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Seit Teleskope einen näheren Blick auf den Mars ermöglichten, hat der erdähnliche Planet die Fantasien und Sehnsüchte – manchmal auch die Ängste – der Menschen in besonderem Mass beflügelt. Mit der Entwicklung der Raumfahrt ist der Rote Planet tatsächlich in Reichweite gerückt. Schon Wernher von Braun plante bemannte Raumflüge zum Mars. Heute sind es Visionäre wie Elon Musk, die von einer Besiedlung des Mars träumen.
Der nach dem römischen Kriegsgott benannte Mars ist der äusserste der vier inneren Gesteinsplaneten, deren Bahnen innerhalb des Asteroidengürtels verlaufen. Von allen Planeten ist er der zweitkleinste; nur der Merkur ist noch kleiner. Dennoch ist die Schwerkraft auf dem Mars geringfügig niedriger als auf dem Merkur, denn der Mars weist mit 3,9 g/cm³ (Erde: 5,5 g/cm3) die niedrigste Dichte aller Gesteinsplaneten auf.
Der Rote Planet – die Bezeichnung verdankt er seiner Färbung durch Eisenoxid-Staub auf seiner Oberfläche und in der Atmosphäre – ist bedeutend kleiner als die Erde. Das zeigt ein direkter Vergleich: Sein Durchmesser ist mit knapp 6800 km nur rund halb so gross, sein Volumen beträgt gut ein Siebtel und die Masse etwas mehr als ein Zehntel. Dafür hat der Mars gleich zwei Monde, Deimos und Phobos, die allerdings klein sind.
Der Mars ist etwa anderthalbmal so weit von der Sonne entfernt wie die Erde (1,52 AE). Für eine Umrundung der Sonne benötigt er 687 Tage, ein Marstag ist dagegen nur wenig länger als ein Erdentag. Auch die Achsenneigung (25,2°) ist ähnlich – der Mars kennt daher wie die Erde ausgeprägte Jahreszeiten.
Die Atmosphäre unseres Nachbarplaneten ist ausgesprochen dünn. Ihr Druck beträgt im Mittel nur rund sieben Millibar, das ist weniger als ein Prozent des irdischen Luftdrucks auf Meereshöhe. Die Lufthülle besteht zu 95,3 Prozent aus CO, der Rest ist vornehmlich Stickstoff und Argon. Sauerstoff ist nur in Spuren vorhanden.
Der Mars sieht aus wie ein trockener Wüstenplanet, doch vor Milliarden Jahren dürfte er wasserreich gewesen sein. Heute gibt es an der Oberfläche praktisch nur gefrorenes Wasser. In tieferen Schichten vermutet man jedoch grosse Mengen Wasser. Im Gegensatz zur Erde hat der Mars kein Magnetfeld mehr.
Der Mars bewegt sich wie die Erde auf einer elliptischen Umlaufbahn um die Sonne. Etwa alle zwei Jahre – wenn der Mars in Opposition steht – sind sich die beiden Planeten besonders nahe. Der Abstand zwischen ihnen schwankt zwischen 56 und 401 Millionen km. Dies bedeutet aber nicht, dass ein Flug zum Mars genau dann starten muss, wenn der Planet der Erde am nächsten ist.
Ein Raumschiff oder eine unbemannte Raumsonde kann nämlich nicht auf einer geraden Linie zum Mars fliegen, wie man vielleicht denken könnte. Raumfahrzeuge beschreiben, ähnlich wie die Planeten selber, elliptische Bahnen um die Sonne. Sie beschleunigen nur dann, wenn sie starten und das Schwerefeld der Erde verlassen müssen – und allenfalls, wenn sie beim Ziel abbremsen. Ihre elliptische Bahn wird mit Vorteil so gewählt, dass sie die Bahn des Zielplaneten berührt.
Die in Hinsicht auf den Energieverbrauch günstigste Bahn hat bereits 1925 der deutsche Ingenieur Walter Hohmann berechnet: den sogenannten Hohmann-Transfer, der die Eigenbewegungen der beiden Planeten optimal nutzt. Es handelt sich um eine Übergangsbahn, die jeweils tangential am Startorbit beginnt und am Zielorbit endet.
Der Start erfolgt, wenn der Mars in einem Winkel von 44 Grad vor der Erde steht. Dies ist alle 26 Monate der Fall; es gibt dann jeweils ein Zeitfenster von vier bis sechs Wochen für den Start. Die Bahn des Raumfahrzeugs beschreibt dann eine halbe Ellipse und erreicht den Mars-Orbit dann, wenn der Planet auf der gegenüberliegenden Seite der Sonne steht (in Bezug auf die Erdposition beim Start). Diese Konstellation ist eine Konjunktion.
Die Flugdauer hängt von verschiedenen Faktoren ab, darunter die Anfangsgeschwindigkeit des Raumfahrzeugs und der Energieverbrauch. Sie schwankt zwischen sechs und zehn Monaten. Der Marslander InSight war beispielsweise knapp sieben Monate unterwegs, während der 2007 gestartete Polarlander Phoenix beinahe zehn Monate benötigte.
Wenn eine Raumsonde wie gerade eben InSight auf einem Millionen von Kilometern entfernten Himmelskörper landet, ist das eine technische Meisterleistung – nur schon deswegen, weil bei solchen Distanzen die Kommunikation zwischen Kontrollzentrum und Raumfahrzeug zeitlich verzögert erfolgt. Die Radiowellen bewegen sich zwar mit Lichtgeschwindigkeit –doch beim Landemanöver von InSight war der Mars gut acht Lichtminuten von der Erde entfernt. Dies bedeutet, dass jedes Signal gut acht Minuten unterwegs war, bis es beim Empfänger ankam.
Zudem wird das Signal mit der Entfernung, die es überbrücken muss, schwächer – auch das Fernlicht eines Autos streut mit zunehmender Distanz. Die Empfangsantennen auf der Erde müssen daher sehr empfindlich und exakt auf den Sender ausgerichtet sein. Die Raumsonden verfügen überdies nur über begrenzte Energieressourcen, ihre Sendeleistung ist deshalb begrenzt. Und sie senden mit Radiowellen, die eine niedrige Frequenz haben – was wiederum die Menge an übermittelten Daten einschränkt.
Die Datenübermittlung zwischen einem auf dem Mars gelandeten Raumfahrzeug und der Erde kann direkt oder mittels einer Art Relaisstation im Mars-Orbit erfolgen. Der Marsrover Curiosity verfügt beispielsweise über eine schwenkbare sogenannte Hochgewinnantenne, die Direct-to-Earth-Kommunikation ermöglicht. Der Löwenanteil an der Datenübertragung erfolgt jedoch über den Mars Reconnaissance Orbiter (MRO), der auch bei der Landung von InSight beteiligt war. Wenn der Orbiter jedoch hinter dem Mars-Horizont verschwindet, ist keine Datenübertragung vom Rover möglich.
Der Mars ist zwar der erdähnlichste Planet im Sonnensystem und weist einige Gemeinsamkeiten mit unserem Heimatplaneten auf. So gibt es eine Atmosphäre und Wasser. Und auch die Schwerkraft dürfte mit 38% der irdischen ganz angenehm sein.
Leider gibt es auch einige gewichtige Nachteile. So hat der Mars den grössten Teil seiner Atmosphäre und seines flüssigen Wassers schon längst verloren. Die Atmosphäre ist so dünn, dass Menschen nicht ohne Druckanzug überleben können. Auch der geringfügige Sauerstoffanteil an der Gashülle ist nicht lebensfreundlich.
Dazu kommt das Problem des fehlenden globalen Magnetfelds. Es ist nur ein Hundertstel so stark wie das irdische – dies bedeutet, dass die kosmische Strahlung nahezu ungehindert auf die Oberfläche des Planeten prasselt. Dies – im Verein mit der fehlenden Ozonschicht – erschwert die Bedingungen für Lebewesen enorm.
Da der Mars weiter von der Sonne entfernt ist, kommt dort weniger Sonnenenergie an. Es ist daher sehr kühl – im Schnitt beträgt die Oberflächentemperatur frostige –50 °C. In Polnähe liegt die Durchschnittstemperatur sogar bei –140 °C und in der Nähe des Äquators immer noch bei –23 °C. Über diese unwirtliche Eiswüste toben obendrein gewaltige Sandstürme.
All diese Faktoren würden menschliche Kolonisten in beengte Druckbehälter zwingen, die mit Klimaanlagen CO2 in Sauerstoff umwandeln müssten. Daran könnte auf die Schnelle auch das sogenannte Terraforming – so es denn überhaupt machbar wäre – nichts ändern. Pläne, auf dem Mars mit Hilfe von gewaltigen, FCKW-Gase ausstossenden Fabriken einen sich selbst verstärkenden Treibhauseffekt in Gang zu setzen, könnten nur schon an der Menge des vorhandenen CO2 scheitern.
Falls es dennoch klappen würde, könnten die Kolonisten ihre Druckanzüge frühestens nach 500 oder 1000 Jahren an den Haken hängen – erst dann wäre die Atmosphäre dicht genug. Atemgeräte wären allerdings noch während über 100'000 Jahren notwendig. Die oberen Schichten der künstlich angereicherten Atmosphäre würden zudem ständig vom Sonnenwind ins Weltall befördert.
Alles in allem sind die Hindernisse für menschliches Leben auf dem Mars beträchtlich, besonders wenn es dauerhaft sein soll.