Unser Nachbarplanet Mars wird nicht nur von Staubstürmen heimgesucht, er besitzt auch hohe, dünne Eiswolken in seiner Atmosphäre. Bisher jedoch blieb rätselhaft, wie diese hohen Wolken entstehen. Jetzt haben Forscher eine mögliche Erklärung gefunden: Der Staub der unzähligen auf den Planeten treffenden Mikrometeore könnte die Kondensationskeime für die marsianischen Eiswolken liefern. Denn Modellsimulationen gekoppelt mit Daten der Marssonde MAVEN legen nahe, dass nur dieser aus dem All kommende Staub die Höhe erreicht, in denen diese Eiswolken entstehen.
Das Prinzip ist auf dem Mars das gleiche wie auf der Erde: “Wolken bilden sich nicht einfach von selbst”, erklärt Erstautorin Victoria Hartwick von der University of Colorado in Boulder. “Sie benötigen etwas, an dem sie kondensieren können.” Auf der Erde wirken meist Schwebteilchen wie Staub oder von der Meeresgischt aufgewirbelte Salzkristalle als Kondensationskeime für die Wolken. Auch Luftverschmutzung durch Aerosole kann die Wolkenbildung fördern. Auf dem Mars gibt es zwar ebenfalls reichlich Staub in der unteren Atmosphäre. Oberhalb von rund 25 Kilometern Höhe ist die Marsatmosphäre aber zu dünn, um diese Partikel weiter hinauf zu tragen. Dennoch gibt es auf dem Mars dünne, schleierähnliche Eiswolken, die in 30 bis 60 Kilometern Höhe schweben. Wie sie entstehen, war daher bisher unklar.
Meteorstaub als Wolkenbildner
Hartwick und ihr Team hatten jedoch einen Verdacht: “Auf der Erde können sich dünne Nachtwolken auf Basis von Partikeln aus Meteorstaub bilden”, erklären sie. Die aus dem All auf die Erde treffenden Meteore zerfallen größtenteils in der Erdatmosphäre und erzeugen dadurch in großer Höhe einen feinen Staub. An diesen auch als “meteorischer Rauch” bezeichneten Partikeln können sich Wassermoleküle anlagern und so Wolkentröpfchen oder Eiskristalle bilden. Um herauszufinden, ob dieser Meteor-Rauch möglicherweise auch auf dem Mars die Kondensationskeime für Eiswolken liefert, haben die Forscher zunächst Daten der NASA-Marssonde MAVEN zum Meteorstaub in der Marsatmosphäre ausgewertet. “Das MAVEN-UV-Spektrometer identifizierte eine anhaltende Schicht aus Meteoroidenresten in rund 80 bis 90 Kilometern Höhe”, berichten Hartwick und ihre Kollegen.
Demnach gibt es auch in den hohen Regionen der Marsatmosphäre Partikel, die den Eiswolken als Kondensationskeime dienen könnten. Ob dies der Fall ist, überprüften die Wissenschaftler anschließend mithilfe einer Modellsimulation. Und tatsächlich: “Unser Modell konnte vorher keine Wolken in diesen Höhen bilden”, berichtet Hartwick. “Aber jetzt, mit dem Meteor-Staub, sind sie alle da und in den richtigen Bereichen.” Das Ergebnis der Simulationen demonstriere, dass interplanetare Staubpartikel nötig seien, um die vertikale und horizontale Verteilung der Eiswolken in der marsianischen Atmosphäre zu reproduzieren.
Wirkung auf das Marsklima
Nach Ansicht der Wissenschaftler bestätigt dieses Ergebnis, dass Planeten und ihre Wettermuster nicht isoliert vom umgebenden Weltraum existieren. “Wir sind es gewohnt, Erde, Mars und andere Himmelskörper als Gebilde zu betrachten, die ihr Klima selbst bestimmen”, sagt Hartwick. “Aber das Klima ist nicht unabhängig vom umgebenden Sonnensystem.” Dies gelte auch für den Mars: Die Simulationen ergaben, dass die dünnen, optisch fast transparent erscheinenden Eiswolken in der mittleren Marsatmosphäre durchaus einen Einfluss auf das marsianische Klima haben. “Die Wolken erwärmen durch ihren Strahlungseffekt die nächtliche Atmosphäre und schwächen dadurch den Temperaturunterschied zwischen Tag und Nacht”, erklären die Forscher. Ob Wolken vorhanden sind oder nicht, kann den Modellen zufolge immerhin einen Unterschied von zehn Grad ausmachen und so auch die planetare Zirkulation des Roten Planeten beeinflussen.
Die Präsenz der Eiswolken könnte auch in der Vergangenheit des Mars eine wichtige Rolle gespielt haben, mutmaßen die Forscher. “Mehr und mehr Klimamodelle stellen fest, dass das vergangene Klima des Planeten in der Zeit, als noch Flüsse auf seiner Oberfläche strömten, von solchen hohen Wolken erwärmt wurde”, sagt Hartwicks Kollege Brian Toon. “Unsere Entdeckung könnte daher ein wichtiger Teil dieses Szenarios werden.”
Quelle: Victoria Hartwick (University of Colorado, Boulder) et al., Nature Geoscience, doi: 10.1038/s41561-019-0379-6
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