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Es schneit auf dem Mars. Dies ist zumindest in der nördlichen arktischen Region der Fall, wo der Phoenix-Lander 2008 sein Lager aufschlug. Wissenschaftsteams von Phoenix konnten Wasser-Eis-Wolken in der Marsatmosphäre und Niederschläge beobachten, die nachts auf den Boden fielen und in Wasser sublimieren der Morgen. James Whiteway und seine Kollegen sagen, dass Wolken und Niederschlag auf dem Mars eine Rolle beim Wasseraustausch zwischen Boden und Atmosphäre spielen und wenn die Bedingungen stimmen, fällt regelmäßig Schnee auf dem Mars.
„Vor Phoenix wussten wir nicht, ob es auf dem Mars Niederschlag gibt“, sagte Whiteway. „Wir wussten, dass die Polkappe im Winter bis zum Standort Phoenix vordringt, aber wir wussten nicht, wie sich der Wasserdampf aus der Atmosphäre auf das Eis am Boden bewegt. Jetzt wissen wir, dass es schneit und dass dies Teil des Wasserkreislaufs auf dem Mars ist.“
Phoenix landete am 25. Mai 2008 in der nordarktischen Region auf dem Mars (68,22 ° N, 234, 25 ° E). Auf dem Mars war dies kurz vor der Sommersonnenwende. Phoenix war 5 Monate in Betrieb und konnte die Bedingungen beim Wechsel der Jahreszeiten von Sommer zu Winter beobachten, was den Wissenschaftsteams einen beispiellosen Einblick in die sich ändernden Wettermuster des Planeten, einschließlich Frost und Niederschlag, gab.
Das Wissenschaftsteam verwendete das Lichterkennungs- und Entfernungsmessinstrument, bekannt als LIDAR, und beobachtete Wolken, die hier auf der Erde Zirruswolken ähneln.
Das LIDAR-Instrument sendet Laserlichtpulse nach oben in die Atmosphäre und erkennt dann die Rückstreuung von Staub und Wolken. Die Forscher konnten beobachten, dass Wasser-Eiskristalle groß genug werden, um nachts durch die Atmosphäre auszufallen und morgens zu Wasser zu sublimieren. Der Wasserdampf am Boden wird dann durch Turbulenzen und Konvektion durch die Luft wieder aufgewirbelt und erreicht eine Höhe von etwa vier Kilometern – bevor er nachts wieder Wolken bildet.
Film von Wolken auf dem Mars. Bildnachweis: NASA/JPL/UofA
Fallstreifen in der Wolkenstruktur zeichneten den Niederschlag von Eiskristallen in Richtung Boden nach.
'Frost wurde vorhergesagt, aber Schneefall war eine willkommene Überraschung', sagte der leitende Ermittler von Phoenix, Peter Smith. „Im Sommer war viel Staub in der Atmosphäre. Als wir uns dem Herbst näherten, klärte sich der Staub und plötzlich bildeten sich Wassereiswolken in etwa 4 km Höhe über der Oberfläche. Wir konnten die Wolken vorbeiziehen sehen, die sich durch das Kamerafeld bewegten, und einmal sahen wir Schnee aus dem Boden einer Wolke kommen. Es war sehr aufregend, die täglichen Wetteränderungen zu beobachten. Diese Erfahrung hat noch nie jemand gemacht.“
Mit dem LIDAR konnte das Team atmosphärischen Staub in der Planetary Boundary Layer (PBL) messen, dem untersten Teil der Atmosphäre, der direkt durch seinen Kontakt mit einer Planetenoberfläche beeinflusst wird.
Whiteway und sein Team sagten, die PBL auf dem Mars sei ziemlich interessant. „Die PBL auf dem Mars war bis in Höhen von etwa 4 Kilometern durch die sommerlichen Turbulenzen und Konvektionen am Tag gut durchmischt“, schrieb das Team in seinem Papier, das heute im Journal Science veröffentlicht wird. „Die Wasser-Eis-Wolken wurden im Spätsommer jede Nacht an der Spitze des PBL und in Bodennähe entdeckt, nachdem die Lufttemperatur zu sinken begann. Die Interpretation ist, dass Wasserdampf, der durch Turbulenzen am Tag und Konvektion nach oben gemischt wird, nachts Eiskristallwolken bildet, die zurück an die Oberfläche fallen.“
Die Wolken begannen sich erst um Sol 80 oder 90 zu bilden – die Anzahl der Tage seit der Landung von Phoenix auf dem Mars –, als die Lufttemperaturen kühl genug waren, damit Wasserdampf in der Atmosphäre kondensieren konnte. In den frühen Morgenstunden auf Sol 109 beobachtete das LIDAR Wolken und Niederschlag, die bis zum Boden reichten.
Das Wissenschaftsteam sagte, dass die Wolken und der Niederschlag das Wasser innerhalb der PBL halten. Letztendlich hätten die Eiswolken den ganzen Tag über in der PBL geblieben, und Wassereis wäre auf dem Boden abgelagert worden. Da die Tiefe der PBL im Spätsommer abnahm, nahm der atmosphärische Wasserdampf ab, und der Prozess würde schließlich mit fortschreitendem Winter aufhören.
