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MARS
Wasserfrost auf den höchsten Vulkanen des Mars
Redaktion / idw / Pressemitteilung der Universität Bern
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11. Juni 2024

Zum ersten Mal wurde auf den gewaltigen Vulkanen auf dem Mars, den höchsten Bergen in unserem Sonnensystem, Wasserfrost nachgewiesen. Das internationale Team verwendete für ihre Studie hochauflösende Farbbilder der Berner Marskamera CaSSIS an Bord der ESA-Sonde ExoMars Trace Gas Orbiter. Bestätigt wurden die Daten dann durch die Sonde Mars Express.

Olympus Mons

Das Bild zeigt den Olympus Mons auf dem Mars, den höchsten Vulkan im gesamten Sonnensystem. Die Aufnahme ist Teil neuer Studie, die zum ersten Mal Wasserfrost in der Nähe des Marsäquators nachweisen konnten, wo bisher kein Frost vermutet wurde. Bild: ESA / DLR / FU Berlin  [Großansicht]

ExoMars ist ein Weltraumprogramm der europäischen Weltraumorganisation ESA und steht für Exobiologie auf dem Mars: Zum ersten Mal seit den 1970er-Jahren wird aktiv nach Leben auf dem Mars geforscht. An Bord des ExoMars Trace Gas Orbiter (TGO) befindet sich das Color and Stereo Surface Imaging System (CaSSIS), ein Kamerasystem, das von einem internationalen Team unter der Leitung von Professor Nicolas Thomas vom Physikalischen Institut der Universität Bern entwickelt und gebaut wurde. CaSSIS beobachtet den Mars seit April 2018 und liefert hochauflösende Farbbilder der Marsoberfläche. Mit diesen hochauflösenden Farbbildern konnte ein internationales Team unter der Leitung von Dr. Adomas Valantinas Wasserfrost auf dem Mars nachweisen. Valantinas war bis Oktober 2023 Doktorand am Departement Space Research & Planetary Sciences des Physikalischen Instituts der Universität Bern und arbeitet derzeit als Gastforscher an der Brown University in den USA.

Der Frost wurde auf den Gipfeln der höchsten Berge des Mars entdeckt – den Tharsis-Vulkanen. Diese Vulkane sind die höchsten Berge im Sonnensystem, der Olympus Mons ragt bis zu 26 Kilometer über die umliegenden Ebenen hinaus. Diese Frostbildung war nicht erwartet worden, da diese Berge in niedrigen Breitengraden in der Nähe des Marsäquators liegen. "In diesen niedrigen Breitengraden hält die starke Sonneneinstrahlung die Oberflächentemperaturen tendenziell hoch. Daher haben wir nicht erwartet, dass wir dort Frost finden", so Valantinas. Außerdem kühlt die dünne Atmosphäre auf dem Mars die Oberfläche nur unzureichend ab, so dass hoch gelegene Oberflächen in den Mittagsstunden genauso heiß werden können wie niedrig gelegene, was auf der Erde nicht der Fall ist.

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"Aufsteigende Winde bringen wasserdampfhaltige Luft aus dem Tiefland nach oben, die sich in der Höhe abkühlt und kondensiert", erklärt Valantinas. "Das ist ein bekanntes Phänomen sowohl auf der Erde als auch auf dem Mars." Das gleiche Phänomen verursacht die auffällige Arsia Mons Elongated Cloud – und die neue Studie zeigt, dass dieses Phänomen auch auf den Tharsis-Vulkanen zu morgendlichen Frostablagerungen führt. "Wie wir anhand der CaSSIS-Bilder sehen konnten, sind die dünnen Reifablagerungen nur kurz vorhanden, nämlich für einige Stunden um den Sonnenaufgang herum, bevor sie im Sonnenlicht verdampfen", so Valantinas weiter.

Um den Frost zu identifizieren, analysierten Valantinas und das Team mehr als 5000 Bilder der Marskamera CaSSIS. Seit April 2018 liefert CaSSIS Beobachtungen zur lokalen Staubaktivität, zu den jahreszeitlichen Veränderungen der Kohlendioxid-Eisvorkommen und zur Existenz von Trockenlawinen auf dem Mars. "Dass wir nun die nächtliche Ablagerung von Wassereis auf dem Mars bei visuellen Wellenlängen und mit hoher Auflösung nachweisen konnten, ist ein weiterer Beweis für die beeindruckenden wissenschaftlichen Fähigkeiten des Berner Kamerasystems", freut sich Thomas.

Die Entdeckung wurde durch unabhängige Beobachtungen der hochauflösenden Stereokamera (HRSC) an Bord des ESA-Orbiters Mars Express und des Spektrometers Nadir and Occultation for Mars Discovery (NOMAD) an Bord von TGO validiert. "Diese Studie zeigt sehr schön, wie wertvoll verschiedene Orbitalinstrumente sind", unterstreicht Ernst Hauber, Geologe am DLR-Institut für Planetenforschung in Berlin. "Durch die Kombination von Messungen verschiedener Instrumente und Modellierung können wir unser Verständnis der Wechselwirkungen zwischen Atmosphäre und Oberfläche auf eine Weise verbessern, die mit einem Instrument allein nicht möglich wäre." Die Ergebnisse würden, so Hauber, auch zeigen, wie wichtig die langfristige Beobachtung planetarer Prozesse ist, da einige Phänomene erst durch den Vergleich mehrerer Messungen im Laufe der Zeit sichtbar werden.

Trotz ihrer geringen Dicke – wahrscheinlich nur ein Hundertstel eines Millimeters (so dick wie ein menschliches Haar) – bedecken die Frostflecken eine riesige Fläche. "Die Menge an Frost entspricht etwa 150.000 Tonnen Wasser, die während der kalten Jahreszeit jeden Tag zwischen der Oberfläche und der Atmosphäre ausgetauscht werden, was etwa 60 olympischen Schwimmbecken entspricht", erklärt Valantinas. "Zu verstehen, wo Wasser zu finden ist und wie es sich zwischen den Reservoirs bewegt, ist für viele Aspekte der Marsforschung von Bedeutung", so Thomas. "Natürlich wollen wir die physikalischen Prozesse verstehen, die das Klima auf dem Mars bestimmen. Aber auch das Verständnis des Wasserkreislaufs auf dem Mars ist von großer Bedeutung, um wichtige Ressourcen für die künftige Erforschung des Mars durch den Menschen zu finden und herauszufinden, wo es auf dem Mars Wasser gibt und ob der Mars früher oder heute bewohnbar war oder ist", so Valantinas.

Die Ergebnisse wurden jetzt in der Fachzeitschrift Nature Geoscience veröffentlicht.

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siehe auch
Mars: Weitere Wasservorkommen am Südpol - 13. Oktober 2020
Mission Mars bei astronews.com
Links im WWW

Valantinas, A. et al. (2024): Evidence for transient morning water frost deposits on the Tharsis volcanoes of Mars, Nat. Geosci., https://doi.org/10.1038/s41561-024-01457-7
Universität Bern
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