Jahrzehntelange Suchanfragen sind endlich von Erfolg gekrönt: Wissenschaftler sind kurz davor, herauszufinden, wo Kohlenstoff im Boden und in der Atmosphäre des roten Planeten vorkommt.
Sechs Jahre nach Beginn der Arbeiten am Gale Crater auf der Marsoberfläche machte der Curiosity Rover die vielleicht wichtigste Entdeckung auf der Suche nach Lebenszeichen: Auf der felsigen Oberfläche des roten Planeten wimmelt es nur so von organischen Molekülen, und von Zeit zu Zeit sickert sogar Gas in seine verdünnte Atmosphäre Methan ist das einfachste organische Molekül. Zum Vergleich: Auf der Erde sind kohlenstoffhaltige Substanzen die Grundlage des Lebens.
Beide Entdeckungen wurden im Zuge der Analyse der von Curiosity gesammelten Proben gemacht. In SAM, dem Miniatur-Chemielabor des Rovers, das auch als "Ofen" bezeichnet wird, werden winzige Fragmente von Luft, Gestein und Boden für molekulare Untersuchungen "geröstet". So wurde in den Proben des alten Schlammsteins eine Vielzahl organischer Moleküle gefunden. Eine andere Studie, die nicht weniger als fünf Jahre dauerte, fand regelmäßige Methanschwankungen in der Marsatmosphäre. Der Höhepunkt der Emissionen war im Mars-Sommer. Die Ergebnisse wurden in der Zeitschrift Science veröffentlicht.
Unabhängig davon, wie sie die Phantasie anregen, sind die Schlussfolgerungen über das vergangene, gegenwärtige und zukünftige Leben auf dem Mars noch nicht endgültig - Methan ist überall in der Atmosphäre der Gasriesen zu finden. Und das spricht keineswegs für das Vorhandensein von Leben: Methan entsteht aus einer banalen Wechselwirkung zwischen fließendem Wasser und erhitzten Steinen. Darüber hinaus sind andere einfache organische Moleküle in einigen Meteoriten und interstellaren Gaswolken bekannt. „Es ist äußerst schwierig, die Existenz des Lebens auf dem Mars wissenschaftlich nachzuweisen. Dazu muss buchstäblich ein Foto des Fossils gezeigt werden “, sagt Chris Webster, Chemiker im Jet Propulsion Laboratory und Hauptautor der Methanforschung.
Wo ist der Mars-Kohlenstoff geblieben?
Das Vorhandensein organischer Moleküle auf dem Mars ist nicht überraschend. Wie jeder andere Planet in unserem Sonnensystem erhält der Mars regelmäßig seinen Anteil an kohlenstoffreichen Mikrometeoriten und kosmischem Staub. Das Viking-Raumschiff der NASA, das 1976 auf dem roten Planeten landete, machte jedoch eine sensationelle Entdeckung: Es stellte sich heraus, dass der Marsboden noch weniger Kohlenstoff enthält als leblose Mondgesteine. "Das war eine große Überraschung", erklärt die Astrobiologin Caroline Freissinet, Mitautorin der Argiosity-Studie Curiosity und am Labor für Atmosphären- und Weltraumforschung in Frankreich. "Leider führte dies zum Zusammenbruch des gesamten Mars-Programms."
Seitdem haben Wissenschaftler eifrig nach Kohlenstoff auf dem Mars gesucht - oder zumindest versucht zu erklären, warum er nicht gefunden wird. Die entscheidende Vermutung kam 2008, als der Phoenix-Lander der NASA Perchloratsalze, hochreaktive chlorhaltige Moleküle, in Bodenproben nahe dem Nordpol des Mars fand. In Kombination mit hellem ultraviolettem Licht und kosmischen Strahlen aus dem Weltraum zerstören Perchlorate alle organischen Stoffe auf der Oberfläche und hinterlassen selbst für die empfindlichen Sensoren von Marsrovern keine Hinweise. Vielleicht haben einige Forscher vorgeschlagen, dass die restliche organische Materie des Mars - und damit alle Anzeichen vergangener oder gegenwärtiger Leben - in seinen Tiefen lauert.
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Im Jahr 2015 konnte Curiosity jedoch beinahe die Existenz organischer Moleküle auf dem Mars nachweisen, als beim Erhitzen von Bodenproben auf 800 Grad Celsius in einem Ofen Spuren von mit Chlor kontaminierten Kohlenstoffverbindungen entdeckt wurden. Zu Beginn der Marsmission entdeckten Wissenschaftler jedoch ein Leck von kohlenstoffhaltigen Chemikalien aus einer Reihe von Komponenten des "Ofens" selbst, was zu einer Kontamination der Proben führen könnte. Um die Umweltverschmutzung zu bekämpfen, konzentrierte sich das Curiosity-Team darauf, andere Proben chlorhaltiger organischer Stoffe zu finden und gleichzeitig die Temperatur des „Ofens“zu senken - bei nachfolgenden Läufen wurde er nur auf 400 Grad erhitzt.
Bevor das Team eine neue Aufgabe antrat, stellte es sicher, dass diesmal nichts übersehen wurde. Nachdem Fressinet und ihre Kollegen den Grad der Hintergrundverschmutzung erneut überprüft hatten, "backten" sie drei Milliarden Jahre alte Schlammsteinproben bei einer Temperatur von 500 Grad Celsius - die Perchlorate werden damit vollständig verbrannt. In der Asche wurden Thiophene gefunden, relativ kleine und einfache ringförmige Moleküle, die sowohl Kohlenstoff als auch Schwefel enthalten. Letzteres scheint aus einem schwefelreichen Mineral namens Jarosit zu stammen. Zuvor entdeckte Curiosity seine 3,5 Milliarden Jahre alten Ablagerungen im Gale Crater - anscheinend bildeten sie sich zu einer Zeit, als sich Wasser im noch ungekühlten Krater befand und es lebenslang geeignet war. Wissenschaftler vermuten, dass der in Thiophen enthaltene Kohlenstoff von noch nicht identifizierten, aber größeren Molekülen stammt. Milliarden Jahre lang im Jarosit aufbewahrt.
Trotz der Kontroverse über die Entdeckung hält George Cody, ein Geochemiker am Carnegie Institute of Science, der nicht an der Studie beteiligt war, dies für einen großen Schritt nach vorne. Das Vorhandensein dieser größeren Moleküle, sagt er, deutet auf das Vorhandensein gut erhaltener Kohlenstoffablagerungen hin, die unter der Marsoberfläche verborgen sind. Solche Aussichten bieten seiner Ansicht nach eine wissenschaftliche Grundlage für die bevorstehenden Missionen, um Proben zu sammeln und zur Erde zurückzubringen. "Wenn dies auf dem Mars möglich ist, stellen Sie sich vor, was in terrestrischen Labors erreicht werden kann", sagt er.
Jahreszeiten und Schwankungen des Methans
Inzwischen hat der Curiosity Rover laut Webster die wichtigsten Methanmessungen in der Geschichte durchgeführt. Dieses kohlenstoffhaltige Gas ist kritisch, da der größte Teil des Methans der Erde von methanogenen Mikroben produziert wird, die selbst in sauerstoffarmen Umgebungen überleben. Darüber hinaus wird Methan durch ultraviolette Strahlung schnell zerstört, sodass jeder Fund auf dem Mars höchstwahrscheinlich "frisch" ist - das Gas wurde erst kürzlich freigesetzt. Mit dem "Ofen" fanden Webster und seine Kollegen einen konstanten Methanhintergrund in der Atmosphäre über dem Gale Crater. In den letzten fünf Jahren waren es ungefähr 0,4 Teile pro Milliarde. Und obwohl diese Menge kaum nachweisbar ist, interessieren sich Astrobiologen bereits dafür. Es ist bemerkenswert, dass der Methangehalt zusammen mit der Marszeit schwankt: Im sonnigen Sommer ist sein Gehalt dreimal höher,als ein kalter und dunkler Winter.
Für Webster ist diese Periodizität vielleicht die aufregendste seiner Entdeckungen. Bisher wurden auf dem Mars nur Hinweise auf zufällige, aber nicht saisonale Emissionen gefunden. „Stellen Sie sich vor, Ihr Auto ist Schrott. Bis das Problem erneut auftritt, wissen Sie nie, was falsch ist “, erklärt Webster. Er und seine Kollegen spekulieren, dass Methan aus tiefen Grundwasserleitern stammen könnte: Im Sommer schmelzen sie, Wasser wird freigesetzt und es entsteht frisches Gas. Nach einer anderen Version sind diese Substanzen uralt und wurden vor Milliarden von Jahren im Verlauf verschiedener geologischer und biologischer Prozesse gebildet. Dann gefroren sie in Matrizen aus Eis und Steinen und heben sich nur beim Auftauen vom Sonnenlicht ab. Und schließlich besteht die Möglichkeit, dass die Mars-Methanogene bis heute im Darm des Planeten dösen.periodisches Aufwachen und Erzeugen eines charakteristischen Gases, anhand dessen sie identifiziert werden können.
Andere Wissenschaftler, die nicht an der Studie teilgenommen haben, bewerten die Bedeutung der Ergebnisse für die Suche nach Leben auf dem Mars nicht eindeutig. Michael Mumma, Astrobiologe am Goddard Space Flight Center, sagt, dass Messungen kritisch sind, weil sie direkte Beweise für seine eigenen Beobachtungen liefern. Zuvor schrieb er über Marsmethanemissionen, die er mit Hilfe von terrestrischen Teleskopen entdeckte - obwohl Wissenschaftler in Kreisen seine Entdeckung ungläubig akzeptierten.
Der Planetologe Marc Fries, der die Sammlung von kosmischem Staub im Lyndon Johnson Space Center überwacht, war skeptisch gegenüber den jüngsten Entdeckungen von "Curiosity". Kohlenstoffreiche Meteoriten und kosmischer Staub, die in die Marsatmosphäre gelangen, könnten die Quelle der angegebenen Methanmengen sein, sagte er. Er betont auch, dass die saisonale Periodizität nicht ganz mit den Marszeiten übereinstimmt. "Ein strenger, evidenzbasierter Ansatz, der auf den verfügbaren Evidenz basiert, setzt voraus, dass der Mars immer leblos war und bleibt", sagt Freese. "Selbst die gegenteilige Hypothese aufzustellen, erfordert starke Beweise." In Kürze kann diese Hypothese anhand der Daten der gemeinsamen Mission der EU und Russlands "Exomars Trace Gas Orbiter" überprüft werden. Dieses Raumschiff umkreist den Mars seit 2016 und zeigt Konzentrationen von Methan und anderen Gasen von oben an.
Webster wiederum sagt, dass keine der möglichen Erklärungen bevorzugt wird, bis endgültige Schlussfolgerungen gezogen werden. Fressinet merkt an, dass die NASA schrittweise Fortschritte bei der Erforschung des Mars macht: "Schritt für Schritt, Mission für Mission."
Adam Mann
