Seit Jahrzehnten sammelt die Wissenschaft Hinweise darauf, dass der Mars einst deutlich lebensfreundlicher war als heute. Analysen der Nasa-Rover Curiosity und Perseverance belegen, dass es stehendes Wasser, Flusssysteme und möglicherweise sogar einen Ozean auf der Nordhalbkugel gab. Einige Forschende sprechen in diesem Zusammenhang sogar von „Seeufern“ und „Strandlinien“ – geologischen Strukturen, die nur unter bestimmten klimatischen Bedingungen entstehen.

Doch heute präsentiert sich der Mars als karge Wüstenwelt. Flüssiges Wasser kann dort nicht mehr existieren, da es sofort verdampfen oder gefrieren würde. Die entscheidende Frage lautet daher: Was geschah mit dem Wasser – und warum verschwand die Atmosphäre, die es hielt? Genau hier setzt eine neue Studie an, die ein Forschungsteam um Shannon Curry von der University of Colorado Boulder kürzlich in der Fachzeitschrift „Science Advances“ veröffentlichte.

Mars verliert Atmosphäre – Was die Nasa-Sonde Maven entdeckte

Seit 2014 befindet sich die Nasa-Sonde Maven (Mars Atmosphere and Volatile Evolution) in einem elliptischen Orbit um den Roten Planeten. Ihre Aufgabe ist es, die oberen Schichten der Atmosphäre zu untersuchen, also den Bereich, in dem Gase in den Weltraum entweichen.

Mithilfe von Maven ist es dem Forschungsteam um Shannon Curry nun erstmals gelungen, einen Prozess direkt zu beobachten, der als Hauptursache für den atmosphärischen Verlust auf dem Mars gilt: das sogenannte „atmosphärische Sputtern“. Dabei treffen geladene Teilchen des Sonnenwinds, vor allem Ionen, auf die äußeren Atmosphärenschichten des Mars. Die Energie dieser Teilchen reicht aus, um einzelne Atome aus der Atmosphäre regelrecht herauszuschlagen. Diese verlassen dann die Anziehungskraft des Planeten – für immer.

Sputtern auf dem Mars: Ein schleichender, aber mächtiger Prozess

Das Prinzip war theoretisch schon länger bekannt. Hinweise darauf gab es unter anderem aus der Isotopenzusammensetzung von Argon, einem Edelgas, das in geringen Mengen in der Mars-Atmosphäre vorkommt. Analysen aus den frühen Jahren der Maven-Mission zeigten, dass auffallend viel von den leichteren Argon-Isotopen fehlt. Da sich Argon kaum chemisch verändert, gilt dieser Befund als verlässlicher Indikator dafür, dass einzelne Atome durch energiereiche Teilchen – etwa aus dem Sonnenwind – in den Weltraum geschleudert wurden. Dies ist ein indirekter Beweis für das sogenannte atmosphärische Sputtern.

Neu ist, dass dieser Prozess nun erstmals direkt beobachtet werden konnte. Möglich wurde dies durch ein Zusammenspiel dreier Instrumente an Bord von Maven, die simultan Daten zur Partikelstrahlung, zur Zusammensetzung ionisierter Gase und zur UV-Emission lieferten. Entscheidend war auch die Kombination von Messungen auf der Tag- und Nachtseite des Planeten. So entstand ein räumlich und zeitlich differenziertes Bild des atmosphärischen Teilchenverlusts – und damit der erste unmittelbare Nachweis des Sputterns auf dem Mars.

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Sonnenwind und Marsatmosphäre – Warum das Magnetfeld fehlt

Die Überraschung: Das Phänomen tritt viermal intensiver auf als bisher angenommen. Laut dem Forschungsteam ist der Effekt besonders stark während sogenannter koronaler Massenauswürfe, also bei Sonnenstürmen. Dann ist die Atmosphäre dem Sonnenwind praktisch schutzlos ausgeliefert.

Im Gegensatz zur Erde verfügt der Mars nämlich über kein globales Magnetfeld. Das bedeutet, dass der Sonnenwind ungefiltert auf die obere Atmosphäre trifft. Mit der Zeit trägt dieser beständige Beschuss immer mehr Teilchen ab – zuerst die leichten, dann die schweren.

„Wir wussten, dass dieser Prozess stattfindet, aber jetzt sehen wir ihn direkt“, sagt Shannon Curry, Hauptautorin der Studie und wissenschaftliche Leiterin der Maven-Mission. Es sei, so erklärt sie, „als ob man endlich das Feuer sieht, das man zuvor nur an der Asche erahnen konnte.“

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Wasserverlust Mars – Was das für Leben auf anderen Planeten bedeutet

Die neue Beobachtung liefert ein entscheidendes Puzzlestück, um zu erklären, wie der Mars von einem einst feuchten Planeten zu der heutigen trockenen Welt wurde. Ohne schützende Atmosphäre verdampfte das Wasser — und mit ihm verschwand die Grundlage für Leben, wie wir es kennen.

Doch die Erkenntnisse gehen über den Mars hinaus. Wer in anderen Sonnensystemen nach erdähnlichen Planeten sucht, muss sich fragen: Gibt es ein Magnetfeld? Gibt es Schutz vor dem Sternenwind? Denn wo dieser Prozess unbeobachtet bleibt, könnten auch dort Atmosphären verschwinden – lange bevor Teleskope etwas entdecken können.