Vor Milliarden von Jahren besaß unser Nachbarplanet Seen, Flüsse und einen Ozean. Reste dieses Wassers sind heute noch in den Eiskappen der Polargebiete des Mars und in Eisschichten in seinem Untergrund konserviert. Hingegen galt die Äquatorregion des Roten Planeten bisher als trocken und eisfrei. Allerdings belegen Messdaten, dass die Mars-Atmosphäre auch in diesen Regionen Wasserdampf und Eiswolken enthält. Woher kommt dieses rätselhafte Nass?
Wasserfrost auf Mars-Vulkanen
Nun ist zum ersten Mal auf den Mars-Vulkanen, den höchsten Bergen im Sonnensystem, Wasserfrost nachgewiesen worden. Ein internationales Forscherteam unter der Leitung der Universität Bern hat für diese Entdeckung hochauflösende Farbbilder der Marskamera „CaSSIS“ an Bord der Raumsonde „ ExoMars Trace Gas Orbiter “ (TGO) der Europäischen Weltraumorganisation Esa verwendet.
Tharsis-Vulkane bergen ein nasses Geheimnis
Der Frost wurde auf den Gipfeln der Tharsis-Vulkane, den höchsten Bergen des Mars, westlich des Grabensystems Valles Marineris in Höhe des Marsäquators, entdeckt.
„Wassereiswolken spielen eine fundamentale Rolle für den Wasserkreislauf des Mars“, erklären Adomas Valantinas und seine Kollegen. „Sie transportieren Feuchtigkeit über tausende Kilometer hinweg von den Polargebieten in die relativ trockene Äquatorregion.“
Auf diesem Weg ziehen diese Eiswolken auch über die Tharsis-Region des Mars hinweg. Diese Region ähnelt einer gewaltigen Beule in der Marsoberfläche, auf der einige der größten Vulkane des Sonnensystems liegen, darunter der Olympus Mons.
Zur Info: Die Tharsis-Region ist ein ausgedehntes Gebiet auf dem Mars mit einer Fläche von rund vier Millionen Quadratkilometern. Ihr Zentrum liegt westlich des Grabensystems Valles Marineris in Höhe des Marsäquators. Auch der größte Feuerberg auf dem Roten Planeten, der 26 Kilometer hohe und 600 Kilometer breite Schildvulkan Olympus Mons, liegt auf dem Tharsis-Plateau.
Schlägt sich Eis auf den Vulkangipfeln nieder?
Messungen zufolge erreichen Wasserdampf und Eiswolken über diesem Vulkangebiet auf dem Planeten immer wieder auffallend hohe Werte. Doch was dies für die Marsoberfläche bedeutet, ob sich beispielsweise Eis auf den Vulkangipfeln niederschlägt, blieb bis dato unklar.
„Wir dachten, dass die Bildung von Eisablagerungen in der Äquatorregion des Mars unmöglich ist“, berichtet Valantinas. „Denn die Mischung aus Sonneneinstrahlung und dünner Atmosphäre sorgt für relativ hohe Temperaturen sowohl in der Ebene wie auf den Berggipfeln.“
Ob das wirklich so ist, haben di Wissenschaftler nun überprüft. Sie entdeckten bläuliche Ablagerungen in Teilen des Caldera-Grunds und -Rands der Tharsis-Region. „Diese Ablagerungen konzentrieren sich am Grund der Caldera, fehlen dagegen auf den gut beleuchteten warmen Hängen und Vulkanflanken.“ Wie sich herausstellt handelt es sich um Wassereis, morgendlicher Raureif, der sich auf den Vulkangipfeln bildet.
150 000 Tonnen Wasser in Form von Raufreif pro Tag
Dieses Eis bildet sich allerdings nur im Winter und bleibt morgens nur wenige Stunden nach Sonnenaufgang erhalten, bevor es wieder zu Wasserdampf wird. Trotz ihrer geringen Dicke – wahrscheinlich nur ein Hundertstel eines Millimeters (so dick wie ein menschliches Haar) – bedecken die Frostflecken eine riesige Fläche.
„Die Menge an Frost entspricht etwa 150 000 Tonnen Wasser, die während der kalten Jahreszeit jeden Tag zwischen der Oberfläche und der Atmosphäre ausgetauscht werden, was etwa 60 olympischen Schwimmbecken entspricht“, berichtet Valantinas.
Wasserkreislauf auf dem Mars ähnelt dem auf der Erde
auf Mit dieser Entdeckung haben die Wissenschaftler erstmals Wassereis auch am Äquator des Mars nachgewiesen. „Die Existenz von Wassereis dort ist spannend und deutet daraufhin, dass hier außergewöhnliche Prozesse im Gange sind, die die Frostbildung erlauben“, erläutert Valantinas.
Die Forscher vermuten, dass starke aufsteigende Aufwinde den aus der Polarregion wasserdampfhaltige Luft aus dem Tiefland nach oben, die sich in der Höhe abkühlt und kondensiert. „Das ist ein bekanntes Phänomen sowohl auf der Erde als auch auf dem Mars“, erläutert Valantinas.
Dort kommt die mit Feuchtigkeit angereicherte Gasmischung dann in den Einflussbereich eines besonderen Mikroklimas in den Vulkankratern. „In den Calderen von Olympus Mons und Arsia Mons beobachten wir eine substanzielle Verringerung des Atmosphärendrucks und der horizontalen Windgeschwindigkeiten nahe der Oberfläche“, schreiben die Forscher. Diese Bedingungen fördern das Auskristallisieren des Wasserdampfs als Frost.
Wichtige Entdeckung für künftige Mars-Missionen
„Wasser auf der Oberfläche des Mars zu finden ist immer aufregend – sowohl aus wissenschaftlichem Interesse als auch wegen seiner Bedeutung für die robotische und menschliche Erkundung des Planeten“, betont Koautor Colin Wilson von der Esa.
Das Verständnis des Wasserkreislaufs auf dem Mars sei von großer Bedeutung, um wichtige Ressourcen für die künftige Erforschung des Mars durch den Menschen zu finden. Zudem könne man nachprüfen, wo es auf dem Mars Wasser gebe und ob der Mars früher oder heute bewohnbar gewesen sei.