Wie Staubstürme den Mars in eine Wüstenwelt verwandelten

In der Vergangenheit war der Mars eine Wasserwelt, die von Seen, Flüssen und Meeren bedeckt war. Mit der Zeit ging dieses flüssige Wasser verloren und schuf die kalte Wüstenwelt, die wir in der Neuzeit sehen. Heute hält der Mars seine knappen Oberflächenwasserreserven in Form von gefrorenem Eis zurück, das sich unter seiner rötlichen Kruste versteckt. Das Rätsel, wie der Mars sein flüssiges Wasser verlor, konnte nun durch die Untersuchung mächtiger Staubstürme gelöst werden, die in der Lage sind, den Planeten zu bedecken.

Diese massiven Staubstürme sind in der Lage, starke Kräfte zu erzeugen, die Wasserdampf aus typischen Höhen von 20 Kilometern über der Erdoberfläche auf Höhen von etwa 80 Kilometern anheben, wie neue Forschungen ergeben haben. Dort kann Wasser in der Atmosphäre mit ultraviolettem Licht der Sonne interagieren und sich in Wasserstoff und Sauerstoff verwandeln, die anschließend in den Weltraum entweichen.

Der Mars mag vor 4,5 Milliarden Jahren so ausgesehen haben, als unser Sonnensystem noch jung war. Bildnachweis: NASA / GSFC

"Wenn Sie Wasser in höhere Teile der Atmosphäre bringen, wird es viel einfacher weggeblasen", erklärte Geronimo Villanueva, ein Forscher der NASA Goddard, der die Geheimnisse des Marswassers erforscht.

Sie können nie zu kalt oder zu dünn sein

Die Marsatmosphäre ist dünn und dünn wie die Luft auf den höchsten Bergen der Erde, die sich an dünnen, wackeligen Eiswolken festhält. Aktuelle Beobachtungen der Marsatmosphäre und des flüchtigen EvolutioN-Orbiters (MAVEN) sowie Daten des Hubble-Weltraumteleskops (HST) zeigen, dass Wasserstoff aus der Atmosphäre des Roten Planeten entweicht. Diese Ausgasung nimmt sowohl bei Staubstürmen als auch im Sommer auf der südlichen Hemisphäre zu, was darauf hindeutet, dass eine „Wärmepumpe“ Wasser in große Höhen der Atmosphäre treibt.

Das Raumschiff MAVEN, das in einem Künstlerkonzept den Mars umkreist. Bildnachweis: NASA

Diese Idee könnte erklären, warum flüssiges Wasser, das vor Milliarden von Jahren den Mars bedeckte, in den Weltraum gelangt ist. Auf der Erde kondensiert Wasser in der Atmosphäre, fällt in Form von Regen oder Schnee auf den Boden zurück, speist Wasserwege und startet den Prozess erneut. Auf dem Mars geht hoch in der Atmosphäre befindliches Wasser, das in Sauerstoff und Wasserstoff umgewandelt wird, für immer in der Weite des Weltraums verloren.

„Die Sonne arbeitet als Pumpe, die tagsüber aktiviert wird und Wasser in Höhen von über 60 Kilometern über dem Boden bringt. Während eines Staubsturms sind die Feuchtigkeitskonzentration in der Luft und die Luftströmungsgeschwindigkeit höher und daher kann die „Pumpe“ Wasser höher heben “, erklärte Dmitry Shaposhnikov vom Moskauer Institut für Physik und Technologie (MIPT).

Den weiten Weg gehen

Die Umlaufbahn des Mars um die Sonne ist viel länger als die der Erde. Aus diesem Grund ist der Mars während des Sommers auf der südlichen Hemisphäre der Sonne deutlich näher. Wenn der Sommer auf die nördliche Hemisphäre kommt, ist der Mars am weitesten von der Sonne entfernt (das Aphel seiner Umlaufbahn). Diese Orbitalmechanik führt zu deutlich kühleren Sommern auf der Nordhalbkugel des Mars als auf der Südhalbkugel.

Wenn der Sommer auf die südliche Halbkugel des Mars kommt, sublimiert sich das Eis, wandelt sich direkt von festem Eis zu Wasserdampf und gelangt in die Atmosphäre. Unterhalb einer Höhe von 40 km über der Oberfläche verbleibt dieses Wasser als Dampf. Oberhalb dieser Höhe bildet das Wasser Eiswolken.

Durch die Erwärmung durch die Sonne entsteht im Sommer ein vorübergehender Aufwind zwischen 20 und 70 Grad südlicher Breite, der Wasser in die Höhe treibt. Saisonale Winde treiben dieses Wasser nach Norden. Während seiner Reise ist ein Teil dieses Wassers ultraviolettem Sonnenlicht ausgesetzt, das in Wasserstoff und Sauerstoff zerfällt. Der größte Teil des verbleibenden Materials kühlt ab und fällt in die Nähe des Nordpols, wodurch die nördliche Polkappe entsteht.

Ein Staubsturm hüllt den Curiosity Rover vom 8. Juni 2018 bis zum 13. September 2018 auf dem Mars ein. Bildnachweis: NASA / JPL-Caltech / York University

Das Wasser, mein Freund, weht im Wind

Typische Staubstürme auf dem Mars bedecken für einen Zeitraum von ein paar Tagen Gebiete, die der Größe der Vereinigten Staaten entsprechen. Globale Staubstürme, wie der, der den Opportunity Rover nach fast 15 Jahren auf dem Roten Planeten zum Schweigen brachte, können den gesamten Planeten erfassen und monatelang anhalten. Der erste globale Staubsturm auf dem Mars wurde 1971 von der Raumsonde Mariner 9 aufgezeichnet. Seitdem haben Forscher beobachtet, dass ähnliche Ereignisse 1977 zweimal stattfanden, gefolgt von Stürmen in den Jahren 1982, 1994, 2001, 2007 und 2018 Der letzte Staubsturm umkreiste den Planeten, acht Raumschiffe - die größte Zahl aller Zeiten - untersuchten die Welt.

Früher glaubten Astronomen, die Erde sei die einzige Wasserwelt in unserem Sonnensystem, heute kennen wir jedoch mehrere Körper in unserer Planetenfamilie, die signifikante Gewässer beherbergen. Einige von ihnen sind möglicherweise sogar in der Lage, primitives Leben zu unterstützen. Außerhalb des Sonnensystems könnten Super-Erden, die ferne Sterne umkreisen, von riesigen Ozeanen bedeckt sein, in denen möglicherweise eine Vielzahl von außerirdischen Lebensformen leben.

Während Nationen und private Organisationen sich darauf vorbereiten, die ersten Menschen zum Mars zu schicken, ist es wichtig, alles über das Wasser auf dem Roten Planeten und die Art der Staubstürme zu lernen, die das Klima auf dieser Welt antreiben.