Streit um Lebensspuren auf dem Mars - wissenschaft.de
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Streit um Lebensspuren auf dem Mars

Mars und Titan gelten als heiße Kandidaten für die Suche nach außerirdischem Leben im Sonnensystem. Das jüngste Indiz: Die Atmosphäre beider Himmelskörper enthält das Gas Methan.

Wenn es um Leben auf dem Mars geht, sind Planetenforscher vorsichtig geworden. Denn die Liste der Falschmeldungen ist lang: Vermeintlich von intelligenten Wesen gebaute Kanäle entpuppten sich als optische Täuschung. Das berühmte Gesicht auf dem Mars, das die Sonde Viking 1 1976 fotografierte, war keine Botschaft von Aliens, sondern ein ganz normaler Hügel, wie 1998 Fotos der Raumsonde Mars Global Surveyor bewiesen. Und zuletzt ging es den fossilen Bakterien im Mars-Meteoriten ALH84001 an den Kragen: Die länglichen Strukturen sind höchst wahrscheinlich durch chemische Prozesse im Gestein entstanden, ohne dass Lebewesen anwesend waren.

Doch inzwischen sind Planetenforscher auf neue mutmaßliche Lebensspuren auf dem Mars gestoßen. Die neue Diskussion begann im September 2004. Damals gaben Vittorio Formisano vom Institut für die Physik des Interplanetaren Raums in Rom und Wladimir Krasnopolsky von der Catholic University of America in Washington DC unabhängig voneinander bekannt, dass die Atmosphäre des Roten Planeten Methan enthält. Und dieses Gas wird auf der Erde fast ausschließlich von Mikroben erzeugt.

Es ist zwar nur ein Hauch von Methan: Unter einer Milliarde Teilchen der Mars-Atmosphäre sind gerade elf Methan-Moleküle – so die ersten Messungen der europäischen Sonde Mars Express. Allerdings wird das Gas von UV-Licht binnen weniger Jahrhunderte zerstört. Es muss daher eine Quelle geben, die etwa 150 Tonnen pro Jahr erzeugt. Nach Berechnungen von Krasnopolsky könnten Bakterien mit einer Gesamtmasse von 20 Tonnen, konzentriert in wenigen Oasen des Lebens, diese Menge hervorbringen.

Formisano zufolge produziert der Mars womöglich noch viel mehr Methan. Der Forscher berichtete im Februar 2005 auf einer Mars-Konferenz in Nordwijk, dass in der Mars-Atmosphäre auch Formaldehyd zu finden sei – eine Verbindung, die durch die Oxidation von Methan entstehen kann. Die Formaldehyd-Konzentration ist etwa zehnmal so hoch wie die Methan-Konzentration. Formisanos Berechnungen zufolge sind 2,5 Millionen Tonnen Methan pro Jahr nötig, um die beobachteten Formaldehyd-Mengen zu produzieren.

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„Leben ist für mich die beste Erklärung – zumindest bis gezeigt wird, dass auch nichtbiologische Prozesse so große Mengen Methan erzeugen können“, sagte Formisano dem britischen Wissenschaftsmagazin „New Scientist“.

Formaldehyd, so belegen Experimente, kann auf dem Mars aber auch photochemisch entstehen – das berichtet der Physiker Diedrich Möhlmann vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt in Berlin. Forscher um Mike Wecks vom Institut für Nichtklassische Chemie in Leipzig gaben Eisenoxid, Wasser und Kohlendioxid bei typischen Mars-Temperaturen und Atmosphärendrücken zusammen und bestrahlten das Ganze mit ultraviolettem Licht. „Dabei entstand auch Formaldehyd“, sagt Möhlmann. Er hält es für unwahrscheinlich, dass Methan die Hauptquelle für das Formaldehyd ist, denn das Oxidationsprodukt zerfällt innerhalb von 7,5 Stunden, während Methan einige Hundert Jahre übersteht. „Auch die Mengenverhältnisse sprechen dagegen: Man kann nicht größere Mengen vom Oxidationsprodukt in der Atmosphäre haben als von der Ausgangssubstanz.“

Das Rätselraten um den Ursprung der 150 Tonnen Methan pro Jahr geht weiter. Außer Lebewesen kommen auch andere Quellen in Frage. So könnte vor nicht allzu langer Zeit ein methanhaltiger Komet auf dem Mars eingeschlagen sein. Oder das Gas wird tief im Innern des Planeten erzeugt. Auf der Erde entsteht es zum Beispiel im Meeresboden bei der Umwandlung des Mantelgesteins Peridotit in Serpentinit. Ähnliche Prozesse könnten auch im Mars-Boden stattfinden, wie eine Studie von Forschern um James Lyons von der University of California in Los Angeles ergab, die im Juli 2005 in der Fachzeitschrift „Geophysical Research“ Letters erschien. Die notwendigen Zutaten – vulkanische Wärme tief unter der Oberfläche, kohlenstoffhaltiges Magma, Wasser und eine für Gas durchlässige Kruste – sind demnach auf dem Mars vorhanden. Die Forscher sehen das Methan in der Atmosphäre als Hinweis darauf, dass es unter der Oberfläche des geologisch scheinbar toten Planeten noch kräftig knirscht.

Der Planetenforscher Diedrich Möhlmann bezweifelt allerdings, dass es einen stetigen Methan-Nachschub aus dem Mars-Inneren gibt: „Wir wissen relativ wenig über die Geologie des Mars, aber dieses Szenario würde unser Bild von seiner Geschichte drastisch verändern.“ Möhlmann hält Mikroben auf dem Planeten für die plausibelste Erklärung. „Vieles spricht dafür“, sagt er.

Neuere Messungen haben gezeigt, dass das Methan in der Mars-Atmosphäre nicht gleichmäßig verteilt ist, wie man es bei einem Gas mit einer langen Lebensdauer eigentlich erwarten würde. Der NASA-Forscher Michael Mumma vom Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland, berichtete im September 2005 auf einer Tagung im britischen Cambridge, dass in der Mars-Atmosphäre zwischen 0 und 250 Methan-Moleküle pro Milliarde Teilchen vorhanden sind. Da die Atmosphäre des Roten Planeten in einem Monat einmal komplett durchmischt wird, müsse die Lebensdauer von Methan wesentlich kürzer sein als 300 Jahre – Mumma geht von wenigen Wochen aus. Seine Schlussfolgerung: Methan wird nicht nur durch das Sonnenlicht, sondern auch noch durch einen anderen Prozess zerstört.

Einen Vorschlag machte Sushil Atreya von der University of Michigan ebenfalls auf der Tagung in Cambridge. Er fand heraus, dass bei den häufigen Staubstürmen auf dem Mars Wasserstoffperoxid entsteht, das wiederum das Methan oxidieren könnte. Denn bei den Staubstürmen bilden sich elektrische Felder, die Moleküle ionisieren können. Dadurch werden Elektronen frei, die Kohlendioxid und Wasserdampf spalten können. So bildet sich unter anderem Wasserstoffperoxid, ein starkes Oxidationsmittel. Seine Existenz auf dem Mars wurde schon lange vermutet. Allerdings ging man früher von einer photochemischen Erzeugung aus. Durch die Staubstürme gibt es lokale Quellen für Wasserstoffperoxid. Sie könnten erklären, warum Methan ungleich in der Atmosphäre verteilt ist.

Mumma folgert, dass die Methan-Produktion 3000-mal so hoch ist wie zunächst gedacht. Das hieße: Der Mars erzeugt nicht 150, sondern 450 000 Tonnen pro Jahr.

Während Mumma es noch für verfrüht hält, über einen biologischen Ursprung zu spekulieren, hat Formisano schon mögliche Lebensoasen ausgemacht. Ihm zufolge könnten die Methan-Produzenten in Gegenden existieren, in denen es viel Wasserdampf in Bodennähe gibt, zum Beispiel in drei breiteren Regionen in der Nähe des Äquators: Arabia Terra, Arcadia Memnonia und Elysium Planum. Ausgerechnet in Elysium Planum („Ebene der Seligen“) entdeckte die Stereo-Kamera von Mars-Express Anfang des Jahres einen gefrorenen See von den Ausmaßen der Nordsee. „Unter dem 40 bis 50 Meter dicken Eis muss sich ein Grundwasserleiter befinden, in dem ohne Weiteres Methan erzeugende Bakterien leben könnten“, sagt Formisano.

Auch Diedrich Möhlmann hält es für möglich, dass Mars-Bakterien in der Nähe der Oberfläche gedeihen und das Sonnenlicht als Energiequelle nutzen. Dabei spielt seiner Meinung nach das „Adsorbatwasser“ eine wesentliche Rolle: „Genau wie auf der Erde schlägt sich nachts Feuchtigkeit auf dem Mars-Boden nieder“, meint Möhlmann und verweist auf Fotos vom gewaltigen Canyon Valles Marineris im Morgennebel. Er ist davon überzeugt, dass das Wasser aber nicht zu Eis gefriert, sondern einen dünnen Film bildet, der selbst bei Temperaturen um minus 40 Grad flüssig bleibt. Wenn ein solcher Wasserfilm Mineralkörner umschließt, insbesondere das Eisenoxid Hämatit, könnten eine ganze Reihe spannender chemischer Reaktionen ablaufen, die der Schlüssel für viele bislang rätselhafte Eigenheiten des Mars wären. Andererseits könnte das Adsorbatwasser auch die Lebensgrundlage für Mikroben sein, die die Flüssigkeit für ihren Stoffwechsel nutzen, spekuliert Möhlmann.

Je mehr Daten zusammenkommen, desto komplizierter wird das Bild: Jüngste Messungen Formisanos belegen, dass die Methan-Konzentrationen in Regionen mit Adsorbatwasser im Verlauf eines Tages schwanken. „In den wasserreichen Gebieten des Mars enthält die Luft morgens kein Methan, dafür aber Formaldehyd“, berichtet Möhlmann. Das Oxidationsprodukt verschwindet im Lauf des Tages, dafür steigt die Methan-Konzentration.

So verführerisch es sein mag, photosynthetische Bakterien für solche Schwankungen verantwortlich zu machen: Ohne Messungen vor Ort werden die Mars-Forscher wohl keine Klarheit darüber bekommen, ob der Planet belebt ist oder nicht.

Auch weiter draußen im Sonnensystem gibt es Methan – als Gas in den Atmosphären der Riesenplaneten oder als Eis im Kern von Kometen. Dort befindet es sich seit der Entstehung des Sonnensystems. „Das ist nicht weiter überraschend. Methan kommt schließlich auch in interstellaren Wolken vor“, sagt Diedrich Möhlmann.

Überraschend ist es allerdings, dass es Methan in der Atmosphäre des Saturnmonds Titan gibt. In der Nähe der Oberfläche liegt die Methan-Konzentration bei vier bis fünf Prozent. Genau wie auf dem Mars bleibt das Molekül auf Titan nicht ewig. „Wir haben ausgerechnet, dass ultraviolette und kosmische Strahlung das Methan in der Titan-Atmosphäre innerhalb von zehn Millionen Jahren zerstören würden“, berichtet Francois Raulin von der Universität Paris. Die möglichen Quellen dabei sind nicht die gleichen wie auf dem Mars. „Vor Huygens hatten wir die Idee, dass es große Seen oder Meere aus flüssigem Methan geben muss“, berichtet Raulin. Doch weder Huygens noch die Sonde Cassini entdeckten Anzeichen von großen stehenden Gewässern.

Aber der Planetenforscher hat noch drei andere Hypothesen parat:

• Entweder enthält die Eiskruste des Titan schon seit dessen Geburt große Mengen Methanhydrat, einer festen Verbindung von Methan und Wasser. Durch Eisvulkane könnte immer wieder neues Methan an die Oberfläche gelangen.

• Die zweite Möglichkeit ist, dass das Methan tief im Innern des Mondes durch chemische Reaktionen bei der Umwandlung von Gesteinen entsteht – ähnlich wie beim Mars.

• Und drittens: In einem Ozean aus flüssigem, mit Ammoniak versetztem Wasser mehrere Hundert Kilometer unter der Oberfläche könnten Mikroben den Stoff produzieren. „Ich halte das allerdings für unwahrscheinlich“, sagt Raulin. „Auf Titan gibt es unglaublich viel Methan. Es ist schwer vorstellbar, dass Mikroorganismen bei Temperaturen zwischen minus 50 und minus 80 Grad Celsius aktiv genug sind, um diese Mengen zu produzieren.“

Der Astrobiologe David Grinspoon vom Southwestern Research Institute in Colorado schließt sogar Leben in Oberflächennähe nicht aus. „Es gibt keinen Mangel an Energiequellen, weil in der oberen Atmosphäre durch Einwirkung des Sonnenlichts ständig energiereiche Kohlenwasserstoffe produziert werden“, betonte Grinspoon auf der Tagung in Cambridge. Er hält heiße Quellen am Boden von Kohlenwasserstoff-Seen für die besten Lebensrefugien. Ein Beweis ist das freilich nicht. Der Astrobiologe hält seine Überlegungen für reine Gedankenspiele, wie Leben auf einem Mond wie Titan prinzipiell möglich wäre.

Die Daten des Huygens- Massenspektrometers sprechen jedenfalls gegen die Mikroben: Auf der Tagung in Cambridge berichtete Sushil Atreya, dass das Verhältnis zwischen dem leichten Kohlenstoff-Isotop mit der Massenzahl 12 zur schwereren Variante C-13 nicht auf eine biologische, sondern auf eine geologische Herkunft des Methans hindeute.

Beim Mars wird die Suche nach der Methan-Quelle vermutlich länger dauern. Die für 2009 geplante NASA-Mission Mars Science Laboratory soll ein hoch auflösendes Massenspektrometer an Bord haben, das den Ursprung des Methans klären könnte. Falls es Mikroben gibt, könnte der Lander diese gleich mitaufspüren: Er wird Bodenproben vor Ort in einem Mini-Chemie-Labor auf organische Bestandteile wie Aminosäuren untersuchen. ■

Ute Kehse

Ohne Titel

• Die Entdeckung von Mikroorganismen anderswo im Sonnensystem wäre eine Sensation.

• Solche Bakterien könnten das Methan erzeugt haben, das in der Mars-Atmosphäre gefunden wurde.

• Auch die Lufthülle des Saturnmonds Titan enthält das Kohlenwasserstoff- Gas – sogar mit einem Anteil von einigen Prozent.

Ohne Titel

Noch weiss niemand genau, wie viel Methan die Mars-Atmosphäre enthält und wie das Gas entsteht. Doch die NASA hat den energiereichen Kohlenwasserstoff bereits als Ressource eingestuft. Die amerikanische Raumfahrtagentur möchte das Mars-Methan bei künftigen bemannten Marsmissionen verfeuern. Die NASA-Ingenieure planen deshalb weit voraus. Bei kürzlich vorgestellten Entwürfen für den Shuttle-Nachfolger sitzen die Astronauten an der Spitze der Rakete in einer Kapsel. Deren Motor, ebenso wie der einer geplanten Mondlandefähre, soll mit flüssigem Methan betrieben werden. „Eines Tages werden Astronauten den Rohstoff aus der Mars-Atmosphäre in Methan-Treibstoff umwandeln“, lautet die Vision der Weltraum-Strategen.

Ohne Titel

UTE KEHSE ist freie Wissenschaftsjournalistin in Delmenhorst. Methan hat es ihr angetan – zuletzt schrieb sie im Augustheft von bdw über das eisige Methanhydrat.

COMMUNITY Internet

ESA-Bericht Exobiology in the Solar System & The Search for Life on Mars:

www.esa.int/esapub/sp/sp1231/sp1231.pdf

Einzelheiten zu den Messungen von Mars Express:

www.esa.int/SPECIALS/Mars_Express/SEMZ0B57ESD_0.html

Methan- und Wasserdampf-Konzentration:

www.esa.int/esaCP/SEMAK21XDYD_index_0.html

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