mini|Künstlerische Darstellung der möglichen Oberfläche und Atmosphäre auf dem Mars nach Terraforming (siehe auch: Marskolonisation)
Seit langem spekuliert die Menschheit wegen der Nähe und der Ähnlichkeiten des Planeten zur Erde über die Möglichkeit von Leben auf dem Mars. Die Suche nach Spuren von Leben auf dem Mars begann im 19. Jahrhundert und wird auch heute noch fortgesetzt. Während historische Arbeiten sich auf phänomenologische Methoden und Spekulationen beschränkten, konzentriert sich die moderne Wissenschaft auf die Suche nach Wasser, chemischen Biomarkern im Boden und den Steinen des Gesteinsplaneten sowie gasförmigen Biomarkern in der Atmosphäre.
Der Mars ist von besonderem Interesse für das Studium des Ursprungs des Lebens, da er der frühen Erde sehr ähnlich ist – insbesondere das kalte Klima und das Fehlen von Plattentektonik und Kontinentalverschiebungen, so dass der Mars seit dem Ende des Hesperian größtenteils unverändert geblieben ist. Mindestens zwei Drittel der Marsoberfläche sind mehr als 3,5 Milliarden Jahre alt. Daher könnte der Mars präbiotische Bedingungen besitzen, die zu Abiogenese führen, auch wenn dort Leben nicht mehr existiert oder nie existiert hat. Die Frage, ob auf dem Mars jemals Leben existiert hat oder immer noch existiert, sowie fiktionale Marsmenschen sind ein beliebtes, wiederkehrendes Thema in der Unterhaltungsindustrie des 20. und 21. Jahrhunderts.
Anfang 2014 meldete die NASA, dass aktuelle Untersuchungen der Marsrover Curiosity und Opportunity nun nach Anzeichen für Leben auf dem Mars suchen würden. Dies schließe sowohl die Biosphäre basierend auf autotrophen, chemotrophen und/oder chemolithotrophen Mikroorganismen mit ein, als auch Wasser inklusive See-Ebenen (Ebenen, die in Verbindung mit früheren Flüssen oder Seen stehen), die möglicherweise einmal habitabel waren. Die Suche nach Beweisen für die einstige Bewohnbarkeit, Spuren von Fossilisation sowie organischen Kohlenstoffen ist nun eines der Primärziele der NASA.
Es gibt verschiedene Hypothesen darüber, ob und wie möglicherweise einst existierendes Leben auf dem Mars mit Leben auf der Erde in Verbindung stehen könnte. Nach der Hypothese der Panspermie könnte das Leben auf dem Mars entstanden und durch Asteroideneinschläge zur Erde gebracht worden sein. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, dass große Asteroideneinschläge auf der Erde das Leben auf andere Planeten des Sonnensystems gebracht haben könnten.R.J. Worth, Steinn Sigurdsson, Christopher H. House: Seeding Life on the Moons of the Outer Planets via Lithopanspermia. In: Astrobiology. 13, 2013, S. 1155, doi:10.1089/ast.2013.1028.
Spekulationen vor dem Raumfahrtzeitalter mini|Historische Karte des Mars von Giovanni Schiaparelli. mini|Marskanäle illustriert vom Astronomen Percival Lowell, 1898. Der Gedanke an die Möglichkeit von Leben auf dem Mars beflügelte oft die Fantasie der Menschen. Im 18. Jahrhundert beobachtete man, dass die dunklen Flecken auf der Marsoberfläche ihre Farbe änderten und wuchsen oder schrumpften. Man hielt sie für ausgedehnte Vegetationszonen, deren Ausdehnung sich mit den Jahreszeiten änderte.
Die Polkappen des Mars wurden bereits Mitte des 17. Jahrhunderts entdeckt. Im späten 18. Jahrhundert beschrieb William Herschel erstmals ein Auf- und Absinken der Polkappen mit Wechsel der Jahreszeiten auf der jeweiligen Hemisphäre. Bereits Mitte des 19. Jahrhunderts erkannten die Astronomen, dass der Mars einige Ähnlichkeiten mit der Erde aufweist, etwa dass die Länge eines Marstages (Sol genannt) beinahe gleich lang wie ein Tag auf der Erde ist. Auch seine Achsneigung ist ähnlich der Erde, d. h. der Mars besitzt ebenfalls Jahreszeiten wie die Erde, die aber auf Grund der Dauer eines Marsjahres von 687 Tagen fast doppelt so lang sind wie die irdischen. Diese Beobachtungen führten zu einer Reihe von Spekulationen, nach denen die größeren Albedomerkmale Wasser wären und die helleren Land. Es war also logisch anzunehmen, der Mars könne eine Form von Leben beherbergen.
1854 theoretisierte William Whewell, der Mars hätte Ozeane, Land und möglicherweise Lebensformen. Nach Teleskopbeobachtungen der Marskanäle (die sich später als optische Täuschung herausstellten) explodierten Ende des 19. Jahrhunderts die Spekulationen über Leben auf dem Mars förmlich. So veröffentlichte der amerikanische Astronom Percival Lowell 1895 sein Buch Mars, gefolgt von Mars and its Canals 1906 (Mars und seine Kanäle), in denen er vorschlug, dass die Kanäle die Arbeiten einer längst vergangenen Zivilisation sein könnten. Lowell gründete sogar eine eigene Sternwarte, das Lowell-Observatorium, um die Marsbewohner zu erforschen. Für ihn waren die Kanäle das Produkt außerirdischer Ingenieure und waren geschaffen worden, um die Marszivilisation vor einer großen Trockenheit zu retten. Lowell beschrieb seine Vorstellungen der Marswelt in zahlreichen Publikationen, die weite Verbreitung fanden. Dies verleitete 1897 den britischen Schriftsteller H. G. Wells zu seinem bekannten Werk Der Krieg der Welten, das von einer außerirdischen Invasion vom Mars erzählt.
Spektroskopische Analysen der Marsatmosphäre begannen 1894, als der US-Astronom William Wallace Campbell zeigte, dass weder Wasser noch Sauerstoff in der Marsatmosphäre vorkommen. Um 1909 führten schließlich bessere Teleskope und die beste perihele Opposition des Mars seit 1877 zu einem Ende der Marskanal-Hypothesen. Jedoch hielt man bis 1963, kurz vor dem Start der ersten Marssonden (Mariner), die Existenz von Moosen und Flechten für möglich.
Heutige Sicht Der Mars erscheint heute als trockener Wüstenplanet. Die Ökosphäre (oder habitable Zone) des Sonnensystems reicht von 0,95 bis 1,37 AE Abstand zur Sonne, somit befindet sich nur die Erde innerhalb dieser Zone, der Mars jedoch liegt knapp außerhalb. Die bislang vorliegenden Ergebnisse der Marsmissionen lassen jedoch den Schluss zu, dass die Marsatmosphäre in der Vergangenheit (vor Milliarden Jahren) wesentlich dichter war und auf der Oberfläche des Planeten reichlich flüssiges Wasser vorhanden war.
Höheres oder gar intelligentes Leben gibt es auf dem Mars nicht, Wissenschaftler halten jedoch primitive Lebensformen (Mikroben) tiefer im Boden, wo sie vor UV-Strahlen geschützt wären, für denkbar. Im Fokus der heutigen Missionen steht deshalb die Suche nach Spuren von mikrobiellem Leben in Form von Zellen wie Bakterien, wenngleich auch ein Fund von Viren nicht ausgeschlossen wird.
Spekulationen über intelligentes Leben mini|Das Marsgesicht in der Cydonia-Region; Aufnahme des Orbiters von Viking 1, 1976
Als im Juli 1976 der Orbiter 1 der Viking-Mission Bilder der Cydonia-Region machte und diese zur Erde schickte, wurde der Mars in der Öffentlichkeit wieder zum Gesprächsthema. Eine der Aufnahmen zeigte eine Formation auf der Marsoberfläche, die einem menschlichen Gesicht ähnelte, das in den Himmel blickt. In der unmittelbaren Nähe wurden außerdem Strukturen entdeckt, die Pyramiden auf der Erde ähneln, sowie rechteckige Strukturen (von den Wissenschaftlern „Inka-Stadt“ getauft). Erst die Mission Mars Global Surveyor der NASA brachte im April 1998 für viele die Ernüchterung: Alle entdeckten Strukturen waren das Ergebnis natürlicher Erosion. Durch neue Bilder mit wesentlich höherer Auflösung wurde deutlich, dass auf dem Mars keine künstlichen Strukturen außerirdischer Intelligenz ersichtlich sind.
Auch viele Bilder der Marsrover sorgen immer wieder für Spekulationen über außerirdische Besucher auf dem Mars, jedoch handelt es sich dabei meistens um optische Täuschungen oder von den Rovern selbst verursachte Veränderungen an der Umgebung. So sorgte etwa Anfang 2014 ein auftauchender Stein, Pinnacle Island genannt, der auf früheren Aufnahmen von Opportunity nicht zu sehen war, für Aufsehen. Vermutlich wurde der Stein jedoch von den Rädern des Rovers selbst dorthin geschleudert.
Spekulationen über mikrobiologisches Leben Marsatmosphäre mini|Über dem Marshorizont ist die Atmosphäre als dunstiger Schleier erkennbar. Links ist der einem Smiley ähnelnde Krater Galle zu sehen. Viking, 1976 mini|Illustration der Methankonzentrationen in der Atmosphäre des Mars während des nördlichen Sommers – NASA
Der Mars besitzt eine sehr dünne Atmosphäre. Dadurch ist der Atmosphärendruck sehr niedrig, und Wasser kann nicht in flüssiger Form auf der Marsoberfläche existieren, ausgenommen kurzzeitig in den tiefstgelegenen Gebieten.
Im Jahre 2003 konnten mittels erdgestützter Teleskope und 2004 durch das Planetary Fourier Spectrometer (PFS) an der Raumsonde Mars Express Spuren von Methan (etwa 10 ppb) und Formaldehyd (130 ppb) nachgewiesen werden. Methan verbleibt etwa 340 Jahre in der Atmosphäre des Mars, Formaldehyd nur 7,5 Stunden. Methan wird durch ultraviolette Strahlung abgebaut, da die dünne Atmosphäre des Mars nicht vor dieser Strahlung schützt. Dabei oxidiert Methan zu Wasser und Kohlendioxid.
Um die Menge des Methans in der Atmosphäre zu erklären, genügt eine Produktion von 150 Tonnen pro Jahr. Bei der Umsetzung zu Formaldehyd müssten jedoch 2,5 Millionen Tonnen aus „Methanquellen“ stammen. Als Quellen kommen aktiver Vulkanismus, Kometeneinschläge oder auch methanproduzierende Mikroorganismen in Betracht. Es könnte aber auch durch eine geothermische Reaktion, die Serpentinisierung (dabei beteiligte Komponenten sind Wasser, Kohlendioxid und das Mineral Olivin, das häufig auf dem Mars vorkommt), entstehen. Formaldehyd kann durch Höhenstrahlung aus Gasen und Eis entstehen. Es wird jedoch angezweifelt, dass ein abiotischer Prozess so viel Methan erzeugen kann, da es dazu Regionen mit hoher geologischer Aktivität bedarf. Die Existenz von Mikroorganismen wie Methanogenen wäre eine mögliche Erklärung, diese müssten jedoch tief unterhalb der Oberfläche existieren, wo es warm genug für flüssiges Wasser ist.
Das Methan ist nicht gleichmäßig verteilt, sondern weist ein Muster etwas erhöhter Konzentrationen auf. Offensichtlich wird oder wurde der Nachschub an Methan kurzfristig unterbrochen, bevor es sich gleichmäßig in der Atmosphäre verteilen konnte. Bei der biologischen Erzeugung von Methan auf der Erde, die für etwa 90 bis 95 % des gesamten Methanvorkommens verantwortlich ist, entsteht fast immer Ethan als Begleitgas. Im Gegensatz dazu wird während einer vulkanischen Entstehung Schwefeldioxid freigesetzt. Die Messung dieser Gase in der Marsatmosphäre könnte eine Klärung bringen. Dies könnte durch das Mars Science Laboratory erfolgen. Im Dezember 2014 meldete die NASA die Messung von auffälligen Schwankungen der Methankonzentration in der Umgebung des Mars Rovers Curiosity.Curiosity Detects Methane Spike on Mars Nasa Science News, 16. Dezember 2014.
Goro Komatsu von der Universität Gabriele d’Annunzio in Pescara präsentierte im September 2010 seine Entdeckung von geologischen Strukturen von etwa 1 km Durchmesser auf Satellitenbildern von der Chryse-Tiefebene, die Methangas produzierenden Schlammvulkanen auf der Erde gleichen. Eine primäre Quelle für das Gas ist damit jedoch noch nicht gefunden.
Laut Kevin Zahnle, einem Planetenwissenschaftler des Ames Research Centers der NASA wäre es ebenfalls möglich, dass die gemessenen Methanvorkommen in der Marsatmosphäre durch das Methan in der irdischen Atmosphäre verfälscht wurden, und es auf dem Mars gar kein Methan gibt.
Der Rover Curiosity, der im August 2012 auf dem Mars landete, kann mit seinem Tunable Laser Spectrometer (TLS) Messungen der Methankonzentration in der Atmosphäre vornehmen. An der Landestelle im Gale-Krater wurden weniger als 5 ppb gemessen. 2013 veröffentlichte Studien der NASA, basierend auf Daten des TLS, konnten ebenfalls keine erhöhte Methankonzentration belegen.
Indiens Mars Orbiter Mission, die sich seit 24. September 2014 in der Marsumlaufbahn befindet, wird die Atmosphäre mithilfe seines Methane Sensor for Mars (MSM) weiter untersuchen. 2016 schickte die ESA im Zuge des ExoMars Projekts den Trace Gas Orbiter zum Mars um das, sofern vorhandene, Methan zu untersuchen.