Ein Team der Harvard-Universität im US-amerikanischen Cambridge hat herausgefunden, dass die Temperaturen auf dem Mars vor Milliarden Jahren wohl in relativ kurzen Zeiträumen zwischen heißen und kalten Perioden geschwankt haben. Diese schnellen Wechsel könnten sich nachteilig auf die Existenz von Leben auf dem Roten Planeten ausgewirkt haben.

Was wir bereits seit Langem wissen, ist, dass der Mars nicht immer so trocken war, wie er sich heute zeigt. In seiner Vergangenheit muss der Nachbar der Erde deutlich feuchter und damit unserem Planeten sehr viel ähnlicher gewesen sein.

Nachdem aber nun vielfach nachgewiesen werden konnte, dass es Spuren von Wasser, sogar ganzer Flusslandschaften auf dem Mars gibt, wollte ein Team um Daniela Adams von der Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) wissen, wie diese Spuren mit dem heutigen Erscheinungsbild des Roten Planeten in Einklang zu bringen seien. Denn, wenn es vor Milliarden von Jahren Wasser auf dem Mars gegeben hat, muss es auch Wärme gegeben haben.

„Es war immer ein Rätsel, dass es auf dem Mars flüssiges Wasser gab, denn der Mars ist weiter von der Sonne entfernt und außerdem war die Sonne früher schwächer“, erklärt Danica Adams ihre von der US-Raumfahrtbehörde Nasa finanzierte Forschung. Ihre in der Zeitschrift Nature Geoscience veröffentlichte Studie sei „eine wirklich großartige Fallstudie dafür, wie sich Planeten im Laufe der Zeit entwickeln können.“

Das Forschungsteam wollte die Theorie überprüfen, dass der Mars trotz seiner Entfernung von der Sonne dank eines Überschusses an Wasserstoff in seiner Atmosphäre in der Lage war, sein flüssiges Wasser zu bewahren, ohne dass es gefror. Der Haken an dieser Theorie ist allerdings, dass atmosphärischer Wasserstoff auf dem Mars nur kurzlebig sein sollte.

Ansonsten galt die Theorie als stichhaltig. Sie besagt, dass Wasserstoff, das leichteste Element des Universums, sich in der Mars-Atmosphäre mit Kohlenstoffatomen zu Kohlendioxid verbunden hat. Das wiederum ist ein sogenanntes Treibhausgas, das Wärme speichert und den auf der Erde gefürchteten Treibhauseffekt verursacht. So habe der Mars warm genug sein können, um flüssiges Wasser auf seiner Oberfläche zu halten.

Das die Theorie infrage stellende Phänomen der Kurzlebigkeit atmosphärischen Wasserstoffs wollte das Harvard-Team genauer untersuchen, weshalb die Forscher:innen ein ähnliches Verfahren anwendeten, wie es auf der Erde zum Aufspüren von Schadstoffen verwendet wird.

So konnten sie modellieren, wie sich der Wasserstoffgehalt der Mars-Atmosphäre im Laufe der Zeit verändert haben könnte. Im Modell simulierten sie, wie sich Wasserstoff nicht nur mit anderen Gasen in der Mars-Atmosphäre, sondern auch mit Chemikalien auf der Oberfläche vermischt und reagiert haben würde.

Dabei fanden sie raus, dass der Mars im Zeitraum vor etwa drei bis vier Milliarden Jahren episodische Wärmeperioden erlebt haben muss. Diese Episoden seien im Laufe von 40 Millionen Jahren aufgetreten, wobei jede einzelne Episode mindestens 100.000 Jahre gedauert habe.

Dabei seien die warmen und damit feuchten Perioden dadurch verursacht worden, dass der Mars Wasser aus seiner Atmosphäre an den Boden abgegeben habe, wodurch der Wasserstoffgehalt der Atmosphäre wieder aufgefüllt worden sei, was wiederum den Treibhauseffekt unterstützt haben würde.

Diese Temperaturänderungen würden sich auch in chemischen Veränderungen widergespiegelt haben, glaubt das Team. So habe Kohlendioxid ständig mit Sonnenlicht reagiert, um Kohlenmonoxid zu erzeugen. Während der Warmperioden hätte sich das Kohlenmonoxid jedoch wieder in Kohlendioxid umgewandelt.

Diese Art von Recycling würde allerdings dann nicht mehr funktionieren, wenn der Mars lange genug kalt bliebe. Denn das würde zu einer Anhäufung von Kohlenmonoxid und Sauerstoff führen. „Wir haben Zeitskalen für all diese Veränderungen identifiziert“, so Adams. „Und wir haben alle Teile in demselben fotochemischen Modell beschrieben“.

Für potenzielles Leben auf dem Mars wären diese Wechsel mutmaßlich tödlich gewesen. Um ihre Theorie zu festigen, wollen die Forscher:innen ihre Modelle künftig mit tatsächlichem Oberflächenmaterial vergleichen, das von der geplanten Mars Sample Return Mission der Nasa und der europäischen Weltraumagentur ESA etwa um 2029 zur Erde zurückgebracht werden soll.

„Der frühe Mars ist eine verlorene Welt, aber er kann sehr detailliert rekonstruiert werden, wenn wir die richtigen Fragen stellen“, zeigt sich Teammitglied Robin Wordsworth überzeugt. „In dieser Studie werden zum ersten Mal die Chemie der Atmosphäre und das Klima zusammengeführt, um einige beeindruckende neue Vorhersagen zu treffen – die überprüfbar sind, sobald wir Marsgestein zur Erde zurückbringen.“