Die Marsatmosphäre ist ganz anders als die der Erde. Es besteht zu über 95 % aus Kohlendioxid und enthält nur Spuren von Sauerstoff und Wasserdampf. Aber diese Spuren von Wasserdampf spielen immer noch eine ausgeprägte Rolle für das Klima.
Die NASA interessiert sich sehr für die Atmosphäre, das Wetter und das Klima des Mars. Je mehr sie über den Mars wissen, desto effektiver können sie Missionen planen. Und das Verständnis des heutigen Mars kann uns helfen, die Geschichte des Sonnensystems, die Entwicklung von Planeten und das Klima des Mars in der Antike zu verstehen.
Die NASA hat ein ganzes Team, das sich dem Verständnis des Marsklimas widmet. Es heißt die Mars Climate Modeling Center . Ihre Arbeit konzentriert sich auf die drei kritischen Komponenten der Marsatmosphäre: Wasserdampf, Kohlendioxid und Staub. In der Simulation unten bilden sich Wasser-Eis-Wolken und zerstreuen sich im Laufe des Tages.
Diese Simulation zeigt den Cloud-Lebenszyklus auf dem Mars über einen Tag. Deutlich sichtbar sind die drei Vulkangipfel bei Tharsis Montes sowie Olympus Mons. Bildquelle: NASA/Ames Research Center/D. Elsworth
Marswolken sind viel dünner als Wolken auf der Erde. Aber sie verhalten sich ähnlich. Die obige Simulation zeigt einen Sommertag auf der Nordhalbkugel. Nachts bilden sich über dem Äquator Wolken, die kurz vor Sonnenaufgang am dicksten sind. Wenn die Sonne tagsüber die Atmosphäre erwärmt, verschwinden sie, und in der Abenddämmerung beginnen sie sich wieder zu bilden.
Die Simulation stammt vom Mars Climate Modeling Center und zeigt, dass die Wolken, obwohl sie dünner sind als die der Erde, eine entscheidende Rolle in den Windsystemen des Planeten spielen. Und das bedeutet, dass sie auch die Bewegung des Wassers um den Planeten mitgestalten.
Das Climate Modeling Center verwendet leistungsstarke Supercomputer, um diese Simulationen zu erstellen. Eine planetarische Atmosphäre ist extrem komplex, und es braucht leistungsstarke Computer und ausgeklügelte Modelle, um sie zu verstehen. Im Modeling Center verlassen sie sich auf Allgemeine Umlaufmodelle (GCM) für einen Großteil ihrer Arbeit.
Die Nordpolareiskappe des Mars, aufgenommen vom Mars Global Surveyor der NASA. Einige Forscher kamen zu dem Schluss, dass die polare Eiskappe beim Schmelzen genug Wasser erzeugen würde, um den Mars in 1,5 Metern Wassertiefe zu bedecken. Bildnachweis: NASA/JPL-Caltech/MSSS
Ein Schwerpunkt der Arbeit des Zentrums besteht darin, den heutigen Wasserkreislauf auf dem Mars zu verstehen. Auf der Website des Zentrums heißt es: 'Wir möchten feststellen, ob der beobachtete Wasserkreislauf ausschließlich das Ergebnis des Austauschs mit der nördlichen Restkappe ist oder ob andere Quellen wie ein aktiver Regolith erforderlich sind.' Derzeit modellieren sie den Mars mit der nördlichen Polkappe als einziger Wasserquelle. Ihre Simulationen liefern gute Ergebnisse, aber es gibt immer noch Probleme.
Das Modeling Center versucht auch zu verstehen, wie der alte Mars vor Milliarden von Jahren, als die Sonne noch schwächer wurde, eine warme, feuchte Umgebung gehabt haben konnte. Eine Möglichkeit ist, dass der Mars eine viel dickere CO2-Atmosphäre hatte, die mehr Wärme einschloss. Eine andere Möglichkeit ist der durch Auswirkungen verursachte Klimawandel.
Der durch Auswirkungen verursachte Klimawandel ist eine mögliche Ursache für die frühe warme, feuchte Umgebung des Mars. Bildquelle: Colaprete et al, 2004.
Ein weiterer Schwerpunkt des Zentrums ist Marsstaub. Es ist klar, dass Staub auf dem Mars eine große Rolle spielt, aber es ist nicht gut verstanden. Auf der Website des Climate Modeling Center heißt es: „… es wird immer deutlicher, dass die in GCMs zur Staubaufhebung verwendeten Parametrisierungen nicht die Physik aller Staubaufwirbelungsereignisse erfassen.“
In regelmäßigen Abständen wird der Planet von globalen Staubstürmen umgeben, die monatelang andauern können. Das Verständnis dieser Stürme ist für erfolgreiche Missionen zum Planeten notwendig. Die NASA wusste im Voraus, dass der InSight-Lander gegen Ende eines Staubsturms auf dem Mars eintreffen würde, und bereitete sich entsprechend vor. Dank Klimamodellierung wusste die NASA, dass sich bei Staubstürmen die obere Atmosphäre erwärmt, während die untere Atmosphäre abkühlt. Missionsingenieure bereiteten InSight auf den Betrieb unter diesen Bedingungen vor.
Das Climate Modeling Center ist nur eine Möglichkeit, wie die NASA Supercomputer einsetzt. Auf der internationalen Supercomputing Conference (SC 19) in Denver vom 18. bis 22. November präsentierten sie 38 ihrer Computerprojekte, darunter ihre elektrisches X-57-Flugzeug , eine Simulation, wie früh Galaxien entwickeln sich gemeinsam mit dem Gas um sie herum, und eine Anstrengung zu kartieren und Bäume in Subsahara-Afrika quantifizieren .
Mehr:
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