Mehr als 510 verschiedene Kieselsteine vom Mars hat sich das Team um Rebecca Williams vom Planetary Science Institute in Tucson, Arizona, auf Fotos genauer angesehen. Curiosity hatte die Aufnahmen im Herbst 2012 am Gale-Krater gemacht. Ende Mai 2013 veröffentlichten die Wissenschaftler ihre Ergebnisse: Die Steine sind zwei bis vierzig Millimeter dick, wie Fluss-Sedimente auf der Erde mit Sand verbunden - und glatt. Die Form der Kiesel zeige, dass sie vom Wasser geschliffen wurden, erläuterte das Niels-Bohr-Institut der Universität Kopenhagen, das an der Analyse beteiligt war. Wenn Steine durch Wind und Sandstürme verwitterten, würden sie rau und kantig. "Wir konnten sehen, dass nahezu alle 515 von uns analysierten Kiesel flach, glatt und rund abgeschliffen wurden", betonte Asmus Koefoed.

Von der Form und Größe der Steine schlossen die Wissenschaftler auf die Flüsse: "Um diese abgerundeten Kiesel zu formen und zu bewegen, muss es fließendes Wasser mit einer Tiefe zwischen zehn Zentimetern und einem Meter gegeben haben, das etwa einen Meter pro Sekunde schnell geflossen ist", erläuterte Gruppenleiter Morten Bo Madsen.

Größere Aufmerksamkeit erreichte Curiosity im Dezember 2013. Gleich sechs Artikel in der Fachzeitschrift Science beschäftigten sich mit dem Rover und seinen Messungen. Curiosity hatte auf seiner Marsreise eine fünf Meter tiefe Mulde namens Yellowknife Bay im Gale-Krater untersucht. Dort war der Rover auf ein Ensemble von feinen, mittelgroßen und groben Sedimenten gestoßen, wie sie sich in ruhigem Wasser formen.

Die Messungen von Curiosity zeigten: Vor rund 3,6 Milliarden Jahren gab es im Gale-Krater mindestens einen See.

Der See existierte einige zehn- bis hunderttausend Jahre lang. Er war ruhig, bestand aus Süßwasser und besaß einige biologische Schlüsselelemente wie Kohlenstoff, Sauerstoff, Stickstoff und Schwefel. In so einer Umgebung können beispielsweise Mikroorganismen gedeihen, die ihre Energie aus der Zersetzung von Gestein gewinnen, sogenannte Chemolithoautotrophe.

Belege dafür, dass es dort im Wasser wirklich Leben gab, fanden die Wissenschaftler aber nicht.

"Es ist wichtig zu betonen, dass wir keine Anzeichen von urzeitlichem Leben auf dem Mars gefunden haben. Wir haben entdeckt, dass der Gale-Krater mindestens einmal in seiner fernen Vergangenheit, vor Milliarden Jahren, einen See besessen hat, der vermutlich für mikrobielles Leben geeignet war. Das ist ein großer positiver Schritt in der Marserkundung." Sanjeev Gupta, Imperial College London

Im September 2014 hatte Curiosity den Mount Sharp erreicht, der fünf Kilometer hoch aus dem Gale-Krater ragt. Erste Ergebnisse lassen darauf schließen, dass der Berg einst auf dem Boden eines riesigen Sees entstanden ist. Die NASA-Wissenschaftler vermuten, dass Flüsse über Millionen von Jahren Sand und Schlamm zum See transportiert haben. Dies würde bedeuten, dass es auf dem Mars ein beständiges feuchtwarmes Klima gab, das die Existenz von Seen über einen langen Zeitraum begünstigte.

Vor 4,5 Milliarden Jahren hat der Mars wahrscheinlich 6,5mal so viel Wasser besessen wie heute. Das meiste Wasser ist mittlerweile von der Marsoberfläche verschwunden. Es könnte sich teils ins All verflüchtigt haben, teils in den unterirdischen Gletschern gefangen sein, die ein anderes Forscherteam mithilfe der Sonde Mars Reconnaissance Orbiter (MRO), die seit 2006 den Mars umkreist, in den mittleren Breiten des Roten Planeten entdeckt hatte. Radarmessungen zeigten massive Wassereis-Gletscher unter einer dicken, schützenden Staubschicht. "Wir haben berechnet, dass die Gletscher mehr als 150 Milliarden Kubikmetern Eis entsprechen", berichtete Nanna Bjørnholt Karlsson von der Universität von Kopenhagen. "Diese Menge Eis könnte die gesamte Marsoberfläche mit 1,1 Metern Eis bedecken. Das Eis der mittleren Breiten ist daher ein wichtiger Teil des Wasserreservoirs auf dem Mars."

Ein bisschen Wasser versteckt sich auch im Marsboden: Als Curiosity eine Schaufel voll Marsboden in einer speziellen Analysekammer auf 835 Grad Celsius erhitzte, löste sich Wasser aus der Probe. Hochgerechnet enthält der Marsboden rund zwei Prozent Wasser.

Mitte April 2015 lieferten Curiositys Messungen Hinweise auf eine Art Salzlauge, die sich aus Luftfeuchtigkeit bildet. "Wir haben die Substanz Kalziumperchlorat im Boden entdeckt. Unter den richtigen Bedingungen absorbiert sie Wasserdampf aus der Atmosphäre", erläutert Morten Bo Madsen von der Universität Kopenhagen. "Wenn es Nacht wird, kondensiert ein Teil des Wasserdampfs aus der Atmosphäre auf der Planetenoberfläche als Reif, aber das Kalziumperchlorat ist sehr stark absorbierend und bildet mit dem Wasser eine Salzlauge, wobei der Gefrierpunkt sinkt und der Reif so zu einer Flüssigkeit werden kann." Der Boden sei so porös, dass diese einige Zentimeter tief einsickere. Tagsüber verdampfe das Wasser dann wieder. Aber für Leben gebe es vermutlich zu wenig Wasser und es sei zu kalt.

Perchlorate sind auf dem Mars weit verbreitet. Die Forscher erwarten deshalb, dass dieser Prozess nicht nur im Gale-Krater stattfindet, wo Curiosity ihn aufgestöbert hat. Dafür spricht auch, dass Wissenschaftler bereits Spuren ausgetrockneter Seen und Flüsse entdeckt haben. Auch im Gale-Crater hatte Curiosity bereits Sedimentablagerungen aufgespürt, die darauf hinweisen, dass es dort einst große Mengen flüssiges Wasser gegeben hat. "Die Sedimentplatten auf dem Boden sind eben, sodass alles darauf hindeutet, dass der gesamte Gale-Krater einmal ein großer See gewesen sein könnte", berichtet Madsen.

Mars Reconnaissance Orbiter

Im September 2015 berichteten Forscher um Lujendra Ojha vom Georgia Institute of Technology in Atlanta von ihrer Vermutung, dass es sogar noch heute immer wieder flüssiges Wasser auf dem Mars geben könnte. Mit der Mars-Sonde MRO hatten die Wissenschaftler auffällige Fließstrukturen auf dem Mars untersucht, wenige Meter schmale Strukturen. Es sei denkbar, dass salzhaltiges Schmelzwasser im Marssommer regelmäßig an Steilhängen hinabfließe, so ihre Deutung. Die Spuren entstehen vermutlich, wenn die Temperaturen an den Hängen über rund minus 20 Grad klettern und dann regelmäßig auch den Gefrierpunkt übersteigen. Die Wissenschaftler spekulieren, dass das Wasser entweder von Eis abschmilzt, das sich unter dem Marsboden befindet, oder dass es von Salzen aus der dünnen Marsluft gebunden wird. Ein direkter Nachweis steht allerdings noch immer aus.

Das bezweifeln Forscher vom US Geological Survey (USGS). Dazu haben sie Form, Länge und Hangneigung der Mars-Rinnen genauer untersucht. Das überraschende Ergebnis im November 2017: Alle diese dunklen Hanglinien kommen nur bei Hängen vor, die sehr steil sind und keine reicht bis in flache Ausläufer herunter. Im Gegenteil: Alle endeten immer bei der gleichen Hangneigung. Flüssiges Wasser müsste nach Ansicht der Forscher aber zumindest in einigen Fällen bis ins Tal fließen. Ihr Fazit ist darum: Die verdächtigen dunklen Rinnen stammen eher von Sandlawinen und der Mars ist demnach heute doch trockener als gedacht. Ein paar Punkte erklären sich dadurch aber immer noch nicht. Zum Beispiel, warum die Rinnen nach einer Weile verblassen und nur in der warmen Periode auftauchen. Auch die Rolle des in den Rinnen gefundenen Perchlorats bleibt ungeklärt. Vielleicht könnten sehr kleine Mengen des salzhaltigen Schmelzwassers die Sandlawinen auslösen, so die Wissenschaftler.