24. November 2022
Winter am Nord- und Südpol des Mars

Wenn bis zu vier Me­ter Eis und Schnee auf den Mars rie­seln

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Marsnordpol im Frühjahr
Mar­s­nord­pol im Früh­jahr
Bild 1/7, Credit: ESA/DLR/FU Berlin, CC BY-SA 3.0 IGO

Marsnordpol im Frühjahr

Der Win­ter mit der Po­lar­nacht auf der Nord­halb­ku­gel des Mars ist vor­bei, der nörd­lichs­te Punkt des Pla­ne­ten ist wie­der von der Son­ne be­schie­nen. Das im Ju­ni 2019 von der High Re­so­lu­ti­on Ste­reo Ca­me­ra (HR­SC) auf­ge­nom­me­ne Bild zeigt deut­lich oben die per­ma­nen­te Eis­kap­pe am Nord­pol, aber auch die über Mo­na­te zu­rück­wei­chen­de Be­de­ckung der ho­hen nörd­li­chen Brei­ten, der Vas­ti­tas Bo­rea­lis („Nörd­li­che Ein­öde“) durch Koh­len­di­oxi­deis. Mit La­ser-Hö­hen­mes­sun­gen konn­te jetzt be­rech­net wer­den, dass die nicht-per­ma­nen­te, win­ter­li­che Eis­be­de­ckung bis zu vier Me­ter hoch ist und da­für der At­mo­sphä­re fast ein Drit­tel ih­res Koh­len­di­oxids ent­zieht. Dün­ne Wol­ken­schlei­er er­stre­cken sich über die aus­ge­dehn­ten Dü­nen­fel­der.
Mars-Südpol bei Frühlingsbeginn
Mars-Süd­pol bei Früh­lings­be­ginn
Bild 2/7, Credit: ESA/DLR/FU Berlin, CC BY-SA 3.0 IGO

Mars-Südpol bei Frühlingsbeginn

Nach ei­ner 343 Ta­ge lan­gen Po­lar­nacht scheint der Süd­pol wie­der im Licht der Früh­lings­son­ne, stei­gen­de Tem­pe­ra­tu­ren wer­den die hier et­wa 600 Ki­lo­me­ter durch­mes­sen­de Eis­be­de­ckung noch wei­ter schrump­fen las­sen. Um die Eis­kap­pe wird die schon aus­ge­dünn­te, nicht-per­ma­nen­te Be­de­ckung durch Koh­len­di­oxi­deis bald ver­schwun­den sein. Das Bild wur­de 17. De­zem­ber 2012 von der am DLR-Ste­reo­ka­me­ra HR­SC auf der ESA-Raum­son­de Mars Ex­press auf­ge­nom­men. Die Drauf­sicht auf den Süd­pol wur­de aus Or­bi­tal­hö­hen zwi­schen 1330 und 1700 Ki­lo­me­tern auf­ge­nom­men, die Bild­auf­lö­sung be­trägt et­wa 200 Me­ter pro Bild­punkt (Pi­xel). Die Far­bun­ter­schie­de in der Eis­be­de­ckung rüh­ren von ei­ner Wech­sel­la­ge­rung von Eis- und Staub­schich­ten her.
Sturm am Nordpol, Eis am Südpol
Sturm am Nord­pol, Eis am Süd­pol
Bild 3/7, Credit: ESA & MPS for OSIRIS Team MPS/UPD/LAM/IAA/RSSD/INTA/UPM/DASP/IDA, 2007 (CC BY-SA 3.0 IGO)

Sturm am Nordpol, Eis am Südpol

Der ESA-Ko­me­ten­son­de Ro­set­ta ge­lang am 24. Fe­bru­ar 2007 beim Vor­beiflug am Mars auf dem Weg zum Ko­me­ten 67P/Chu­ryu­mov-Ge­r­asi­men­ko mit ih­rem Ka­me­ra­sys­tem OSI­RIS die­se be­ein­dru­cken­de An­sicht. Die Ent­fer­nung zum Mars be­trug et­wa 240.000 Ki­lo­me­ter, die Bild­auf­lö­sung ist 5 Ki­lo­me­ter/Pi­xel. Am Süd­pol des Pla­ne­ten ist die Po­lar­kap­pe des süd­li­chen Früh­lings, drei Wo­chen nach der Tag-und-Nacht-Glei­che, deut­lich zu se­hen. Zu die­ser Zeit des Mars­jah­res sub­li­miert ein großer Teil der aus­ge­fro­re­nen Mar­sat­mo­sphä­re im Sü­den und ‚wan­dert‘ bis zum Nord­win­ter zur nörd­li­chen Pol­kap­pe. Über dem süd­li­chen Hoch­land, vor al­lem aber am Nord­pol und am öst­li­chen Ho­ri­zont sind hel­le Wol­ken mit Eis­kris­tal­len zu se­hen, die den Blick auf die Ober­flä­che ver­hin­dern.
Reste von Eis in Olympia Undae
Res­te von Eis in Olym­pia Un­dae
Bild 4/7, Credit: ESA/DLR/FU Berlin, CC BY-SA 3.0 IGO

Reste von Eis in Olympia Undae

Olym­pia Un­dae ist ein aus­ge­dehn­tes Dü­nen­feld süd­lich der per­ma­nen­ten Nord­pol-Eis­kap­pe des Mars (obe­res Bild­drit­tel). Es be­steht aus ei­nem brei­ten „Sand­meer“ oder auch Erg, das von et­wa 78 Grad bis 83 Grad nörd­li­cher Brei­te reicht. Mit ei­ner Flä­che von 470.000 Qua­drat­ki­lo­me­tern ist Olym­pia Un­dae grö­ßer als Deutsch­land. Es hat ei­ne ähn­li­che Aus­deh­nung wie die Rub' Al Kha­li auf der Ara­bi­schen Halb­in­sel, dem größ­ten, dy­na­mi­schen Erg der Er­de. Das Bild wur­de am 1. Au­gust 2019 von der Ste­reo­ka­me­ra HR­SC auf Mars Ex­press auf­ge­nom­men und zeigt Olym­pia Un­dae, die „Wel­len von Olym­pia“, im spä­ten Früh­ling – nur noch we­nig Eis be­deckt das Ge­biet nörd­lich des Po­lar­krei­ses. Im Win­ter und wäh­rend der Po­lar­nacht liegt hier ei­ne bis zu vier Me­ter ho­he Eis­schicht auf der Wüs­ten­land­schaft.
Gletscher im Krater Korolev
Glet­scher im Kra­ter Ko­ro­lev
Bild 5/7, Credit: ESA/DLR/FU Berlin, CC BY-SA 3.0 IGO

Gletscher im Krater Korolev

Die­ses Bild­mo­sa­ik aus Auf­nah­men der DLR-Ste­reo­ka­me­ra HR­SC zeigt den gut er­hal­te­nen, 82 Ki­lo­me­ter durch­mes­sen­den Kra­ter Ko­ro­lev bei 73 Grad nörd­li­cher Brei­te, et­wa 10 Grad nörd­lich des Po­lar­krei­ses. Er ist nicht nur im Win­ter, son­dern we­gen der tie­fen Tem­pe­ra­tu­ren und der al­len­falls tief­ste­hen­den Son­ne das gan­ze Jahr mit ei­nem Eis­feld an­ge­füllt. In dem sta­tio­nären, über 1000 Me­ter mäch­ti­gen Glet­scher, sind über 300 Ku­bik­ki­lo­me­ter Was­ser als Eis ge­spei­chert. Die Auf­nah­men ent­stan­den im April 2018, we­ni­ge Wo­chen vor dem Be­ginn der Po­lar­nacht auf der Nord­halb­ku­gel. Der Kra­ter ist nach dem be­rühm­ten rus­si­schen Ra­ke­ten­kon­struk­teur Ser­geij Ko­rol­jow (engl. Ko­ro­lev; 1907-1966) be­nannt.
Eisspinnen am Südpol
Eiss­pin­nen am Süd­pol
Bild 6/7, Credit: NASA/Caltech/University of Arizona

Eisspinnen am Südpol

Wenn es am Mars-Süd­pol im Früh­ling wär­mer wird, über­schrei­tet das jah­res­zeit­lich be­dingt als Eis auf der Ober­flä­che lie­gen­de Koh­len­di­oxid sei­nen Ge­frier­punkt. Durch die Er­wär­mung des un­ter dem Eis lie­gen­den Bo­dens geht zu­nächst das auch „Tro­cken­eis“ ge­nann­te CO2-Eis vom fes­ten di­rekt in den gas­för­mi­gen Zu­stand über, es sub­li­miert. Da­bei ver­grö­ßert sich sein Vo­lu­men, es ent­steht Druck, das Gas sucht sich sei­nen Weg von der Ba­sis der Eis­be­de­ckung durch Hohl­räu­me, Kanä­le und Spal­ten ex­plo­si­ons­ar­tig ins Freie und hin­ter­lässt da­bei die hier ge­zeig­ten ver­zweig­ten Struk­tu­ren. Da­bei wer­den Sand- und Staub weg­schleu­dert, und ent­lang der Spal­ten bleibt Eis als spin­nen­bein­för­mi­ges Mus­ter zu­rück, das „Ara­nei-Form“, ge­nannt wird (vom la­tei­ni­schen Wort ara­nea für Spin­ne). Das Bild wur­de 2011 im Früh­ling auf der Süd­halb­ku­gel bei 87 Grad süd­li­cher Brei­te von der Hi­RI­SE-Ka­me­ra an Bord des Mars Re­con­naissance Or­bi­ters der NA­SA auf­ge­nom­men. Die Bild­brei­te be­trägt et­wa 2,5 Ki­lo­me­ter.
Topographie der Marspole
To­po­gra­phie der Mars­po­le
Bild 7/7, Credit: NASA/USGS/MOLA

Topographie der Marspole

Zwi­schen Süd­pol und Nord­pol des Mars gibt es be­trächt­li­che Hö­hen­un­ter­schie­de. In die­ser to­po­gra­fi­schen Drauf­sicht auf den Nord­pol (links) und den Süd­pol (rechts) ist dies an der Farbs­ka­la deut­lich zu er­ken­nen: Der kaum aus dem (oran­gen) Mars­hoch­land ra­gen­de Süd­pol liegt et­wa sie­ben Ki­lo­me­ter hö­her als die (blaue) Ebe­ne Vas­ti­tas Bo­rea­lis im nörd­li­chen Tief­land, aus der die Nord­pol­kap­pe wie­der­um zwei bis drei Ki­lo­me­ter her­aus­ragt. Das Vo­lu­men bei­der per­ma­nen­ten Eis­kap­pen be­trägt et­wa je­weils 1,6 Mil­lio­nen Ku­bik­ki­lo­me­ter; zum Ver­gleich: der grön­län­di­sche Eis­schild be­steht aus 2,85 Mil­lio­nen km3. Im Win­ter la­gert sich auf den per­ma­nen­ten Eis­kap­pen ei­ne we­ni­ge Me­ter di­cke Schicht aus CO2-Eis ab, die weit in Rich­tung des Äqua­tors aus­ge­dehnt ist. Die to­po­gra­phi­sche Kar­te wur­de durch La­ser-Hö­hen­mes­sun­gen des Ex­pe­ri­ments MO­LA auf der NA­SA-Son­de Mars Glo­bal Sur­veyor be­rech­net.
  • Jahreszeitlich bedingt erstreckt sich Eis und Schnee weit in Richtung Mars-Äquator: Jetzt konnte die Dicke dieser Bedeckung bestimmt werden
  • Die nicht-permanente Schnee- und Eisschicht schwankt regional zwischen einem Meter und bis zu vier Metern.
  • Die Laser-Höhenmessungen der NASA-Mission Mars Global Surveyor liefern weitere Erkenntnisse über den Mars, aber auch den Mond, Merkur und Ganymed
  • Schwerpunkte: Raumfahrt, Exploration, Mars

Der Winter auf dem Mars sorgt auf riesigen Flächen für Eis- und Schneedicken von bis zu vier Metern. Dies ist das Ergebnis einer Untersuchung von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern der Technischen Universität (TU) Berlin, des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) und weiteren Forschungseinrichtungen aus Europa, den USA, Japan und China.

„Das ist ein enormes Volumen, wenn man die zusätzlichen Schnee- und Eismassen des Winters zusammenrechnet“, erklärt Haifeng Xiao vom Institut für Geodäsie und Geoinformationstechnik an der TU Berlin. Xiao hat die Dicke der jahreszeitlich schwankenden Schnee- und Eisbedeckung gemessen und jetzt gemeinsam als Erstautor mit einem internationalen Team in zwei Artikeln im Fachjournal JGR Planets veröffentlicht. Dr. Alexander Stark vom DLR-Institut für Planetenforschung, Co-Autor der beiden Publikationen, ergänzt: „Das dürften knapp zehn Billionen Kubikmeter vor allem gefrorenes Kohlendioxid, aber auch Schneeflocken und Eiskristalle von Wasser sein, die zusätzlich zu den permanenten Polkappen gebunden sind. Das entspricht fast dem Rauminhalt des Oberen Sees an der Grenze zwischen Kanada und den USA, dem mit zwölf Billionen Kubikmeter Volumen zweitgrößten Süßwassersee der Erde“ – oder mehr als zweihundert Mal dem Inhalt des Bodensees.

Wachsende Polkappen im extrem kalten Marswinter

Der Mars durchläuft wie die Erde Jahreszeiten. Seine Drehachse steht mit 25,2 Grad fast genauso schräg wie die der Erde auf der Umlaufbahn um die Sonne, so dass sie ein halbes Marsjahr stärker auf die Nordhalbkugel scheint, und ein halbes Marsjahr direkter auf die Südhalbkugel. Folglich gibt es auf dem Mars auch die Polarnacht, die wegen des zweijährigen Umlaufs des Planeten um die Sonne an beiden Polen allerdings doppelt so lange wie auf der Erde dauert. Mars verfügt über ausgedehnte Polkappen, die auch den Sommer überdauern. Im dunklen und extrem kalten Marswinter jedoch wachsen die dauerhaften Eiskappen und dehnen sich bis zum Einsetzen des Frühlings weit über die Polarkreise zum Äquator hin aus.

Berlin hätte auf dem Mars einen langen Winter

Entdeckt wurde die Südpol-Eiskappe auf dem Mars vom niederländischen Astronomen Christiaan Huygens im August 1672. 1704 wurde von Giacomo Filippo Maraldi erstmals das Eis am Nordpol gesichtet. Ihre räumliche Ausdehnung wurde auf zahlreichen Marsmissionen in Bildern festgehalten und kartiert. Das ist nur möglich, wenn sich die Eis- oder Schneefläche nicht im Dunkel der Polarnacht befindet – also vor allem im ausgehenden Winter und beginnenden Frühling. Spektrometer, mit denen die „Wärmeabstrahlung” - in diesem Fall die eisigen Temperaturen der winterlichen Oberfläche – gemessen wurde, lieferten wichtige Hinweise über die jahreszeitliche Bedeckung durch gefrorenes Wasser- und Kohlendioxideis. Dabei zeigte sich, dass diese saisonale Schnee-und Eisbedeckung viel weiter in die gemäßigten Breiten vordringt als auf der Erde. „Läge Berlin auf dem Mars wie auf der Erde am 52. nördlichen Breitengrad, wäre die Stadt vom Spätherbst und über den sechsmonatigen Marswinter von einer dünnen Schneeschicht bedeckt“, sagt Haifeng Xiao.

Ent­wick­lung der sai­so­na­len Mars­pol­kap­pen im Sü­den (links) und Nor­den (rechts) in der ver­ti­ka­len Di­men­si­on aus MO­LA-Hö­hen­pro­fi­len im Mars­jahr 24 und 25.
Die Kar­tenab­de­ckung reicht von 60 Grad S/N bis 87 Grad S/N. Die feh­len­de Ab­de­ckung pol­wärts von un­ge­fähr 87 Grad S/N ist auf das Feh­len von Na­dir-Pro­fi­len zu­rück­zu­füh­ren, die auf die Bahn­nei­gung der Mars Glo­bal Sur­veyor-Son­de zu­rück­zu­füh­ren sind. Die Kar­ten­pro­jek­ti­on ist po­lars­te­reo­gra­fisch und auf die Po­le zen­triert. Die Di­cke nimmt mit der Ak­ku­mu­la­ti­on von Eis und Schnee im Herbst und Win­ter zu und nimmt da­nach auf­grund der Sub­li­ma­ti­on im Früh­jahr wie­der ab. Es ist ei­ne deut­li­che räum­li­che He­te­ro­ge­ni­tät bei der Zu­nah­me und Schrump­fung der Di­cke fest­zu­stel­len. Be­son­ders auf­fäl­lig ist das anor­ma­le Ver­hal­ten der sai­so­na­len Pol­kap­pe über Olym­pia Un­dae (un­ten rechts), dem größ­ten zu­sam­men­hän­gen­den Dü­nen­feld auf dem Mars. Die ma­xi­ma­le Di­cke kann dort bis zu 4 Me­ter be­tra­gen, was 1,5 Me­ter über der rest­li­chen Nord­pol­kap­pe und 2,5 Me­ter über dem Süd­pol in den Schat­ten stellt.
Credit: DLR/TU Berlin

Alte Daten für neue Erkenntnisse

Für ihre Studien werteten die Forscherinnen und Forscher einen schon länger existierenden Datensatz neu aus: Die Daten stammen von der NASA-Raumsonde Mars Global Surveyor (MGS), die den Mars zwischen 1997 und 2006 umkreiste und das Laser-Altimeter MOLA (Mars Observer Laser Altimeter) an Bord hatte. Aus der Laufzeit der vom Marsboden reflektierten Laserschüsse lässt sich die Entfernung zwischen Orbiter und Marsoberfläche berechnen. Je häufiger dies geschieht, desto enger, genauer und „flächiger“ wird die Abdeckung mit zehn punktförmigen Messungen pro Sekunde und Profillinien entlang der auf den Boden projizierten Flugbahn – eine topographische Karte entsteht. Der große Vorteil: MOLA lieferte auch in der Polarnacht Daten.

Basis der Untersuchung waren die Messwerte von 600 Millionen Laserpulsen und 8000 Laserprofilen, die im Verlauf eines Marsjahres, also etwa zwei Erdenjahren, zwischen 1999 und 2001 von MOLA aufgezeichnet wurden. Dabei wurde die numerische Auswertung an die Tatsache angepasst, dass die Eis- und Schneebedeckung dynamisch ist, also während zu Winters zu- und dann im Frühjahr wieder abnimmt und deshalb die Mächtigkeiten variieren. Dadurch konnten die Wissenschaftler ein Modell der Eis- und Schneebedeckung als Funktion der Zeit für die jeweilige geographische Lage in einem Raster von jeweils einem halben Breitengrad und zehn Längengraden von 60 Grad nördlicher bzw. südlicher Breite bis fast zum jeweiligen Pol berechnen.

La­ser­schüs­se auf den Mars
Das Mars Ob­ser­ver La­ser Al­time­ter (MO­LA) auf der NA­SA-Missi­on Mars Glo­bal Sur­veyor ver­maß zwi­schen 1998 und 2001 die To­po­gra­phie, al­so die Hö­hen und Tie­fen der Mars­land­schaf­ten. Da­für wur­den aus der Um­lauf­bahn zehn­mal pro Se­kun­de ent­lang ei­nes Län­gen­gra­des La­ser­pul­se zur Ober­flä­che ge­schickt, dort re­flek­tiert und nach dem Bruch­teil ei­ner Se­kun­de wie­der emp­fan­gen. Aus der Kennt­nis der Um­lauf­bahn und der Lauf­zeit des La­ser­pul­ses lässt sich die ‚Nä­he‘ (Hö­he) bzw. ‚Fer­ne‘ (Tie­fe) des Re­fle­xi­ons­punk­tes be­rech­nen. Durch Mil­lio­nen­fa­che La­ser-Mess­punk­te ent­steht ei­ne flä­chi­ge Kar­te der To­po­gra­fie des Mars in ho­her ab­so­lu­ter Ge­nau­ig­keit von we­ni­gen De­zi­me­tern. Das Mess­prin­zip er­gänzt sich ide­al mit den Ste­reo­bild­da­ten der High Re­so­lu­ti­on Ste­reo Ca­me­ra (HR­SC) des DLR auf der ESA-Missi­on Mars Ex­press, de­ren di­gi­ta­le Ge­län­de­mo­del­le zwar nicht so ge­nau sind, aber da­für flä­chen­de­ckend für je­den Mess­punkt ein Bild­punkt vor­han­den ist.
Credit: NASA/JPL/CALTECH/DLR

Vier Meter hoch Eis und Schnee in den „Wellen von Olympia“

Bei der Auswertung zeigte sich, dass die Dicke der Eis- und Schneebedeckung von den Polen in Richtung des Äquators bei einigen regionalen und saisonalen Schwankungen abnimmt – was einleuchtet. Überraschender ist die Erkenntnis, dass das Volumen der Bedeckung, also auch ihre Gesamtmasse, gegen Ende des Winters am höchsten ist, wohingegen die Ausdehnung schon zur Wintersonnenwende, also etwa sechs Erdenmonate früher, am größten ist und gegen Ende des Winters schon deutlich abgenommen hat. Dieser Befund wird von anderen Experimenten bestätigt. „Womöglich kann diese Diskrepanz damit erklärt werden, dass Kohlendioxideis am Rand der Polkappen früher im Winter sublimiert, also vom festen zurück in den gasförmigen Zustand wechselt und dann Bestandteil der Atmosphäre ist. Gleichzeitig kondensiert CO2-Eis außerhalb der dauerhaften Polkappen aus der Atmosphäre und wird so weiter nördlich abgelagert. Dies geschieht bis Ende des Winters – und dadurch wächst das Eisvolumen“, bietet Haifeng Xiao als Erklärung an.

Am Südpol ist der jahreszeitliche Zuwachs auf die hellweißen, bis zu 1.500 Meter dicken, permanenten Eisschichten aus CO2-Eis mit zweieinhalb Metern am höchsten. Am Nordpol mit seiner viel dickeren permanenten, überwiegend aus Wassereis bestehenden Eisbedeckung beträgt die maximale Höhe der zusätzlichen Eis- und Schneebedeckung nur 1,3 Meter. Dafür ist sie 500 bis 800 Kilometer weiter südlich in der riesigen, fast 500.000 Quadratkilometer großen Wüste Olympia Undae („Wellen von Olympia“) mit ihren großen Dünen bis zu vier Meter mächtig.

„Verglichen mit den Schneemengen eines irdischen Winters, beispielsweise in einem Alpental, ist das eine sehr beeindruckende Schneewand, in der jede bisherige Mars-Landesonde vollständig unter dem Gemisch aus Eiskristallen, Schneeflocken und Luft verschwinden würde“, verdeutlicht Alexander Stark. Außerdem unterliegt die Eisbedeckung jährlichen Schwankungen. So war die Dicke der maximalen Eis- und Schneebedeckung am Südpol im zweiten Marswinter einen halben Meter höher als im Winter davor. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler bieten als Erklärung an, dass im ersten Winter die Kondensationsraten vermutlich höher und die Sublimationswerte niedriger waren, was ‚netto‘ zu weniger Schnee- und Eisauflage führte.

Große Schwankungen der Atmosphärenmasse

Der Mars hat etwa den halben Durchmesser der Erde und nur ein Zehntel ihrer Masse. Wegen der geringeren Gravitation kann er deshalb flüchtige, gasförmige Atmosphärenmoleküle nicht so gut an sich binden – sie entweichen leicht ins All. Der Atmosphärendruck beträgt am Boden weniger als ein Hundertstel des Luftdrucks auf der Erde. Außerdem ist die Marsatmosphäre extrem trocken. Sie besteht zu mehr als 95 Prozent aus Kohlendioxid, außerdem aus Stickstoff und Argon. Sie enthält durchschnittlich nur 0,02 Prozent Wasserdampf. Diese zwei Hundertstel Volumenprozent schwanken mit den Jahreszeiten, denn ab dem Herbst gefriert dieser Wasserdampf fast vollständig und rieselt in Form von Schnee oder Raureif auf die im Sommer eisfreien Breiten nördlich beziehungsweise südlich der Polarkreise. Die Temperaturen im Marswinter sinken dabei auf Werte von minus 125 Grad Celsius und tiefer – zum Vergleich: Die kälteste je auf der Erde gemessene Temperatur waren 1983 minus 89,2 Grad an der Wostok-Station in der Antarktis. Die Temperaturen im Marswinter sind so niedrig, dass auch bis zu 30 Prozent des Kohlendioxids am Boden kondensieren oder als Eiskristalle zu Boden fallen.

Fast ein Drittel der Atmosphäre wird zu Eis

„Es ist faszinierend, dass so viel CO2, der Hauptbestandteil der Marsatmosphäre, im Winter an der Oberfläche ausfriert. Stellen wir uns vor, 30 Prozent unserer Luft wären saisonal einfach weg!“, vergleicht Dr. Anja Portyankina das Ergebnis mit der Erde. Die Leiterin der Abteilung Planetengeologie am DLR-Institut für Planetenforschung in Berlin-Adlershof ist auf die Erforschung der Marspole spezialisiert. „Diese Ergebnisse zeigen jetzt, wo genau sich dieses Eis ablagert und, für mich überraschend, wie unregelmäßig das Ablagerungsmuster ist. Es ist eine große Verbesserung bisherigen Wissens. Wir müssen die Marswinter gut verstehen, wenn wir jemals auf dem Planeten landen wollen. Die Klimamodellierer werden ihre Modelle neu justieren, indem sie diese Ergebnisse berücksichtigen.“

Um die dynamische Entwicklung von Eis- und Schneebedeckung auf dem Mars besser erfassen zu können, wäre ein längerer Beobachtungszeitraum über mehrere Marswinter notwendig. Verbesserte Aussagen wären beispielsweise mit der Auswertung von Radarmessungen des über einen von Zeitraum von sieben Marsjahren durchgeführten Experiments SHARAD (SHAllow RADar) auf der NASA-Sonde Mars Reconnaissance Orbiter denkbar. Die Auswertung von SHARAD-Daten könnte auch Erkenntnisse zum Einfluss der auf dem Mars häufigen saisonalen und im Abstand von mehreren Jahren auch globalen Staubstürmen auf das winterliche Weiß liefern. Allerdings ist die Höhenauflösung von SHARAD nicht so gut wie die der MOLA-Laserpulse.

DLR-Laseraltimeter vermessen Merkur und Ganymed

„Wir werden jetzt versuchen, die beiden Datensätze von den Marspolen miteinander zu verknüpfen, um zu genaueren Aussagen zu kommen“, erklärt DLR-Planetenwissenschaftler Alexander Stark. „Wenn sich dann noch mehr Informationen aus den Laser-Höhenmessungen ableiten lassen, können wir die Methoden auch auf den Planeten Merkur und unseren Mond anwenden. Beides sind kleine planetare Körper, die stark von Gezeitenkräften beeinflusst werden – der Merkur von der gewaltigen Gravitationskraft, die von der Sonne ausgeht, der Mond hauptsächlich von der Erde. Dabei verändert sich ihre geometrische Gestalt, wobei der Grad der Verformung durch den inneren Aufbau und den Eigenschaften von Gesteinen und Metallen dieser Körper beeinflusst wird. Wir könnten also Neues über das Innere von Merkur und Mond und im nächsten Jahrzehnt sogar den Jupitermond Ganymed erfahren.“

Das DLR entwickelte und leitet das Laser-Altimeter-Experiment BELA für die 2018 gestartete europäisch-japanische Merkurmission BepiColombo, die im Dezember 2025 in eine Merkurumlaufbahn gelenkt wird. Auf BELA aufbauend, entwickelte das DLR-Institut für Planetenforschung auch das Laseraltimeter GALA für die ESA-Mission JUICE, die im April 2023 ins Jupitersystem starten wird.

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