Wasser auf dem Mars: Erforschung und Beweise

(Bildnachweis: NASA/JPL-Caltech/Univ. of Arizona)

Auf dem Mars kann immer noch flüssiges Wasser fließen, aber das bedeutet nicht, dass es leicht zu erkennen ist. Die Suche nach Wasser auf dem Roten Planeten hat mehr als 15 Jahre gedauert, um definitive Anzeichen dafür zu finden, dass heute Flüssigkeit an der Oberfläche fließt. In der Vergangenheit können jedoch Flüsse und Ozeane das Land bedeckt haben. Wo ist das ganze flüssige Wasser geblieben? Wieso den? Wie viel davon bleibt noch?

Beobachtungen des Roten Planeten weisen darauf hin, dass Flüsse und Ozeane in seiner frühen Geschichte eine herausragende Rolle gespielt haben könnten. Vor Milliarden von Jahren war der Mars eine warme und feuchte Welt, die in einigen Regionen mikrobielles Leben hätte unterstützen können. Aber die Planet ist kleiner als die Erde , mit weniger Schwerkraft und einer dünneren Atmosphäre. Im Laufe der Zeit, als flüssiges Wasser verdampfte, entwich immer mehr davon in den Weltraum, so dass weniger auf die Oberfläche des Planeten zurückfiel.

Wo ist das Wasser heute?

Flüssiges Wasser scheint von einigen steilen, relativ warmen Hängen auf der Marsoberfläche zu fließen. Merkmale, die als Recurring Slope Lineae (RSL) bekannt sind, wurden erstmals 2011 in Bildern identifiziert, die von der High Resolution Imaging Science Experiment (HiRISE) Kamera an Bord des Mars Reconnaissance Orbiter (MRO). Es wurde bestätigt, dass die dunklen Streifen, die saisonal auftreten, Anzeichen für salziges Wasser sind, das auf der Oberfläche des Planeten fließt.

'Wenn dies richtig ist, könnte RSL auf dem Mars den Oberflächenausdruck eines weitaus bedeutenderen laufenden Entwässerungssystems an steilen Hängen in den mittleren Breiten darstellen', sagte ein Mitglied des Forschungsteams 2012 gegenüber guesswhozoo.com.

Im Jahr 2015 führte eine Spektralanalyse von RSL Wissenschaftler zu dem Schluss, dass sie durch salziges flüssiges Wasser verursacht werden. [Verwandt: Salziges Wasser fließt heute auf dem Mars, was die Lebenschancen erhöht]

'Der Nachweis von hydratisierten Salzen an diesen Hängen bedeutet, dass Wasser eine entscheidende Rolle bei der Bildung dieser Streifen spielt', sagte die Hauptautorin der Studie, Lujendra Ojha vom Georgia Institute of Technology in Atlanta, in a Stellungnahme . Riesige Wasservorkommen scheinen in den Eiskappen am Nord- und Südpol des Planeten eingeschlossen zu sein. Jeden Sommer schrumpfen die Kappen bei steigenden Temperaturen leicht, da ihr Inhalt direkt von fest zu gasförmig übergeht, aber im Winter führen kühlere Temperaturen dazu, dass sie bis auf Breitengrade von bis zu 45 Grad oder auf halbem Weg zum Äquator wachsen. Die Kappen sind durchschnittlich 3 Kilometer dick und könnten, wenn sie vollständig geschmolzen sind, die Marsoberfläche mit etwa 5,6 Metern Wasser bedecken.

Unter der Oberfläche liegt auch gefrorenes Wasser. Wissenschaftler entdeckten eine Eisplatte so groß wie Kalifornien und Texas kombiniert in der Region zwischen Äquator und Nordpol des Roten Planeten. Das Vorhandensein von unterirdischem Wasser wurde seit langem vermutet, erforderte jedoch das Auftreten seltsamer geschichteter Krater, um sie zu bestätigen. Andere Regionen des Planeten können ebenfalls gefrorenes Wasser enthalten. Einige Regionen in hohen Breiten scheinen gemusterte Bodenformen aufzuweisen, die sich möglicherweise als Permafrost im Boden gebildet haben, der im Laufe der Zeit gefriert und auftaut.

Die Raumsonde Mars Express der Europäischen Weltraumorganisation ESA hat Bilder von Eisschichten in den kühleren, schattigen Böden von Kratern aufgenommen, was darauf hindeutet, dass sich unter geeigneten Bedingungen flüssiges Wasser ansammeln kann. Andere von der NASA identifizierte Krater Mars-Aufklärungsorbiter zeigen ähnliches Pooling.

Hinweise auf Wasser auf dem Mars kamen erstmals im Jahr 2000 ans Licht, als Rinnen auftauchten, die auf einen flüssigen Ursprung hindeuteten. Ihre Entstehung wurde in den folgenden Jahren heiß diskutiert.

Aber nicht jeder denkt, dass der Mars heute Wasser enthält. Neue Forschungen zeigen, dass RSL tatsächlich durch körnige Strömungen entstanden sein könnte, die durch die Bewegung von Sand und Staub entstanden sind.

'Wir haben RSL als mögliche flüssige Wasserflüsse betrachtet, aber die Hänge entsprechen eher dem, was wir für trockenen Sand erwarten', sagte Hauptautor Colin Dundas in einer Erklärung. 'Dieses neue Verständnis von RLS unterstützt andere Beweise dafür, dass der Mars heute sehr trocken ist.'

Diese Idee könnte durch die kürzliche Entdeckung eines möglichen unterirdischen Sees in der Nähe des Mars-Südpols weggespült worden sein.

Ein unterirdischer See?

Forscher sorgten für Furore, als sie ankündigten, dass der Mars möglicherweise einen See unter seinem Südpol verbirgt. Die europäische Raumsonde Mars Express nutzte ihr Mars Advanced Radar for Subsurface and Ionosphere Sounding (MARSIS), um das geplante Wasser aufzuspüren. Bodendurchdringendes Radar sandte Radarimpulse an die Oberfläche und bestimmte dann, wie lange es dauerte, bis sie reflektiert wurden. Die Eigenschaften der Untergrundschichten beeinflussen, wie lange es dauert, bis die Balken zurückkehren.

Die Untersuchung von MARSIS ergab, dass der Südpol des Mars aus mehreren Schichten von Eis und Staub bis zu einer Tiefe von etwa 1,5 Kilometern besteht, die über eine 200 Kilometer breite Region verteilt sind.

'Diese unterirdische Anomalie auf dem Mars hat Radareigenschaften, die mit Wasser oder wasserreichen Sedimenten übereinstimmen', sagte Roberto Orosei, Hauptforscher des MARSIS-Experiments und Hauptautor der neuen Forschung, in einer Erklärung.

MARSIS zeigte auch das Vorhandensein eines unterirdischen Sees zwischen den Taschen. Laut den Radarechos ist der See nicht mehr als 20 km breit und fast eine Meile unter der Oberfläche begraben. Die Wissenschaftler sind sich der Tiefe des Sees nicht sicher, aber sie haben bestätigt, dass er mindestens 1 Meter tief ist. Laut den Forschern muss der See Salz haben, damit er nicht einfriert.

„Dies ist nur ein kleines Untersuchungsgebiet; Es ist eine aufregende Aussicht zu glauben, dass es an anderer Stelle noch mehr dieser unterirdischen Wassertaschen geben könnte, die noch entdeckt werden müssen“, sagte Orosei.

Nicht alle Forscher sind sich über das Vorhandensein von flüssigem Wasser so sicher.

'Ich denke, es ist ein sehr, sehr überzeugendes Argument, aber es ist kein schlüssiges oder endgültiges Argument', sagte Steve Clifford, Marsforscher am Planetary Science Institute in Arizona, sagte guesswhozoo.com . 'Es besteht immer die Möglichkeit, dass an der Basis der Kappe Bedingungen herrschen, die wir nicht vorhergesehen haben und die für diese helle Reflexion verantwortlich sind.'

Vor mehr als drei Jahrzehnten schlug Clifford vor, dass der Mars wie die Erde flüssiges Wasser unter seinen Polkappen beherbergen könnte. Auf der Erde entstehen Seen unter den Eisschilden der Antarktis und Grönlands, wenn die Hitze aus dem Inneren der Planeten die Gletscher abschnittsweise schmelzen lässt. Clifford sagte gegenüber guesswhozoo.com, dass ein ähnliches Szenario unter den polaren Eiskappen des Mars passieren könnte.

'Der Lichtblick in den MARSIS-Daten ist ein ungewöhnliches Merkmal und äußerst faszinierend', sagte Jim Green, Chefwissenschaftler der NASA, in a Stellungnahme . 'Es rechtfertigt definitiv weitere Studien. Zusätzliche Beweise sollten verfolgt werden, um die Interpretation zu testen.'

'Wir hoffen, in Zukunft andere Instrumente verwenden zu können, um sie weiter zu untersuchen', sagte Green.

In der Mitte dieser Ansicht eines Gebiets des nördlichen Mars in mittleren Breiten befindet sich ein frischer Krater mit einem Durchmesser von etwa 6 Metern (20 Fuß) mit einer Belichtung von hellem Material, das in diesem Falschfarbenbild blau ist.

Auf der Suche nach einer Oase

Als Mariner 9 1971 als erstes Raumschiff einen anderen Planeten umkreiste, schienen die Fotos von ausgetrockneten Flussbetten und Canyons darauf hinzudeuten, dass einst Wasser auf der Marsoberfläche existiert hatte. Bilder von den Wikinger-Orbitern bestärkten nur die Idee, dass viele der Landschaftsformen durch fließendes Wasser entstanden sein könnten. Daten von den Viking-Landern deuteten auf das Vorhandensein von Wasser unter der Oberfläche hin, aber die Experimente wurden als nicht schlüssig erachtet. [ Mars Explored: Landers and Rovers since 1971 (Infografik) ]

Die frühen 90er Jahre eine Reihe von Mars-Missionen gestartet . Wissenschaftler wurden mit einer Fülle von Informationen über den Mars überflutet. Drei NASA-Orbiter und ein von der Europäischen Weltraumorganisation entsandter Orbiter untersuchten den Planeten von oben, kartierten die Oberfläche und analysierten die darunter liegenden Mineralien. Einige entdeckten das Vorhandensein von Mineralien, was auf das Vorhandensein von Wasser hinweist. Andere Daten haben genug Eis unter der Oberfläche gemessen, um es zu füllen Michigansee zweimal . Sie fanden Beweise dafür, dass einst uralte heiße Quellen an der Oberfläche existierten und in einigen Gebieten einst anhaltende Niederschläge fielen. Und sie fanden Eisflecken in einigen der tieferen Krater.

Einschlagskrater bieten einen Blick ins Innere des Roten Planeten. Mit dem Mars Express der ESA und dem Mars Reconnaissance Orbiter der NASA konnten Wissenschaftler Gesteine untersuchen, die aus dem Inneren des Planeten herausgeschleudert wurden, und Mineralien finden, die auf das Vorhandensein von Wasser hindeuten.

'Die Wasserzirkulation fand vor etwa 3,7 Milliarden Jahren mehrere Kilometer tief in der Kruste statt', sagte Nicolas Mangold von der Universität Nantes in Frankreich in a Stellungnahme .

Aber Orbiter waren nicht die einzigen Objekte, die auf den Mars geschossen wurden. Der Curiosity-Rover der NASA ist der fünfte Roboter, der in den letzten 15 Jahren auf der Oberfläche des Roten Planeten gelandet ist. Pathfinder, Phoenix, Spirit und Opportunity nahmen alle detaillierte Messungen des Planeten vor; alle außer Phoenix reisten über die Oberfläche und sammelten eine Fundgrube an Informationen.

Bilder von einem von Phoenix

Bilder von einer von Phoenix's Streben, aufgenommen von der Roboterarmkamera des Landers an Sols (oder Marstagen) 8, 31 und 44 der Emission. Die beiden vom Kreis eingeschlossenen Sphäroide scheinen miteinander zu verschmelzen, was nach Ansicht einiger Phoenix-Wissenschaftler ein Zeichen dafür ist, dass die Klumpen flüssiges Wasser sind.(Bildnachweis: Renno et al., NASA)

Die Sonden gruben sich in den Boden, untersuchten Gesteine und führten Experimente durch. Im Jahr 2008 entdeckte Phoenix kleine Brocken hellen Materials, die nach vier Tagen verschwanden, was Wissenschaftler vermuten ließ, dass es sich um Wassereisstücke handelte. Der Lander entdeckte Wasserdampf in einer Probe, die er gesammelt und analysiert hatte, und bestätigte das Vorhandensein von gefrorenem Wasser auf dem Roten Planeten.

Spirit and Opportunity, die Zwillingsrover, fanden Spuren von Wasser, das in Felsen eingeschlossen war. In einem leuchtenden Beispiel dafür, wie ein Problem zu einer Lösung wird, kratzte ein zerbrochenes Rad auf Spirit oben auf der Marsoberfläche und enthüllte eine Schicht darunter, die reich an Kieselsäure ist, die sich höchstwahrscheinlich in Gegenwart von Wasser gebildet hatte.

Curiosity hat noch mehr Beweise dafür gefunden, dass Wasser auf dem alten Mars fließt. Der 1-Tonnen-Rover rollte kurz nach seiner Landung im August 2012 durch ein uraltes Bachbett und untersuchte eine Reihe von Gesteinen, die vor Milliarden von Jahren flüssigem Wasser ausgesetzt waren.

Marsmissionen sind nicht die einzige Möglichkeit, auf dem Mars nach Wasser zu suchen. Wissenschaftler studieren Steine, die vom Roten Planeten ausgeworfen wurden fand in der Vergangenheit Anzeichen dafür, dass Wasser unter der Oberfläche lag.

'Während Robotermissionen zum Mars weiterhin Licht in die Geschichte des Planeten werfen, sind die einzigen Proben vom Mars, die für Studien auf der Erde verfügbar sind, Mars-Meteoriten', sagte die Hauptautorin Lauren White vom JPL in a Stellungnahme .

'Auf der Erde können wir mehrere Analysetechniken anwenden, um einen tieferen Blick auf Meteoriten zu werfen und die Geschichte des Mars zu beleuchten.'

Historische Landschaftsformen

Neben der Untersuchung des relativ jungen (geologisch gesehen) Vorkommens von Wasser haben die verschiedenen Missionen auch die Oberfläche des Planeten im historischen Kontext untersucht. Die Flussbetten des Mars sind heute nicht nass, aber Wissenschaftler können sie untersuchen, um mehr über die Entwicklung des Planeten zu erfahren. [ Fotos: Die Suche nach Wasser auf dem Mars ]

Die flacheren nördlichen Ebenen des Mars könnten einst ein Ozean , oder möglicherweise, während der Planet Trockenperioden durchlief, zwei. Das neuere Gewässer wäre wahrscheinlich nur vorübergehend gewesen, versickerte in den Boden, verdunstete oder gefror in weniger als einer Million Jahren, sagen Wissenschaftler.

Flussbetten und Rinnen weisen darauf hin, dass Wasser zumindest kurzzeitig über die Marsoberfläche floss. Schätzungen zufolge könnte jährlich hundertmal mehr Wasser durch ein großes Kanalsystem namens Marte Vallis geflossen sein, als jedes Jahr durch den Mississippi fließt. Die Schluchten selbst sind kleiner und bilden sich wahrscheinlich während kurzer sintflutartiger Regenfälle, als schnell fließendes Wasser sie über das Land gegraben haben könnte.

Curiosity fand Hinweise darauf, dass mindestens eine Region des Mars, Mount Sharp, von Sedimenten gebildet wurde, die vor Millionen von Jahren in einem Seegrund abgelagert wurden, was darauf hindeutet, dass für längere Zeit große Pools auf dem Planeten existierten.

'Wenn unsere Hypothese für den Mount Sharp Bestand hat, stellt sie die Vorstellung in Frage, dass warme und feuchte Bedingungen auf dem Mars vorübergehend, lokal oder nur unter der Erde waren', sagte Ashwin Vasavada, stellvertretender Projektwissenschaftler von Curiosity vom Jet Propulsion Laboratory (JPL) der NASA, in a Stellungnahme .

Auf der Erde ist das Land rund um Flüsse und Seen feuchter und besteht aus Schlamm und Lehm. Solche Ablagerungen existieren auch auf dem Mars, fangen Wasser ein und zeigen an, wo einst größere Körper existiert haben könnten.

Wasser auf dem Mars kann mehr tun, als nur hübsch zu sitzen. Eine neue Studie zeigt, dass die Flüssigkeit beim Sieden dank niedriger Drücke den Sand zum Schweben bringen kann.

'Die Sedimentlevitation muss daher bei der Bewertung der Bildung neuer und heutiger Massenverschwendungsmerkmale des Mars berücksichtigt werden, da für die Bildung solcher Merkmale möglicherweise viel weniger Wasser erforderlich ist als bisher angenommen', schreiben die Forscher in ihrer Studie, die in der Tagebuch Naturkommunikation .

Flüssiges Gold

Wasser mag denen von uns, die auf der Erde festsitzen, wie ein sehr verbreitetes Element erscheinen, aber es hat einen großen Wert. Neben dem Verständnis, wie sich der Mars im Laufe der Zeit verändert und entwickelt hat, hoffen die Wissenschaftler, dass die Suche nach Wasser ihnen helfen wird, etwas noch Wertvolleres zu finden – Leben, entweder vergangenes oder gegenwärtiges.

Nur die Erde ist dafür bekannt, Leben zu beherbergen, und das Leben auf unserem Planeten benötigt Wasser. Obwohl sich Leben ohne diese kostbare Flüssigkeit entwickeln könnte, können Wissenschaftler nur mit dem arbeiten, was sie wissen. So erhoffen sie sich, durch das Auffinden von Wasser auf Himmelskörpern wie dem Mars Beweise für Leben zu finden.

Vor diesem Hintergrund entwickelte die NASA eine Strategie zur Erforschung des Roten Planeten, deren Mantra „Folge dem Wasser“ lautet. Neue Orbiter, Lander und Rover, die zum Mars geschickt wurden, wurden entwickelt, um nach Wasser statt nach Leben zu suchen, in der Hoffnung, Umgebungen zu finden, in denen das Leben hätte gedeihen können.

Das hat sich jedoch mit der Flut von Beweisen geändert, die diese Roboter zurückgekehrt sind. Curiosity stellte fest, dass der Mars in der Antike tatsächlich mikrobielles Leben unterstützt haben könnte, und der nächste NASA-Rover – ein Roboter in Autogröße, der stark auf dem grundlegenden Design von Curiosity basiert – wird 2020 aufbrechen, um nach Beweisen für das vergangene Leben auf dem Roten Planeten zu suchen.

Zusätzliche Ressourcen

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