Ein Bild des Olympus Mons, des höchsten Vulkans nicht nur auf dem Mars, sondern im gesamten Sonnensystem. Neue Forschungen haben zum ersten Mal Wasserfrost in der Nähe des Marsäquators nachgewiesen (Bildnachweis: ESA/DLR/FU Berlin).
Zum ersten Mal wurde am Äquator des Mars Wasserfrost entdeckt. Bisher war man davon ausgegangen, dass es in dieser Region des Roten Planeten, die den Tropen entspricht, keinen Frost geben kann.
Die Entdeckung könnte entscheidend sein, um zu modellieren, wo es auf dem Mars Wasser gibt und wie es zwischen der Atmosphäre des Roten Planeten und seiner Oberfläche ausgetauscht wird. Dies könnte für die zukünftige Erkundung des Mars durch eine Besatzung von entscheidender Bedeutung sein.
Der Wasserfrost wurde von zwei Raumsonden der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) beobachtet, zunächst vom ExoMars Trace Gas Orbiter (TGO), der 2016 auf dem Mars eintraf, und dann von der Mission Mars Express, die den Roten Planeten seit 2003 aus der Umlaufbahn erkundet.
Der Frost befindet sich im Tharsis-Gebiet, der größten vulkanischen Region auf dem Mars, die 12 große Vulkane beherbergt. Dazu gehört auch der Olympus Mons, der nicht nur der höchste Vulkan auf dem Mars, sondern mit 29,9 Kilometern auch der höchste Gipfel im Sonnensystem ist. Damit ist er etwa 2,5 Mal so hoch wie der Mount Everest, der höchste Berg der Erde.
Adomas Valantinas entdeckte den „verbotenen Frost“ auf dem Mars als Doktorand an der Universität Bern, Schweiz.
„Wir dachten, es sei unmöglich, dass sich um den Äquator des Mars Frost bildet, da die Mischung aus Sonnenschein und dünner Atmosphäre die Temperaturen sowohl an der Oberfläche als auch auf den Berggipfeln relativ hoch hält – im Gegensatz zu dem, was wir auf der Erde sehen, wo man eigentlich frostige Gipfel erwarten würde“, sagte Valantinas, der jetzt als Postdoktorand an der Brown University forscht, in einer Erklärung. „Seine Existenz hier ist aufregend und deutet darauf hin, dass außergewöhnliche Prozesse im Spiel sind, die die Bildung von Frost ermöglichen.“
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Ein Blick auf den Olympus Mons von der Seite, der einen großen Fleck mit dünnem Eis zeigt (Bildnachweis: ESA/DLR/FU Berlin)
Die Frostflecken erscheinen nur für wenige Stunden um den Sonnenaufgang herum und verdampfen dann, wenn das Sonnenlicht auf den Äquator des Roten Planeten fällt. Der Frost ist außerdem unglaublich dünn, mit einer Dicke, die der eines menschlichen Haares (etwa ein Hundertstel Millimeter) entspricht. Trotzdem bedecken die Frostflecken ein riesiges Gebiet auf jedem der Vulkane, und ihr Wassergehalt könnte etwa 60 olympische Schwimmbecken füllen, was einer Wassermenge von etwa 111 Millionen Litern entspricht.
Dieses Wasser wechselt während eines jeden Tages, der während der kalten Jahreszeit auf dem Roten Planeten etwa 24,5 Stunden lang ist, ständig zwischen der Oberfläche und der Atmosphäre des Mars.
Berg hoch, Caldra tief
Die Region Tharsis beherbergt mehrere riesige Vulkane, die die sie umgebenden Ebenen des Äquators des Roten Planeten überragen. Zu diesen Gipfeln gehören neben dem Olympus Mons auch die Tharsis-Montes-Vulkane Ascraeus, Arsia Mons und Pavonis, von denen der letztere etwa so hoch ist wie der Mount Everest.
Olympus Mons, der höchste Vulkan nicht nur auf dem Mars, sondern im gesamten Sonnensystem. Das Bild wurde am frühen Morgen (7:20 Uhr Ortszeit) von der Stereokamera an Bord von ESA Mars Express aufgenommen und ist Teil einer neuen Forschungsarbeit, die zum ersten Mal Wasserfrost in der Nähe des Marsäquators zeigt (Bildnachweis: ESA/DLR/FU Berlin)
Der Frost wurde auf den Tharsis-Vulkanen Olympus, Arsia Ascraeus Mons und Ceraunius Tholus entdeckt.
Jeder dieser Vulkane hat an seinen Gipfeln tiefe Vertiefungen, sogenannte „Calderas“, die bei Eruptionen als Magmakammern entstehen. Das Team geht davon aus, dass die seltsame Art und Weise, wie die Luft über der Tharsis-Region zirkuliert, in den Calderas ein Mikroklima erzeugt, das sich von dem allgemeinen Klima, in dem die Vulkane liegen, unterscheidet. Diese Mikroklimata ermöglichen die Bildung von Frostflecken.
„Winde ziehen die Berghänge hinauf und bringen relativ feuchte Luft aus der Nähe der Oberfläche in höhere Lagen, wo sie kondensiert und sich als Frost niederschlägt“, sagte Nicolas Thomas, der leitende Forscher des Colour and Stereo Surface Imaging System (CaSSIS) von TGO und Forscher an der Universität Bern in einer Erklärung. „Wir sehen, dass dies auch auf der Erde und in anderen Teilen des Mars geschieht, wobei das gleiche Phänomen die saisonale Marswolke Arsia Mons verursacht.“
Thomas fügte hinzu, dass sich der Frost, den das Team auf den Marsvulkanen beobachtet hat, in den schattigen Regionen der Calderen abzusetzen scheint, insbesondere in Regionen mit kälteren Temperaturen.
Frost auf dem Boden der Caldera des Vulkans Ceraunius Tholus. Die Bilder zeigen (A) eine Ansicht des Ceraunius Tholus von der Context Camera des Mars Reconnaissance Orbiters der NASA, wobei die frühmorgendlichen Beobachtungen von CaSSIS innerhalb des blau gefärbten Rechtecks überlagert werden. Dieses Rechteck ist in Nahaufnahme in Bild (B) zu sehen. Das weiße Rechteck, das ein noch stärker vergrößertes Bild abgrenzt, ist in Bild (C) zu sehen. Frost auf dem Calderaboden, aber kein Frost auf dem Calderarand. (D) zeigt ein aSSIS-Bild der gleichen Region, das zu einer anderen Tageszeit aufgenommen wurde und auf dem der Frost verschwunden ist. (Bildnachweis: ESA/DLR/FU Berlin)
Adomas erklärte, dass es einige Gründe gibt, warum dieser Frost am Äquator des Mars bisher nicht entdeckt wurde.
„Erstens brauchen wir eine Umlaufbahn, die es uns ermöglicht, einen Ort am frühen Morgen zu beobachten. Während die beiden Mars-Orbiter der ESA – Mars Express und TGO – über solche Umlaufbahnen verfügen und zu jeder Tageszeit beobachten können, sind viele andere Agenturen auf die Sonne ausgerichtet und können nur am Nachmittag beobachten“, so Adomas. „Zweitens ist die Ablagerung von Frost an die kälteren Jahreszeiten auf dem Mars gebunden, was das Zeitfenster für seine Beobachtung noch enger macht“, so Adomas.
„Wir haben zufällig in der Nähe des Äquators nach Frost gesucht, aber wir haben nicht erwartet, ihn auf den Vulkangipfeln des Mars zu sehen!“ fügte Adomas hinzu.
„Die Entdeckung von Wasser auf der Marsoberfläche ist immer aufregend, sowohl aus wissenschaftlichem Interesse als auch wegen der Auswirkungen auf die Erforschung durch Menschen und Roboter“, sagte Colin Wilson, ESA-Projektwissenschaftler für ExoMars TGO und Mars Express. „Dennoch ist diese Entdeckung besonders faszinierend.“
Wilson fügte hinzu, dass der niedrige atmosphärische Druck des Mars eine ungewohnte Situation auf dem Roten Planeten schafft, was bedeutet, dass die Berggipfel des Planeten normalerweise nicht kälter sind als die Ebenen. Trotzdem zeigt diese Forschung, dass feuchte Luft, die die Berghänge hinaufweht, zu Frost kondensieren kann, was Thomas als „ausgesprochen erdähnliches Phänomen“ bezeichnet.
„Diese Entdeckung war dank der erfolgreichen Zusammenarbeit zwischen den beiden ESA-Marsorbitern und zusätzlicher Modellierung möglich“, so Thomas abschließend. „Zu verstehen, welche Phänomene auf der Erde und dem Mars gleich oder unterschiedlich sind, ist ein echter Test und verbessert unser Verständnis grundlegender Prozesse, die nicht nur auf unserem Heimatplaneten, sondern auch anderswo im Kosmos ablaufen.“
Die Forschungsergebnisse des Teams wurden am Montag (10. Juni) in der Zeitschrift Nature Geoscience veröffentlicht.
