Neue Computermodelle zeigen: Der frühe Mars war eine warme, wasserreiche und lebensfreundliche Welt – Millionen Jahre lang

Mountain View (USA) – Eine neue Studie, in der Modellberechnungen erstmals die hohen Temperaturen, die mit der Entstehung des Mars im noch geschmolzenen Zustand verbunden sind, mit der Entstehung der ersten Ozeane und der ersten Atmosphäre verknüpft, kommt zu dem Schluss, dass der Mars bereits kurz nach seiner Entstehung über eine dichte Atmosphäre verfügte, die die Millionen von Jahren lang warme bis heiße Ozeane zuließ.

Wie das Team um Kaveh Pahlevan vom SETI Institute aktuell im Fachjournal „Planetary Science Letters“ (DOI: 10.1016/j.epsl.2022.117772) berichtet, zeigt das Modell, dass – wie auf der heutigen Erde – Wasserdampf in der unteren Marsatmosphäre konzentriert war und dass die obere Atmosphäre des Mars deshalb vergleichsweise trocken war, weil der Wasserdampf als Wolken in tieferen Schichten der Atmosphäre auskondensieren konnte. „Molekularer Wasserstoff (H2) hingegen kondensierte nicht und wurde in die obere Atmosphäre des Mars transportiert, wo er an den Weltraum verloren ging.“

Diese Schlussfolgerung – dass Wasserdampf kondensierte und auf dem frühen Mars zurückgehalten wurde, während molekularer Wasserstoff nicht kondensierte und ins All entwich – ermöglicht es den Forschende, ihr Modell direkt mit Messungen von Raumfahrzeugen zu verknüpfen, insbesondere mit denen des Mars-Rovers „Curiosity“ der Mission „Mars Science Laboratory“ (MSL). „Wir glauben, dass wir ein übersehenes Kapitel in der frühesten Geschichte des Mars in der Zeit unmittelbar nach der Entstehung des Planeten modelliert haben.“

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Um die so gewonnenen Daten zu erklären, müsse die ursprüngliche Marsatmosphäre sehr dicht (mehr als 1000-mal so dicht wie die moderne Atmosphäre) und hauptsächlich aus molekularem Wasserstoff (H2) bestanden haben. „Dieser Befund ist wichtig, da H2 bekanntermaßen ein starkes Treibhausgas in dichten atmosphärischen Umgebungen ist“, erläutert Pahlevan. „Diese dichte Atmosphäre hätte einen starken Treibhauseffekt erzeugt, der es sehr frühen Ozeanen mit warmem bis heißem Wasser ermöglicht hätte, auf der Marsoberfläche für Millionen von Menschen stabil zu bleiben Jahre, bis das H2 allmählich an den Weltraum verloren ging. Aus diesem Grund schließen wir, dass der Mars zu einer Zeit, bevor sich die Erde selbst gebildet hatte, nass geboren wurde.“

Allerdings gibt es auch Daten, die das Modell einschränken. Hierbei handelt es sich um jene Daten, sind das Verhältnis von Deuterium zu Wasserstoff (D/H) (Deuterium ist das schwere Isotop von Wasserstoff) verschiedener Marsproben, einschließlich Marsmeteoriten und der von ‚Curiosity‘ analysierten. „Meteoriten vom Mars sind meist magmatische Gesteine ​​– sie entstanden, als das Innere des Mars schmolz und das Magma zur Oberfläche aufstieg. Das in diesen inneren (aus dem Mantel stammenden) magmatischen Proben gelöste Wasser hat ein Verhältnis von Deuterium zu Wasserstoff, das dem der Ozeane der Erde ähnelt, was darauf hinweist, dass die beiden Planeten mit ähnlichen D/H-Verhältnissen begannen und dass ihr Wasser aus derselben Quelle stammte im frühen Sonnensystem. Im Gegensatz dazu hat ‚Curiosity‘ das D/H-Verhältnis uralter, drei Milliarden Jahre alter Tonerden auf der Marsoberfläche gemessen und festgestellt, dass dieser Wert etwa 3-mal so hoch ist wie der der Ozeane der Erde. Offensichtlich hatte das Oberflächenwasserreservoir auf dem Mars – die Hydrosphäre – zu der Zeit, als sich diese alten Tone bildeten, deutlich Deuterium im Vergleich zu Wasserstoff konzentriert.“ Der einzige Prozess, von dem bekannt ist, dass er dieses Niveau an Deuteriumkonzentration (oder „Anreicherung“) erzeugt, ist der Verlust des leichteren H-Isotops an den Weltraum.

Das Modell zeigt weiter, dass, wenn die Marsatmosphäre zum Zeitpunkt ihrer Entstehung H2-reich war (und mehr als ~1000x so dicht wie heute), das Oberflächenwasser natürlich um den Faktor 2–3x relativ zu Deuterium angereichert wäre das Innere, Reproduktion der Beobachtungen. Deuterium verteilt sich bevorzugt in das Wassermolekül gegenüber molekularem Wasserstoff (H2), der bevorzugt gewöhnlichen Wasserstoff aufnimmt und aus der oberen Atmosphäre entweicht.

„Dies ist das erste veröffentlichte Modell, das diese Daten auf natürliche Weise reproduziert, was uns das Vertrauen verleight, dass das von uns beschriebene atmosphärische Evolutionsszenario auch tatsächlich den frühen Ereignissen auf dem Mars entspricht“, sagte Pahlevan. Abgesehen von der Neugier auf die frühesten Umgebungen auf den Planeten sind H2-reiche Atmosphären für die Suche des SETI-Instituts nach Leben jenseits der Erde von Bedeutung: Experimente, die bis in die Mitte des 20. Jahrhunderts zurückreichen, zeigen, dass sich präbiotische Moleküle, die an der Entstehung des Lebens beteiligt sind, leicht in solchen H2-reichen Atmosphären bilden, aber nicht so leicht in H2-armen (oder eher „oxidierenden“) Atmosphären. „Die Implikation ist, dass der frühe Mars eine warme Version des modernen Titan war und ein mindestens ebenso vielversprechender Ort für die Entstehung des Lebens war wie die frühe Erde, wenn nicht sogar vielversprechender“, so der Wissenschaftler abschließend.

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Recherchequelle: SETI Institute

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Andreas Müller

Autor und Publizist