„Exotische Physik“ erklärt mysteriöse Mars-Wolke

Paris (Frankreich) – Jedes Jahr im Frühjahr und Sommer des Mars zeigt sich über der Südhalbkugel des Roten Planeten eine ungewöhnliche Himmelserscheinung: Über dem Gipfel des Marsberges Arsia Mons entsteht eine langgestreckte Wolke. Während bisherige Klimamodelle die sogenannte „Arsia Mons Elongated Cloud“ (AMEC) nur schwer erklären können, zeigen neue Simulationen, dass „exotische Physik“ eine Rolle spielen könnte.

Wie ein Forscherteam der Europäischen Raumfahrtagentur ESA um Jorge Hernández-Bernal von der Sorbonne Université in aktuell im Fachjournal „Nature Geoscience“ (DOI: 10.1038/s41561-026-02089-9) und via ArXiv.org berichtet, haben sie die Wolke anhand der Daten der europäischen Mars-Sonde „Mars Express“ in Verbindung mit einem hochmodernen meteorologischen Modell des Roten Planeten untersucht.

Mars-Wolke sorgt seit 2018 für Rätselraten

Bereits bekannt war, dass es sich bei der erstmals 2018 von der Sonde entdeckten Wolke nicht – wie ursprünglich spekuliert – um die Rauchfahne des vermeintlich neuerwachten 20 Kilometer hohen Arsia Mons, sondern um einen wiederkehrenden Schleier aus Wassereis handelt (…GreWi berichtete https://www.grewi.de/kein-vulkanausbruch-wolkenfahne-auf-dem-mars-besteht-aus-wassereis20181026/). Die AMEC bildet sich, wächst und löst sich über mehrere Marsmonate hinweg täglich wieder auf. Dabei erstreckt sie sich über eine Länge von bis zu 1800 Kilometern – fast das Doppelte der Länge Großbritanniens –, bevor sie wieder rasch verdampft. Wie sich zeigte, handelt es sich um eine sogenannte orografische Wolke, wie es sie auch auf der Erde gibt und die entsteht, wenn Wind an der zerklüfteten Topografie eines Vulkans oder Berges vorbeiströmt. (…GreWi berichtete, https://www.grewi.de/mars-express-lueftet-geheimnisse-der-raetselhaften-mars-wolke-20210311/).

Trotz all dieser Erkenntnisse über die Wolke scheiterten bisherige Versuche, genau zu modellieren, wie die Wolke entsteht und sich entwickelt, an den Aufnahmen der Wolke in der Realität: Simulationsergebnisse und Satellitenbilder passten einfach nicht zusammen – bis jetzt.

Exotische Physik zur Modellierung notwendig

„Um die AMEC in unserer Modellierung entstehen zu lassen, stellten wir fest, dass wir eine gewisse exotische Physik einbeziehen mussten“, erläutert Hernández-Bernal in einer Pressemitteilung der ESA. Diese Physik, werde zwar bereits in Lehrbüchern behandelt, gelte bislang allerdings als rein theoretische Möglichkeit, von der Klimaforscher bislang annahmen, dass sie normalerweise in der Natur nicht auftritt. „In Aktion wurde sie jedenfalls noch nie beobachtet.“ Sobald jedoch besagte sehr exotische Physik in die Simulationen einbezogen werde, entstehe die AMEC „genau so, wie wir es uns erhofft hatten“.

Auf der Erde und anderswo entstehen Wolken für gewöhnlich, wenn feuchte Luft abkühlt und Wasserdampf zu flüssigen Tröpfchen oder Eiskristallen kondensiert. „Dies geschieht normalerweise durch einen Prozess, der als heterogene Nukleation bezeichnet wird“, führt die ESA weiter aus. „Dabei müssen winzige Partikel anderer Stoffe in der Atmosphäre vorhanden sein, an denen sich der Wasserdampf anlagern und kondensieren kann – beispielsweise Salz, Pollen, Ruß oder Staub. Auf dem Mars geht man davon aus, dass es sich dabei um Staub handelt.“

www.grewi.de
+ HIER den täglichen kostenlosen GreWi-Newsletter bestellen +

Bei der AMEC scheine die Wolkenbildung jedoch ohne all diese Zutaten auszukommen: „Wasserdampf verwandelt sich direkt in eisige Wolkenpartikel, ohne einen Zwischenschritt“, so Jorge Hernández-Bernal weiter. „Das ist vergleichbar damit, dass Kondensationströpfchen mitten in einem Raum entstehen, statt an einem Fenster. Wir nennen dies homogene Nukleation, und wir haben sie noch nie zuvor in einer planetaren Atmosphäre beobachtet. Das ist gänzlich unerwartet.“

Zuvor hatten Klima- und Planetenwissenschaftler vermutet, dass dieser Prozess in den oberen Atmosphärenschichten der Erde und der Venus stattfinden könnte, doch beobachtet wurde dieser Vorgang bislang nicht. Seine Seltenheit beruhe darauf, dass er außergewöhnliche Bedingungen erfordert: extreme relative Luftfeuchtigkeitswerte, die mehr als 100.000-mal so hoch sind wie jene, die wir im Alltag auf der Erde gewöhnlich erleben. „Wir haben solche Bedingungen auf dem Mars bisher nicht beobachtet, doch unsere Ergebnisse legen nun nahe, dass die Luftfeuchtigkeit des Planeten tatsächlich diese extremen Werte erreichen kann“, zeigt sich selbst Hernández-Bernal ebenso erstaunt wie fasziniert.

Wolke bleibt einzigartig und in Teilen rätselhaft

Tatsächlich entstehe die AMEC denn auch an einem einzigartigen Ort, an dem die dünne Marsatmosphäre und die gewaltige Höhe des nahe gelegenen Vulkans Arsia Mons zusammenwirken und so die Bedingungen schaffen, die erforderlich sind, um diesen seltenen Prozess in Aktion zu beobachten.

Wenn Winde am Arsia Mons vorbeiströmen, löse die Masse des Vulkans eine starke Welle aus, um so die feuchte Luftpakete innerhalb weniger Minuten mehrere Kilometer hoch in die Atmosphäre zu heben, erläutern die Forschenden. „Dadurch kühlt sich die Atmosphäre rasch ab. Die Temperaturen sinken innerhalb von nur zehn Minuten um 30 Grad, während die relative Luftfeuchtigkeit stark ansteigt. Anschließend gefriert der Wasserdampf spontan und unmittelbar zu Wolkenpartikeln, wodurch die AMEC entsteht.“

Auch wenn einige Aspekte der so modellierten Wolke immer noch nicht genau mit den Beobachtungen übereinstimmen, sei „das Ergebnis bemerkenswert“, so Hernández-Bernal abschließend. „Wir verfügen bei Weitem nicht über so viele Informationen zur Marsatmosphäre wie zur Erdatmosphäre. Die AMEC in diesem Maße reproduzieren zu können, ist daher ein großer Erfolg für das Modell.“

Für den ESA-Projektwissenschaftler von „Mars Express“, Colin Wilson, reicht die neue Erkenntnis über die reine Erweiterung unseres Verständnisses atmosphärischer Prozesse auf dem Mars und anderswo hinaus und unterstreicht, dass wir unwahrscheinliche Prozesse bei der Erforschung der Planeten des Universums – einschließlich der Exoplaneten – nicht von vornherein ausschließen sollten: „Obwohl Wolken auf der Erde und dem Mars denselben ‚Regeln‘ zu folgen scheinen, erforderte das Verständnis dieser exotischen Mars-Wolke eine exotische Physik – und das könnte auch anderswo im Kosmos der Fall sein.“

WEITERE MELDUNGEN ZUM THEMA
Jährliche Mars-Wolke offenbart: Mars-Atmosphäre feuchter als gedacht 13. September 2025
Sonde detektiert Frost auf Vulkanen am Mars-Äquator 12. Juni 2024
„Mars Express“ lüftet Geheimnisse der rätselhaften Mars-Wolke 11. März 2021
Nachgefragt: Wolkenfahne über Marsvulkan immer noch „aktiv“ 9. November 2018
Kein Vulkanausbruch: Wolkenfahne auf dem Mars besteht aus Wassereis 26. Oktober 2018
Mars-Webcam VMC zeigt rätselhafte Wolkenfahne über Mars-Vulkan 22. Oktober 2018

Recherchequelle: ESA Space Science

© grewi.de