Mit der erfolgreichen Landung eines Landers im Rahmen der Viking-1-Mission am 20. Juli 1976 auf dem Mars gelang erstmals die direkte Erforschung der Marsoberfläche. Die bisherigen Landeversuche der ehemaligen Sowjetunion im Rahmen des Mars-Programms waren gescheitert. Ein weiterer Lander setzte im Rahmen der Viking-2-Mission am 3. September 1976 erfolgreich auf dem Mars auf. Über viele Jahre sendeten Lander und Orbiter Daten zur Erde und lieferten so wertvolle Erkenntnisse über den Mars. Erst im Rahmen der NASA-Raumfahrtmission Pathfinder setzte am 4. Juli 1997 wieder ein Lander so erfolgreich auf der Oberfläche des Mars auf und sendete Tausende von Bildern zur Erde. Nachfolgend ein Überblick über die sehr erfolgreichen Missionen von Viking 1 und 2.

Bild 1: Künstlerische Darstellung von Viking 1 auf dem Mars / Quelle: NASA/JPL-Caltech
Die ersten Raumfahrtmissionen zum Mars
Seit Oktober 1960 versuchte die damalige Sowjetunion, mit Raumsonden den Mars zu erreichen. Jedoch erst der achte Versuch mit Mars 2 im Jahr 1971 war erfolgreich. Der Orbiter sendete Bilder und Daten zur Erde, der Lander zerschellte jedoch auf der Marsoberfläche. Fast zeitgleich erreichte auch Mars 3 den Planeten. Die weiche Landung des Landers am 02. Dezember 1971 glückte zwar diesmal, doch brach bereits nach wenigen Sekunden der Kontakt ab. Die sowjetische Raumsonde Mars 5 erreichte als Orbiter Anfang Februar 1974 den Mars und ermittelte Daten. Die Missionen mit Mars 1, 4, 6 und 7 scheiterten. Während die sowjetischen Raumfahrtmissionen zur Venus im Ergebnis sehr erfolgreich waren, hatten sie mit ihren Missionen zum Mars wenig Erfolg. Die letzten zwei sowjetischen Raumfahrtmissionen, Phobos 1 und 2, scheiterten in den Jahren 1988/89 ebenfalls.
Der erste Versuch der USA im Jahre 1964, mit Mariner 3 den Mars zu erreichen, scheiterte noch. Doch schon die im selben Jahr gestartete Mission Mariner 4 war erfolgreich. Im Juli 1965 erreichte die US-Raumsonde den Mars, flog in einem Abstand von 9.800 km an ihm vorbei und sendete 22 Bilder zur Erde. Die US-Raumsonden Mariner 6 und 7 passierten den Mars am 31. Juli 1969 und am 5. August 1969. Mariner 6 flog in einem Abstand von 3.430 km am Mars vorbei und sendete 75 Bilder. Mariner 7 flog in einem Abstand von 3.430 km vorbei und sendete 126 Bilder. Die Missionen von Mariner 4, 6 und 7 zeigten zunächst eine überwiegend mit Kratern durchsetzte Marsoberfläche. Es wurden keinerlei Spuren von Leben entdeckt. Die US-Raumsonde Mariner 9 erreichte als Orbiter im November 1971 den Mars. Diese führte eine globale Kartierung der Marsoberfläche mit 7.329 Aufnahmen durch und studierte die Atmosphäre des Mars. Jetzt zeigten sich auch interessantere Oberflächendetails und dass der Mars zwei verschiedene Hemisphären hat.
Die Viking-Mission
Die baugleichen Raumsonden Viking 1 und 2 bestanden aus einem Orbiter und einem Lander. Der Orbiter bestand aus einem achteckigen Ring von etwa zwei Meter Durchmesser und einem halben Meter Höhe. Innerhalb des Ringes war der Lander befestigt. Zudem befanden sich dort die Instrumente für die Kommunikation und die Messungen. Oberhalb des Landers befanden sich der Treibstoff und die Triebwerke. Die Energieversorgung erfolgte über Sonnenpaneele. Die Landekapsel war von einem aerodynamischen und einem biologischen Schutzschild umgeben. Der aerodynamische Schutzschild schützte die Landeeinheit vor mechanischer und thermischer Zerstörung bei der Landung, während der biologische Schutzschild eine mögliche Kontamination durch von der Erde mitgeführte Mikroben verhindern sollte.

Bild 2: Der Viking-Orbiter mit seinem Lander / Quelle: NASA
Die Viking-Mission sollte die Beschaffenheit und Zusammensetzung der Marsatmosphäre und -oberfläche untersuchen. Im Falle der Marsatmosphäre betraf dies unter anderem Druck, Temperatur, Wassergehalt und Winde. Die Landemodule untersuchen zudem die Eisenverbindungen in der Marsoberfläche und führten seismische Messungen durch. Mit der aktiven Suche nach dem Leben auf dem Mars stellte das Viking-Programm auch die erste astrobiologische Mission zu einem Planeten dar. Es wurden drei biochemische Experimente zum Nachweis von möglichen biologischen Aktivitäten und ein gaschromatographisches Experiment zur Detektion von organischen Verbindungen durchgeführt.

Bild 3: Die Instrumente des Viking-Orbiters / Quelle: NASA
Die am 20. August 1975 gestartete US-Raumsonde Viking 1 erreichte am 19. Juni 1976 den Planeten Mars. Der zugehörige Lander setzte am 20. Juli 1976 erfolgreich auf der Marsoberfläche in der Region Chryse Planitia auf und lieferte zahlreiche Messwerte und Bilder. Die US-Raumsonde Viking 2, welche am 9. September 1975 gestartet wurde, erreichte am 7. August 1976 den Mars. Der Lander setzte am 3. September 1976 erfolgreich in der Region Utopia Planitia auf. An Bord der Lander befanden sich ein Labor zur Untersuchung von Bodenproben und eine Wetterstation. Insgesamt wurden von der Mission etwa 100.000 Bilder erstellt. Der Orbiter von Viking 1 sendete rund vier Jahre lang Bilder und Daten, sein zugehöriger Lander sogar rund sechs Jahre lang (bis November 1982). Im Falle von Viking 2 sendete der Orbiter rund zwei Jahre lang Daten und Bilder, während sein zugehöriger Lander rund dreieinhalb Jahre aktiv blieb.

Bild 4: Ein aus vielen Einzelbildern der Viking-Orbiter zusammengesetztes Bild vom Mars / Quelle: NASA/JPL-Caltech
Die Landung von Viking 1 auf dem Mars
Die Raumsonde Viking 1 schwenkte am 19. Juni 1976 erfolgreich in eine Umlaufbahn um den Mars ein. Der zugehörige Lander sollte zum 200. Jahrestag der Unabhängigkeitserklärung der Vereinigten Staaten von Amerika (USA) am 04. Juli 1976 sicher auf der Marsoberfläche aufsetzen. Nach einer geologischen Auswertung von Aufnahmen des Mars-Orbiters Mariner 9 wurde ein Landegebiet in der Ebene „Chryse Planitia“ ausgewählt. Für diese „Ebene des Goldes“ waren folgende Kriterien entscheidend: eine flache Ebene, welche früher einmal überflutet war und damit ein geeigneter Ort für die Suche nach Leben gewesen wäre.
Vor der Landung erkundete die leistungsfähige Kamera von Viking 1 noch einmal die Ebene detailreicher und schärfer als im Rahmen der Mariner-9-Mission. Das vorgesehene Landegebiet war mit Kratern übersät und damit ungeeignet für ein sicheres Aufsetzen auf der Marsoberfläche. Infolgedessen wurde der Viking-Orbiter instruiert, nach neuen, geeigneten Landesplätzen zu suchen. Es wurde Tag und Nacht daran gearbeitet und dabei rund 800 Bilder ausgewertet. Trotz der relativ großen Auflösung der Kamera konnten nicht alle Felsbrocken und Spalten erkannt werden, sodass eine Unsicherheit blieb. Zusätzlich wurden Radar-Messungen von der Erde aus durchgeführt, um mögliche Bodenunebenheiten zu erfassen. Insgesamt wurde eine Fläche von der Größe des US-Bundesstaates Texas abgesucht, dabei drei mögliche Landegebiete verworfen, bis am 19. Juli 1976 ein Landeplatz am Rande der Chryse Planitia festlag. Dieser Ort war etwa 900 km vom ursprünglich geplanten Landesplatz entfernt. Der ursprünglich vorgesehene Landestermin am 04. Juli 1976 konnte nicht mehr gehalten werden.
Als neuer Landetermin wurde der 20. Juli 1976 festgelegt, genau sieben Jahre nach dem ersten Betreten des Mondes durch die Astronauten Neil Armstrong und Edwin E. Aldrin im Rahmen der Apollo-11-Mission. Am frühen Morgen des 20. Juli 1976 funkte die Flugkontrolle am Jet Propulsion Laboratory (JPL) einen entsprechenden Befehl in Form eines einzigen Codewortes an den Computer von Viking 1. Aufgrund einer Entfernung von 300 Millionen Kilometern zwischen der Bodenstation auf der Erde und der Raumsonde Viking 1 im Marsorbit dauerte es 19 Minuten, bis der Befehl ankam und ein vorprogrammiertes Instruktionsprogramm auslöste. Der Lander wurde zunächst durch ein Sprungfedersystem vom Orbiter abgekoppelt, bevor in sicherer Entfernung durch das Zünden von kleineren Raketen am Rande der aerodynamischen Schutzkapsel die Landeeinheit im Raum gebremst und ausgerichtet wurde. Dadurch konnte die Landeeinheit durch die Marsgravitation zur Oberfläche des Planeten gezogen werden.
Der Landeabstieg dauerte rund 3,25 Stunden, wobei sich die Landeeinheit einen Großteil dieser Zeit im freien Fall befand. Erst beim Erreichen der oberen Marsatmosphäre wurde die Landekapsel so ausgerichtet, dass ihr Hitzeschild den richtigen Eintrittswinkel zur Marsatmosphäre einnahm. Durch den Luftwiderstand entstanden Temperaturen von bis zu 1.500 °C, welche durch die korkähnliche Beschichtung des Hitzeschildes abgeschirmt wurden. Die Landeeinheit wurde durch den Luftwiderstand und durch den aufgrund des Eintrittswinkels bedingten Auftrieb weiter abgebremst. Damit wurde sichergestellt, dass die Landekapsel nicht zu schnell und zu steil in die Atmosphäre eindrang. In einer Höhe von ungefähr sechs Kilometern öffnete sich ein Fallschirm mit 18 Metern Durchmesser, der die Abstiegsgeschwindigkeit auf etwa 150 km/h senkte. Zusätzlich wurden in etwa 1,4 Kilometern Höhe drei Bremsraketen gezündet, damit die Landeeinheit von Viking 1 so sanft wie möglich aufsetzen konnte.
Erfolgreiche Landung von Viking 1 auf dem Mars
Erst 19 Minuten später konnte der NASA-Flugkontrolleur Richard A. Bender melden: „Aufgesetzt. Die Sonde hat aufgesetzt!“ Der Lander von Viking 1 hatte erfolgreich am Westrand der Chryse Planitia aufgesetzt, auf 22,3° nördlicher Marsbreite und 47,5° westlicher Marslänge. Der Landeplatz befand sich ganz in der Nähe des Zielortes.
Direkt nach dem Aufsetzen wurde das erste Bild von einem der drei Fußteller der Landebeine gemacht, um die Standfestigkeit der Landeeinheit und die Funktionstüchtigkeit der Kamera zu prüfen. Das Ergebnis war positiv: Der Lander stand stabil und die Kamera zeigte sehr klar sogar kleine Einzelheiten wie die erbsengroßen Nieten auf dem Fußteller und feine Geröllsteinchen. Danach wurde die Stereo-Farbkamera eingesetzt, um ein Panoramabild von der Marsoberfläche zu erhalten. Sie befand sich etwa 1,5 Meter über dem Boden, sodass es in etwa der Sicht eines stehenden Menschen entsprach. Das Bild wurde Zeile für Zeile übertragen, was 36 Minuten dauerte. Die erste Panoramaaufnahme überdeckte einen Winkel von 300°. Die Kameras konnten auch Schwarz-Weiß- und Infrarotaufnahmen erstellen und übermitteln.

Bild 5: Der Fußteller eines der Landebeine von Viking 1 / Quelle: NASA/JPL-Caltech
In der Ferne waren Sanddünen zu sehen, dazu eine Vertiefung, welche vermutlich von einem erodierten Krater herrührte. Des Weiteren zeigte das Bild helle Flecken einer feineren Bodenstruktur und einige flache Kämme. Überall verstreut lagen Felsbrocken, welche zum Teil Durchmesser von mehreren Metern hatten. Ein drei Meter großer Felsbrocken war nur zehn Meter vom Landeplatz entfernt und bekam den Namen „Big Joe“. Wenn der Lander auf diesem Felsbrocken gelandet wäre, hätte es wahrscheinlich eine Bruchlandung gegeben.

Bild 6: Der Felsbrocken „Big Joe“ / NASA/JPL-Caltech
Der sichtbare Horizont war etwa drei Kilometer entfernt. Das Gesamtbild sah fast aus wie eine Wüstenlandschaft im Südwesten der USA. Hierzu führte der Astrophysiker Carl Sagan in seinem Buch „Unser Kosmos“ aus: „Das war keine fremde Welt. Ich selber kannte ganz ähnliche Orte in Arizona, Colorado und Nevada. Felsen, Flugsand und eine Anhöhe in der Ferne wirkten ebenso harmlos und natürlich wie irgendeine Landschaft auf der Erde. Mars war ein greifbarer, ein begreifbarer Ort. Natürlich hätte es mich erstaunt, plötzlich einen ergrauten Goldgräber mit seinem Maultier um eine Düne biegen zu sehen, andererseits hätte er durchaus ins Bild gepasst.“ Er führte noch weiter aus: „In all den Stunden, die ich über der Analyse der Venera-9- und -10-Aufnahmen von der Venusoberfläche zugebracht hatte, wäre mir dergleichen nie in den Sinn gekommen. In diesem Fall (Mars) jedoch hatte ich das unabweisbare Gefühl, dass wir auf die eine oder andere Weise zurückkehren würden.“ Mit diesem Gefühl hatte Carl Sagan vollkommen recht. Zwar fand erst rund 20 Jahre später die nächste Mission einer Raumsonde zum Mars statt. Seitdem sind wurden zahlreiche weitere unbemannte Missionen zum Mars geschickt. Darunter befanden sich auch Missionen mit fahrenden Rovern auf der Marsoberfläche und sogar mit einem kleinen Helikopter. Mehr als ein Dutzend davon verliefen erfolgreich und lieferten sehr wertvolle Erkenntnisse vom roten Planeten.

Bild 7: Das erste Farbbild vom Mars / Quelle: NASA/JPL-Caltech
Der Marshimmel erschien auf den Bildern nicht blau, sondern rötlich. Die Ursache hierfür sind relativ große, eisenoxidhaltige Staubteilchen in der Marsatmosphäre, welche aufgrund der sehr dünnen Atmosphäre federführend für die Streuung des Lichtes verantwortlich sind. Hierbei streuen die Staubteilchen vor allem den rötlichen Anteil des Lichtes. Regelmäßige starke Stürme wirbeln diese Staubteilchen immer wieder in die Atmosphäre, wo sie dann monatelang verbleiben. Übrigens erscheint der Himmel auf der Erde nach einem Sandsturm aus dem gleichen Grund gelblich und die Auf- und Untergänge der Sonne besonders rötlich. Der Marshimmel zeigt also im Ergebnis dieselbe rötliche Färbung wie das Marsgestein, nur ist diese Färbung schwächer.
Der Marsboden zeigte sich gleichmäßig rot, während die Farben der Felsen zwischen grauen und rötlichen Tönen schwankten. Untersuchungen mit dem Röntgenfluoreszenz-Spektrometer ergaben, dass der Marsboden zu zwei Dritteln aus Silizium und Eisen besteht. Der mechanische Greifarm des Landers verfügte über einen Magneten und zog die Bodenproben an, was ebenfalls ein Beweis für einen sehr hohen Eisengehalt war. Die rötliche Färbung des Marsbodens kommt durch Eisenoxid zustande – also durch Rost.

Bild 8: Der Lander von Viking 1 auf dem Mars / Quelle: NASA/JPL-Caltech
Die Landung vom Viking 2 auf dem Mars
Die Raumsonde Viking 2 schwenkte am 7. August 1976 in eine elliptische Umlaufbahn um den Mars ein. Ihr Lander erreichte am 3. September 1976 ebenfalls erfolgreich den Marsboden in der staubigen roten Ebene „Utopia Planitia“. Die Koordinaten des Landeplatzes lagen bei 47,9° nördlicher Marsbreite und 225,7° westlicher Marslänge. Damit befanden sich die Landeplätze von Viking 1 und 2 fast genau auf der jeweils gegenüberliegenden Seite des Planeten.
Das Landegebiet von Viking 2 war geologisch betrachtet eine Tiefebene und lag in höheren Breitengraden. Dort könnte es früher einmal flüssiges Wasser gegeben haben. Deshalb schien das Gebiet noch besser geeignet zu sein, um nach Leben zu suchen, als der Landeplatz von Viking 1. Allerdings lieferten die Experimente von beiden Landeeinheiten vergleichbare, widersprüchliche Ergebnisse.

Bild 9: Der Lander von Viking 2 auf dem Mars / Quelle: NASA/JPL-Caltech
Die wissenschaftlichen Untersuchungen auf dem Mars
Die Lander von Viking 1 und 2 waren mit verschiedenen wissenschaftlichen Instrumenten ausgestattet. Über Antennen konnten sie entweder mit dem Viking-Orbiter oder direkt mit der Erde kommunizieren, um Bilder sowie wissenschaftliche Daten zu übermitteln. Die Lander verfügten über folgende Einrichtungen:
- Biologisches Labor (für drei verschiedene Experimente zur Lebenssuche)
- Gaschromatograph-Massenspektrometer (GC-MS) (zur Analyse organischer Moleküle)
- Röntgenfluoreszenz-Spektrometer (zur Bestimmung der chemischen Elemente im Boden)
- Stereo-Farbkameras
- Instrumente zur Untersuchung der physikalischen und magnetischen Eigenschaften des Bodens
- Wetterstation (zur Messung von Temperatur, Windrichtung, Windgeschwindigkeit und atmosphärischem Druck)
- Instrumente für die Landephase (zur Untersuchung der aerodynamischen Eigenschaften und der Zusammensetzung der oberen Marsatmosphäre)

Bild 10: Die Einrichtungen und Instrumente des Viking-Landers / Quelle: NASA
Schon kurz nach der Landung wurde der meteorologische Messarm mit den meteorologischen Sensoren ausgefahren, um das Marswetter zu erforschen. Der erste Marswetterbericht vom Viking-1-Lander lautete: „Schwacher Wind aus östlicher Richtung am Spätnachmittag, nach Mitternacht auf Südost drehend. Maximale Windgeschwindigkeit 24 km/h. Temperaturen von -85 °C bis -28 °C, doch ist anzunehmen, dass dies nicht das Maximum ist. Druck gleichbleibend bei 7,70 Millibar.“ (Quelle: John N. Wilford; Mars – Unser geheimnisvoller Nachbar; Birkhäuser Verlag 1992). Zu dieser Zeit herrschte auf der Nordhalbkugel des Mars Sommer.
Während die Windgeschwindigkeiten im irdischen Bereich lagen, galt dies für die niedrigen Temperaturen und den äußerst geringen Luftdruck natürlich nicht. Die Kameras erfassten zwar kleine Wölkchen am Marshimmel und morgens Reif auf der Marsoberfläche, jedoch keine Niederschläge. Angesichts der extremen Druck- und Temperaturverhältnisse auf dem Mars kann kein flüssiges Wasser auf der Oberfläche existieren, weshalb auch kein Regen entstehen und gemessen werden kann.

Bild 11: Raureif auf der Marsoberfläche /Quelle: NASA/JPL-Caltech
Am 28. Juli 1976 wurde der Greifarm der Landeeinheit zum ersten Mal per Funkbefehl von der Erde eingesetzt. Dieser konnte bis auf drei Meter vom Lander ausgefahren werden, um den Marsboden aufzuschürfen und Bodenproben zu entnehmen. Diese Proben wurden anschließend geologisch und biologisch untersucht. Jede Schürfstelle und jede Gesteinsprobe wurden von den Kameras festgehalten, um die mechanischen Eigenschaften des Bodens zu bestimmen. Dabei stellte sich heraus, dass der Marsboden eine ähnliche Festigkeit und Konsistenz wie feuchter Ackerboden auf der Erde besitzt. Wie bei Ackerkrume verklumpen auch auf dem Mars kleinere Partikel zu größeren Brocken. Die Wände der flachen, geschürften Gräben blieben senkrecht stehen und stürzten kaum ein.

Bild 12: Die Schürfspuren vom Greifer des Viking-1-Landers / Quelle: NASA/JPL-Caltech
An einigen Stellen hatte der Wind den eisenoxidhaltigen Staub weggeblasen, sodass graues Gestein zum Vorschein kam. Fotografische Untersuchungen zeigten bei manchen Felsen eine vesikulöse Struktur. Sie sind von winzigen Bläschen durchsetzt, bei welchen es sich um Hohlräume im Gestein handelt. Diese entstehen durch entweichende, zuvor eingeschlossene Gase beim Abkühlen der Schmelze. Die grobporigen Felsen haben sich vermutlich aus Lava gebildet, als der Mars noch geologisch aktiv war. Diese Lava wurde durch die damals aktiven Vulkane an die Oberfläche gefördert. Das Grundgestein war vermutlich aus alten Lavaströmen entstanden. Nach heutigem Wissensstand gibt es keinen aktiven Vulkanismus mehr auf dem Mars.

Bild 13: Der erloschene Marsvulkan „Olympus Mons“ / Quelle: NASA/JPL-Caltech
Die astrobiologischen Experimente auf dem Mars
Die Viking-Mission war die erste astrobiologische Mission zu einem fremden Planeten. Die biologischen Labore der Viking-Lander maßen 30 × 35 × 27 Zentimeter und bestanden aus drei voneinander getrennten Versuchseinrichtungen. Jedes dieser Minilabore wurde nach den Vorgaben eines eigenen wissenschaftlichen Teams von der TRW Corporation in Redondo Beach, Kalifornien, gebaut und führte eigenständige Versuche unter verschiedenen Voraussetzungen durch.
Ausgangspunkt aller Experimente waren angenommene Stoffwechselprozesse potenzieller Organismen. Der Stoffwechsel ist ein Kernmerkmal des auf Kohlenstoff basierenden Lebens auf der Erde. Es wird angenommen, dass auch Leben im Weltraum bevorzugt auf einer Kohlenstoffbasis beruht. Eine alternative Basis wie Silizium ist zwar theoretisch möglich, jedoch deutlich unwahrscheinlicher.
Bei Stoffwechselaktivitäten auf Kohlenstoffbasis entstehen Gase. Auf der Erde scheiden Pflanzen Sauerstoff aus, welcher von Menschen und Tieren aufgenommen wird. Letztere scheiden wiederum Kohlenstoffdioxid aus, das wiederum von den Pflanzen absorbiert wird. Der Prozess, bei welchem Pflanzen aus Kohlenstoffdioxid und Wasser mithilfe von Sonnenstrahlung Sauerstoff und Stärke (Zucker) erzeugen, wird Photosynthese genannt.
Zum möglichen Nachweis von Leben auf dem Mars wurden vier Experimente durchgeführt:
Pyrolytic-Release-Experiment: Dieses Experiment sollte eine mögliche Photosynthese oder Spuren einer Kohlenstofffixierung nachweisen. Zu diesem Zweck wurden Proben des Marsbodens mit Licht sowie radioaktiv markiertem Kohlenstoffdioxid und Kohlenmonoxid versetzt – jedoch ohne Zugabe von Wasser, um die extremen Bedingungen des Mars beizubehalten. Im Falle von Photosynthese treibenden oder assimilierenden Organismen wäre ein Teil des radioaktiven Kohlenstoffs in Biomasse umgewandelt und somit der Gasphase entzogen worden. Durch anschließendes starkes Erhitzen (Pyrolyse) und Messen der Radioaktivität hätte dies nachgewiesen werden können. Entwickelt wurde das Experiment von Norman Horowitz vom Caltech.
Insgesamt wurden neun Bodenproben entnommen und in einen Reaktionsbehälter überführt. Dort wurden die Proben mit dem Licht einer Xenon-Lampe bestrahlt, wobei der UV-Anteil herausgefiltert wurde. Die Probe wurde einer warmen Atmosphäre aus Kohlenstoffdioxid ausgesetzt, welche mit radioaktiven Kohlenstoffatomen angereichert war. Der Temperaturbereich dieser Atmosphäre lag zwischen 6 und 27 °C. Insgesamt blieb die Probe fünf Tage im Reaktionsgefäß. Danach wurde die Kohlenstoffdioxidatmosphäre durch Helium ersetzt.
Wenn Mikroorganismen den Kohlenstoff aufgrund einer möglichen Photosynthese aufgenommen hätten, wäre die Bodenprobe nun radioaktiv gewesen. Das zuvor eingeleitete Heliumgas wurde dafür aus dem Behälter gespült, um ungebundene Gase zu entfernen. Anschließend wurde die Probe im Reaktionsbehälter auf 625 °C erhitzt, um die organischen Substanzen zu zersetzen. Das dabei entstehende Gas wurde mit einem Geigerzähler untersucht, um mögliches radioaktives Kohlenstoff-14 nachzuweisen.
Aus den Messergebnissen konnten schwache Signale herausgelesen werden, welche in Kontrollexperimenten auf der Erde den Stoffwechselaktivitäten von etwa 1000 Bakterien entsprachen.
Labeled-Release-Experiment: Dieses Experiment war im Prinzip die Umkehrung des ersten Ansatzes. Eine Probe des Marsbodens wurde mit einer radioaktiv markierten, wässrigen Nährlösung versetzt. Sollten Organismen im Marsboden diese Nährstoffe – im Team scherzhaft als „Hühnersuppe“ bezeichnet – verstoffwechseln, hätten sie radioaktiv markierte Gase (wie Kohlenstoffdioxid) ausgeschieden. Dieses Experiment wurde von Gilbert V. Levin von der Biospherics Incorporated in Rockville, Maryland (einem privaten Labor), entwickelt.
Im Rahmen dieses Experiments wurde eine Bodenprobe mit einer wässrigen, radioaktiv markierten Nährlösung versetzt. Anschließend wurde das Gas über der Probe elf Tage lang überwacht. Es sollte festgestellt werden, ob durch Stoffwechselaktivitäten radioaktiver Kohlenstoff-14 freigesetzt wurde, der in Molekülen von Kohlenstoffmonoxid, Kohlenstoffdioxid und Methan gebunden war.
Gas-Exchange-Experiment: Bei diesem Experiment wurde eine Bodenprobe über eine längere Zeit einem Gasgemisch ausgesetzt und schrittweise mit Nährstoffen befeuchtet. Mithilfe eines Gaschromatographen wurde in regelmäßigen Abständen untersucht, ob potenzielle Organismen die Zusammensetzung des Gasgemisches durch Stoffwechselaktivitäten veränderten. Dieses Experiment wurde vom Biologen Vance Oyama am Ames Research Center der NASA entwickelt.
Es sollte ermittelt werden, ob Mikroorganismen aufgrund von Stoffwechselaktivitäten die Konzentration von mindestens einem der folgenden molekularen Gase erhöhen oder erniedrigen: Wasserstoff, Stickstoff, Sauerstoff, Kohlenstoffdioxid oder Methan. Um mögliche Änderungen zu messen, wurden jeweils nach 1, 2, 4, 8 und 12 Tagen eine Gasprobe aus dem Reaktionsgefäß entnommen und mit einem Gaschromatographen und einem Massenspektrometer untersucht. Zu Kontrollzwecken wurden separate Proben auf über 160°C erhitzt und damit sterilisiert. Anschließend erfolgte ebenfalls eine Untersuchung auf mögliche Änderungen der Konzentrationen der oben genannten Gase.
Gaschromatograph-Massenspektrometer (GC-MS): Mit diesem chemischen Analysegerät wurde die molekulare Zusammensetzung des Marsbodens untersucht. Es diente primär dazu, unabhängig von biologischer Aktivität nach organischen (kohlenstoffhaltigen) Verbindungen als Grundbausteine des Lebens zu suchen.
In diesem Gerät wurden die Bodenproben durch Erhitzen in einem kleinen Ofen in die Gasphase gebracht und die aufgrund der Wärme aufsteigenden Gase dann im Gaschromatographen in die molekularen Bestandteile zerlegt.
Mit Hilfe des Massenspektrometers erfolgte dann die Identifizierung der Moleküle, welche dafür in einem elektrischen Feld beschleunigt und je nach Zusammensetzung bzw. ihrer Masse in einem Magnetfeld unterschiedlich stark abgelenkt wurden. Der Gaschromatograph-Massenspektrometer wurde von Klaus Biemann entwickelt, welcher ein Experte für organische Chemie am Massachusetts Institute of Technology war.
Die Bewertung der astrobiologischen Experimente
Die Experimente verliefen im Ergebnis widersprüchlich. Im zweiten Experiment konnte eine relativ starke Zunahme von radioaktivem Gas gemessen werden, nachdem die Probe mit radioaktiv markierter Nährlösung versetzt wurde. Dies könnte auf einen biologischen Mechanismus hindeuten oder es handelt sich um einen rein chemischen Vorgang. Im dritten Experiment wurde eine Zunahme von Sauerstoff festgestellt, nachdem der Bodenprobe Wasser zugeführt wurde. Allerdings trat dieser Effekt auch noch auf, als die Probe durch Hitze sterilisiert wurde. Des Weiteren trat dieser Effekt nur beim erstmaligen Hinzufügen von Wasser auf und danach nicht mehr. Das vierte und letzte Experiment konnte keine signifikanten Mengen organischer Moleküle im Marsboden nachweisen. Dies würde die These stützen, wonach die in den Experimenten 2 und 3 beobachteten Vorgänge rein chemisch und nicht durch biologische Mechanismen zu erklären sind. Die Mehrheit der Wissenschaftler ist dieser These zugeneigt. Im Ergebnis lieferten die Experimente keinen eindeutigen Hinweis für oder gegen Leben auf dem Mars.
Mittlerweile lassen sich alle beobachteten Reaktionen auch auf dem Mars auch durch rein chemische Wege erklären, was jedoch biologische Hintergründe nicht ausschließen kann. Vergleichsexperimente unter marsähnlichen Bedingungen in Wüstengebieten auf der Erde (z. B. Atacama-Wüste) führen zu ähnlichen widersprüchlichen Ergebnissen. Wenn der Marsboden Perchlorate enthält, dann treten die beobachteten Reaktionen auch auf abiotische Weise auf. So enthalten die ariden Böden der Atacama-Wüste Perchlorate. Mit der Phoenix-Landesonde konnten im Jahr 2008 Perchlorate auch im Marsboden nachgewiesen werden. Im Jahr 2012 wurden die Daten der Viking-Mission aus den astrobiologischen Experimenten im Rahmen eines mathematischen Modells analysiert, welches wiederum eine biologische Reaktion nahelegen würde.

Bild 14: Vergleich Atacama-Wüste – Marslandschaft / Quelle: Dr. Jacob Heinz / NASA/JPL-Caltech/ASU
Fazit: Aus heutiger Sicht waren die Experimente der Viking-Mission nicht ausreichend geeignet, Leben auf dem Mars in eindeutiger, widerspruchsfreier Weise nachzuweisen. Die Frage nach möglichem Leben auf dem Mars bleibt offen und muss im Rahmen zukünftiger Missionen geklärt werden.
Einige Bilder der Viking-Mission schienen den Eindruck zu erwecken, dass es künstliche Bauwerke auf dem Mars geben würde. So schien es ein berggroßes steinernes Gesicht auf dem Mars zu geben oder Pyramiden. Allerdings waren diese Bilder nicht sehr aussagekräftig. Der Eindruck der Künstlichkeit ergab sich aus einem Zusammenspiel von Licht und Schatten sowie Übertragungsfehlern. Nachfolgende Raumfahrtmissionen zeigten eindeutig, dass es sich um natürliche Oberflächenformationen handelt. Bisher wurden keine künstlichen Bauwerke auf dem Mars nachgewiesen. Höherentwickeltes Leben auf dem Mars dürfte definitiv ausgeschlossen sein.

Bild 15: Das vom Viking-Orbiter aufgenommene Marsgesicht ist tatsächlich eine natürliche Formation / Quelle: NASA/JPL
Das Ende der Viking-Mission
Konzipiert war die Viking-Mission für eine Dauer von einigen Monaten. Wenn die zwei Orbiter und zwei Lander nur bis November 1976 funktioniert hätten, wäre die Mission von der NASA schon als erfolgreich bezeichnet worden. Stattdessen funktionierten sie noch viele Jahre und lieferten sehr wertvolle Ergebnisse.
Der Orbiter von Viking 2 stellte am 25. Juli 1978 den Betrieb ein, nachdem der Treibstoff aufgrund eines Lecks im Tanksystem verbraucht war. Der Lander von Viking 2 schaltete sich je nach Zeitzone am 11. bzw. 12. April 1980 ab, als seine Batterien versagten.
Im Falle des Orbiters von Viking 1 musste dieser am 7. August 1980 von der NASA abgeschaltet werden, nachdem der Treibstoff für die Lageregelung nahezu vollkommen verbraucht war. Der Lander von Viking 1 stellte seine Funktion nach 2307 Erdentagen bzw. 2245 Marstagen am 11. November 1982 ein. Die Ursache war ein fehlerhaftes Software-Update von der Bodenkontrolle, welches die Ausrichtung der Antenne zur Erde unterbrach, woraufhin der Kontakt endgültig abriss.
Damit endete die sehr erfolgreiche Viking-Mars-Mission, welche unsere Erkenntnisse über den roten Planeten deutlich erweiterte. Erst 1997 erreichten zwei US-Raumsonden wieder erfolgreich den Mars. Im Rahmen der Mission „Mars Pathfinder“ erreichte am 4. Juli 1997 wieder eine Landeeinheit erfolgreich den Marsboden und setzte den Roboter-Rover „Sojourner“ aus. Mit der Mission „Mars Global Surveyor“ erreichte am 11. September 1997 wieder ein Orbiter erfolgreich eine Umlaufbahn um den Mars.
Seit diesen Pionierleistungen der Raumfahrt wurden zahlreiche weitere unbemannte Missionen zum Mars geschickt. Mehr als ein Dutzend davon verlief erfolgreich und revolutionierte unser Bild vom roten Planeten – darunter die bekannten Rover Curiosity und Perseverance. Für die nahe Zukunft sind bereits die nächsten unbemannten Sonden und Probenrückführmissionen konkret geplant.
Nach dem Mond ist der Mars auch das langfristige Ziel für eine erste bemannte Mission. Hierfür sind allerdings noch enorme gesellschaftliche, medizinische und technologische Herausforderungen zu meistern, sodass eine Realisierung vor den 2040er Jahren unwahrscheinlich sein dürfte.
Der rote Planet Mars hat noch genügend Geheimnisse, welche mit den Pionierleistungen der modernen Raumfahrt gelüftet werden wollen. Die Viking-Missionen waren vor 50 Jahren ein erfolgreich bewältigtes Abenteuer und ein Meilenstein auf diesem „Mars Trek“.
Astrobiologische Marsforschung im Astronomie Netzwerk Weser-Ems (ANWE)
Das „Astronomie-Netzwerk Weser-Ems“ (ANWE) ist ein Verbund aus fünf Hochschulen (darunter zwei Universitäten), dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt, elf astronomischen Vereinigungen und einer astronomischen Stiftung in Bremen und Nordwest-Niedersachsen. Es hat seinen formellen Sitz an der Jade Hochschule Wilhelmshaven/Oldenburg/Elsfleth am Standort in Wilhelmshaven.
Das ANWE kooperiert mit der „Deutschen Astrobiologischen Gesellschaft“ (DAbG) und dem „Interdisziplinären Forschungszentrum für Extraterrestrik“ (IFEX) der Julius-Maximilians-Universität Würzburg. Entsprechend besteht im ANWE auch eine Fachgruppe „Astrobiologie“, deren Koordinator Dr. Jacob Heinz vom Zentrum für angewandte Raumfahrttechnologie und Mikrogravitation (ZARM) der Universität Bremen ist. Die Universität Bremen ist Mitglied im ANWE, wobei das ZARM eine ausführende Stelle ist.
Im Labor für angewandte Weltraum-Mikrobiologie am ZARM wird astrobiologische Forschung betrieben. So wird dort unter anderem untersucht, wie Mikroben unter den marsähnlichen Bedingungen in der Atacama-Wüste (Chile) überleben können. Damit können auch Rückschlüsse für mögliches Leben auf dem Mars gezogen werden.
Das IFEX wiederum ist mit einer Meteor- und UAP-Kamera (AllSkyCAM) am Projekt „VaMEx3-MarsSymphony“ beteiligt, einem Teilprojekt der vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt DLR geförderten Initiative VaMEx (Valles Marineris Explorer). Der Fokus liegt auf der Schwarm-Kommunikation: Ein Netzwerk aus autonomen Rovern, Drohnen und Satelliten soll harmonisch zusammenspielen („Symphonie“), um die tiefen Canyons und Höhlen auf dem Mars zu erkunden. In diesen vor allem vor Strahlung geschützten Nischen soll dann auch nach Leben auf dem Mars gesucht werden.

Bild 16: Das Valles Marineris vom Orbiter Viking 1 aus gesehen / Quelle: NASA/JPL
Quellen
Für diesen Artikel wurden unter anderem vier Bücher verwendet, welche ausdrücklich von mir empfohlen werden:
Carl Sagan; Unser Kosmos; Bechtermünz Verlag; 1980 / 1997
John N. Wilford; MARS – Unser geheimnisvoller Nachbar; Birkhäuser Verlag; 1990 / 1992
Mathias Scholz; Astrobiologie; Springer Spektrum; 2015
Wolfgang W. Osterhage, Christian Gritzner; Die Geschichte der Raumfahrt; Springer; 2022
Des Weiteren fanden folgende Websites Verwendung, welche am 14. Juli 2026 aufgerufen wurden:
Viking Project
https://raumfahrtmissionen.dlr.de/missionen-von-a-bis-z/209-viking-1
https://raumfahrtmissionen.dlr.de/missionen-von-a-bis-z/210-viking-2

















