Eine neue Studie zeigt, dass der Mars einen einzigartigen Wasserdampfkreislauf hat, der nur etwa alle 2 Jahre auftritt. Der Zyklus könnte dazu beitragen, zu erklären, wie der Mars den größten Teil seines Wassers verloren hat.
Künstlerkonzept von Wasserdampfmolekülen, die vom Mars in den Weltraum ausgestoßen werden. Wissenschaftler haben einen neuen Wasserkreislauf auf dem Planeten gefunden, in dem Wasserdampf in die obere Atmosphäre transportiert werden und manchmal sogar in den Weltraum entweichen kann. Bild über NASA / GSFC / CU / LASP.
Wissenschaftler haben auf dem Mars eine neue Art von Wasserkreislauf entdeckt, was angesichts des generell gravierenden Wassermangels auf dem Planeten etwas überraschend ist. Einer neuen Studie zufolge steigt Wasserdampf aus der unteren Atmosphäre in die obere Atmosphäre des Mars auf und entweicht teilweise sogar in den Weltraum. Dies kann jedoch nur unter sehr begrenzten Bedingungen geschehen. Dieser Befund könnte auch erklären, warum der Mars vor Milliarden von Jahren den größten Teil seines Wassers verloren hat.
Die faszinierenden neuen Ergebnisse wurden in der aktuellen Ausgabe des Peer-Review-Journals veröffentlicht Geophysikalische Forschungsbriefe am 16. April 2019 von Forschern des Moskauer Instituts für Physik und Technologie (MIPT) und des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung (MPS) in Deutschland.
Computersimulationen zeigten, dass überraschenderweise Wasserdampf aus der unteren Atmosphäre aufsteigen und durch die kältere mittlere Atmosphäre in die obere Atmosphäre gelangen kann, jedoch nur unter bestimmten Umständen. Diese einzigartige Bewegung von Wasserdampf tritt etwa alle zwei Jahre im Sommer auf der südlichen Hemisphäre auf. Ein Teil des Wasserdampfes wird vom Wind zum Nordpol getragen, der Rest zerfällt und entweicht in den Weltraum. Dies könnte auch der Grund dafür sein, dass der Mars in ferner Vergangenheit den größten Teil seines Wasserdampfs verloren hat.
Vertikale Verteilung des Wasserdampfes auf dem Mars während eines Marsjahres um 3 Uhr morgens Ortszeit. Der Wasserdampf kann nur im Sommer auf der Südhalbkugel des Mars höhere atmosphärische Schichten erreichen. Bild über GPL / Shaposhnikov et al.
Wie kann der Wasserdampf die Kältesperre in der mittleren Atmosphäre passieren? Die Forscher glauben, dass es einen bisher unbekannten Mechanismus gibt, der wie eine Pumpe wirkt. Die mittlere Atmosphäre ist normalerweise sehr kalt, was es Wasserdampf schwer macht, sie zu durchdringen. Aber zweimal am Tag - und nur an einem bestimmten Ort und zu einer bestimmten Jahreszeit - wird diese Barriere durchlässiger. Zu diesen Zeiten kann der Wasserdampf durch die mittlere Atmosphäre schleichen und in die obere Atmosphäre gelangen.
Der Wasserdampf kühlt sich in der oberen Atmosphäre ab, wo ein Teil zum Nordpol gelangt und wieder nach unten sinkt. Einige der Wassermoleküle werden jedoch in diesen extremen Höhen durch Sonneneinstrahlung aufgelöst und entweichen in den Weltraum.
Die Umlaufbahn des Mars ist ein Schlüsselfaktor für die Funktionsweise dieses Prozesses. Ihre Umlaufbahn ist etwa doppelt so lang wie die der Erde, zwei Jahre und viel elliptischer. Es ist Sommer auf der südlichen Halbkugel des Mars, wenn der Planet der Sonne am nächsten ist, etwa 42 Millionen Kilometer näher als an seinem entferntesten Punkt, und die Sommertemperaturen auf der südlichen Halbkugel des Mars sind daher bedeutend wärmer als die Sommertemperaturen in seine nördliche Hemisphäre. Dies erleichtert zu diesem Zeitpunkt das Aufsteigen von Wasserdampf durch die Atmosphäre. Laut Paul Hartogh von MPS:
Wenn es Sommer auf der südlichen Hemisphäre ist, kann zu bestimmten Tageszeiten lokal Wasserdampf mit wärmeren Luftmassen aufsteigen und die obere Atmosphäre erreichen.
Die Staubstürme des Mars, wie sie der Mars Express-Orbiter im April 2018 in der Region Utopia Planitia gesehen hat, können auch Wasserdampf weiter in die Atmosphäre befördern. Bild über ESA / DLR / FU Berlin.
In Kombination mit dem Pumpmechanismus bedeutet dies, dass Wasserdampf in diesen relativ kurzen Momenten tatsächlich durch die Atmosphäre bis in den Weltraum aufsteigen kann. Aber es gibt auch einen anderen Prozess, der dabei helfen kann: Staubstürme.Staubstürme auf dem Mars können Monster sein und manchmal sogar den gesamten Planeten umkreisen. Die Staubpartikel erwärmen sich und können die atmosphärische Temperatur um bis zu 30 Grad erhöhen. Der Staub kann auch Wasserdampf hoch in die Atmosphäre befördern, wie Alexander Medwedew von MPS feststellte:
Die während eines solchen Sturms durch die Atmosphäre wirbelnden Staubmengen erleichtern den Transport von Wasserdampf in hohe Luftschichten.
Ein riesiger Staubsturm war im Jahr 2007, und die Forscher errechneten, dass er ungefähr doppelt so viel Dampf in die obere Atmosphäre einströmte, als normal auftreten würde. Wie Dmitry Shaposhnikov vom MIPT, dem Erstautor der neuen Studie, erklärte:
Unser Modell zeigt mit bisher unerreichter Genauigkeit, wie sich Staub in der Atmosphäre auf die mikrophysikalischen Prozesse bei der Umwandlung von Eis in Wasserdampf auswirkt.
Wie Hartogh auch kommentierte:
Anscheinend ist die Marsatmosphäre für Wasserdampf durchlässiger als die der Erde. Der neu entdeckte saisonale Wasserkreislauf trägt massiv zum anhaltenden Wasserverlust des Mars bei.
Künstlerische Vorstellung davon, wie der Mars mit einem alten Ozean in seiner nördlichen Hemisphäre ausgesehen haben könnte; Einige Wissenschaftler glauben, dass dieser Mars-Ozean einst existiert haben könnte. Heute ist der Mars eine trockene, kalte Welt mit Eis auf und unter der Oberfläche und sehr wenig Wasserdampf in der Atmosphäre. Bild über NASA / GSFC.
Die Marsatmosphäre ist jetzt auch so dünn, dass sie nicht mehr annähernd so viel Wasserdampf aufnehmen kann wie vor einigen Milliarden Jahren. Und selbst heute scheint es, dass der vorhandene Dampf manchmal leicht in den Weltraum entweichen kann. Wissenschaftler sind auch der Meinung, dass die Marsatmosphäre früher viel dicker war als heute, und viel mehr Wasserdampf hätte enthalten können, wie es die Erde heute tut. Regen, Flüsse und Seen waren zu dieser Zeit möglich, und vielleicht sogar ein Ozean in der nördlichen Hemisphäre, wie einige Wissenschaftler jetzt denken. Jetzt ist es meistens Eis auf und unter der Oberfläche, mit einigen Hinweisen auf flüssige Wasserseen tiefer und viel weniger Wasserdampf. Wie sich der Mars so stark verändert hat, war Wissenschaftlern lange Zeit ein Rätsel. Dank solcher Studien erfahren Forscher nun endlich, wie sich der Planet von einer erdähnlicheren Welt in die kalte, trockene Wüste verwandelt hat, die wir heute sehen.
Fazit: Auf dem Mars ist nicht mehr viel Wasser übrig, außer Eis und etwas flüssigem Wasser in der Tiefe tut habe noch einen aktiven Wasserkreislauf in der Atmosphäre. Diese neue Studie zeigt nicht nur, wie der Zyklus funktioniert, sondern kann auch erklären, warum der Mars den größten Teil seines Wasserdampfs - und der Atmosphäre insgesamt - verloren hat.