Forscher haben auf vier großen Vulkanen des Mars morgendlichen Wasserfrost nachgewiesen. Die dünne Eisschicht, die nur etwa 0,01 Millimeter dick ist, verschwindet innerhalb weniger Stunden nach Sonnenaufgang. Dennoch schätzt das Team, dass täglich rund 150.000 Tonnen Wasser zwischen der Oberfläche und der Atmosphäre zirkulieren könnten. Diese Menge entspricht etwa dem Inhalt von 60 olympischen Schwimmbecken.
Entdeckung durch Bildvergleich
Die Entdeckung gelang durch die Analyse von Bildern, die mit dem Colour and Stereo Surface Imaging System (CaSSIS) an Bord des ExoMars Trace Gas Orbiters der ESA aufgenommen wurden. Aufnahmen des Vulkans Ceraunius Tholus zeigten eine bläuliche Schicht, die später verschwand. Die blaue Färbung entsteht durch die Kombination verschiedener Spektralkanäle des Instruments und zeigt nicht die natürliche Farbe des Frosts. Entscheidend war der zeitliche und räumliche Zusammenhang sowie das Fehlen der Schicht in Vergleichsbildern.
Insgesamt wurden 13 Nachweise von vorübergehendem Morgenfrost auf vier Vulkanen gemeldet: Olympus Mons, Arsia Mons, Ascraeus Mons und Ceraunius Tholus. Diese Vulkane befinden sich in der Tharsis-Region nahe des Mars-Äquators. Der Frost konzentrierte sich hauptsächlich auf die Gipfelcalderen, die durch den Kollaps von Magmakammern entstanden sind. Die besonderen Temperatur- und Luftströmungsbedingungen in diesen Bereichen begünstigen die Bildung von Frost.
Herausforderungen bei der Beobachtung
Die Entdeckung des Frosts war schwierig, da viele Mars-Orbiter in sonnensynchronen Umlaufbahnen fliegen, die eine konsistente Beleuchtung am Nachmittag bieten. Dies ist für Kartierungszwecke nützlich, aber zu spät, um Frost zu beobachten, der bereits am Morgen verschwindet. Zudem tritt der Frost nur in den kälteren Jahreszeiten auf, was das Beobachtungsfenster weiter einschränkt.
Das Team analysierte über 30.000 CaSSIS-Bilder, die nach Ort, Jahreszeit und lokaler Sonnenzeit gefiltert wurden. Diese aufwendige Auswahl ermöglichte es, ein flüchtiges visuelles Detail in ein wiederholbares Muster umzuwandeln. Zusätzliche Messungen mit dem NOMAD-Spektrometer und der High Resolution Stereo Camera an Bord von Mars Express bestätigten die Ergebnisse.
Wasser statt Kohlendioxid
Der Frost besteht wahrscheinlich aus Wassereis und nicht aus Kohlendioxideis. Dies wurde durch die Kombination von spektralen Daten, Standortinformationen und Modellen der Oberflächentemperatur bestätigt. Kohlendioxideis bildet sich normalerweise bei Temperaturen um 140 Kelvin, während die gemessenen Temperaturen an den Vulkanen höher lagen. Die Ergebnisse deuten auf eine lokale Zirkulation hin, bei der feuchte Luft an den Hängen aufsteigt und an den kälteren Gipfelcalderen kondensiert.
- Quelle: Nature Geoscience, 2024
- Quelle: Brown University