Letzte Woche gaben Wissenschaftler Ergebnisse bekannt, die auf Daten des SPICAM-Spektrometers an Bord der ESA-Raumsonde Mars Express basieren. Die in Science von Maltagliati et al (2011) veröffentlichten Ergebnisse zeigen, dass die Marsatmosphäre mit Wasserdampf übersättigt ist. Laut dem Forschungsteam liefert die Entdeckung neue Informationen, die Wissenschaftlern helfen werden, den Wasserkreislauf und die atmosphärische Geschichte des Mars besser zu verstehen.
Welche Prozesse sind am Werk, um große Mengen Wasserdampf in die Marsatmosphäre zu lassen?
Die animierte Sequenz links zeigt den Wasserkreislauf der Marsatmosphäre in Aktion:
Wenn die Polkappen des Mars (die gefrorenes Wasser und CO . enthalten)2) werden im Frühjahr und Sommer von der Sonne erwärmt, das Wasser sublimiert und wird in die Atmosphäre abgegeben.
Atmosphärische Winde transportieren die Wasserdampfmoleküle in größere Höhen. Wenn sich die Wassermoleküle mit Staubmolekülen verbinden, entstehen Wolken. Wenn die Atmosphäre nicht viel Staub enthält, wird die Kondensationsrate reduziert, wodurch Wasserdampf in der Atmosphäre verbleibt und ein übersättigter Zustand entsteht.
Wasserdampf kann auch durch Wind auf die Südhalbkugel transportiert oder hoch in die Atmosphäre befördert werden. In der oberen Atmosphäre kann der Wasserdampf durch Photodissoziation beeinflusst werden, bei der Sonnenstrahlung (weiße Pfeile) die Wassermoleküle in Wasserstoff- und Sauerstoffatome aufspaltet , die dann in den Weltraum entweichen.
Wissenschaftler waren im Allgemeinen davon ausgegangen, dass in der kalten Marsatmosphäre keine Übersättigung existieren kann, da jeder Wasserdampf, der die Sättigung überstieg, sofort gefror. Daten von SPICAM zeigten, dass Übersättigung in Höhen von bis zu 50 km über der Oberfläche stattfindet, wenn der Mars am weitesten von der Sonne entfernt ist.
Basierend auf den SPICAM-Daten haben Wissenschaftler herausgefunden, dass es in der Marsatmosphäre mehr Wasserdampf gibt als bisher angenommen. Während die Wassermenge in der Marsatmosphäre etwa 10.000-mal weniger Wasserdampf enthält als die der Erde, haben frühere Modelle die Wassermenge in der Marsatmosphäre in Höhen von 20-50 km unterschätzt, da die Daten 10 bis 100-mal mehr Wasser vermuten lassen als in den genannten Höhen erwartet.
„Die vertikale Verteilung von Wasserdampf ist ein Schlüsselfaktor bei der Untersuchung des hydrologischen Kreislaufs des Mars, und das alte Paradigma, dass er hauptsächlich durch die Sättigungsphysik gesteuert wird, muss jetzt überarbeitet werden“, sagte Luca Maltagliati, einer der Autoren des Papiers . „Unsere Ergebnisse haben große Auswirkungen auf das Verständnis des globalen Klimas des Planeten und des Wassertransports von einer Hemisphäre zur anderen.“
„Die Daten deuten darauf hin, dass viel mehr Wasserdampf in der Atmosphäre hoch genug transportiert wird, um von der Photodissoziation beeinflusst zu werden“, fügte Franck Montmessin, Principal Investigator für SPICAM und Co-Autor des Artikels, hinzu.
„Sonnenstrahlung kann die Wassermoleküle in Sauerstoff- und Wasserstoffatome aufspalten, die dann ins All entweichen können. Dies hat Auswirkungen auf die Geschwindigkeit, mit der der Planet Wasser verloren hat, und auf die langfristige Entwicklung der Marsoberfläche und -atmosphäre.“
Wasserdampf ist jedoch ein sehr dynamisches Spurengas und einer der jahreszeitlich variabelsten atmosphärischen Bestandteile auf dem Mars.