Geologische und mineralogische Belege deuten darauf hin, dass der Mars vor etwa vier Milliarden Jahren warm und feucht genug war, um reichlich flüssiges Wasser an seiner Oberfläche zu beherbergen – von Flüssen und Seen bis hin zu einem riesigen Nordmeer. Dieser Zeitraum umfasst zwei geologische Zeitalter: das Noachium (vor 4,1 bis 3,7 Milliarden Jahren) und das Hesperium (vor 3,7 bis etwa 3 Milliarden Jahren). Das Noachium ist durch wärmere Bedingungen gekennzeichnet, doch in seinen letzten Phasen begann der Mars abzukühlen, da er seine Atmosphäre allmählich an den Weltraum verlor.
Vor 3,6 Milliarden Jahren hätte es auf dem Mars eigentlich zu kalt für flüssiges Wasser sein müssen, doch irgendetwas sorgte dafür, dass Flüsse flossen. Trotzdem gibt es noch heute Spuren von Flussbetten und Meeren aus der späten Noachischen und Hesperischen Periode. Planetenforscher rätseln seit Langem, wie es zu dieser Zeit auf dem Mars noch Wasser geben konnte. Eine Theorie besagt, dass der Rote Planet eine unerklärliche Phase globaler Erwärmung erlebte. Ein Forscher hat nun möglicherweise herausgefunden, wie Flüsse und Meere auf dem Mars selbst dann noch existieren konnten, nachdem sich der Planet abzukühlen und seine Atmosphäre dünner wurde – dank des Wasser- und Kohlendioxidkreislaufs.
Der Forscher Peter Buehler vom Planetary Science Institute in Arizona hat dieses Problem möglicherweise nun gelöst, dank seiner Modellierung der Rolle von Kohlendioxideis, das sich auf der südlichen Polkappe ablagert. Buehlers Studie wurde am 1. November 2024 im Journal of Geophysical Research: Planets veröffentlicht.
„Das Modell beschreibt die Entstehung der wichtigsten Landschaftsmerkmale des Mars – wie des größten Sees, der größten Täler und des größten Eskersystems – auf konsistente Weise“, sagte Bühler. „Und es basiert ausschließlich auf dem Prozess, den wir heute beobachten, nämlich dem Abbau von Kohlendioxid in der Atmosphäre.“
Eine Viking-1-Aufnahme vom südlichen Rand der Argyre Planitia zeigt Berge, die ein riesiges Einschlagbecken umgeben, das einst mit Wasser gefüllt war. NASA
Esker sind lange, felsige Rücken, die von fließendem Wasser hinterlassen wurden, und ihr Vorkommen in der Nähe des Südpols des Mars ist ein wichtiger Hinweis darauf, wie sich die Ereignisse auf dem Roten Planeten zugetragen haben.
Buehler modelliert den Kohlendioxidkreislauf auf dem Mars. Während des Marswinters lagert sich eine Schicht aus Kohlendioxideis auf den aus Wassereis bestehenden Polkappen ab. Während diese Schicht an der Nordpolkappe dünn ist, ist sie an der Südpolkappe deutlich dicker: Die permanente Kohlendioxideisschicht erreicht dort eine Dicke von 8 Metern und ist im Winter sogar noch dicker. Dieses zusätzliche Kohlendioxid ist normalerweise im Marsboden gebunden, kann aber im Marssommer in die Atmosphäre sublimieren und zum Winterpol transportiert werden.
Bühler wollte die Auswirkungen dieses Prozesses vor 3,6 Milliarden Jahren, im frühen Hesperiden, bestimmen. Damals war die Marsatmosphäre, obwohl sie nach der Abschwächung des Magnetfelds, das zuvor den Sonnenwind abgeschwächt hatte, bereits ins Weltall entwich, noch deutlich dichter als heute. Er entdeckte, dass sich jeden Winter eine 650 Meter dicke Schicht aus Kohlendioxideis auf der südlichen Polkappe des Mars ablagerte.
Kohlendioxid erfüllte zwei Funktionen. Erstens wirkte es als Isolator und verhinderte, dass am Südpol Wärme aus dem Erdinneren entwich. Zweitens erhöhte es Gewicht und Druck der Eiskappe. Diese kombinierten Effekte führten zu einem Anstieg von Temperatur und Druck an der Basis der Kappe, wodurch das Eis dort schmolz und ein Wasserreservoir bildete. Über viele Winter hinweg froren schließlich Wassereis und Kohlendioxideis auf der Eiskappe fest, während sich darunter so viel flüssiges Wasser ansammelte, dass es an den Rändern der Kappe austrat.
Neuen Modellrechnungen zufolge lässt kalte Luft flüssiges Wasser gefrieren und Permafrost entstehen. Doch das ist noch nicht alles. Unter dem Eis bildet sich weiterhin flüssiges Wasser, das sich seinen Weg nach draußen sucht.
„Wasser kann nur durch die Grenze zwischen dem Eispanzer und dem darunter liegenden Gestein entweichen“, sagte Buehler. „Deshalb fließen Flüsse auf der Erde unter Gletschern hervor, anstatt einfach im Boden zu versickern.“
Die Flüsse froren zwar noch zu, sobald sie die Oberfläche erreichten, doch die Wassermenge war so groß, dass das Eis weiter schmolz und eine mehrere Dutzend Meter dicke Eisdecke über den Flüssen bildete. Die Flüsse selbst waren nur etwa einen Meter tief, aber sie waren lang und erstreckten sich über Tausende von Kilometern vom Südpol.
Peter Buehler/PSI
Hier kommen die Esker ins Spiel. Sie sind die Überreste langer subglazialer Flüsse, von denen viele radial von der Südpolarregion ausgehen.
Auch heute noch sind die Überreste von vier großen Flussläufen sichtbar, die in die Argyre Planitia mündeten, ein riesiges Einschlagbecken von 1.700 Kilometern Breite und 5,2 Kilometern Tiefe. Über Millionen von Jahren füllten subglaziale Flüsse die Argyre Planitia mit Wasser und formten so einen Ozean von der Größe des Mittelmeers. Während dieser ganzen Zeit stieg das Schmelzwasser stetig an und überflutete die Argyre Planitia periodisch, wodurch die nördlichen Ebenen des Mars unter Wasser gerieten.
„Dies ist das erste Modell, das genügend Wasser produziert, um den Argyre-Stausee zu füllen“, sagte Buehler. „Es ist außerdem wahrscheinlich, dass das Schmelzwasser, nachdem es flussabwärts geflossen war, wieder in die Atmosphäre sublimierte, bevor es zur südlichen Polkappe zurückkehrte. Dadurch wurde ein hydrologischer Kreislauf zwischen Pol und Äquator aufrechterhalten, der möglicherweise eine bedeutende Rolle bei dem rätselhaften späten Anstieg der hydrologischen Aktivität auf dem Mars gespielt hat.“
Schließlich wurde es auf dem Mars selbst für diesen Schmelzprozess zu kalt. Jüngste Behauptungen deuten auf die Existenz eines unterirdischen Sees unter der südlichen Polkappe des Mars hin, doch diese Idee wird stark bezweifelt.
Das Schöne an Bühlers Modell ist, dass es keine unerklärte Erwärmung benötigt, um das beobachtete Wasser zu erklären – es ist buchstäblich derselbe Kohlendioxidkreislauf, den wir heute auf dem Mars beobachten. Leider hat sich der Mars so stark abgekühlt und Kohlendioxid ist so knapp geworden, dass die Zeiten von weit verbreitetem flüssigem Wasser auf dem Roten Planeten längst vorbei sind.
Im Jahr 2024 erfasste die Raumsonde Mars Express der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) eine beeindruckende Vielfalt an Landformen, die im südlichen Polargebiet des Mars unter dem dicken Winterfrost zum Vorschein kamen, als der Frühling nahte. Einige dieser Strukturen erschienen im Vergleich zum umgebenden Eis auffallend dunkel, was ihnen den Beinamen „geheimnisvolles Terrain“ einbrachte.
Die saisonalen Polkappen des Mars bestehen hauptsächlich aus Kohlendioxideis, vermischt mit Wassereis. Im Frühling sublimiert das Eis teilweise (geht vom festen in den gasförmigen Zustand über) und setzt dabei große Mengen Gas in die dünne Marsatmosphäre frei. Im Herbst kondensiert der Dampf wieder, und die Polkappen wachsen. Gegen Ende des Winters können sie den 55. Breitengrad erreichen – was in etwa der südlichen Grenze Schottlands und Dänemarks auf der Nordhalbkugel entspricht, so die ESA-Pressestelle.
Dieser Wechsel von Gefrier- und Auftauphasen erzeugt eine Vielzahl interessanter Oberflächenstrukturen, von denen viele auf diesen Bildern der Region Austral Scopuli nahe dem Südpol des Mars zu sehen sind. Die Aufnahmen wurden am 2. April 2024, während des Frühlings auf der Südhalbkugel, von der hochauflösenden Stereokamera (HRSC) an Bord von Mars Express gemacht.
Die linke Seite des Hauptbildes wird von einer dicken Schicht freiliegender, geschichteter Sedimente dominiert, die durch das Gefrieren von Eisschichten mit unterschiedlichen Staubanteilen entstanden sind. Die rechte Seite des Hauptbildes zeigt die glatte Oberfläche dieser polaren Schichtsedimente.
Ein dunkles Gebilde dominiert das Zentrum der Szene. Anfangs als „rätselhaftes Merkmal“ bezeichnet, war unklar, warum diese neu entstehenden Strukturen so viel dunkler waren als der Rest der Eiskappe. Forscher haben nun ein besseres Verständnis der Prozesse, die in dieser dynamischen Region ablaufen.
Periglaziale Landformen in der Perspektive. ESA
Beim Vergrößern des dunklen Bereichs im Hauptbild wird deutlich, dass die Oberfläche mit einem Muster aus Polygonen unterschiedlicher Größe bedeckt ist. Jedes Polygon ist von Vertiefungen oder Graten begrenzt, und in den Vertiefungen sammelt sich mitunter heller Frost.
Für eine detailliertere Untersuchung des polygonalen Reliefs können wir hochauflösende Bilder des Trace Gas Orbiter der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) heranziehen. Obwohl das hier (oben) gezeigte Beispiel aus einer anderen Region der südlichen Breiten des Mars stammt, veranschaulicht es eindrucksvoll das Vorhandensein von Resteis an den Rändern der Polygone innerhalb und um den Einschlagkrater an einem kalten Frühlingsmorgen.
Auf der Erde ist dieses Muster ein häufiges periglaziales Phänomen in arktischen und antarktischen Regionen und deutet typischerweise auf das Vorhandensein von Wassereis im Boden hin. Der Begriff „periglazial“ bezeichnet Regionen und Prozesse, in denen kalte Klimazonen die Entstehung von Landformen und Landschaften begünstigen. Die Polygone entstehen durch Zyklen des Gefrierens und Auftauens von unterirdischem Eis über Jahre oder sogar Jahrhunderte. Die Untersuchung ähnlicher Muster auf dem Mars könnte Forschern helfen, die Klimageschichte des Planeten zu entschlüsseln.
Das Bild zeigt vielerorts helle und dunkle, fächerförmige Ablagerungen. Ihre Dicke variiert von einigen zehn bis zu mehreren hundert Metern, und sie sind entlang der vorherrschenden Winde ausgerichtet.
Wenn im Frühjahr Sonnenlicht durch eine lichtdurchlässige Kohlendioxidschicht dringt, erwärmt es die darunterliegende Oberfläche. Das Eis am Boden der Schicht beginnt zu sublimieren und bildet Gasblasen. Der Druck steigt, und die obere Eisschicht bricht plötzlich auf. Gasstrahlen brechen durch die Oberfläche und reißen dunklen Staub aus tieferen Schichten mit sich. Der Staub sinkt zurück auf die Oberfläche und bildet ein Muster, das von der vorherrschenden Windrichtung bestimmt wird.
Dieser Prozess ähnelt demjenigen, der die „spinnenartigen“ Strukturen erzeugt, die auf einem anderen von Mars Express veröffentlichten Bild zu sehen sind.
Periglaziale Landformen in der Perspektive. ESA
Nachdem sich das dunkle Material auf der Oberfläche des Eises abgesetzt hat, beginnt eine zweite Phase der Wechselwirkung zwischen dem Eis und einer neuen Staubschicht.
Das dunkle Material absorbiert mehr Sonnenlicht als das hellere, stärker reflektierende Eis. Dadurch erwärmt es das Eis, auf das es fällt, und die dunklen Partikel sinken allmählich ab. Gleichzeitig beschleunigt dies die Sublimation und erzeugt ein Loch. Unterhalb des Lochs kommt entweder frisches Eis zum Vorschein, oder neuer Frost kondensiert an den herabsinkenden dunklen Partikeln. So bildet sich anstelle des ursprünglich dunklen Kegels ein heller Fächer.
Dieser Prozess ist nur im Frühjahr zu beobachten. Nachdem die saisonale, durchscheinende Eisschicht vollständig sublimiert ist, sind die Schwemmfächer von der darunterliegenden Oberfläche nicht mehr zu unterscheiden.
Die Langlebigkeit von Missionen wie Mars Express, die im Jahr 2003 in die Umlaufbahn um den Roten Planeten eintrat, ermöglicht es, jahreszeitliche Veränderungen über viele Jahre hinweg zu beobachten und einst rätselhafte Merkmale besser zu verstehen.
Neben der Erforschung der Eiskappen des Planeten hat die HRSC das gesamte Spektrum der geologischen Merkmale des Mars enthüllt: von windgeformten Graten und Tälern über Karstsenken an den Flanken kolossaler Vulkane, Einschlagkrater, tektonische Verwerfungen und Flussläufe bis hin zu alten Lavaseen. Mithilfe von acht Instrumenten kartiert Mars Express außerdem die Mineralien des Planeten, untersucht die Zusammensetzung und Zirkulation seiner Atmosphäre, erforscht den Bereich unter seiner Kruste und untersucht die Marsumgebung. Im Laufe ihrer Mission hat sich die HRSC als außerordentlich produktiv erwiesen und ein weitaus vollständigeres und genaueres Bild unseres planetaren Nachbarn geliefert als je zuvor. Die Mars Express High-Resolution Stereo Camera (HRSC) wurde vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) entwickelt und wird von diesem betrieben.
Im Jahr 2026 wurde entdeckt, dass das Wassereis am Nordpol des Mars nicht so staubig ist wie bisher angenommen. Diese Erkenntnis könnte unser Verständnis des vergangenen und gegenwärtigen Klimas des Roten Planeten verändern. Dies wiederum könnte unser Wissen darüber erweitern, ob der Mars in der Vergangenheit bewohnbar war.
Wenn Staub im Eis vorhanden ist, wirkt er als Isolator, absorbiert Sonnenlicht und führt so je nach Atmosphärendruck zum Schmelzen oder Sublimieren des Eises. Frühere Schätzungen gingen davon aus, dass das Wassereis in der Nordpolkappe des Mars und den angrenzenden Polarregionen bis zu 25 Massenprozent Staub enthält.
„Wir wissen, dass es um den Nordpol des Mars Wassereis gibt, aber es herrscht Uneinigkeit darüber, wie staubig dieses Eis ist“, sagte Aditya Khuller von der University of Washington. „Wenn es staubig ist, wird das Eis dunkler sein. Genau wie sich ein dunkles T-Shirt in der Sonne wärmer anfühlt, erwärmt sich staubiges Eis auf dem Mars und verdunstet schneller.“
Eine neue Analyse von Khuller und der Doktorandin Pari Mohan, die eine alternative Methode anwandte, ergab jedoch, dass das Eis nur 3 Masseprozent Staub enthält. Das bedeutet, dass das Eis nicht nur weniger Sonnenlicht absorbiert und somit weniger Eis in die Marsatmosphäre verdunstet, sondern auch mehr Sonnenlicht ins Weltall zurückreflektiert, da es sauberer und dadurch heller ist. Die Ergebnisse von Khuller und Mohan wurden am 8. September 2026 in der Fachzeitschrift npj Space Exploration veröffentlicht.
Diese Aufnahmen des Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) der NASA zeigen die Ausbreitung eines heftigen Staubsturms auf dem Mars Mitte 2018. Rover auf der Oberfläche sind durch Symbole gekennzeichnet. NASA/JPL-Caltech/MSSS
Das Reflexionsvermögen eines Planeten wird als Albedo bezeichnet. Je mehr Sonnenlicht reflektiert wird, desto weniger davon bleibt erhalten, um den Mars zu erwärmen, der jede Wärme benötigt, die er bekommen kann, da er sich am äußeren Rand der habitablen Zone des Sonnensystems befindet.
Diese neue Schlussfolgerung beruht auf Khullers Erkenntnis, dass die bisher von Planetenforschern verwendete Methode zur Bestimmung der Eigenschaften von Wassereis auf dem Mars nicht optimal war. Diese Methode basierte auf den Eigenschaften des Mondregoliths, doch als Khuller sie auf Eis auf der Erde anwandte, stellte er ungenaue Ergebnisse fest. Wenn sie schon die Eigenschaften von irdischem Eis nur unzureichend beschreibt, ist sie dann überhaupt geeignet, die Eigenschaften von Mars-Eis zu bestimmen?
Khuller und Mohan griffen daher auf eine bewährte Methode zurück, die von Steve Warren, einem emeritierten Professor der University of Washington, entwickelt worden war.
„Seine Methoden werden seit Jahrzehnten erfolgreich zur Untersuchung von Schnee und Eis auf der Erde eingesetzt“, sagte Khuller. „Deshalb dachte ich, es wäre interessant, diese bewährten, auf der Erde basierenden Methoden auf den Mars anzuwenden.“
Khuller und Mohan führten Berechnungen durch und kamen zu dem Schluss, dass das Eis am Nordpol des Mars nicht so staubig ist, wie frühere Modelle vorhergesagt hatten. Beide Pole des Mars besitzen Eiskappen, die im Winter mit einem aus Kohlendioxideis bestehenden Frost bedeckt sind.
Am Südpol ist diese Schicht mehrere Meter dick, am Nordpol hingegen nur etwa einen Meter. Im Sommer sublimiert dieses Kohlendioxideis in die Luft, und am Nordpol geschieht dies aufgrund der relativ dünnen Kohlendioxidschicht schneller. Dadurch wird die darunter liegende, stabilere Eiskappe freigelegt.
Dies wird als Nordpolare Restkappe bezeichnet und liegt auf zahlreichen kilometerdicken Eisschichten, von denen einige staubiger sind als andere. Diese Schichten werden zusammenfassend als Nordpolare Schichtablagerungen bezeichnet. Die Restkappe ist schlichtweg die jüngste aktive Schicht dessen, was Khuller als „Eiscreme-Sandwich“ bezeichnet.
Eine Aufnahme des Mars-Nordpols und seines Wassereises, das weniger staubig erscheint als bisher angenommen. ESA/DLR/FU Berlin; NASA MGS MOLA Wissenschaftsteam
Die verschiedenen Eisschichten dieses „Sandwiches“ enthalten unterschiedliche Mengen an Staub, wobei verschmutztere Schichten zwischen saubereren liegen. Je nachdem, welche Schicht damals der Luft ausgesetzt war, hätte dies unterschiedliche Auswirkungen auf das Marsklima gehabt. Die heutige Restschicht scheint staubarm zu sein und trägt so zur kalten Marsumgebung bei. Diese Unterschiede könnten sich jedoch aufgrund des Auftretens und Verschwindens von Kohlendioxid-Reif sogar jährlich bemerkbar machen.
Satelliten wie Europas Mars Express und die NASA-Sonden Mars Reconnaissance Orbiter und Mars Odyssey haben die Marsoberfläche, einschließlich der Polkappen, abgebildet und kartiert. Diese Beobachtungen haben jahreszeitliche Veränderungen in der Helligkeit der Eiskappen aufgezeigt, die durch die Ansammlung und anschließende Sublimation von Kohlendioxideis entstehen.
„Durch die Untersuchung der Helligkeitsveränderungen im Laufe der Zeit stellten wir fest, dass sich im Winter Frost bildet, der staubiger ist“, sagte Khuller. „Im Sommer auf dem Mars verschwindet er und gibt saubereres, älteres Eis frei.“
Möglicherweise besteht auch ein Zusammenhang mit potenziell bewohnbaren Umgebungen auf dem Mars. In der Vergangenheit, als die staubigeren Schichten der Polkappe freilagen, absorbierten sie genügend Sonnenlicht, um die darunterliegende Eisschicht zu schmelzen. Dadurch wären Ansammlungen von flüssigem Wasser entstanden, reich an Nährstoffen aus dem Staub.
Auf der Erde wimmelt es in flachen Pfützen aus staubigem Schmelzwasser typischerweise von Mikroben, die in einen Ruhezustand verfallen, wenn das Wasser im Winter wieder gefriert, und dann wieder aktiv werden, wenn das Eis im Sommer schmilzt.
Die Eiskappen des Mars könnten somit einen idealen Lebensraum für mikrobielles Leben bieten, doch bisher haben wir auf dem Roten Planeten noch kein Leben entdeckt.
„Es ist interessant, dass sowohl Mars als auch Erde ähnliche Schichten aus Wassereis und Staub aufweisen“, sagte Khuller. „Warum gibt es Leben auf dem einen Planeten und nicht auf dem anderen?“
Eine Studie aus dem Jahr 2026 legt nahe, dass die Suche nach nutzbarem Wasser auf dem Mars bald ein unerwartetes Hilfsmittel erfordern könnte: mit Radar ausgestattete Drohnen, die knapp über der Oberfläche fliegen, um auf eine Weise in den Untergrund zu blicken, wie es Orbiter nicht können.
Forscher der Universität von Arizona haben gezeigt, dass mit Drohnen betriebenes Bodenradar vergrabene Gletscher auf der Erde mit bemerkenswerter Genauigkeit kartieren kann. Dies liefert ein Modell dafür, wie ähnliche Methoden auf dem Mars eingesetzt werden könnten. Laut der Universität konzentrierte sich die Arbeit auf Gletscher in Alaska und Wyoming, die den auf dem Roten Planeten vorkommenden, mit Schutt bedeckten Eisablagerungen sehr ähnlich sind. Die Forschungsergebnisse wurden am 24. März 2026 im „Journal of Geophysical Research: Planets“ veröffentlicht.
Dieses Stereobild, aufgenommen von der HiRISE-Kamera an Bord des Mars Reconnaissance Orbiter der NASA, zeigt die Entstehung einer viskosen Strömung in der Region Deuteronilus Mensae, die vermutlich große Mengen Eis enthält. HiRISE/CTX
„Um entscheiden zu können, wo wir auf dem Mars bohren sollen, müssen wir wissen, ob das gesuchte Eis weniger als einen Meter oder zehn Meter dick ist“, erklärte Roberto Aguilar, Hauptautor der Studie und Doktorand am Lunar and Planetary Research Laboratory der Universität von Arizona, in einer Stellungnahme. „Genau diese Art von Informationen könnte ein drohnenbasiertes System liefern.“
Seit Jahrzehnten nutzen Marsmissionen orbitale Radarinstrumente wie SHARAD (Shallow Aperture Radar Augmentation) an Bord des Mars Reconnaissance Orbiter der NASA, um unterirdisches Eis aufzuspüren. Diese Systeme bestätigten das Vorhandensein riesiger Wassereisvorkommen unter Gesteins- und Staubschichten, insbesondere in mittleren Breiten. Orbiter können zwar große Eisvorkommen erfassen, haben aber Schwierigkeiten, feinere Details nahe der Oberfläche zu bestimmen, darunter die genaue Eistiefe und die Dicke der darüber liegenden Ablagerungen, erklärte Aguilar in einer Stellungnahme.
Diese Einschränkung ist von entscheidender Bedeutung. Für zukünftige Missionen könnte die Kenntnis darüber, ob das Eis unter einem Meter losem Geröll oder unter Dutzenden Metern verhärtetem Material begraben ist, darüber entscheiden, ob es überhaupt zugänglich sein wird.
Eine mit Bodenradar ausgestattete Forschungsdrohne startet zu einem Erkundungsflug über dem Galena Creek Rock Glacier in Wyoming. Michael Daniel
Die Studie zeigt, dass drohnengestütztes Radar diese Lücke schließen kann. Die Forscher kartierten im Tiefflug über Gletschern in Alaska und Wyoming die Eisdicke, entdeckten nur wenige Meter dicke Schuttschichten und legten innere Strukturen im Eis frei. Die Ergebnisse wurden durch Feldmessungen bei Ausgrabungen und Bohrungen sowie durch Modellierungen bestätigt, die belegten, dass die Radarsignale aus dem Bereich unterhalb des Schutts stammten.
Auf dem Mars könnten ähnliche Systeme vergrabenes Eis erforschen und die darüber liegenden Trümmer kartieren, wodurch Details sichtbar würden, die für Orbiter unsichtbar bleiben. Anstatt blindlings zu bohren, könnten Missionsplaner gezielt Orte ansteuern, an denen das Eis der Oberfläche am nächsten ist, und so ein genaueres Verständnis seiner Tiefe und Verteilung gewinnen.
„Wir wussten bereits, wie Bodenradar funktioniert, aber dies war das erste Mal, dass wir es auf Drohnen montiert und seine praktischen Anwendungen getestet haben“, sagte Aguilar in einer Erklärung. „Wir haben beispielsweise die optimale Flughöhe und -geschwindigkeit der Drohne ermittelt, die Bedeutung des Fluges in Richtung der Gletscherbewegung und wie das Radar korrekt ausgerichtet werden muss, um Eis zu erfassen.“
Anstatt Orbiter oder Rover zu ersetzen, könnten Drohnen in einer mehrstufigen Erkundungsstrategie als Zwischenstationen dienen: Orbiter kartieren großflächige Gebiete, Drohnen verfeinern diese hochauflösenden Karten, und Bodenmissionen führen Bohrungen und Analysen durch. Dieser Ansatz könnte Risiken reduzieren und die Effizienz steigern, indem Missionen auf die vielversprechendsten Gebiete konzentriert werden.
Vor blauem Himmel startet eine mit Bodenradar ausgestattete Drohne vom Galena Creek Rock Glacier in Wyoming. Foto: Jack W. Holt
Die Auswirkungen reichen weit über logistische Fragen hinaus. Wassereis auf dem Mars ist sowohl ein wissenschaftliches Archiv vergangener Klimabedingungen als auch eine potenzielle Ressource für zukünftige Astronauten, die Trinkwasser, Sauerstoffproduktion und Landwirtschaft ermöglicht. Die Wahl geeigneter Standorte könnte zudem die Chancen erhöhen, Spuren vergangenen Lebens zu entdecken.
Die Idee basiert auf dem Ingenuity-Hubschrauberprojekt der NASA, das den kontrollierten Flug in der dünnen Atmosphäre des Mars demonstrierte und den Weg für fortschrittlichere fliegende wissenschaftliche Forschungsplattformen ebnete.
„Wir schließen die Lücke zwischen den heutigen Beobachtungen aus dem Orbit und der ferneren Zukunft, wenn Astronauten auf dem Mars landen und Beobachtungen von der Erde aus durchführen“, sagte Aguilar in einer Erklärung. „Dies gibt uns die Möglichkeit, Gletscher schon jetzt aus der Luft zu untersuchen.“
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Die Studie schlägt nicht vor, bestehende Missionsarchitekturen zu ersetzen, sondern sie durch Luftbildsysteme zu erweitern, um die Untersuchung präziser und flexibler zu gestalten. Indem sie Methoden aus der bodengestützten Gletscherforschung übernehmen, machen die Wissenschaftler die Erkennung von vergrabenem Eis zu einer deutlich praktischeren Methode für die zukünftige Marsforschung.
Doch die Gletscher des Mars werfen noch immer viele Fragen auf. So hat beispielsweise der Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) der NASA ein mysteriöses Objekt, das unter Tausenden Metern Eis am Südpol des Roten Planeten verborgen liegt, erneut untersucht und neue Fragen aufgeworfen. In einer aktuellen Studie kamen Wissenschaftler anhand von Daten, die mit innovativer Radartechnologie gewonnen wurden, zu dem Schluss, dass es sich bei dem Gebiet auf dem Mars, das vermutlich ein unterirdischer See war, höchstwahrscheinlich um eine Schicht aus Gestein und Staub handelt.
Die Entdeckung eines vermuteten Sees im Jahr 2018 löste eine Welle wissenschaftlicher Aktivitäten aus, da Wasser eng mit Leben im Sonnensystem verbunden ist. Obwohl aktuelle Daten darauf hindeuten, dass es sich nicht um einen See unter der Marsoberfläche handelt, legen sie nahe, dass dieselbe Radarmethode zur Suche nach unterirdischen Ressourcen an anderen Stellen des Mars eingesetzt werden könnte und somit zukünftige Erkundungen unterstützt. Ergebnisse der Anwendung fortschrittlicher Radartechnologie durch die NASA im Jahr 2025 zeigten verbesserte Beobachtungen des Marsuntergrunds, wie der Pressedienst berichtet.
Die in den Geophysical Research Letters am 17. November 2025 veröffentlichte Arbeit wurde von zwei Wissenschaftlern verfasst, die am Shallow Radar (SHARAD)-Instrument des MRO arbeiten: Gareth Morgan und Tan Putzig, die am Planetary Science Institute in Tucson, Arizona, bzw. in Lakewood, Colorado, tätig sind.
Die Beobachtungen wurden vom MRO mithilfe eines speziellen Manövers durchgeführt, bei dem sich das Raumschiff um 120 Grad dreht. Dadurch wird die Leistung des SHARAD-Radars erhöht, sodass das Signal tiefer in den Untergrund eindringen und ein klareres Bild des Untergrunds liefern kann. Diese „sehr großen Rotationen“ haben sich als so effektiv erwiesen, dass Wissenschaftler sie nun auch in bereits untersuchten Gebieten einsetzen möchten, in denen möglicherweise vergrabenes Eis vorhanden ist.
In dieser Konzeptdarstellung des Mars Reconnaissance Orbiter der NASA, der seit 2006 den Roten Planeten umkreist, ragt eine Antenne wie ein Schnurrbart aus seiner Hülle heraus. Diese Antenne ist Teil von SHARAD, einem Radar zur Beobachtung der Marsoberfläche. NASA/JPL-Caltech
Morgan, Putzig und andere Mitglieder des SHARAD-Teams unternahmen mehrere erfolglose Versuche, das Gebiet zu erkunden, in dem der vergrabene See vermutet wurde. Anschließend arbeiteten die Wissenschaftler mit dem Raumfahrtbetriebsteam des Jet Propulsion Laboratory der NASA in Südkalifornien zusammen, das die Mission leitet, um die Möglichkeit einer sehr großen Rotation zu untersuchen.
Da sich die Radarantenne am Heck des MRO befindet, verdeckt der Orbiterkörper die Sicht und verringert die Empfindlichkeit des Instruments. Nach umfangreichen Entwicklungsarbeiten entwickelten Ingenieure des JPL und von Lockheed Martin Space in Littleton, Colorado, die das Raumfahrzeug gebaut haben und betreiben, Befehle für eine 120-Grad-Rollbewegung – ein Verfahren, das sorgfältige Planung erfordert, um die Sicherheit des Raumfahrzeugs zu gewährleisten –, um den Großteil des SHARAD-Signals auf die Oberfläche zu lenken.
Am 26. Mai 2025 führte SHARAD eine sehr große Rolle durch, um schließlich ein Signal im Zielgebiet aufzufangen, das sich über etwa 12,5 Meilen (20 Kilometer) erstreckt und unter einer fast 1 Meile (1.500 Meter) dicken Schicht aus Wassereis verborgen ist.
Wenn ein Radarsignal von unterirdischen Schichten reflektiert wird, hängt die Stärke der Reflexion von deren Zusammensetzung ab. Die meisten Materialien lassen das Signal durch oder absorbieren es, wodurch das reflektierte Signal schwach wird. Flüssiges Wasser ist insofern einzigartig, als es eine stark reflektierende Oberfläche bildet und dadurch ein sehr starkes Signal durchlässt (vergleichbar mit dem Leuchten einer Taschenlampe auf einen Spiegel).
Diese Karte zeigt das ungefähre Gebiet, in dem die ESA-Raumsonde Mars Express 2018 ein Signal empfing, das von den Wissenschaftlern als von einem unterirdischen See stammend interpretiert wurde. Die roten Linien markieren die Flugbahn des NASA-Mars-Reconnaissance-Orbiters, der sowohl direkt über das Zielgebiet als auch über die umliegende Region flog. (Planetary Science Institute)
Dieses Signal wurde 2018 in dieser Region von einem Forscherteam mithilfe des MARSIS-Instruments (Mars Advanced Radar for Subsurface and Ionospheric Sounding) an Bord des Mars Express-Orbiters der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) entdeckt. Um zu erklären, wie ein solches Gewässer unter dem Eis flüssig bleiben kann, vermuteten die Wissenschaftler, dass es sich um einen Salzsee handeln könnte, da ein hoher Salzgehalt den Gefrierpunkt von Wasser senken kann.
„Wir überwachen dieses Gebiet seit fast 20 Jahren mit SHARAD, aber in diesen Tiefen haben wir noch nie etwas gesehen“, sagte Putzig. Als der MRO jedoch eine sehr starke Neigung über dem Gebiet durchführte, konnte das Team deutlich tiefer blicken. Und anstelle des von MARSIS detektierten hellen Signals empfing SHARAD ein schwaches. Eine weitere Beobachtung mit einer sehr starken Neigung in einem nahegelegenen Gebiet ergab überhaupt kein Signal, was darauf hindeutet, dass etwas Einzigartiges das seltsame Radarsignal genau dort verursacht, wo MARSIS es detektiert hat.
„Die Seehypothese hat viele interessante Ideen hervorgebracht, was ja auch der Sinn spannender wissenschaftlicher Entdeckungen ist“, sagte Morgan. „Und obwohl diese neuen Daten die Debatte nicht beenden werden, machen sie es doch deutlich schwieriger, die Idee eines Sees aus flüssigem Wasser zu vertreten.“
Am Südpol des Mars bedeckt die Eiskappe eine stark verkraterte Landschaft, und die meisten Radarbilder der Region unter dem Eis zeigen zahlreiche Gipfel und Täler. Morgan und Putzig vermuteten, dass das helle Signal, das MARSIS dort aufzeichnete, lediglich eine seltene ebene Fläche sein könnte – möglicherweise ein alter Lavastrom.
Dieses Bild der südlichen Polkappe des Mars wurde am 25. Februar 2015 von der Mars-Express-Sonde der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) aufgenommen. Drei Jahre später empfing die Sonde ein Signal aus einer Region rechts der Polkappe, das Wissenschaftler als Signal eines unterirdischen Sees interpretierten. ESA/DLR/FU Berlin, CC BY-SA 3.0 IGO
Beide Wissenschaftler zeigten sich begeistert von der Möglichkeit, mithilfe der Very Large Orbit-Methode weitere wissenschaftlich interessante Regionen des Mars erneut zu untersuchen. Eine dieser Regionen ist die Fossa Medusa, eine riesige geologische Formation am Äquator des Mars, die Radarsignale kaum reflektiert. Während einige Wissenschaftler vermuten, dass sie aus Schichten vulkanischer Asche besteht, glauben andere, dass sich tief in diesen Schichten gewaltige Eisvorkommen verbergen könnten.
„Wenn es Eis ist, bedeutet das, dass es in der Nähe des Marsäquators reichlich Wasser gibt, was ein besserer Ort für die Besiedlung des Mars ist“, sagte Putzig. „Da der Äquator mehr Sonnenlicht abbekommt, ist es dort wärmer, was ihn ideal für Astronauten zum Leben und Arbeiten macht.“
Das Jet Propulsion Laboratory der NASA in Südkalifornien betreibt die Mars Maintenance and Repair Facility (MRO) im Auftrag des Science Mission Directorate der NASA in Washington, D.C., im Rahmen des Mars-Explorationsprogramms der NASA. Lockheed Martin Space in Denver baute die MRO und ist für deren Betrieb verantwortlich. Das SHARAD-System wurde der MRO-Mission von der italienischen Raumfahrtagentur ASI zur Verfügung gestellt.
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