Geokommission

Bis vor wenigen Jahrzehnten war die Erforschung der Planeten weitgehend der Astronomie überlassen. Die Erforschung des Sonnensystems begann in den späten sechziger Jahren des vorigen Jahrhunderts mit den Apollo-Missionen und mit kurzen Vorbeiflügen an einigen Planeten. Heute sind alle Planeten und Monde durch Vorbeiflüge erkundet worden. Raumsonden haben die Planeten Venus, Mars, Jupiter und Saturn von der Umlaufbahn aus eingehend untersucht. Landemissionen, bei denen Roboter die Oberfläche vor Ort untersuchten, erfolgten auf der Venus, dem Mars und dem Saturnmond Titan.

Olympus Mons, der größte Schildvulkan des Sonnensystems. Aufgenommen mit Hilfe der High Resolution Stereo Camera auf der Mars Express Mission (Quelle: National Aeronautics and Space Administration (NASA))

Die Erforschung des Mars ist mit vier erfolgreichen Lande­missionen inzwischen am weitesten vorangeschritten. Automatische Fahrzeuge sind weiter dabei, den Mars zu erkunden. Es ist geplant, seismische Netzwerke aufzubauen, um den inneren Aufbau des Planeten zu erforschen. Zudem sollen Wetterstationen errichtet werden, die die Meteorologie des Mars erkunden. Die Rückführung von Gesteinsproben zur Erde und schließlich eine bemannte Erkundung sollen folgen. Die Marsforschung ist von besonderer Bedeutung, da auf diesem Planeten primitives Leben entstanden sein könnte: Der heutige Wüstenplanet war früher zeitweise von stehenden und fließenden Gewässern bedeckt.

Alle Himmelskörper des Sonnensystems besitzen mehr oder weniger große Anteile von drei Komponenten: zum einen Gestein und Eisen, zum zweiten Eis (Wasser, Methan und Ammoniak) und schließlich Gas (Wasserstoff und Helium). Die Zusammensetzung der Planeten entspricht im Wesentlichen der der Sonne. Sie sind aber in unterschiedlichem Maß an flüchtigen Stoffen verarmt. Wasserstoff und Helium sind die Hauptbestandteile von Jupiter und Saturn; den kleineren Subriesen Neptun und Uranus fehlt die Gaskomponente dagegen weitgehend. Sie bestehen hauptsächlich aus Eis und Gestein. Auch die zahlreichen Monde der Riesen- und Subriesenplaneten, die Kleinplaneten und die Kometen sind Mischungen aus Eis und Gestein. Die inneren, erdähnlichen Planeten, der Mond und die Asteroiden bestehen im Wesentlichen aus Gestein und Eisen.

Viele Körper des Sonnensystems sind weitgehend differenziert. Dies gilt insbesondere für die Riesenplaneten Jupiter und Saturn. Die etwas kleineren Planeten Neptun und Uranus scheinen dagegen nicht vollständig differenziert zu sein. Das lässt sich aus den Schwerefeldern dieser Körper schließen. Wie sich die Masse im ­Inneren der Monde der Riesenplaneten verteilt, ist unklar. Seit der Galileo-Mission ist bekannt, dass es sowohl differenzierte als auch undifferenzierte Monde gibt: Die annähernd gleich großen Jupitermonde Kallisto und Ganymed sind grundverschieden. Während Ganymed offenbar einen Eisenkern gebildet hat, in dem ein ­Magnetfeld erzeugt wird, ist Kallisto weitgehend undifferenziert. Die inneren Planeten des Sonnensystems und wahrscheinlich auch der Mond sind komplett in einen Eisen-Nickel Kern und eine Silikathülle differenziert.

Die Dynamik der Erde lässt sich mit Hilfe der Plattentektonik verstehen. Es gibt aber keinen weiteren Körper im Sonnensystem, auf dem Anzeichen für Plattentektonik zu erkennen sind. Die Jupitertrabanten Europa und Ganymed zeigen Hinweise darauf, dass sich größere Schollen ihrer Eiskruste seitlich verschieben. Auch die Oberfläche der Venus könnte sich bewegt haben. Dort findet man zum einen Rifttäler, an denen Krustenteile auseinandergedriftet sein könnten. Zum anderen sind auf Satellitenbildern so genannte Coronae zu sehen, ringförmige tektonische Strukturen. Womöglich hat sich die Oberfläche an diesen Stellen aufgewölbt, weil aus dem Mantel heißes Gestein aufstieg. Die meisten Himmelskörper des Sonnensystems scheinen eher durch eine vertikale als durch eine horizontale Tektonik geprägt zu sein, wie sie für die Erde typisch ist. Eine dicke, weitgehend unbewegliche Lithosphäre umgibt das konvektierende tiefe Innere der Körper. Vulkanschlote durchdringen diese Lithosphäre, wobei sowohl wenige, riesige Dome wie auf dem Mars als auch eine Vielzahl kleinerer Vulkane wie auf der ­Venus vorkommen können.

Zwei Prozesse treiben die innere Dynamik der Planeten und Monde an: zum einen die Zerfallsenergie radioaktiver Isotope im Gestein, zum anderen die Gravitationsenergie, die während der Zusammenballung und Differenzierung der Körper frei wird. Im äußeren Sonnensystem spielt außerdem die Gezeitenenergie eine wichtige Rolle. So ist der Jupitermond Io, an dem gleichzeitig die Schwerkraft Jupiters und der Nachbarmonde Europa und Ganymed zerren, extremen Gezeitenkräften ausgesetzt. Obwohl Io nur einen Radius von 1865 Kilometern besitzt, sind sein Wärmefluss und seine Vulkanaktivität mindestens 20-mal so hoch wie die der Erde. Enceladus, ein 500 Kilometer messender Kleintrabant des Saturns, zeigt aufgrund der Gezeitenreibung einen Wärmefluss von 4 Terawatt und Eisfontänen. Andere Körper, für die die Gezeitenenergie eine Rolle gespielt haben muss, sind der Merkur und alle größeren Monde.

Magnetfelder sind ein weiteres Zeichen der inneren Dynamik der Planeten. Neben den Riesenplaneten haben nur der Merkur, die Erde und der Jupitermond Ganymed selbsterzeugte Magnetfelder, obwohl die Erzeugung planetarer Magnetfelder als eine natürliche Phase der Entwicklung von Planeten angesehen wird. Offenbar ist es möglich, dass Magnetfelder erlöschen. Das zeigen auch magnetisierte Gesteine auf dem Mars, in denen die Richtung des früheren Magnetfeldes eingefroren wurde. Der Dynamo schaltete sich vermutlich vor etwa 4 Milliarden Jahren ab.

Planetenforscher widmen sich zunehmend der Frage der so genannten Habitabilität: Welche Planeten und Monde haben das Poten­zial, Leben zu ermöglichen? Daneben stellt sich die Frage, ob Leben als biogeochemischer Prozess die Entwicklung eines Planeten beeinflussen kann. Auf der Erde ist dies der Fall: Das Leben wirkt wie ein Katalysator im Kohlenstoffzyklus der Erde. Der Kohlenstoffzyklus stabilisiert die Temperatur der Atmosphäre und trägt dazu bei, dass flüssiges Wasser auf der Erdoberfläche existiert. Flüssiges Wasser scheint wiederum notwendig zu sein, um die Plattentektonik zu erhalten. Die Plattentektonik kühlt das tiefere Planeteninnere wirksam ab und hält damit den Dynamo in Gang, der das Erd­magnetfeld erzeugt. Weil sich durch die Plattentektonik leichtes und schweres Krustengestein bildet, können dauerhaft Kontinente auf der Erdoberfläche existieren. Das Magnetfeld schützt die Bio- und die Atmosphäre weitgehend vor der kosmischen Strahlung. Ob sich Venus und Mars anders entwickelt hätten, wenn auf ihnen Leben entstanden wäre, ist fraglich: Die unterschiedliche Sonneneinstrahlung scheint entscheidend dafür gewesen zu sein, dass der Mars zu kalt und die Venus zu warm für Leben ist. In unserem eigenen Sonnensystem wird sich die Frage danach, wie das Leben die Entwicklung von Planeten beeinflusst, daher nicht klären lassen. Doch die Entdeckung anderer Erden in fremden Sonnensystemen liegt heute an der Grenze des technisch Machbaren und ist nur noch eine Frage der Zeit. Womöglich existiert extraterrestrisches Leben aber auch in unserem eigenen Sonnensystem. Es könnte sich in den eisbedeckten Ozeanen der Monde des äußeren Sonnensystems oder gar in den Tiefen der Jupiteratmosphäre verbergen.

Die Erforschung des Sonnensystems wie auch die Entdeckung fremder Planetensysteme hängt stark von der Weltraumtechnologie ab. Die Planetenforschung treibt daher die Entwicklung der Raumfahrt an. Besondere Aufmerksamkeit genießen zurzeit der Mars, aber auch der Merkur und die großen Planeten des äußeren Sonnensystems. Der Merkur wird als Schlüssel angesehen, um die Entstehung des Sonnensystems zu verstehen. Die Planeten des äußeren Sonnensystems und ihre Monde faszinieren durch ihre Vielfalt und die Prozesse, die zu diesem Formenreichtum geführt haben. Ein Planet, der sicher größere Aufmerksamkeit verdient, ist die Venus.

Die Erforschung des Sonnensystems verhilft dem Geowissenschaftler zu einem tieferen Verständnis des Planeten Erde. Diese erweiterte Perspektive trägt dazu bei, das geowissenschaftliche Weltbild zu verallgemeinern. Zudem lässt sich die Entstehung der Erde nicht losgelöst von der Entstehung des gesamten Sonnensystems verstehen. Eine entscheidende Rolle mag dabei der Jupiter gespielt haben. Die Modelle zur Entwicklung der Erde müssen stets mit der Geschichte des Sonnensystems vereinbar sein.