Schematische Darstellung der Umlaufbahnen der Planeten unseres Sonnensystems. Die Umlaufbahnen der inneren, erdähnlichen Planeten Merkur, Venus, Erde (blau) und Mars (rot) um die Sonne (gelb) sind zur besseren Sichtbarkeit vergrößert dargestellt. Zu erkennen ist, dass alle Umlaufbahnen näherungsweise in einer Ebene, der protoplanetaren Scheibe, liegen. Die Größen der einzelnen Himmelskörper sind nicht maßstabsgetreu dargestellt, die Größen der Umlaufbahnen hingegen schon
Der Mars selbst ist mit einem Durchmesser von 6792 km, gemessen am Äquator, deutlich kleiner als die Erde, deren Durchmesser fast doppelt so groß ist. Gleichzeitig ist die mittlere Dichte des Mars mit knapp 3900 kg pro Kubikmeter deutlich kleiner als die mittlere Dichte der Erde (5500 kg pro Kubikmeter). Beides zusammen führt dazu, dass die Gesamtmasse des Mars (
t) gerade einmal ein Zehntel der Erdmasse beträgt. Diese kleinere Masse hat zur Folge, dass die Gravitationskraft auf der Marsoberfläche ebenfalls kleiner ist als an der Erdoberfläche, und das obwohl man näher am Zentrum des Planeten ist. Die Fallbeschleunigung auf der Marsoberfläche beträgt lediglich 
statt der bekannten 
auf der Erde (in Mitteleuropa). Auf dem Mars lassen sich also schon größere Sprünge machen als auf der Erde, allerdings nicht so große wie auf dem Mond. Apropos Mond: Der Mars besitzt gleich zwei, nämlich Phobos und Deimos (griechisch für „Furcht“ und „Schrecken“). Trotz der etwas angsteinflößenden Namen handelt es sich bei den beiden Monden um vergleichweise kleine Felsbrocken. Phobos ist mit einer Ausdehnung von etwa 20 km der größere der beiden Monde. Er umkreist den Mars auf einer Umlaufbahn mit einem Radius von knapp 9400 km, also nur 6000 km über der Marsoberfläche. Deimos ist nur halb so groß, der mittlere Radius seiner Umlaufbahn beträgt etwa 23.500 km. Zum Vergleich: Die Mondumlaufbahn um die Erde besitzt einen Radius von mehr als 380.000 km.
beziehungsweise 
, besteht die Atmosphäre des Mars zum überwiegenden Teil (
) aus Kohlenstoffdioxid (CO
). Sauerstoff, den der Mensch zum Atmen braucht, macht gerade einmal 
der Marsatmosphäre aus. Auch ansonsten ist die Marsoberfläche ein eher lebensfeindlicher Ort. Im Mittel beträgt die Temperatur 
, mit durchschnittlichen täglichen Temperaturschwankungen zwischen 
und 
. Hier macht sich der größere Abstand zur Sonne bemerkbar, denn die Strahlung von der Sonne reicht zwar noch aus, um für einen Tag- und Nachtzyklus zu sorgen, nicht jedoch um die Marsoberfläche auf für den Menschen erträgliche Temperaturen aufzuwärmen. Immerhin ist ein Tag auf dem Mars nur wenig länger als ein Erdentag, nämlich 24 h und 40 min. So wird zumindest der zirkadianische Rhythmus der Raumfahrer nicht noch zusätzlich aus dem Tritt gebracht.
Der Mars in einer (am Computer zusammengesetzten) Aufnahme der Raumsonde Mars Global Surveyor aus dem April 1999. Zu erkennen sind einerseits tiefe Canyons auf der Marsoberfläche andererseits aber auch bläulich-weiße Eis-Wolken in der Atmosphäre.
(Bildnachweis: NASA/JPL/MSSS)
Die Marsoberfläche fotografiert vom Mars-Rover Perserverance (März 2022). Der Rover befand sich während der Aufnahme im Jezero-Krater, der etwa 50 m hohe Hügel im Hintergrund wurde Santa Cruz getauft. Die Felsbrocken im Vordergrund sind typisch für diesen Bereich der Marsoberfläche und sind im Mittel 50 cm groß. Die Farben wurden nachträglich etwas bearbeitet, so dass der „rote Planet“ hier fast schon bläulich erscheint.
(Bildnachweis: NASA/JPL-Caltech/ASU/MSSS)
Die innere Struktur des Mars ist der der Erde nicht unähnlich. Seismische Messungen während Marsbeben ergaben, dass der Mars genau wie die Erde einen Schalenaufbau besitzt, bestehend aus einer verhältnismäßig dünnen Kruste, einem Gesteinsmantel und einem flüssigen Kern. Der Marskern besitzt dabei einen Radius von knapp 1700 km und besteht vorwiegend aus Eisen. Da es jedoch im flüssigen Kern keine Konvektionsströme gibt (so wie im Erdkern), besitzt der Mars kein globales Magnetfeld, sondern allenfalls noch lokale, schwache Magnetfelder. Dieses fehlende Magnetfeld wird – ebenso wie die dünne Atmosphäre – in Kap. 3 eine Rolle spielen, wenn wir die Strahlenbelastung für einen potentiellen Marsbewohner untersuchen. Die Marskruste ist im Mittel rund 50 km dick und besteht vorwiegend aus basaltähnlichem Gestein und aus, vermutlich aus dem Mantel aufgestiegenen, quarzreichen Tiefengesteinen. Eisenhaltigen, vulkanischen Basalten, oder genauer dem daraus entstandenen Eisenoxid-Staub, verdankt der Mars auch seinen Beinamen „roter Planet“, in Abgrenzung zum „blauen Planeten“ Erde (auch wenn der Mars eher rostbraun als leuchtend rot gefärbt ist, siehe Abb. 1.2). Die Beinamen der beiden Planeten deuten aber auch auf den vielleicht größten und für eine Besiedlung wichtigsten Unterschied hin: Auf der Marsoberfläche gibt es nämlich kein flüssiges Wasser. Im Gegensatz zur weitgehend von Ozeanen bedeckten Erde ist die Marsoberfläche trocken und staubig und von Geröll und Gestein überzogen (siehe Abb. 1.3). Diverse Marssonden haben jedoch gewaltige Eisvorkommen, bestehend aus gefrorenem Kohlendioxid und Wassereis, an den Polen entdeckt. Unter diesen Eisschichten wurden sogar Hinweise auf unterirdische Seen mit flüssigem Wasser gefunden, die man anzapfen könnte. Der chinesische Mars-Rover Zhurong hat auch schon Mineralien gefunden, die Wasser enthalten. Bisher war man davon ausgegangen, dass es zwar ursprünglich Wasser auf dem Mars gab, dieses jedoch vor rund 3 Mrd. Jahren verschwunden ist. Hydratisierte Minerale, in denen Wasser gebunden ist, entstehen nur dann, wenn flüssiges Wasser vorkommt. Eine Analyse der von Zhurong gefundenen hydratisierten Minerale datierte sie auf ein Alter von 700 Mio. Jahren, was der Hypothese, dass der Mars schon vor 3 Mrd. Jahren „trockengelegt“ wurde, widerspricht. Die Landestelle von Zhurong könnte daher für eine zukünftige Marsbesiedlung eine wichtige Rolle spielen, wenn das jetzt gefundene „junge“ Wasser aus dem Mars-Grundwasser oder aus geschmolzenem Eis stammen würde.
Noch ein Wort zur Struktur der Marskruste: Wie wir wissen, besteht die äußerste Hülle der Erde aus einer Vielzahl von sich gegeneinander bewegenden und teils über- bzw. untereinander schiebenden Platten. Eine Folge dieser Plattentektonik ist eine starke Erdbebenaktivität an den Plattengrenzen, an denen sich mitunter auch hohe Gebirge auftürmen können (etwa der Himalaya). Der Mars hingegen besteht aus einer einzigen zusammenhängenden Schale, es gibt keine Plattentektonik. Dennoch gibt es auch auf dem Mars seismische Aktivität (wenn sich Spannungen im Marsinneren aufgrund von Temperaturunterschieden zwischen dem Marskern und der Oberfläche schlagartig „entladen“) und auch hohe Berge. Der höchste von ihnen ist der Vulkan Olympus Mons – benannt nach dem Göttersitz in der griechischen Mythologie. Er erhebt sich ganze 26 km über die ihn umgebende Tiefebene und ist damit fast dreimal so hoch wie der Mount Everest im Himalaya. Damit ist der Olympus Mons nicht nur der höchste Berg auf dem Mars, sondern auch der höchste Berg im ganzen Sonnensystem!
t
s nannten, die „Wanderer“, die vor dem unbeweglich erscheinenden Hintergrund aus Fixsternen über den Nachthimmel ziehen. Doch vor allem die schleifenartigen Bewegungen des Mars gaben den antiken Astronomen Rätsel auf, waren sie doch in einem geozentrischen Weltbild, bei dem sich alle Himmelskörper um die Erde bewegen, nur schwerlich zu erklären. Erst das von Nikolaus Kopernikus entwickelte – und später von Johannes Kepler präzisierte und in Form der drei Keplerschen Gesetze formulierte – heliozentrische Weltbild, bei dem nicht mehr die Erde, sondern die Sonne im Mittelpunkt der Planetenbahnen steht, brachte die Lösung: Die scheinbare Schleifenbewegung des Mars am Nachthimmel entsteht genau dann, wenn die Erde den Mars auf ihrer weiter innen liegenden Umlaufbahn „überholt“. Lange Zeit war jedoch über den Mars außer seiner Position am Nachthimmel nichts bekannt, da er zwar für das bloße Auge sichtbar war, jedoch zu klein um genauere Strukturen zu erfassen. Das änderte sich erst mit der Entwicklung optischer Teleskope zu Beginn des 17. Jahrhunderts. Galileo Galilei war einer der ersten, die ihre Teleskope auf den Mars richteten. Seine ersten dokumentierten Beobachtungen datieren auf das Jahr 1610. Mit der Entwicklung immer leistungsfähigerer Teleskope konnte der Mars immer genauer kartiert werden. Über spektrografische Analysen ließen sich sogar Aussagen über die Marsatmosphäre treffen. Nichtsdestotrotz blieben es immer nur Beobachtungen aus weiter Entfernung. Dies änderte sich schlagartig, als die Menschheit Mitte des 20. Jahrhunderts in den Weltraum vorstieß. Die ersten Nahaufnahmen der Marsoberfläche lieferte die Raumsonde Mariner 4 der NASA, die im Juli 1965 planmäßig am Mars vorbeiflog und dabei 22 Fotos der Marsoberfläche aufnehmen konnte. Sechs Jahre später gelang es mit der Mission Mariner 9 das erste Mal, einen Satelliten in eine Marsumlaufbahn zu bringen, mit dem die gesamte Marsoberfläche kartografiert werden konnte. Die erste Landung auf der Marsoberfläche erfolgte schließlich im Jahr 1976, durch die NASA-Missionen Viking 1 und 2. Die beiden Lander lieferten zum ersten Mal hoch aufgelöste Bilder direkt von der Marsoberfläche und waren zudem mit Instrumenten zur direkten Untersuchung von Bodenproben und der Marsatmosphäre ausgestattet. Im Jahr 1996 startete dann die erste der wohl bekanntesten Marsmissionen der NASA, der Mars Pathfinder, der den ersten Mars-Rover Sojourner auf die Marsoberfläche brachte. Nun war es möglich, nicht nur Aufnahmen der direkten Umgebung des Landeplatzes zur Erde zu senden, sondern umherzufahren und die weitere Umgebung zu erkunden. Dem ersten Mars-Rover folgten eine Reihe weiterer: Spirit, Opportunity, Curiosity, Zhurong und der neueste Rover Perseverance (Abb. 1.4), der mit Ingenuity sogar einen kleinen Helikopter an Bord hat, der die Marsatmosphäre erkunden soll. Nach allem was wir derzeit wissen ist der Mars daher im Moment der einzige Planet, der ausschließlich von Robotern bewohnt wird. Auch im Orbit um den Mars herum tummeln sich mittlerweile eine ganze Reihe von Satelliten, nicht nur von der NASA, sondern auch aus Europa, Indien, China, Russland und sogar den Vereinigten Arabischen Emiraten.
Oben: Ein „Selfie“ des Perseverance-Rovers auf der Marsoberfläche, aufgenommen im September 2021 mit einer der hochauflösenden Kameras, die der Rover neben einer ganzen Reihe von Messinstrumenten an Bord hat. Der Rover ist übrigens größer als viele denken, mit einer Länge von knapp drei Metern. Unten: Der Mars-Helikopter Ingenuity, fotografiert vom Perseverance-Rover im April 2021. Die Propeller haben eine Länge von jeweils etwa 60 cm, insgesamt wiegt der Helikopter aber weniger als zwei Kilogramm.
(Bildnachweise: NASA/JPL-Caltech/MSSS (oben), NASA/JPL-Caltech/ASU (unten))
Zuletzt ein kurzer Exkurs zur Namensgebung: Wie die anderen Planeten des Sonnensystems – mit Ausnahme der Erde – ist auch der Mars nach einer Gottheit aus der römischen Mythologie benannt, nämlich dem Kriegsgott Mars, wohl wegen seiner roten Farbe, die manche an das auf den Schlachtfeldern vergossene Blut erinnern mag. Natürlich ist das nicht der einzige Name, den die Menschen diesem Himmelskörper in der Geschichte gegeben haben. Interessanterweise beziehen sich viele dieser Namen auf die jeweiligen Kriegsgötter: Die Griechen nannten den Mars (und nennen ihn immer noch) Ares, mit dem die Römer ihre eigene Gottheit später identifiziert haben (auch wenn der römische Mars als etwas weniger blutrünstig als der griechische Ares angesehen wurde und auch einen anderen Grad der Verehrung erreichte). In Nordeuropa wurde der Mars als Tyr bezeichnet, in Babylon als Nergal. Andere Namen sind etwas weniger kriegerisch: Im Inka-Reich war der Mars als Auqakuh bekannt, „der Purpurne“. Arabische Astronomen tauften ihn al-Q
hir, „der Siegreiche“. Verloren gegangen sind all diese Namen übrigens nicht, denn Canyons, ausgetrocknete Flussläufe und andere Strukturen auf der Marsoberfläche tragen heute alte Marsbezeichnungen aus den verschiedensten Sprachen und Kulturen.