Künstlerische Darstellung des Mars mit einer erdähnlich wässrigen Oberfläche (Illu.).
Copyright: NASA Earth Observatory/Joshua Stevens; NOAA National Environmental Satellite, Data, and Information Service; NASA/JPL-Caltech/USGS; Graphic design by Sean Garcia/Washington University
St. Louis (USA) – Wasser, die Grundlage allen uns bekannten Lebens, findet sich nicht nur auf unserem eigenen Planeten, sondern prägte vor Jahrmilliarden auch die Oberfläche unseres heute zumindest oberflächlich trockenen Nachbarn Mars. Eine neue Studie sieht die Größe des Roten Planeten nun als Ursache dafür, dass der Mars heute keine großen Wasserkörper mehr besitzt.
Wie das Team um Zhen Tian und Prof. Kun Wang von der Washington University St. Louis aktuell im Fachjournal „Proceedings of the National Academy of Sciences“ (DOI: 10.1073/pnas.2101155118) berichtet, wurden zuvor schon verschiedene Erklärungen für den einst wasserreichen, heute jedoch trockenen Mars diskutiert: Darunter das massiv abgeschwächte Magnetfeld und die damit einhergehend ins All verschwundene einst dichte Atmosphäre.
„Das Schicksal des Mars war schon von Anfang an vorbestimmt“, erläutert Wang. „Es gibt offenbar eine erforderliche Mindestgröße für Felsplaneten, die es braucht, um genug Wasser lange genug zu halten, um einen Planeten lebensfreundlich zu machen und Plattentektonik zu ermöglichen. Diese Mindestgröße liegt aber über der des Mars.“
Für ihre Studie nutzten Wang und Kollegen das relativ stabile flüchtige Element Kalium (K), um die Anwesenheit, Verteilung und Menge flüchtiger Elemente – unter anderem auch die von Wasser – auf verschiedenen planetaren Körpern zu abzuschätzen. Diese vergleichsweise neue Methode leitet sich von früheren Versuchen ab, mithilfe des Isotopenverhältnisses von Kalium und Thorium (Th) anhand von Fernmessungen den Anteil flüchtiger Elemente auf dem einstigen Mars zu bestimmen. In früheren Studien konnten Studienautoren Kalium bereits als Marker für Fragen rund um die Entstehung des Mondes nutzen.
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Nun bestimmte das Team um Wang die Zusammensetzung der Kalium-Isotope von 20 als vom Mars stammend bestätigten Meteoriten. Anhand dieser Werte schlussfolgern die Forschenden, dass der Mars schon während seiner Entstehung mehr Kalium und andere flüchtige Elemente verloren hatte als die Erde, aber weniger als etwa der Erdenmond oder der Asteroid Vesta-4 – beides Himmelskörper von geringerer Größe als der Mars.
Auf diese Weise beschreiben die Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen einen klar definierten Zusammenhang zwischen der Größe eines Himmelskörpers und der isotopischen Zusammensetzung von Kalium: „Der Grund für ein geringeres Vorhandensein flüchtiger Elemente und ihrer unterschiedlichen Bestandteile auf ausdifferenzierten planetaren Körpern und undifferenzierten Meteoriten war lange Zeit eine offene Frage, erläutert die Mitautorin Katharina Lodders, ebenfalls von der Washington University. „Der Nachweis eines Zusammenhangs zwischen der isotopischen Zusammensetzung von Kalium und der Gravitation eines Planeten ist eine neue Entdeckung mit wichtigen quantitativen Auswirkungen für unser Verständnis davon, wie planetare Körper zum einen zu ihren flüchtigen Elementen kamen, sie zugleich aber auch wieder verloren haben.“
Bislang sind Mars-Meteoriten die einzige Materialquelle zur Untersuchung der chemischen Zusammensetzung des Mars. „Die von uns untersuchten Meteoriten sind zwischen wenigen Hundert Millionen und vier Milliarden Jahre alt und beschrieben so die Entwicklungsgeschichte flüchtiger Elemente auf dem Mars.“
Zwar sei es keine Frage, ob bzw. dass der Mars einst über große Mengen an Wasser an seiner Oberfläche verfügte, doch sei immer noch unklar, wieviel Wasser der frühe Mars einst hatte. „Hierzu gibt es verschiedenen Modelle, die zu unterschiedlichen Schlussfolgerungen kommen. Einige davon glauben sogar, dass der frühe Mars einst mehr Wasser trug als die Erde. Wir aber kommen da jetzt zu einem anderen Schluss.“
Schlussendlich habe das Studienergebnis aus Auswirkungen auf die Suche nach Leben auf dem Mars und anderen Himmelskörpern. „Neben der Definition der klassischen sog. habitablen Zone (also jener Abstandsregion innerhalb derer ein Planet seinen Stern umkreisen muss, damit aufgrund milder Temperaturen Wasser auf seiner Oberfläche existieren kann) gibt es wohl auch eine Mindestgröße für Planeten unterhalb derer sie keine langfristigen großen Wassermengen an ihren Oberflächen halten können um eine lebensfreundliche Umgebung entstehen zu lassen“, fügt Klaus Menzger vom Center for Space and Habitability an der Universität Bern und Mitautor der Studie hinzu. „Unsere Ergebnisse können Astronomen bei ihrer Suche nach potenziell lebensfreundlichen Planeten auch um ferne Sterne behilflich sein.“
„Die Größe eines Exoplaneten ist einer der am einfachsten zu bestimmenden Faktoren. Auf der Grundlage von Größe und Masse können wir nun auch bestimmen, ob dieser Planet auch ein Kandidat für Leben sein könnte“, so Wang abschließend.
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Recherchequelle: Washington University in St. Louis
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