TERRA-Online / Gymnasium

Infoblatt Mars

Aufbau, Oberfläche und Beobachtungen des Mars





Grundlagen

Mars ist von der Sonne aus gesehen der 4. Planet des Sonnensystems und gleichzeitig der äußerste der erdartigen Planeten. Seinen Namen hat er nach dem römischen Gott des Krieges. Mars ist von allen Planeten der erdähnlichste. Mit einem Durchmesser von 6.800 km ist er halb so groß wie die Erde. Er besitzt aber durch seine geringe Dichte von 3,9 g/cm ³ nur 1/10 der Erdmasse (6,4*10 ²³ kg). Der Mars umkreist mit einer Geschwindigkeit von 24 km/s die Sonne, dabei dauert ein Marsjahr 690 Tage. Die mittlere Entfernung zur Sonne beträgt 230 Mio. km, das entspricht 1,5 AE (Astronomische Einheiten). Der Planet dreht sich während des Sonnenumlaufs in 24 Stunden und 37 Minuten einmal um seine eigene Achse. Da diese, ähnlich der Erdachse, um 24,9° gegen die Bahnebene geneigt ist, kommt es auf der Planetenoberfläche zur Ausbildung von 4 Jahreszeiten.
Die Distanz zwischen Erde und Mars schwankt, je nach Stellung der Planeten zueinander, zwischen 55-400 Mio. km. Aller 15-17 Jahre kommt uns der Mars auf 55 Mio. km nahe, dann erscheint er besonders groß und hell.
Der Mars besitzt eine Atmosphäre und 2 Monde. Außerdem hat er ein schwaches Magnetfeld, dessen Stärke aber nur 1/1000 des Erdmagnetfeldes beträgt.


Marsmonde

Mars hat 2 winzige Monde: Phobos und Deimos. Sie sind schon durch ein kleines Fernrohr beobachtbar. Phobos ist mit einem Durchmesser von 27 km der größere Mond. Er hat eine Masse von 9,6*10 ¹⁵ kg und ist 9.400 km vom Marszentrum entfernt. In 7,6 Stunden umkreist er einmal den Planeten. Phobos zieht also 3 mal täglich über den Marshimmel. Der kleinere Mond Deimos (Durchmesser 15 km) wiegt nur 2,10*10 ¹⁵ kg und ist 23.000 km vom Marszentrum entfernt.
Die 2 Monde sind vermutlich ehemalige Asteroiden, die vor langer Zeit vom Schwerekraftfeld des Mars eingefangen wurden.


Aufbau

Der Mars hat einen schalenförmigen Aufbau. Im Inneren befindet sich ein kleiner fester Eisenkern. Darum schließt sich ein ca. 2.000 km dicker Mantel aus Silikatgestein an. Die äußerste Hülle bildet eine dünne, felsige Kruste mit eisenhaltigem Dauerfrostboden.


Atmosphäre

Umgeben wird der Mars von einer dünnen Atmosphäre. Diese hat eine sehr geringe Dichte und besteht zu 95 % aus Kohlendioxid und zu 3 % aus Stickstoff. Daneben treten Spuren von Argon, Kohlenmonoxid, Sauerstoff, Wasserstoff und Wasserdampf auf. Die Atmosphäre besitzt keine Ozonschicht. Somit können schädliche UV-Strahlen ungehindert bis zur Planetenoberfläche durchdringen. Dies ist ein Grund, warum auf dem Mars bisher keine Spuren von Leben entdeckt wurden.
Die Marsatmosphäre weist starke Zirkulationen auf. Durch die solare Wärmestrahlung der Sonne angetrieben, bilden sich Staubstürme aus, die mit einer mittleren Windgeschwindigkeit von 2,4 m/s um den gesamten Planeten wehen und dabei jahreszeitlich ihre Richtung ändern. Durch den aufgewirbelten eisenhaltigen Staub in der Luft erscheint der Marshimmel rötlich. Neben den Stürmen treten gelegentlich auch Wolkenformationen auf, die aus Wassereis oder Kohlendioxid-Kristallen bestehen.


Oberfläche

Die Marsoberfläche gleicht einer Stein- und Sandwüste. Die mittlere Temperatur beträgt -40 °C.
Durch die Analyse von Marsbodenproben konnten folgende Elemente im Boden nachgewiesen werden:

• Siliziumoxid (48 - 51 %)
  
• Aluminiumoxid (7 - 9 %)
  
• Eisenoxid (13 - 17 %)
  
• Magnesiumoxid (7 - 8 %)
  
• Kalziumoxid (5 - 7 %)
  
• Schwefeloxid (4 - 7 %)

Der große Anteil an Eisenoxid verursacht die rötlich-braune Farbe des Planeten.
Auf dem Mars findet man neben ausgedehnten Wüstenflächen mit Sanddünen auch zahlreiche Graben-, Tal- und Schluchtensysteme, wie z.B. das "Valles Marineris", das 4.000 km lang und 6 km tief ist. Auf der Südhalbkugel bestimmen flache, alte Einschlagskrater die Landschaft. Auf der Nordhalbkugel fallen vor allem gewaltige erloschene Stratovulkane, die auf einem Hochplateau liegen, auf. Einer von ihnen, der "Olympus Mons" ist mit 27 km Höhe der größte bekannte Vulkan des Sonnensystems. Dieser weiträumige, sanft abfallende Schildvulkan weist an seinem Fuß einen Durchmesser von 600 km auf.
Etwas Besonderes sind die vielfach verästelten, trockenen Flusstäler auf der Marsoberfläche. Sie sind Spuren ehemaliger Wassererosion. Es muss also in wärmeren Perioden des Marses strömendes Wasser gegeben haben. Heute befindet sich das Wasser im Marsboden und ist ständig gefroren.
Die Pole des Mars sind vereist. Im Fernrohr sind die weißen Polkappen gut erkennbar, die aus Wasser- und Trockeneis (festes Kohlendioxid) bestehen. Im Wechsel der Jahreszeiten ändert sich die Größe der Polkappen. Sie schmelzen ab und wachsen an, wobei sie im Winter ihre größte Ausdehnung aufzeigen.




Spektakulär waren die Marskanäle, die 1877 erstmals mit einem kleinen Fernrohr auf der Marsoberfläche entdeckt und beschrieben wurden. Wissenschaftler glaubten damals, die Kanäle seien von Lebewesen (den Marsbewohnern) geschaffen. Heute haben sich die Kanäle als optische Täuschung herausgestellt. Sie treten auf Fotos und im großen Teleskop nicht auf.


Beobachtung und Erforschung

Der Mars ist bereits durch ein kleines Amateurteleskop beobachtbar. Durch die Atmosphäre hindurch sieht man dunkle Flecken und die weißen Polkappen. Spektakulär waren die Marskanäle, die 1877 erstmals mit einem kleinen Fernrohr auf der Marsoberfläche entdeckt und beschrieben wurden. Manche Wissenschaftler glaubten damals, die Kanäle seien von Lebewesen (den Marsbewohnern) geschaffen. Schiaparelli, der diese Strukturen erstmals beschrieb nannte sie ""canali" was aber auch natürliche Wasserwege umfasst; die englische Übersetzung "canal" impliziert dagegen künstliche Bauwerke. Heute haben sich die Kanäle als optische Täuschung herausgestellt. Sie treten auf Fotos und im großen Teleskop nicht auf.
Im Jahr 1965 lieferte die amerikanische Raumsonde Mariner 4 die ersten Bilder der Marsoberfläche. Auf diesen Bildern waren nur Einschlagkrater zu sehen. Die Vulkane fand erst Mariner 9, die in eine Umlaufbahn um den Planeten einschwenkte und den größten Teil der Oberfläche fotografierte. Die erste Marslandung erfolgte 1976 mit der Raumsonde Viking-1. Diese und weitere Landegeräte untersuchten die Oberfläche mit Fernsehkameras, Seismometern, Einrichtungen zur Entnahme von Bodenproben und anderen Messgeräten.
Bisher waren wegen der großen Entfernung zum Mars nur Hinflüge möglich. Der erste Hin- und Rückflug einer unbemannten Raumsonde startete 2008 um Bodenproben vom Mars zur Erde zu bringen. Allerdings war es schon seit einigen Jahren möglich, Gesteine vom Mars im Labor zu untersuchen. Es hat sich nämlich herausgestellt, dass einige Meteoriten vom Mars kommen. Und 1996 meldete die NASA, dass in einem von ihnen Hinweise auf früheres Leben auf dem Mars gefunden wurden. Aber diese Indizien sind sehr umstritten. Eine Antwort auf die Frage nach dem Leben auf dem Mars wird wohl erst eine bemannte Mission zum Mars liefern, welche die NASA in den nächsten 2 Jahrzehnten plant.
Von 1960 bis Ende 2007 wurden 38 Raumsonden zum Mars geschickt, davon waren 18 sowjetisch/russisch, 18 amerikanisch, eine europäisch und eine japanisch. Davon waren nur 14 erfolgreich – zwölf amerikanische, eine sowjetische (Mars 5) und eine europäische (Mars Express). Die restlichen Missionen waren entweder nur Teilerfolge (z. B. Fobos 2) oder komplette Fehlschläge (z. B. Beagle 2, Mars Polar Lander, Mars Observer, Mars 96). Einige der in den 1960er und 1970er gestarteten Sonden erreichten nicht einmal die Erdumlaufbahn, doch war dies auf die damals mangelnde Zuverlässigkeit der Trägerraketen zurückzuführen.