Wie viel Kohlendioxid-Schnee fällt jeden Winter auf den Mars?

Wie die Erde erfährt der Mars im Laufe eines Jahres aufgrund der geneigten Natur seiner Umlaufbahn (d. h. jahreszeitliche Veränderungen) klimatische Schwankungen. Ebenso führen diese Temperaturschwankungen zu einer Wechselwirkung zwischen der Atmosphäre und den Polkappen. Auf der Erde führen saisonale Temperatur- und Niederschlagsschwankungen dazu, dass die polare Eiskappe auf einer Hemisphäre wächst, während die Eiskappe auf der anderen Hemisphäre schrumpft.

Auf dem Mars funktioniert es jedoch etwas anders. Neben dem Schnee, der im Winter auf die Polkappen regnet, erhalten die Mars-Polkappen neben Schnee auch eine große Menge gefrorenes Kohlendioxid (“Trockeneis”). Kürzlich nutzte ein internationales Wissenschaftlerteam Daten der NASA Weltvermesser des Mars (MGS) Mission von messen, wie die polaren Eiskappen des Planeten wachsen und schrumpfen. Ihre Ergebnisse könnten neue Informationen darüber liefern, wie sich das Marsklima aufgrund saisonaler Veränderungen ändert.

Die Studie, die ihre Ergebnisse beschreibt, wurde von Haifeng Xiao, wissenschaftlicher Mitarbeiter an der Institut für Geodäsie und Geoinformationswissenschaften an der Technischen Universität Berlin. Er wurde von Forschern der Stanford University, der Paris-Saclay University, Universitätsinstitut von Frankreich, und das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) Institut für Planetenforschung und Institut für Atmosphärenphysik.

Was wir über die Polarkappen des Mars wissen, zeigt, dass sie aus drei Teilen bestehen. Da ist zunächst der verbleibende (oder permanente) Eisschild, der aus mehreren Meter dicken Wassereisschilden am Nordpol und einem 8 Meter (~ 10 Fuß) dicken Wasserschild aus gefrorenem Kohlendioxid am Südpol besteht. Darunter befinden sich die Layered Polar Deposits (PLDs), die 2-3 km (mi) dick sind und aus Wassereis und Staub bestehen.

Der letzte ist die saisonale Eiskappe, eine Schicht aus gefrorenem CO² jeden Winter auf permanenten Eiskappen abgelagert. Für ihre Studie konzentrierten sich Haifeng und seine Kollegen auf saisonale Eiskappen, um zu zeigen, wie sie von jahreszeitlichen Schwankungen der Temperatur und Sonneneinstrahlung beeinflusst werden – und wie dies mit den jährlichen Schwankungen des Marsklimas zusammenhängt. Wie Haifeng Universe Today per E-Mail sagte:

„Jedes Marsjahr etwa 30 % des CO in der Atmosphäre² durch die jahreszeitliche Ablagerung / Sublimation steht die Masse in regem Austausch mit den Polaroberflächen. Zeitliche Schwankungen der Schnee-/Eisniveaus und -mengen, die mit diesem Prozess verbunden sind, können das Mars-Klimasystem und volatile Zirkulationsmuster kritisch belasten.

„Außerdem ist die saisonale Ansammlung von CO² Das Eis, das diese saisonalen Polkappen bildet, kann durch Staubstürme, kalte Stellen, katabatische und Bergwinde und lokale Verschattung beeinträchtigt werden. Somit könnten die kurz- und langfristigen Variabilitäten der saisonalen Polkappen auch auf die Variabilitäten des Marsklimas hinweisen.

In einem Marsjahr, das mehr als 687 Erdtage (oder 668,5 Sol) dauert, führen saisonale Veränderungen dazu, dass atmosphärisches Kohlendioxid vom Nordpol zum Südpol (und umgekehrt) wandert. Diese jahreszeitlichen Einwirkungen sind für den Transport großer Staub- und Wasserdampfmengen verantwortlich, was zu Frost und der Bildung großer Zirruswolken führt, die aus dem Weltraum sichtbar sind.

Dieser Prozess der Sublimation und des Austauschs zwischen den Polen ist auch für bemerkenswerte geologische Merkmale auf dem Mars verantwortlich, wie das araneiforme Gelände (auch bekannt als “Spinnen”) in der Nähe des Südpols und die Art und Weise, wie sich die Dünenfelder in den nördlichen Ebenen kreuzen Saisonarbeiter. Wie Haifeng erklärte, könnte das Verständnis der Beziehung zwischen saisonalen Polkappen und der Bildung geologischer Merkmale auf dem Mars zu einem besseren Verständnis der Marsumgebung führen.

In den letzten zwei Jahrzehnten wurden Messungen der polaren Eiskappen mit einer Vielzahl von Methoden durchgeführt – Gravitationsvariation, Neutronen- und Gammastrahlenflüsse – und auf der Grundlage allgemeiner Zirkulations- und Gleichgewichtsmodelle modelliert. Haifeng und Kollegen stützten sich für ihre Studie auf Daten des Mars Orbiter Laser-Höhenmesser (MOLA) an Bord des MGS, um genaue Messungen der Höhe und des Volumens der polaren Eiskappen des Mars im Laufe der Zeit zu erhalten.

Dies beinhaltete die erneute Verarbeitung der MOLA Precision Experiment Data (PEDR)-Aufzeichnungen – oder einzelner MOLA-Höhenmessermesswerte – unter Verwendung der neuesten verfügbaren MGS-Bahndaten und des Rotationsmodells des Mars. Diese Profile zeichneten sie dann selbst in einem kohärenten digitalen Höhenmodell (DEM) auf, das als statische mittlere Flächenmessung für den Mars diente. Wie Haifeng erklärte:

„Wir haben die gemeinsame Registrierung lokaler dynamischer Profilsegmente vom Mars Orbiter Laser Altimeter (MOLA) bis hin zu statischen digitalen Geländemodellen (DEM) vorgeschlagen und validiert, um die jahreszeitlichen Variationen der Tiefe der CO2-Eisbedeckung auf dem Mars zu erhalten. Darüber hinaus haben wir auch ein Nachkorrekturverfahren vorgeschlagen, das auf Pseudo-Crossing von MOLA-Profilen basiert, um die Präzision der Tiefenvariations-Zeitreihen weiter zu verbessern.

Dies führte zu einer Reihe von Höhenänderungsmessungen mit einer Genauigkeit von ungefähr 4,9 cm (1,93 Zoll) und Höhenunterschieden von Spitze zu Spitze von ungefähr 2,2 m (7,2 ft). Das Team hat diese Ergebnisse auch auf den gesamten Südpol ausgeweitet, die sie hoffentlich in einer weiteren Studie, die bald veröffentlicht wird, ausführlicher behandeln werden. Haifeng und seine Kollegen planen auch, ihre Ergebnisse mit Radar-Höhendaten zu vergleichen, die vom Echolot SHallow RADar (SHARAD) an Bord des NASA-Satelliten erhalten wurden. Mars-Aufklärungsorbiter(MRO).

„Im nächsten Schritt werden wir die SHARAD-Radaraltimetrie ausprobieren, um die MOLA-Messungen zu validieren und die langfristige saisonale Entwicklung der Tiefe der saisonalen Polkappen des Mars abzuleiten, die auch für die Bewertung der Langzeitstabilität wichtig sein wird . . darunter liegende Restpolarkappen des Mars, insbesondere die restliche Südpolarkappe, die als nahezu stabil gilt “, sagte Haifeng.

Diese Messungen werden es Planetologen ermöglichen, viel mehr über das Marsklima und die jährlichen Veränderungen zu erfahren. Sie werden auch dazu beitragen, sich auf zukünftige Roboter- und menschliche Erkundungsmissionen zum Roten Planeten vorzubereiten, die noch für einige Zeit im nächsten Jahrzehnt erwartet werden.

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