MARS EXPRESS
Das Geheimnis der südlichen Polkappe
von Stefan Deiters
astronews.com
22. September 2008

Die südliche Polkappe des Roten Planeten stellt Marsforscher schon seit längerem vor ein Rätsel: Im Winter legt sich das Kohlendioxid-Eis symmetrisch über den Südpol. Die im Sommer zurückbleibenden Reste allerdings, sind deutlich vom Mars-Südpol versetzt. Dank neuer Daten von Mars Express konnte man jetzt die Ursache dafür ermitteln: Schuld sind das Marswetter und ein riesiger Einschlagkrater.

Die südliche Polkappe des Mars zum Ende des Sommers. Bild: ESA/ F. Altieri (IFSI-INAF) und das OMEGA-Team

Genau wie auf der Erde sind die Polkappen des Mars gefroren. Nur statt um Wassereis handelt es sich auf dem roten Planeten um eine Mischung aus Kohlendioxid-Eis und Wassereis. Während des Sommers auf der Südhalbkugel verschwindet ein großer Teil des Eises, es sublimiert, geht also direkt vom festen in den gasförmigen Zustand über. Zurück bleibt eine kleine Rest-Polkappe, die nie verschwindet, die aber kurioserweise nicht genau auf dem Mars-Südpol liegt, sondern um drei bis vier Grad versetzt ist. Im Winter ist die südliche Polkappe hingegen symmetrisch.

Mit Hilfe der europäischen Sonde Mars Express haben Marco Giuranna vom Istituto di Fisica dello Spazio Interplanetario CNR (IFSI) und seine Kollegen die Temperaturen von der Oberfläche bis in eine Höhe von 50 Kilometer über dem Mars-Südpol untersucht, um so hinter die Ursache für die "verschobene" Polkappe im Sommer zu kommen.

Über ein halbes Marsjahr lang verfolgten die Forscher die atmosphärischen Veränderungen in der Region und beobachteten, wie sich das Eis mit beginnendem Winter auf der Südhalbkugel langsam wieder am Südpol bildete. "Das ist gar nicht so einfach, wie man vielleicht glaubt. Wir haben herausgefunden, dass dabei zwei regionale Wettersysteme eine wichtige Rolle spielen", erläutert Giuranna.

Diese Wettersysteme entstehen durch starke Ostwinde, die typisch für die Atmosphäre des Mars in mittleren Breitengraden sind. Diese wehen in das Hellas-Becken, mit einem Durchmesser von rund 2.300 Kilometern und einer Tiefe von sieben Kilometern der größte Einschlagkrater auf dem Mars. Die hohen Wände des Kraters und die dort entstehenden Turbulenzen beeinflussen auch die Winde in größerer Höhe und leiten diese direkt in Richtung Mars-Südpol. Auf diese Weise entsteht auf der Westseite des Südpolols ein starkes Tiefdruck- und auf der Ostseite ein Hochdrucksystem.

Im Tiefdruckgebiet liegen nun die Temperaturen oft unterhalb des Kondensationspunktes von Kohlendioxid, so dass es schneien und sich eine gefrorene Schneedecke auf dem Boden bilden kann. In der Region des Hochdruckgebiets erlauben die Bedingungen keinen Schnee, hier bildet sich nur Bodenfrost. Somit entsteht die südliche Polkappe auf zwei ganz unterschiedliche Arten - was entscheidend zur Lösung des Rätsels ist: Die Regionen, die mit Schnee bedeckt sind, verschwinden im Sommer nicht, da sie mehr Sonnenlicht ins All reflektieren als Bodenfrost. Die Frostpartikel haben eine deutlich unebenere Oberfläche als Schnee, wodurch sie quasi mehr Sonnenlicht "einfangen" können und so leichter sublimieren.

Dies bedeutet, dass ein Teil der Polkappe am Südpol aus Schnee und Forst besteht, einen größeren Kohlendioxidanteil hat und im Sommer sehr viel langsamer schmilzt, der andere Teil besteht aus Frost und verschwindet im Sommer komplett. So kommt es zum unsymmetrischen Aussehen der Polkappe im Sommer. "Dies war eine Kuriosität des Mars für viele Jahre", so Giuranna, der froh ist, das Rätsel nun mit Hilfe von Mars Express gelöst zu haben.