Auf den Gipfeln von Marsvulkanen ereignet sich ein Wetterphänomen, das man in ähnlicher Form auch im eigenen Garten beobachten kann: Unter bestimmten Umständen bilden sich dort dünne Reifablagerungen, die wieder verdampfen, sobald die Sonne genug Wärme spendet. Dass so etwas möglich ist, war bisher eigentlich bezweifelt worden – die Beobachtungen liefern überraschende Einblicke in den fragilen Wasserkreislaufs auf dem Roten Planeten.

Der Mars besitzt eine äußerst dünne Atmosphäre. Der mittlere Luftdruck liegt bei 0,6 Prozent des irdischen mittleren Luftdrucks. Will man hier auf der Erde ähnliche atmosphärische Bedingungen finden, muss man in die Stratosphäre in 32 Kilometern Höhe aufsteigen. Entsprechend ist auf den höchsten Gipfeln des Mars die "Luft" noch einmal deutlich dünner.

Olympus Mons, Mars
Der Olympus Mons ist der höchste Berg des Sonnensystems. Auf seinem Gipfel bildet sich während des Marswinters in den Morgenstunden Reif.
Foto: ESA/DLR/FU Berlin

Unerwartetes Eis

Zu diesen Giganten, die jeden terrestrischen Vulkan weit in den Schatten stellen, zählen die Tharsis-Vulkane, eine Gruppe von vermutlich erloschenen Feuerbergen in Äquatornähe des Mars. Der König unter ihnen ist der berühmte Olympus Mons. Der Schildvulkan ragt 26 Kilometer über der umliegenden Ebene empor und hat einen Durchmesser von 600 Kilometern. Stünde der Olympus Mons in Europa, würde er von der Adria bis Prag, von München bis Budapest reichen.

Aber auch Arsia Mons, Pavonis Mons und Ascraeus Mons, die übrigen Vulkane der Tharsis-Region, sind mit Höhen von 14 bis 18 Kilometern buchstäblich überragend. Dass sich in der dünnen "Luft" auf ihren Gipfeln Eis bilden könnte, hielten Forschende bisher für unwahrscheinlich – zumal in der Nähe des Marsäquators die starke Sonneneinstrahlung die Oberflächentemperaturen tendenziell hoch hält.

60 olympische Schwimmbecken

Umso größer war die Überraschung, als ein Team um Adomas Valantinas nun genau das beobachtete: Hochauflösende Farbbilder der Esa-Sonde ExoMars Trace Gas Orbiter (TGO) zeigten während des Marswinters eine hauchdünne Schicht von Wasserfrost auf den Gipfeln der Tharsis-Vulkane. Die im Fachjournal Nature Geoscience präsentierte Entdeckung ist nicht zuletzt für zukünftige Marsmissionen von Bedeutung.

Gelungen ist der Fund mit dem von der Universität Bern mitentwickelten Kamerasystem CaSSIS (Color and Stereo Surface Imaging System). Die CaSSIS-Bilder zeigten feinste Eisablagerungen, die vermutlich kaum dicker sind als ein menschliches Haar, dafür aber riesige Flächen bedecken. "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", sagte Valantinas.

Gipfelcaldera Olympus Mons, Mars
Der hochaufgelöste Aufnahme zeigt in Blautönen den Frost in der Gipfelcaldera des Olympus Mons. Kleines Bild unten: Der Ausschnitt entspricht der weiß eingerahmten Fläche.
Foto: ESA/TGO/CaSSIS

Wasser für Marsbesucher

Das Team hat auch eine Erklärung dazu, wie die Frostschicht zustande kommt: "Aufsteigende Winde bringen 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", erklärte Valantinas. Anhand der CaSSIS-Bilder könne man sehen, dass die dünnen Reifablagerungen nur kurz vorhanden sind, allenfalls für einige Stunden um den Sonnenaufgang herum. Steigt die Sonne höher, verdampfen sie rasch.

Trotz ihrer geringen Dicke repräsentieren die Eispartikel eine beträchtliche Menge Wasser. Für künftige menschliche Marsbesuche ist dies sehr wichtig. "Zu verstehen, wo Wasser zu finden ist und wie es sich zwischen den Reservoirs bewegt, ist für viele Aspekte der Marsforschung von Bedeutung", sagte Nicolas Thomas (Uni Bern), Co-Autor der Studie. Nicht zuletzt ginge es auch darum, wichtige Ressourcen für die künftige Erforschung des Mars durch den Menschen zu finden. (tberg, red, 11.5.2024)