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Auf den Gipfeln von Vulkanen in der Marsregion Tharsis, der höchsten im Sonnensystem, wurden dünne Frostschichten entdeckt. Dieses Eis, das einige Stunden nach Sonnenaufgang vorhanden ist, bevor es verdunstet, könnte mindestens 150.000 Tonnen Wasser darstellen – das Äquivalent von 60 olympischen Schwimmbecken. Während das Vorkommen von Wassereis in dieser Region zunächst als unwahrscheinlich galt, bietet diese Entdeckung neue Einblicke in den Wasserkreislauf des Planeten.
Die Tharsis-Region ist ein großes Vulkangebiet in den Wendekreisen des Mars. Es erstreckt sich über eine Fläche von etwa 5.000 Kilometern und erhebt sich durchschnittlich 5 Kilometer über die Ebene. Es beherbergt nicht nur die höchsten Vulkane der Erde, sondern auch des gesamten Sonnensystems, wie den Olympus Mons (21 km über dem Meeresspiegel), den Arsia Mons und den Ascraeus Mons (beide 18 km hoch).
In der Tharsis-Region treten viele atmosphärische Phänomene auf, darunter die Bildung von Wassereiswolken. Diese Wolken spielen eine wichtige Rolle im Wasserkreislauf des Planeten und transportieren Feuchtigkeit über Tausende von Kilometern zwischen Polarregionen und trockenen Äquatorzonen. Die Region liegt außerdem inmitten eines Wasserdampfaustauschkreislaufs, in dem jedes Jahr zwischen 10 und 12 kg Wasser zwischen den beiden Hemisphären transferiert werden.
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Abgesehen von den Polarregionen entsteht Wassereis saisonal in Form von Frost in mittleren und niedrigen Breiten. Bisher wurde angenommen, dass sein Vorkommen in den Tropen aufgrund der hohen Oberflächentemperaturen und der dort herrschenden Dürre unwahrscheinlich ist.
„ Wir hielten es für unwahrscheinlich, dass sich rund um den Äquator des Mars Frost bilden würde, da die Mischung aus Sonnenlicht und dünner Atmosphäre die Temperaturen tagsüber an der Oberfläche und auf Berggipfeln relativ hoch hält – anders als auf der Erde, wo wir sie vielleicht erwarten würden gefrorene Gipfel », erklärt Adomas Valantinas in einer Pressemitteilung der Brown University. Allerdings im Rahmen einer neuen Studie, die in der Zeitschrift veröffentlicht wurde NaturgeowissenschaftenValantinas und seine Kollegen haben erstmals Frost auf den Gipfeln von Vulkanen in der Tharsis-Region entdeckt.
Nach Sonnenaufgang herrscht für einige Stunden Frost
Für die Untersuchung analysierte das Team mehr als 30.000 hochauflösende Bilder, die mit dem Color and Stereo Surface Imaging System (CaSSIS) der interplanetaren Sonde ExoMars Trace Gas Orbiter (TGO) der Europäischen Weltraumorganisation aufgenommen wurden. Seit April 2018 liefert CaSSIS Daten über Staubbewegungen, saisonale Veränderungen der CO2-Eisablagerung und „trockene Lawinen“ auf der Planetenoberfläche.
Die Operation von Valantinas und seinem Team bestand darin, Spuren von Frost zu entdecken und dann zu bestätigen, dass es sich tatsächlich um Wassereis handelte. Dazu sortierten die Forscher die Bilder nach Ort und Zeitpunkt der Aufnahme (Tages- und Jahreszeit). Dadurch war es möglich, die spektralen Signaturen zu isolieren, die auf das Vorhandensein von Frost und den Ort seiner Bildung hinweisen. Zweitens validierte das Team die Beobachtungen mithilfe der hochauflösenden Stereokamera (HRSC) auf dem Mars Express-Orbiter und den Nadir- und Okkultationsspektrometern (ebenfalls an Bord des TGO).
„ Durch die Kombination von Messungen verschiedener Instrumente und Modellierung können wir unser Verständnis der Wechselwirkungen zwischen Atmosphäre und Oberfläche auf eine Weise verbessern, die mit einem einzelnen Instrument nicht möglich wäre. », erklärt Ernst Hauber, Geologe am Institut für Planetenforschung des DLR-Instituts für Planetenforschung (in Berlin) und Co-Autor der Studie, in einer Pressemitteilung der Universität Bern.
a, Gesamtansicht des Mars mit weiß umrandeter Position des Olympus Mons. b: Weitwinkelbild des Olympus Mons, aufgenommen am frühen Morgen. c, Vergrößerte Ansicht der Caldera des Olympus Mons. d, Hochauflösendes CaSSIS-Farbbild des Frosts am Boden der Caldera und am nördlichen Rand des Olympus Mons. e, NOMAD-LNO-Kanalbeobachtung der Olympus Mons Caldera. © A. Valantinas et al.
Das Team stellte fest, dass die Gipfel der Tharsis-Vulkane zeitweise Spuren von Frost aufwiesen. Sie lagern sich am Boden der Calderas von Vulkanen ab, großen Mulden, die bei früheren Ausbrüchen an der Spitze entstanden sind. Spektrometrische Daten bestätigten, dass es sich tatsächlich um Wassereis handelte. Den Forschern zufolge würde es durch die Luftzirkulation über diesen Bergen entstehen und so ein Mikroklima schaffen, das die Bildung von Frost begünstigt.
Siehe auch
Der Frost kondensiert jede Nacht und bleibt nur einige Stunden nach Sonnenaufgang auf den Gipfeln der Vulkane, bevor er aufgrund des Anstiegs der Oberflächentemperatur verdunstet. Außerdem ist es unglaublich dünn und würde nicht dicker als ein Hundertstel Millimeter sein, also etwa so dick wie ein menschliches Haar. Experten zufolge könnte diese Schicht, obwohl sie dünn ist, mehr als 150.000 Tonnen Wasser enthalten, das im Marswinter täglich zwischen der Oberfläche und der Atmosphäre zirkuliert.
Diese Ergebnisse stellen frühere Hypothesen in Frage, die darauf hindeuten, dass sich auf der Oberfläche dieser Marsregion kein Wassereis bilden kann. Dies verdeutlicht eine bisher unerforschte Dynamik des Wasserkreislaufs auf dem Planeten. Experten vermuten, dass es sich um ein Überbleibsel eines alten Klimazyklus handeln könnte. Auf den Gipfeln dieser Vulkane hat es in der Vergangenheit wahrscheinlich Niederschläge und Schneefälle gegeben.
Die Forscher glauben, dass neue Modellierungen der Frostbildung mehr Informationen über den Wasserkreislauf des Mars und seine komplexe atmosphärische Dynamik liefern könnten. Dies könnte für die Suche nach möglichen Spuren von Leben sowie für zukünftige bemannte Missionen auf dem Planeten sehr nützlich sein. Das Team plant Forschungen in diese Richtung, indem es alte hydrothermale Umgebungen erforscht, die möglicherweise mikrobielles Leben unterstützt haben. Darüber hinaus könnten bald Proben mit der Mars Sample Return-Mission der NASA zur Erde zurückgebracht werden.
