickelt. Das Spektrometer untersuchte vor allem Steine wie "Yogi" und "Barnacle Bill". Das Ergebnis dieser Untersuchung ergab,

Der Mars - Die Monde Phobos und Deimos dass die Steine wohl, aufgrund ihres unterschiedlichen Gehalts an Quarz, unterschiedlich entstanden sein müssen. "Mars Pathfinder" sandte stetig neue Daten und Bilder zur Erde. Die kurz vor dem 21. Missionstag entstandenen Kommunikationsprobleme konnten behoben werden und die Informationen später gesendet werden. "Sojourner" konnte noch weitere Steine untersuchen. Außerdem hat man Wetterdaten wie Druck, Temperatur und Windgeschwindigkeit aufgenommen. Die Landerkameras beobachteten auch den Marsmond Deimos, um mehr über dessen Aufbau und Zusammensetzung zu erfahren. Es konnte außerdem festgestellt werden, dass die Atmosphäre doch mehr Staub enthält als erwartet und dass diese Staubteilchen blaue Lichtbestandteile absorbieren und so den Mars rot erscheinen lassen.

Nach 70 Tagen waren jedoch die Batterien des Rovers und des Landers verbraucht, so dass sie nur noch mit Solarzellen versorgt werden konnten. Am

27. September 1997 brach der Kontakt zu "Mars Pathfinder" ab. Bis zum 6. Oktober versuchte die NASA den Kontakt wieder herzustellen, jedoch wurden nur noch unbrauchbare Daten empfangen.

"Mars Pathfinder" repräsentiert zusammen mit "Global Surveyor" ein neues Marszeitalter. "Sojourner" war das erste vom Menschen erbaute Raumfahrzeug. Aufgrund des Zusammenwirkens von Fallschirm und Airbags war die Mission wesentlich günstiger als die Viking-Missionen, bei denen noch teurere Bremsraketen benötigt wurden.

5 Die Monde Phobos und Deimos

Phobos und Deimos sind die beiden Begleiter des Mars. Sie sind kleine, mit Kratern übersäte fliegende Felsblöcke. Sie sind auch nicht kugelförmig wie andere kosmische Objekte, deshalb nimmt man an, dass es später eingefangene Kleinplaneten sind. Im Fernrohr erkennt man sie nur als winzige Punkte, weil sie eine sehr geringe Reflexionsfähigkeit besitzen. Sie sind offenbar durch intensives Meteoritenbombardements mit einer dicken Staubschicht bedeckt. Wie Aufnahmen der Viking-Sonden zeigen, sind Krater auf Deimos mit einer etwa 50 m dicken Staubschicht gefüllt. Eine beeindruckende Besonderheit der Phobosoberfläche sind die linearen Strukturen. Sie sind vergleichbar mit Rinnen, die von der Verbindungsachse zum Mars weglaufen. Die wohl wahrscheinlichste Erklärung unter vielen ist, dass es sich um einen Gezeiteneffekt handelt.

Früher dachten die Menschen, dass sie Raumstationen der kanalbauenden Marsbewohner seien. Die Annahme kam wegen der kurzen Umlaufzeit, die für Raumstationen typisch sind, zustande. Phobos benötigt 7 Stunden und 39 Minuten, bei einer Entfernung von 9380 km vom Marsmittelpunkt, für einen Umlauf. Sein Durchmesser beträgt maximal 27 km und minimal 19 km. Deimos benötigt 30 Stunden und 18 Minuten und ist 23.460 km vom Mars entfernt. Er ist etwas größer als Phobos.

Sie erhielten ihre Namen vom Entdecker, Asaph Hall (1829-1907). Als Begleiter des "Kriegsplaneten" benannte er sie nach den beiden Rossen des Mars.