Planetologie: Rätsel um die südliche Polkappe des Mars gelöst?
© ESA/ Image Courtesy of F. Altieri (IFSI-INAF) and the OMEGA team (Ausschnitt)
Schon seit langem wundern sich die Forscher darüber, dass die Lage der permanenten südlichen Polkappe des Mars von der geografischen Lage des Südpols abweicht, während sich ihr nördliches Gegenstück exakt am Pol befindet. Ein Forscherteam um Marco Giuranna am Istituto di Fisica dello Spazio Interplanetario in Rom meint nun die Lösung in Messdaten der europäischen Raumsonde Mars Express gefunden zu haben.
Bereits im 19. Jahrhundert war aufgefallen, dass die im Herbst und Sommer auf dem Mars sichtbaren permanenten Polarkappen des Mars unterschiedlich groß sind und manchmal die südliche Kappe ganz zu verschwinden schien. Aufnahmen der US-amerikanischen Raumsonde Mariner-9 aus dem Jahr 1972 enthüllten dann, dass sich das Zentrum der südlichen Polarkappe rund drei bis vier Grad westlich des geografischen Südpols befindet. Dieser seltsame Befund erstaunte die Forscher erheblich, aber lange Zeit war keine plausible Lösung in Sicht. Mario Giuranna und Kollegen nutzten nun Messdaten des Planetary Fourier Spectrometer (PFS) an Bord von Mars Express, um das Geheimnis zu lüften. Das PFS misst die Temperaturen in der Marsatmosphäre vom Boden bis in eine Höhe von 50 Kilometern. Die während eines halben Marsjahres gewonnenen Temperaturprofile werteten die Forscher nun systematisch aus.
Sie beobachteten, wie atmosphärisches Kohlendioxid aus der Gashülle am Südpol ausfriert, wenn auf dem Mars der Herbst in den Winter übergeht. Dabei bilden sich die von der Erde aus schon in einem kleinen Teleskop gut sichtbaren saisonalen Polarkappen, die überwiegend aus gefrorenem Kohlendioxid, also Trockeneis, bestehen. Während des Übergangs zum Winter bilden sich auf der Südhalbkugel des Roten Planeten dann zwei regionale Wettersysteme aus. Sie entstehen aus starken östlichen Winden, die für die mittleren marsianischen Breiten typisch sind. Dabei blasen die Winde direkt in das größte Einschlagbecken auf dem Mars, das Hellas-Becken. Durch die Tiefe des Kraters und seine steilen Wände werden die Winde abgelenkt, wobei so genannte Rossby-Wellen entstehen.
Die Rossby-Wellen lenken die Marswinde in großen Höhen ab und verschieben die von ihnen beeinflussten Wettersysteme in Richtung des Marssüdpols. Auf der westlichen Hemisphäre des Planeten entsteht dabei ein starkes Tiefdruckgebiet in Südpolnähe, während sich östlich davon ein Hochdrucksystem ausbildet. Die Forscher stellten fest, dass die Temperatur innerhalb des Tiefdrucksystems oft unterhalb des Kondensationspunkts für Kohlendioxid liegt und das Gas somit in Flocken aus der Atmosphäre herabrieselt. Im Hochdrucksystem dagegen kann sich niemals Kohlendioxidschnee bilden, so dass hier nur Rauhreif am Boden entsteht. Also wird die südliche Polarkappe durch zwei unterschiedliche Mechanismen aufgebaut.
Die Regionen mit dichter Schneedecke tauen auch im Sommer nicht völlig ab. Der Bodenfrost besteht dagegen aus größeren Partikeln, die bei Erwärmung leichter sublimieren können, da ihre zerklüfteten Oberflächen mehr Strahlung absorbieren. Der westliche Teil der südlichen Polarkappe verdampft also langsamer während des Sommers als die weiter östlich gelegenen Regionen, die dann völlig frostfrei bleiben. Über lange Zeit hinweg können sich dann die in den saisonalen Polkappen enthaltenen Anteile von Wassereis in der Region westlich des geografischen Marssüdpols ansammeln und die exzentrische permanente Polkappe aufbauen. (ta)
Bereits im 19. Jahrhundert war aufgefallen, dass die im Herbst und Sommer auf dem Mars sichtbaren permanenten Polarkappen des Mars unterschiedlich groß sind und manchmal die südliche Kappe ganz zu verschwinden schien. Aufnahmen der US-amerikanischen Raumsonde Mariner-9 aus dem Jahr 1972 enthüllten dann, dass sich das Zentrum der südlichen Polarkappe rund drei bis vier Grad westlich des geografischen Südpols befindet. Dieser seltsame Befund erstaunte die Forscher erheblich, aber lange Zeit war keine plausible Lösung in Sicht. Mario Giuranna und Kollegen nutzten nun Messdaten des Planetary Fourier Spectrometer (PFS) an Bord von Mars Express, um das Geheimnis zu lüften. Das PFS misst die Temperaturen in der Marsatmosphäre vom Boden bis in eine Höhe von 50 Kilometern. Die während eines halben Marsjahres gewonnenen Temperaturprofile werteten die Forscher nun systematisch aus.
Sie beobachteten, wie atmosphärisches Kohlendioxid aus der Gashülle am Südpol ausfriert, wenn auf dem Mars der Herbst in den Winter übergeht. Dabei bilden sich die von der Erde aus schon in einem kleinen Teleskop gut sichtbaren saisonalen Polarkappen, die überwiegend aus gefrorenem Kohlendioxid, also Trockeneis, bestehen. Während des Übergangs zum Winter bilden sich auf der Südhalbkugel des Roten Planeten dann zwei regionale Wettersysteme aus. Sie entstehen aus starken östlichen Winden, die für die mittleren marsianischen Breiten typisch sind. Dabei blasen die Winde direkt in das größte Einschlagbecken auf dem Mars, das Hellas-Becken. Durch die Tiefe des Kraters und seine steilen Wände werden die Winde abgelenkt, wobei so genannte Rossby-Wellen entstehen.
Die Rossby-Wellen lenken die Marswinde in großen Höhen ab und verschieben die von ihnen beeinflussten Wettersysteme in Richtung des Marssüdpols. Auf der westlichen Hemisphäre des Planeten entsteht dabei ein starkes Tiefdruckgebiet in Südpolnähe, während sich östlich davon ein Hochdrucksystem ausbildet. Die Forscher stellten fest, dass die Temperatur innerhalb des Tiefdrucksystems oft unterhalb des Kondensationspunkts für Kohlendioxid liegt und das Gas somit in Flocken aus der Atmosphäre herabrieselt. Im Hochdrucksystem dagegen kann sich niemals Kohlendioxidschnee bilden, so dass hier nur Rauhreif am Boden entsteht. Also wird die südliche Polarkappe durch zwei unterschiedliche Mechanismen aufgebaut.
Die Regionen mit dichter Schneedecke tauen auch im Sommer nicht völlig ab. Der Bodenfrost besteht dagegen aus größeren Partikeln, die bei Erwärmung leichter sublimieren können, da ihre zerklüfteten Oberflächen mehr Strahlung absorbieren. Der westliche Teil der südlichen Polarkappe verdampft also langsamer während des Sommers als die weiter östlich gelegenen Regionen, die dann völlig frostfrei bleiben. Über lange Zeit hinweg können sich dann die in den saisonalen Polkappen enthaltenen Anteile von Wassereis in der Region westlich des geografischen Marssüdpols ansammeln und die exzentrische permanente Polkappe aufbauen. (ta)
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