Nach vielen Marsmissionen wissen wir mittlerweile: Einst floss Wasser über die Oberfläche des Roten Planeten. Davon zeugen Strukturen wie ausgetrocknete Flussbetten und Minerale, die nur in der Gegenwart von flüssigem Wasser entstehen. Voraussetzung dafür ist eine relativ warme, dichte Atmosphäre – von der heute nicht mehr viel übrig ist. Da stellt sich die Frage: Wie und wohin sind all die Gase verschwunden? Die Raumsonde MAVEN, die Mars Atmosphere and Volatile Evolution Mission der NASA, welche den Mars seit 2014 umrundet, könnte nun die lange gesuchte Antwort liefern. Nach ihren Ergebnissen zerstörten sowohl der Sonnenwind als auch die direkte Einstrahlung unseres Zentralgestirns einen Großteil der ehemals dichten Atmosphäre des Roten Planeten. Dieser Einfluss war wohl groß genug, um das Marsklima komplett zu verändern, so die beteiligten Wissenschaftler.

Für ihre Untersuchungen nutzten die Forscher um Bruce Jakosky von der University of Colorado in Boulder (USA) das Edelgas Argon. Dieses kommt in der Atmosphäre des Roten Planeten mit verschiedenen Isotopen vor, also Atomen desselben Elements, aber mit unterschiedlichen Massen. Prallen nun geladene Teilchen des Sonnenwinds auf Argonatome in der Marsatmosphäre, so stoßen sie diese wie Billardkugeln an. Die leichteren Isotope werden dabei mit einer höheren Wahrscheinlichkeit aus dem Schwerefeld des Planeten "gekickt", weshalb der Anteil der schwereren Isotope im zurückbleibenden Gas mit der Zeit ansteigt. Da Argon als Edelgas außerdem chemisch kaum mit anderen Elementen reagiert, setzt es sich auch nicht an der Oberfläche des Mars ab. Es kann deshalb nur durch seine Flucht ins All verloren gehen.

Argon weist drei stabile Isotope auf, nämlich Argon-36, -38 und -40. Das letzte ist dabei zugleich das schwerste und mit Abstand häufigste Isotop. Aus diesem Grund nutzten die Forscher es für ihre Messungen. In anschließenden Simulationen berücksichtigten sie außerdem, dass die Atmosphäre stetig durch ausgasendes Argon aus dem Inneren des Planeten angereichert wird. Da das ursprüngliche Verhältnis der Isotopenhäufigkeiten gut bekannt ist, konnten die Wissenschaftler Rückschlüsse auf den Rückgang von Argon in der Vergangenheit ziehen: "Das Team ermittelte auf Grund der letzten Ergebnisse, dass etwa 65 Prozent allen Argons, das jemals in der Atmosphäre war, ins All verloren ging", erklärt Bruce Jakosky, Chefwissenschaftler der Mission MAVEN.

Doch nicht nur das: Nachdem die Forscher den Effekt des Sonnenwinds anhand von Argon erfasst hatten, konnten sie ihn rechnerisch auch auf andere Gase übertragen – unter anderem auf das Treibhausgas Kohlendioxid (CO2). Bei diesem Molekül kommt noch hinzu, dass es der Fotodissoziation ausgesetzt ist: Es wird unter dem Einfluss des ultravioletten Teils des Sonnenlichts in seine einzelnen Atome zerlegt, die noch leichter sind und der Schwerkraft entsprechend schneller entfliehen. So kam die Forschergruppe zu dem Ergebnis, dass in der fernen Vergangenheit wohl sehr große Mengen an Kohlendioxid in der Atmosphäre des Mars vorhanden waren, die aber mit der Zeit ins All entwichen. Dies geschah vor allem in der Frühzeit des Sonnensystems, als unser Zentralgestirn deutlich mehr ultraviolette Strahlung abgab und auch stärkerer Sonnenwind wütete. Heute besteht die Marsatmosphäre zwar immer noch größtenteils aus Kohlendioxid, allerdings ist sie verglichen mit der Gashülle der Erde um mehr als den Faktor 100 weniger dicht. So konnte das Treibhausgas seine Wirkung auf dem Roten Planeten wohl schon seit mehreren Milliarden Jahren nicht mehr richtig entfalten.