Eine neue Studie zeigt, dass dieser scheinbar „kleine“ Rote Planet möglicherweise eine weitaus größere Rolle in der langfristigen Klimaentwicklung der Erde spielt als erwartet. Stephen Kane, Professor für Planetenastrophysik an der University of California, Riverside, fand durch numerische Simulationen heraus, dass der gravitative Einfluss des Mars auf Änderungen der Umlaufbahnparameter und der Neigung der Erdspinachse viele wichtige Klimarhythmen direkt beeinflusst, einschließlich der Zeitskala für die Entstehung und das Ende von Eiszeiten.

Der Mars hat nur etwa den halben Durchmesser der Erde und etwa ein Zehntel der Masse der Erde. Er galt schon immer als „leichter“ Planet. Frühere Studien deuten darauf hin, dass bestimmte in den Meeresbodensedimenten der Erde aufgezeichnete Klimarhythmen mit Gravitationsstörungen auf dem Mars zusammenhängen. Diese Ansicht wurde einmal in Frage gestellt. Kane gab zu, dass er zunächst dachte, der Einschlag des Mars sei „sehr schwach“ und in den geologischen Aufzeichnungen sogar schwer eindeutig zu identifizieren. Diese Studie sollte in gewissem Maße seinen ursprünglichen Verdacht bestätigen.

Zu diesem Zweck erstellte das Forschungsteam ein langfristiges dynamisches Modell des Sonnensystems, um die Entwicklung der Umlaufbahnform und der Rotationsachsenneigung der Erde im Laufe der Zeit zu simulieren. Diese langsamen, aber kontinuierlichen Veränderungen bestimmen die räumliche und zeitliche Verteilung des Sonnenlichts auf der Oberfläche und sind die physikalische Grundlage des berühmten „Milankovitch-Zyklus“. Milankovitch-Zyklen stehen in engem Zusammenhang mit Eiszeiten und bestimmen den Wechsel von warmem und kaltem Klima auf einer Skala von Zehntausenden bis Millionen von Jahren. In den letzten rund 4,5 Milliarden Jahren hat die Erde mindestens fünf große Eiszeiten erlebt, von denen die jüngste vor etwa 2,6 Millionen Jahren begann und bis heute andauert.

Die Forschung zeigt, dass einer der Klimazyklen von etwa 430.000 Jahren, der hauptsächlich durch die Anziehungskraft von Jupiter und Saturn angetrieben wird, in den Simulationen unabhängig von der Anwesenheit des Mars erhalten blieb. Doch als der Mars aus dem Modell „entfernt“ wurde, verschwanden zwei weitere wichtige Rhythmen – einer mit einem Zyklus von etwa 100.000 Jahren und einer mit einem Zyklus von etwa 2,3 Millionen Jahren – vollständig. Wenn in der Simulation die Masse des Mars erhöht wird, verkürzen sich diese beiden Zeiträume. Dies bedeutet, dass die Auswirkungen auf die Erdumlaufbahn und das Klima umso stärker sind, je größer die Masse des Mars ist.

Diese Langzeitzyklen beeinflussen Schlüsselparameter wie die Exzentrizität der Erdumlaufbahn, den Zeitpunkt des Perihels der Erde und Änderungen in der Neigung ihrer Rotationsachse. Sie bestimmen die Intensität der Sonnenstrahlung, die in verschiedenen Breitengraden zu verschiedenen Jahreszeiten empfangen wird, und beeinflussen dadurch die Ausdehnung und den Rückzug von Eisschilden sowie breitere langfristige Klimamuster. Kanes Ergebnisse zeigen, dass der Mars in vielen der oben genannten Zusammenhänge eine quantifizierbare Rolle spielt und nicht „unbedeutend“ ist. Er wies darauf hin, dass die Gravitationsstörung auf der Erde „auffälliger“ sei und man von einem „Einfluss über seine Größe hinaus“ sprechen könne, da der Mars eine größere Umlaufbahn habe und relativ schwach von der Schwerkraft der Sonne dominiert werde.

Noch überraschender ist, dass Veränderungen in der Masse des Mars auch die Änderungsrate der Neigung der Erddrehachse verändern. Die aktuelle Neigung der Erddrehachse relativ zu ihrer Orbitalebene beträgt etwa 23,5 Grad, ein Winkel, der über lange Zeiträume langsam schwankt. Simulationen zeigen, dass mit zunehmender Marsmasse die Änderungsrate der Erdneigung abnimmt, ähnlich wie beim „Hinzufügen eines Stabilisators“ zur Erdachse. Das Forschungsteam geht davon aus, dass der Mars dadurch nicht nur eine Störung auf die Umlaufbahnform ausübt, sondern gewissermaßen auch einen zusätzlichen stabilisierenden Faktor für die Rotationslage der Erde darstellt.

Dieses Forschungspapier wurde in den „Publications of the Astronomical Society of the Pacific“ (Veröffentlichungen der Astronomical Society of the Pacific) mit dem Titel „The Dependence of Earth Milankovitch Cycles on Martian Mass“ veröffentlicht. Das Papier quantifiziert nicht nur den spezifischen Beitrag des Mars zur Entwicklung der Erdumlaufbahn, sondern weist auch auf die umfassendere Bedeutung der Exoplanetologie hin: In anderen Sternensystemen können solche „Exoplaneten“ mit geringer Masse, die sich außerhalb der bewohnbaren Zone befinden, stillschweigend auch die Klimastabilität eines erdähnlichen Planeten beeinflussen.

Kane sagte, wenn Astronomen einen erdähnlichen Planeten in der bewohnbaren Zone um andere Sterne entdecken, können sie sich nicht nur auf den Planeten selbst konzentrieren. Ob sich in seiner äußeren Umlaufbahn marsähnliche Asteroiden befinden, wird sich direkt auf den Umlaufrhythmus und die Rotationsstabilität dieses erdähnlichen Planeten auswirken und damit beeinflussen, ob seine Klimaumgebung für die langfristige Existenz von Leben geeignet ist.

Die Forschung kann nicht anders, als zu „alternativen Hypothesen“ über die eigene Geschichte der Erde zu führen. Eiszeiten haben in der Erdgeschichte mehrfach ökologische Muster verändert, Wälder schrumpfen lassen, Grasland vergrößert und eine Reihe wichtiger evolutionärer Veränderungen vorangetrieben, darunter aufrechter Gang, Werkzeuggebrauch und soziale Zusammenarbeit. Ohne den Mars würden auf der Erdumlaufbahn mehrere wichtige Klimazyklen fehlen. Ob die Evolutionswege von Menschen und anderen Arten völlig anders verlaufen würden, und sogar „ob wir noch so existieren würden, wie wir jetzt sind“, sind zu offenen Fragen geworden, die es wert sind, gestellt zu werden.