Nächtliche Niederschläge auf dem Mars

Eiskristalle rieseln aus dünnen Wolken auf die Oberfläche des roten Planeten herab.

Auch auf dem Mars gibt es einen Wasserkreislauf. Ein internationales Forscherteam hat erstmals beobachtet, wie in der Nacht Eiskristalle aus dünnen Wolken auf die Oberfläche des roten Planeten herab rieseln. Am Tag verdampft das Wasser dann wieder und bildet neue Wolken. Das Team hat die Messungen mit dem Laser-Instrument LIDAR an Bord des amerikanischen Phoenix-Landers vorgenommen.

"Wolken und Niederschläge spielen eine Rolle beim Austausch von Wasser zwischen Atmosphäre und Oberfläche des Planeten Mars", fassen James Whiteway von der York University in Toronto und seine Kollegen die Ergebnisse ihrer Messungen zusammen. Das "Light Detection and Ranging Instrument", kurz LIDAR, sendet Laserpulse aus und misst das in der dünnen Lufthülle gestreute Licht. Damit lassen sich nicht nur Staub in der Atmosphäre, sondern auch dünne Wolken aus Eiskristallen und sogar die Struktur dieser Wolken untersuchen.

Abb.: LIDAR bei der Arbeit: Ein Laserpuls wird in die Atmosphäre abgefeuert, Kameras registrieren das an Staub, Wasserdampf und Eiskristallen gestreute Licht. (Bild: NASA/JPL/University of Arizona)

Phoenix war am 25. Mai 2008 bei 68 Grad nördlicher Breite am Rande der arktischen Zone des roten Planeten gelandet, einen Monat vor dem Sommeranfang auf der Nordhalbkugel. Über fünf Monate lang waren die Messinstrumente des Landers aktiv, bis die Energieversorgung durch die immer tiefer stehende Sonne zusammenbrach.

Wie bereits seit längerem bekannt ist, erreicht die Luftfeuchtigkeit in der arktischen Region des roten Planeten um die Sommersonnenwende herum ein Maximum, ausgelöst durch die Verdampfung von Eis am Marsboden. Das Wasser kehrt im Spätsommer zum Marsboden zurück, aber bislang war unklar, ob dieser Vorgang über Wolkenbildung und Niederschläge verläuft. Die LIDAR-Messungen von Whiteway und seinen Kollegen geben nun Aufschluss darüber.

Sie zeigen zunächst um die Sonnenwende herum die sporadische Bildung von Wolken in Höhen von über zehn Kilometern. Etwa 50 Tage nach der Sonnenwende setzt dann in der zweiten Nachthälfte jeweils die Bildung von Wolken aus Eiskristallen in niedrigen Atmosphärenschichten bis zu etwa vier Kilometern ein. Diese Wolken bilden sich bei geschätzten Temperaturen um minus 65 Grad Celsius, was in guter Übereinstimmung damit ist, dass sie aus Eiskristallen bestehen. Denn der Gefrierpunkt von Kohlendioxid liegt erst bei minus 120 Grad Celsius.

Bemerkenswert ist, dass sich in den Wolken im Verlauf der Nacht streifenförmige Strukturen herausbilden, wie sie auch von Zirruswolken auf der Erde her bekannt sind. Die Forscher sehen in diesen Strukturen ein eindeutiges Indiz für Niederschlag, für ein Herabrieseln der Eiskristalle. In den frühen Morgenstunden ließen sich diese "Fallstreifen" teilweise bis zum Boden hinab verfolgen.

"Die LIDAR-Beobachtungen zeigen also, dass die Kristalle aus Wassereis groß genug werden, um zu Niederschlag in der Marsatmosphäre zu führen", schließen Whiteway und seine Kollegen. Am Tag verdampft das niedergeschlagene Wasser aus dem Marsboden und wird durch Turbulenzen und Konvektion bis in eine Höhe von vier Kilometern getragen. In der Nacht friert das Wasser dann aus, bildet Wolken und führt zu dem beobachteten Niederschlag. Die Forscher vermuten, dass mit sinkenden Temperaturen im Marsherbst dieser Kreislauf schließlich zusammenbricht und das Eis dauerhaft am Boden bleibt.

Rainer Kayser

Weitere Infos:

• Originalveröffenlichung:
  J. A. Whiteway et al.: Mars Water-Ice Clouds and Precipation. Science 325, 68-70 (2009)
  http://dx.doi.org/10.1126/science.1172344
  

• York University, Toronto:
  http://www.yorku.ca/

• Phoenix:
  http://phoenix.lpl.arizona.edu/

Weitere Literatur:

• M. D. Smith: The annual cycle of water vapor on Mars as observed by the Thermal Emission Spectrometer. Journal of Geophysical Research (Planets) 107, 5115 (2002)
  http://dx.doi.org/10.1029/2001JE001522

• P. H. Smith: Phoenix on Mars: the Prime Mission. American Astronomical Society, DPS meeting 40, 56.02; Bulletin of the American Astronomical Society 40, 500 (2008)
  http://aas.org/publications/baas

• P. H. Smith et al.: H2O at the Phoenix Landing Site, Science 325, 58-61 (2009)
  http://dx.doi.org/10.1126/science.1172339

KP