Jeden Morgen kann nahe einem Vulkan auf dem Mars eine riesige weiße Wolke erscheinen, sich über fast 2.000 km erstrecken und dann innerhalb weniger Stunden wieder verschwinden.
Dieses Phänomen tritt in der Nähe des Arsia Mons auf, eines der großen Vulkane des Mars. Die Wolke erscheint vor allem zu einer bestimmten Zeit im Marsjahr, etwa zur Sommersonnenwende auf der Südhalbkugel. Raumsonden haben ihr Wachstum verfolgt: Eine lange Spur aus Wassereis erstreckt sich über dem Planeten, bevor sie im Laufe des Vormittags verschwindet.
Die weiße Wolke des Arsia Mons erstreckt sich in dieser Ansicht von Mars Express westlich des Vulkans.
Quelle: ESA/Mars Express, über Earth.com.
Wolken auf dem Mars sind nicht überraschend. Trotz seiner sehr dünnen Atmosphäre enthält der Planet Wasserdampf. Wenn die Bedingungen kalt genug werden, kann dieser winzige Eiskristalle bilden. Doch die Form und die Dauer genau dieser Wolke ließen sich mit den üblichen Erklärungen nicht nachvollziehen.
Auf der Erde wie auf dem Mars bildet sich Eis normalerweise um Partikel, die bereits in der Luft vorhanden sind, zum Beispiel Staub. Diese Partikel bieten den Kristallen einen Ausgangspunkt. Modelle, die ausschließlich diesen Mechanismus nutzten, konnten die Wolke des Arsia Mons und ihre lange Spur jedoch nicht reproduzieren.
Die Forschenden untersuchten daher, was geschieht, wenn der Wind auf den Vulkan trifft. Das Relief stört die Luftströmung und erzeugt eine Region, in der die Temperatur plötzlich stark abfällt. Für kurze Zeit enthält die Atmosphäre im Verhältnis zu ihrer Temperatur so viel Wasserdampf, dass Kristalle direkt und ohne Staub entstehen könnten.
Die lang gestreckte Wolke des Arsia Mons, beobachtet von Mars Express am 24. Juni 2024. Die Spur aus Wassereis erstreckt sich auf der windabgewandten Seite des Vulkans.
Quelle: ESA/DLR/FU Berlin — CC BY-SA 3.0 IGO.
Diese spontane Eisbildung wird als „homogene Nukleation“ bezeichnet. Das Phänomen ist theoretisch bekannt, erfordert jedoch normalerweise so besondere Bedingungen, dass es bisher nicht in einer echten atmosphärischen Wolke nachgewiesen worden war. Das Forschungsteam integrierte diese Möglichkeit daher in ein Wettermodell des Mars.
Diesmal erzeugte die Simulation eine lang gestreckte Wolke mit Eigenschaften, die den Beobachtungen aus der Umlaufbahn ähnelten. In der Abkühlungszone bildeten sich kleine Kristalle, die anschließend vom Wind fortgetragen wurden. Ihre Entwicklung konnte eine lange, hinter dem Vulkan sichtbare Spur aufrechterhalten.
Das Ergebnis ist ein starkes Indiz, aber keine direkte Beobachtung des Mechanismus. Die Sonden sehen die Wolke und verfolgen ihre Veränderungen, beobachten jedoch nicht die Entstehung jedes einzelnen Kristalls. Die Forschenden schlagen diesen neuen Bildungsweg daher vor, weil er das Phänomen besser reproduziert als die üblichen Methoden.
Die Bedeutung geht über den Mars hinaus. Wenn Eis tatsächlich direkt aus Wasserdampf in einer natürlichen Atmosphäre entstehen kann, müssen einige Wolkenmodelle möglicherweise überarbeitet werden. Die Forschenden möchten insbesondere prüfen, ob vergleichbare Bedingungen in den oberen Atmosphären der Erde oder der Venus existieren, wo dieser Mechanismus bereits theoretisch in Betracht gezogen wurde.