1800 Kilometer langForscher lösen Rätsel um gigantische Mars-Wolke
An einem riesigen Marsvulkan bildet sich zu bestimmten Jahreszeiten jeden Morgen eine 1800 Kilometer lange Wolke. Der Grund bleibt lange rätselhaft. Forscher finden nun eine Erklärung – mithilfe eines physikalischen Konzepts, das auf der Erde als rein theoretisch galt.
Am Westhang des 20 Kilometer hohen Vulkans Arsia Mons auf dem Mars bildet sich im Frühling und im Sommer jeden Morgen eine 1800 Kilometer lange, schlauchförmige Wolke und verschwindet mittags wieder. Bislang scheiterten meteorologische Modelle daran, die Entstehung der „Arsia Mons Elongated Cloud“ zu erklären. Einem Forschungsteam aus Frankreich gelang es jetzt, das Rätsel zu lösen. Die ungewöhnlichen Bedingungen am Arsia Mons ermöglichen es der Luftfeuchtigkeit, ohne Kondensationskeime Eiskristalle zu bilden, schreiben die Wissenschaftler im Fachblatt „Nature Geoscience“.
„Um die Wolke in unseren Modellen zu erzeugen, mussten wir einige exotische physikalische Konzepte einbeziehen“, erläutert Jorge Hernández-Bernal von der Sorbonne Universität in Paris, „Konzepte, die zwar in Lehrbüchern vorkommen, aber als rein theoretisch und in der Natur nicht vorkommend gelten.“
Entdeckt wurde die mysteriöse Wolke bereits in den 1970er Jahren auf Aufnahmen der ersten Marssonden. Doch erst anhand der regelmäßigen Beobachtungen des europäischen Mars Express erkannten die Planetenforscher, dass es sich um ein täglich wiederkehrendes Phänomen handelt. Die Wissenschaftler stuften die Erscheinung als „orografische Wolke“ ein, eine Wolkenart, die auch auf der Erde häufig an Vulkanen oder Bergen auftritt. Wenn Wind auf ein solches Hindernis trifft, kann er feuchte Luft nach oben drängen – und dort kondensiert die Feuchtigkeit, eine Wolke aus Wassertröpfchen oder Eiskristallen entsteht.
Modell liefert zunächst falsche Antwort
Auf dem Mars herrschen allerdings völlig andere Bedingungen als auf der Erde: Die Atmosphäre ist mit einem Hundertstel des irdischen Luftdrucks sehr dünn und die Vulkane sind viel gewaltiger als Berge auf der Erde. Im Frühjahr und im Sommer schmilzt die Morgensonne dünne Frostschichten auf dem Marsboden und setzt so Wasserdampf frei. Starke Ostwinde erfassen diese feuchte Luft und treiben sie den Hang des Arsia Mons hinauf.
Der Wind überquert den Gipfel und stürzt dann auf der windabgewandten Seite wieder herab. Die rasch hinabschießende feuchte Luft prallt mit großer Wucht auf die tiefer liegenden Luftschichten. Der gewaltige Aufprall schleudert die feuchte Luft senkrecht nach oben – bis in eine Höhe von 45 Kilometern. Dort kondensiert die Feuchtigkeit und die Wolke entsteht.
So weit, so gut. Orografische Wolken auf der Erde lassen sich gut im Computer simulieren. Also, so dachten sich Hernández-Bernal und seine Kollegen, sollte dies doch auch mit der seltsamen Wolke auf dem Mars möglich sein. Doch sie erlebten eine Enttäuschung: Die meteorologischen Modelle lieferten keine langgestreckte Wolke am Arsia Mons. Was war falsch an ihrem Modell?
Auf der Erde benötigt Wasserdampf Kondensationskeime, damit sich Tröpfchen oder Eiskristalle bilden können. Bei diesen winzigen Schwebeteilchen kann es sich um Salzkristalle, Pollen, Ruß oder Staubkörnchen handeln. Auf dem Mars kommt nur Staub infrage, aber davon gibt es dort genug in der Atmosphäre. Doch die im Modell vorgesehene Kondensation an Staubpartikeln lieferte nicht das gewünschte Resultat.
Forscher entdecken exotisches Phänomen
Bei ihrer Recherche stießen die Forscher auf ein exotisches Phänomen: Wasserdampf kann unter extremen Umständen – nämlich bei extrem hoher Luftfeuchtigkeit – auch ohne Kondensationskeime Tröpfchen oder Eiskristalle bilden. Ein solcher Vorgang kommt jedoch auf der Erde nicht vor, deshalb wurde er bislang als rein theoretisch, für die Praxis jedoch unwichtig angesehen.
Versuchsweise integrierten Hernández-Bernal und seine Kollegen die exotische Kondensation in ihr Modell – und hatten Erfolg: In der Simulation bildete sich endlich wie erhofft eine langgestreckte Wolke am Vulkan. Wie sich zeigte, kühlt sich die feuchte Luft bei ihrem Aufstieg auf der windabgewandten Seite des Vulkans innerhalb von zehn Minuten um 30 Grad ab – und die Luftfeuchtigkeit steigt um das 100.000-Fache an. Und unter diesen Bedingungen bilden sich auch ohne Staubkörnchen ganz spontan Eiskristalle – in einem viel größeren Ausmaß, als wenn die Kondensation nur an Staub stattfinden würde.
Noch gibt das Modell des Teams nicht alle beobachteten Details der Wolke am Arsia Mons perfekt wieder. „Aber das Ergebnis ist bemerkenswert“, betont Hernández-Bernal. „Wir haben bei Weitem nicht so viele Informationen über die Marsatmosphäre wie über die der Erde. Daher ist die Reproduktion der langen Wolke ein großer Erfolg für das Modell.“
