von Markus Dähne
 

Wie bei allen anderen Planeten, so war auch über Mars lange Zeit nicht viel bekannt. Er war einer von fünf Wandelsternen - oder Planeten - und seine rötliche Farbe wurde bei Babyloniern, Griechen und anderen Völkern mit Tod, Krieg u.ä. assoziiert.

In der 'vorteleskopischen' Zeit erlangt Mars vor allem Bedeutung durch die Entdeckung der Kepler-Gesetze, die die Bewegung der Planeten um die Sonne beschreiben. Johannes Kepler findet diese Gesetze anhand von Positionsmessungen, die der dänische Astronom Tycho Brahe an Mars vorgenommen hatte. Bis dahin beschränkt sich das Wissen über Mars und die anderen Planeten auf deren Bewegungen am Himmel.
 

Erste Beobachtungen mit Fernrohren

Um 1609, in dem Jahr, in dem Kepler seine 'Bemerkungen über die Bewegungen des Mars' veröffentlichte, tauchen dann die ersten Fernrohre auf. Diese ersten Teleskope sind Linsenteleskope, auch Refraktoren genannt. Einer der ersten, die ein solches Fernrohr zur Himmelsbeobachtung verwenden, ist der Italiener Galileo Galilei. Bei seinen Marsbeobachtungen - mit einem noch primitiven Fernrohr mit 20facher Vergrösserung - kann Galilei feststellen, dass Mars nicht perfekt rund erscheint, er zeigt eine Phase ähnlich unserem Mond. Eine wichtige Feststellung, ist sie doch eine weitere Bestätigung des Copernicanischen Weltbildes, das die Sonne im Zentrum der Welt sieht.

Galileis Fernrohre bestehen aus einer konvexen und einer konkaven Linse; sie liefern zwar ein aufrechtes und seitenrichtiges Bild, doch ihr Gesichtsfeld ist sehr klein. Kepler schlägt vor, zwei konvexe Linsen zu verwenden; zwar würde dann das Bild auf dem Kopf stehen - was bei astronomischen Beobachtungen keine Rolle spielt -, dafür wäre das Gesichtsfeld grösser. Der Neapolitaner Francesco Fontana baut ein solches Keplerfernrohr und fertigt 1636 eine grobe Zeichnung des Mars an. Trotz der Unzulänglichkeiten der Optik, die es nicht zulassen, irgendwelche Details auf der Oberfläche des Planeten zu erkennen, markiert Fontanas Zeichnung doch den Beginn der eigentlichen Marsbeobachtung.

1644 beobachtet der neapolitanische Jesuit Bartoli die ersten dunklen Flecken auf Mars. Weitere Sichtungen gelingen den Jesuiten Riccioli und Grimaldi.

Eine Verbesserung der optischen Qualität der Fernrohre stellt die Idee des Holländers Christiaan Huygens dar, Okulare mit zwei Linsen einzusetzen. Bei der Marsopposition 1659 beobachtet auch er dunkle Flecken auf dem Mars, 1672 zeichnet er erstmals die Polkappen. Anhand der Bewegung der dunklen Flecken leitet Huygens die Dauer einer Marsrotation zu 24 Stunden ab. Genauer bestimmt 1666 Giovanni Domenico Cassini die Rotation; er gelangt zu einem Wert von 24 Stunden 40 Minuten, was dem tatsächlichen Wert schon recht nahe kommt. Er beobachtet mit einem Teleskop von 5m Brennweite und erstellt einfache, wenig realitätsnahe Zeichnungen des Mars.

Zu Beginn des 18. Jahrhunderts studiert auch Cassinis Neffe Giacomo Filippo Maraldi den Mars. Maraldi bestätigt nicht nur die Rotationsdauer, er glaubt auch Veränderungen an den dunklen Flecken auf Mars festzustellen. Ausserdem bemerkt er, dass die Polkappen exzentrisch zum Pol sitzen.

Trotz der Bemühungen, immer grössere Teleskope zu bauen, ist gegen Ende des 17. Jahrhunderts die erste Ära der Marsentdeckungen eingeschlafen, das Wissen um den Mars bis dahin nur wenig gewachsen. Die Natur der Strukturen auf dem Roten Planeten bleibt zunächst noch Spekulation; so vermutet Cassini Meere und Kontinente, während Huygens noch weiter geht: Er vermutet auf praktisch allen Planeten Leben, das an die anderen Umstände - z.B. niedrigere Temperaturen als auf der Erde - entsprechend angepasst ist.
 

Die Ära der Spiegelteleskope

Die immer grösseren Brennweiten der Refraktoren - z.T. mehr als 40m - sorgen dafür, dass ein bestimmter optischer Fehler, die sog. chromatische Aberration, die zu Farbsäumen im Bild führt, geringer wird. Einen wirklichen technischen Fortschritt verspricht aber erst Isaac Newtons Erfindung des Spiegelteleskops oder Reflektors: Da bei diesem Fernrohrtyp das Licht nur mehr reflektiert wird, aber keine optischen Grenzflächen (Glas - Luft) wie bei einer Linse durchläuft, fällt das Problem der chromatischen Aberration, abgesehen von den Linsen im Okular, weg. Der Entdecker des Planeten Uranus, William Herschel, beobachtet mit einem seiner Eigenbau-Reflektoren 1783 den Mars ausgiebig. Dabei sichtet er abermals die Polkappen, bestätigt, dass diese exzentrisch liegen und bestimmt die Rotationsdauer neu. Des weiteren bestimmt er die Neigung der Rotationsachse des Mars zu 28°. Herschel vermutet zwar, aufgrund der Veränderungen auf Mars, dass dieser eine Atmosphäre besitzt, durch Beobachtungen von Sternen in der unmittelbaren Nähe des Planeten schliesst er jedoch aus, dass die Atmosphäre sehr dicht sei. Obwohl Herschels Skizzen ähnlich grob sind wie die seiner Vorgänger, zeigen sie doch mehr Details; mit seinen Beobachtungen läutet Herschel eine neue Ära in der Beobachtung des Roten Planeten ein.

Zur gleichen Zeit nimmt Johann Hieronymus Schroeter in der Nähe von Bremen den Mars mit Teleskopen bis 49cm Objektivdurchmesser ins Visier. Schroeter ist von vornherein darauf fixiert, Veränderungen auf Mars sehen zu können, seine Zeichnungen zeigen aber keine. Daher sind seine Zeichnungen (Bild) zumindest insofern wertvoll, als dass sie unvoreingenommen entstanden.

Mars-Zeichnung von J.H. Schroeter.

Mit Herschel und Schroeter beginnt gewissermassen die erste Phase der physikalischen Untersuchung des Mars.

Aber auch die Technik der Spiegelteleskope hat ihre Nachteile: Die Spiegel sind schwierig zu formen, die Reflexionsfähigkeit lässt schnell nach. Mit dem Aufkommen der ersten mehrlinsigen, achromatischen, d.h. farbreinen Objektive erlebt der Refraktor Mitte des 18. Jahrhunderts ein Comeback. Insbesondere Joseph Fraunhofer in München gelingt die Herstellung von Linsenobjektiven, die den Spiegeln der Spiegelteleskope überlegen sind.
 

Mars-'Geographie'

Die Qualität der optischen Instrumente hat nun ein Niveau erreicht, das es ermöglicht, die Oberfläche des Mars auch kartographisch zu erfassen. Mit Wilhelm Beer und Johann Heinrich Mädler in Berlin beginnt somit die 'geographische' Periode der Marsbeobachtung. Bei ihren genauen Beobachtungen mit einem 95mm-Refraktor stellen sie fest, dass die Details auf Mars unscharf begrenzt sind, was manche widersprüchliche Meinung von früher erklärt. Zudem bestimmen Beer und Mädler die Rotationsdauer des Mars exakter als bisher. Später setzen die beiden einen 24cm-Refraktor ein; 1840 erstellt Mädler dann die erste Marskarte.

Es folgen immer mehr Ergebnisse anderer Beobachter; der Jesuit Angelo Secchi versucht sich mit einem 24cm-Refraktor an der Erstellung farbiger Zeichnungen, und besonders detailreiche Zeichnungen gelingen William Rutter Dawes 1864 mit einem 20cm-Refraktor.

Mittlerweile stellt die Leistung der Teleskope, insbesondere deren Vergrösserungen, nicht mehr den einzig begrenzenden Faktor bei der Beobachtung dar: Die Unruhe der Luft unserer Erdatmosphäre, hervorgerufen durch die Vermischung verschiedener Luftschichten, macht sich bei höheren Vergrösserungen nun störend bemerkbar, so dass man später dazu übergeht, Sternwarten auf hohen Bergen zu errichten, wo die Luft nicht nur transparenter, sondern auch ruhiger ist.
 

Kanäle auf dem Mars

1877 ist ein in mehrfacher Hinsicht denkwürdiges Jahr für die Marsbeobachtung. Asaph Hall entdeckt mit dem 66cm-Refraktor des U.S. Naval Observatory in Washington die beiden Marsmonde, Phobos und Deimos. Zugleich beginnt in Italien Giovanni Virginio Schiaparelli seine Beobachtungen des Roten Planeten, die noch für viel Aufsehen sorgen sollen. Dank seinem exzellenten Sehvermögen, seiner präzisen Beobachtungsmethode und einem guten 21cm-Refraktor in Mailand sieht Schiaparelli mehr Details als frühere Beobachter. Schiaparelli stellt fest, dass ihm bekannte Oberflächenregionen manchmal verdeckt sind, ein Hinweis darauf, dass Sandstürme über die Oberfläche toben, was Schiaparelli aber noch nicht ahnen kann. Schiaparelli, auch eher von Kontinenten und Meeren überzeugt, vermutet dahinter deshalb Hinweise auf Meerestrans- und regressionen. Die bemerkenswerteste Feststellung Schiaparellis aber ist, dass die Marsoberfläche von einem Netz geradliniger Rinnen, sog. 'canali' durchzogen ist (Bild). Diese Strukturen sind so gleichmässig, dass für deren Entstehung in den Augen vieler Menschen intelligente Lebewesen verantwortlich seien, wodurch auch die unsachliche Übersetzung des Wortes 'canali' beiträgt, bei der man sofort an künstlich geschaffene Kanäle denkt. Schiaparelli selbst zieht eher eine natürliche Entstehungsweise in Betracht.
 

G.V. Schiaparelli.

Mars-Karte von G.V. Schiaparelli.

Bei der Opposition von 1879 setzt Schiaparelli verfeinerte Beobachtungsmethoden ein (Verwendung eines Gelbfilters,...). Erstmalig beobachtet er, dass einige Kanäle, die zuvor einlinig erschienen, sich in der Zwischenzeit verdoppelt hatten. Mittlerweile wird die Existenz der Marskanäle immer öfter akzeptiert, auch von Beobachtern, die sie selbst nicht sehen.

Die grosse Menge an sichtbaren Details machen es für Schiaparelli sinnvoll, eine neue Nomenklatur für die Objekte der Marsoberfläche einzuführen, die später allgemein akzeptiert wird und bis heute ihre Gültigkeit hat.

Um 1860 taucht die Idee auf, dass die dunklen Gebiete auf Mars keine Meere sind, sondern dass es sich um Vegetation handelt. Gestützt wird diese These von Beobachtungen durch William Henry Pickering am Lick-Observatorium, die zeigen, dass die Kanäle mitunter in den Dunkelgebieten verlaufen. Zudem untersucht Pickering später am Observatorium in Flagstaff, Arizona, die Polarisation des Lichtes, das von der Marsoberfläche reflektiert wird. Das Licht der dunklen Gebiete scheint nicht polarisiert zu sein, die Gebiete enthalten daher höchstwahrscheinlich kein Wasser.

Zu einem der berühmtesten Marsforscher wird ein Kollege Pickerings, Percival Lowell (Bild). Lowell vertritt die populäre Theorie, dass die Marskanäle von intelligenten Wesen angelegt wurden, um die Wüstengebiete mit Wasser von den schmelzenden Polkappen zu versorgen und somit urbar zu machen. Bei seinen Beobachtungen bemerkt Lowell auch Helligkeits- und Farbänderungen, die seiner Ansicht nach auf eine Vegetation hindeuten. Lowells Marszeichnungen erscheinen noch fremdartiger als die Schiaparellis.

P. Lowell.
 

Das Ende der 'canali'

Neben den Befürwortern der Marskanäle gibt es aber auch Zweifler. Alfred Russell Wallace merkt an, wenn die Kanäle zum Zwecke des Wassertransports angelegt worden wären, dann müsste das Wasser auf den langen Strecken entweder verdunsten oder versickern. Edward Emerson Barnard vom Mt. Hamilton Observatorium erhält 1894 hervorragende Marsbeobachtungen mit einem 36-Zoll-Refraktor, bei denen er zwar Berge und Plateaus, aber keine Kanäle erkennen kann, jedenfalls nicht so geradlinig wie in Schiaparellis Zeichnungen. Nach Ansicht von Barnard erweckt nichts auf der Marsoberfläche den Eindruck, es sei künstlich entstanden. Andere Beobachter warnen, das Auflösungsvermögen der Teleskope, also die Fähigkeit, feine Einzelheiten zu zeigen, reiche nicht aus, um die wahre Natur der Kanäle zu ergründen. Ebenso könnten wahrnehmungspsychologische Faktoren eine Rolle spielen. Es könne sich bei den Kanälen genauso gut um eine Aneinanderreihung kleiner Flecken handeln.

Dies kann zunächst 1897 der Italiener Vincenzo Cerulli bei seinen Beobachtungen mit einem 39cm-Refraktor auch bestätigen. Das eigentliche Ende der Marskanäle bringen 1909 die Arbeiten von Eugène Michael Antoniadi (Bild), der mit dem mit 33 Zoll Objektivdurchmesser damals grössten Refraktor Europas, dem Grand Lunette bei Paris, beobachtet. In Nächten mit besonders ruhiger Luft erkennt er den wahren Charakter des Mars: Nichts scheint künstlich zu sein, alle Strukturen sind unregelmässig (Bild). Schiaparellis 'canali' sind in Wirklichkeit Bänder, Flecken und Helligkeitsabstufungen auf der Marsoberfläche.
 

E.M. Antoniadi.

Mars-Karte von Antoniadi.

Dennoch ist Lowell von der Existenz der Kanäle weiterhin überzeugt, er ändert auch seine Meinung über Leben auf dem Mars nicht. Auch sonst lebt die Geschichte von den Marskanälen, die auch viele Science-Fiction-Autoren beeinflusst hat, noch eine Weile weiter.

Um die Jahrhundertwende werden auch erste Marsfotos gewonnen. Sie zeigen allerdings aufgrund der relativ langen Belichtungszeiten und der Luftunruhe der irdischen Atmosphäre nicht annähernd den Detailreichtum der Zeichnungen, so dass die Fotografie das Wissen um den Mars zunächst kaum erweitern kann.
 

Physikalische Untersuchungen in der Zeit vor der Raumfahrt

Das Bild des Mars in der Zeit vor der Raumfahrt nähert sich nun immer mehr dem Bild, das wir heute vom Roten Planeten haben. Als Alternative für die allgemein als Fakt angenommene Vegetationstheorie wird für die dunklen Gebiete auf Mars in den 50er Jahren vermehrt Staub und vulkanische Asche vorgeschlagen. Mit Radarbeobachtungen gelingt es in den 60ern, die Theorie der Meere zu widerlegen: Die Dunkelgebiete liegen z.T. höher als die hellen Regionen. Zudem können die in den Dunkelgebieten beobachteten Farben wie blau, grün etc., die zunächst auf Vegetation hindeuteten, zumindest teilweise genausogut mit Farbeffekten bei Refraktoren sowie mit physiologisch bedingten Kontrasteffekten erklärt werden.

Um 1950 wird das Vorhandensein von Einschlagskratern, wie sie z.B. auf unserem Mond zu finden sind, vorgeschlagen.

Auch in der Erforschung der Marsatmosphäre tut sich einiges: 1946 gelingt der spektroskopische Nachweis von Kohlendioxid, Wasserdampf wird 1963 nachgewiesen.

Beobachtungen mit Filtern im blauen und UV-Bereich zeigen, dass viele Oberflächenbereiche verdeckt sind, während sie im gelben und roten Licht gut sichtbar sind. Dies lässt vermuten, dass eine Atmosphärenschicht - der sog. 'Blaue Dunst' - existiert, die kurzwelliges Licht blockiert. Diese Veränderungen lassen sich aber später durch Lichtstreuungseffekte an Staub in der Marsatmosphäre erklären, der 'Blaue Dunst' existiert also nicht.

Die Atmosphäre wird als dünner erkannt als bisher vermutet. Bisherige Abschätzungen über die Dichte der Atmosphäre liessen sie dichter erscheinen als sie in Wirklichkeit ist, da diese Abschätzungen überwiegend auf Messungen der Albedo, d.h. der Reflexionsfähigkeit der Atmosphäre basierten, unter der Voraussetzung, dass die Marsatmosphäre meist klar und transparent ist. In der Realität aber ist in der Atmosphäre meist Staub vorhanden, der eine höhere Reflektivität der Atmosphäre vortäuscht.

Es werden Staubstürme, die weite Teile des Planeten einhüllen ebenso beobachtet wie echte Wolken, darunter orographische Wolken, die sich in der Nähe von hohen Bergen bilden.

So entsteht Mitte des 20. Jahrhunderts ein neuer, anderer Eindruck vom Mars, der unser heutiges Bild schon eher widerspiegelt: Eine trockene, wüstenhafte Welt mit einer extrem dünnen Atmosphäre, mit bemerkenswertem Relief und Veränderungen, die nicht durch Vegetation, sondern durch windbedingte Umlagerung von Staub hervorgerufen werden.