Auf der Erde bilden sich Wolken, wenn genügend Wassertropfen aus der Luft kondensieren. Und diese Tröpfchen benötigen einen winzigen Staub- oder Meersalzfleck, der als Kondensationskerne bezeichnet wird. In der Erdatmosphäre werden diese winzigen Staubflecken hoch in die Atmosphäre geschleudert, wo sie die Wolkenbildung auslösen. Aber auf dem Mars?
Auf dem Mars ist noch etwas los.
Planetenforscher haben lange Zeit Wolken in der mittleren Marsatmosphäre beobachtet. Die mittlere Atmosphäre beginnt etwa 30 km über der Oberfläche. Wissenschaftler haben jedoch nie die Staubpartikel beobachtet, die erforderlich sind, um diese Wolken in diesem Teil der Atmosphäre zu säen.
Eine neue Studie besagt, dass Meteoriten eine Rolle bei der Auslösung der Wolkenbildung spielen.
"Wolken bilden sich nicht nur von selbst", sagte Victoria Hartwick, Doktorandin am Labor für Atmosphären- und Weltraumphysik an der CU Boulder und Hauptautorin des Papiers. "Sie brauchen etwas, auf das sie sich verdichten können."
Jeden Tag gelangen etwa drei Tonnen Staub in die Marsatmosphäre. Der Staub wird von Meteoren in einer Höhe von etwa 80 bis 90 km (50 bis 56 Meilen) abgetragen. Ein Teil davon koaguliert wieder zu Partikeln, die groß genug sind, um als Kondensationskerne zu wirken. Laut der Studie bilden sich auf diesen Kernen Wassereiswolken, die die in der mittleren Marsatmosphäre beobachteten Wolken erzeugen.
Ein Schlüssel zu dieser Studie stammt aus dem Raumschiff MAVEN (Mars Atmosphere and Volatile Evolution) der NASA. MAVEN entdeckte den Meteorstaub in durchdringenden Schichten hoch in der Marsatmosphäre. Dem Papier zufolge "deutet dies auf eine kontinuierliche Versorgung mit meteorischen Rauchpartikeln hin, die sich in tieferen Lagen ansiedeln".
Hartwick und ihr Team wandten sich Computersimulationen der Marsatmosphäre zu, um herauszufinden, welche Rolle dieser hochgelegene Meteorstaub bei der Wolkenbildung spielte. Die Simulation wurde entwickelt, um die Strömung und Turbulenzen in der Marsatmosphäre nachzuahmen.
Sobald diese 3 Tonnen interplanetaren Staub enthalten waren, zeigten die Simulationen Wolken, die genau dort auftraten, wo Wissenschaftler sie beobachteten. Das Modell hatte das noch nie gezeigt.
"Unser Modell konnte in diesen Höhen zuvor keine Wolken bilden", sagte Hartwick in einer Pressemitteilung. "Aber jetzt sind sie alle da und sie scheinen an den richtigen Stellen zu sein."
Natürlich sind die Wolken auf dem Mars sehr unterschiedlich. Während irdische Wolken wie Cumulonimbus, auch als Gewitterwolken oder Ambosswolken bekannt, ihre Verbindung zu Klima und Wetter offensichtlich machen, sind Marswolken anders. Sie bilden dünne, wischige Ansammlungen von Eiskristallen. Das heißt aber nicht, dass sie im Marsklima keine Rolle spielen.
Die Studie zeigte, dass diese wackeligen Wolken der mittleren Marsatmosphäre einen großen Einfluss auf das Klima haben können. Die Marswolken können dazu führen, dass die Temperaturen in großer Höhe um bis zu 10 Grad Celsius (18 Grad Fahrenheit) steigen oder fallen.
Diese Studie enthält weitreichendere Ergebnisse als nur die einfache Wolkenbildung. Die Simulation zeigte auch, dass Meteoritenstaub dazu führt, dass polare Haubenwolken höher in die Atmosphäre gelangen. Es zeigt auch, dass die saisonale Hadley-Zelle geschwächt ist.
Dies ist aufgrund der Rolle, die die Hadley-Zelle auf dem Mars spielt, von Bedeutung. Die Hadley-Zelle ist ein Muster der atmosphärischen Zirkulation mit niedrigem Breitengrad, bei dem die Luft am Äquator erwärmt wird und zum Aufsteigen gezwungen wird. Die warme Luft wird zu den Polen geschleudert und kühlt sich auf ihrem Weg ab und sinkt wieder ab. Wenn diese von Meteorstaub inspirierten Wolken die Hadley-Zelle schwächen, wirken sich diese drei Tonnen Staub übergroß auf das Klima aus.
Brian Toon, einer der drei Autoren der Studie, ist ebenfalls vom Department of Atmospheric and Ocean Sciences (ATOC) der University of Colorado. Er glaubt, dass diese Studie ein Fenster in das vergangene Klima des Mars öffnet und wie der Planet flüssiges Wasser auf seiner Oberfläche hatte.
"Immer mehr Klimamodelle stellen fest, dass das alte Klima des Mars, als Flüsse über seine Oberfläche flossen und Leben entstanden sein könnte, von Wolken in großer Höhe erwärmt wurde", sagte Toon. "Es ist wahrscheinlich, dass diese Entdeckung ein wesentlicher Bestandteil dieser Idee zur Erwärmung des Mars wird."
Wir neigen dazu, das Wetter eines Planeten als ein weitgehend internes System zu betrachten, außer natürlich Sonnenlicht. Diese Studie zeigt jedoch, dass Ereignisse in der Umgebung eines Planeten - dem Sonnensystem selbst - große Auswirkungen auf das Wetter haben können.
"Wir sind es gewohnt, Erde, Mars und andere Körper als diese wirklich in sich geschlossenen Planeten zu betrachten, die ihr eigenes Klima bestimmen", sagte Hartwick. "Aber das Klima ist nicht unabhängig vom umgebenden Sonnensystem."
Das Papier heißt "Bildung von Wassereiswolken in großer Höhe auf dem Mars, die von interplanetaren Staubpartikeln kontrolliert werden". Die Autoren sind Victoria Hartwick, Brian Toon und Nicholas Heavens von der Hampton University in Virginia. Das Papier wurde in Nature Geoscience veröffentlicht.
Quellen:
- Pressemitteilung: Meteore helfen bei der Bildung von Marswolken
- Forschungsbericht: Bildung von Wassereiswolken in großer Höhe auf dem Mars, gesteuert durch interplanetare Staubpartikel
- Arizona State University: Marswind
- Space Magazine: Haben Cirruswolken dazu beigetragen, den frühen Mars warm und nass zu halten?
