Forscher haben das jahrzehntelange Rätsel um die gigantische Arsia-Mons-Wolke auf dem Mars gelöst. Mithilfe von Wettermodellen und Daten der Raumsonde Mars Express fanden Wissenschaftler heraus, dass der Wasserdampf über dem Vulkan durch einen bislang in einer Planetenatmosphäre nie beobachteten Prozess zu Eis gefriert.
Die Raumsonde Mars Express entdeckte die als AMEC bezeichnete Wolke im Jahr 2018 und beobachtet sie seither regelmäßig. Jeden Morgen im Frühlings- und Sommerhalbjahr der südlichen Marshemisphäre wiederholt sich ein gewaltiges Wetterphänomen. Am Westhang des 20 Kilometer hohen Vulkans Arsia Mons bildet sich eine schlauchförmige, bis zu 1.800 Kilometer lange Wolke aus Wassereis, die im Laufe des Vormittags rasch wieder verblasst und verschwindet. Das Phänomen wurde in den 1970er-Jahren auf Aufnahmen frischer Marssonden entdeckt, ehe die Europäische Weltraumorganisation ESA mit dem Orbiter Mars Express seine tägliche Wiederkehr nachwies.
Scheitern herkömmlicher Wettermodelle
Auf dem Mars passten die traditionellen meteorologischen Rechnungen jedoch nicht zu den Beobachtungen aus dem Orbit, und frühere Simulationen konnten die Wolke nicht reproduzieren. Lange Zeit konnten Planetenforscher die Entstehung der sogenannten Arsia Mons Elongated Cloud nicht im Computer simulieren. Zwar handelte es sich nach Einschätzung der Wissenschaftler um eine orografische Wolke, wie sie auch auf der Erde an Bergen und Vulkanen entsteht, wenn starker Wind feuchte Luft nach drängt.
Doch Simulationen, die ausschließlich auf diese herkömmliche, heterogene Keimbildung setzten, brachten niemals die langgestreckte Wolkenform hervor, die Mars Express in Serie fotografierte. Auf der Erde benötigen Wassertröpfchen und Eiskristalle winzige Schwebeteilchen als Ausgangspunkte, an denen sie kondensieren können. Zu solchen Kondensationskeimen zählen Salzkristalle, Ruß, Pollen oder Staub. Auch in der staubreichen Marsatmosphäre gingen Forscher zunächst davon aus, dass Wolkenteilchen an Staubpartikeln entstehen, wobei Größe, Oberflächeneigenschaften und Verteilung der Partikel eine Rolle spielen.
Veröffentlichung neuer Ergebnisse
Die Ergebnisse wurden am 7. Oktober 2026 in der Fachzeitschrift Nature Geoscience unter dem Titel „Homogeneous ice Nucleation from Water Vapour Suggested by Elongated Clouds on Mars“ veröffentlicht (DOI: 10.1038/s41561-026-02089-9). Die Autoren betonen, dass der Mechanismus aus Modellierungen und Beobachtungen erschlossen wurde, anstatt ihn direkt zu sehen, und dass die ESA anmerkt, dass einige Merkmale der modellierten Wolke noch nicht exakt mit den Beobachtungen übereinstimmen.”
Hernández-Bernal und sein Team mussten in ihren Modellen exotische physikalische Konzepte berücksichtigen, die in Lehrbüchern beschrieben werden, aber bislang als rein theoretisch und in der Natur nicht beobachtet galten. Das Team fand heraus, dass starke Ostwinde die feuchte Luft den Hang des riesigen Vulkans hinaufdrücken. Nach dem Überqueren des Gipfels stürzt die Luft auf der Leeseite steil herab und prallt mit großer Wucht auf tiefer liegende Schichten. Durch diesen heftigen Aufprall wird die feuchte Luft innerhalb von Minuten senkrecht nach oben gerissen — bis in Höhen von rund 45 Kilometern. Dabei kühlt sich die Temperatur innerhalb von zehn Minuten um 30 Grad ab, während die relative Luftfeuchtigkeit um das 100.000-Fache ansteigt. Als möglicher Herkunftsort des Wasserdampfs kommt dabei Frost auf dem Gipfel des Vulkans in Betracht, wobei diese Quelle laut den Forschern noch nicht offiziell bestätigt ist. Neben Mars Express kann auch die Raumsonde ExoMars Trace Gas Orbiter das Phänomen während der Morgenstunden beobachten.
Homogene Keimbildung ohne Staubpartikel
Der Wasserdampf gefriert direkt zu Eiskristallen, ohne dass winzige Staubkörner als Keime erforderlich sind. Unter diesen extremen Bedingungen läuft ein Vorgang ab, der im Sonnensystem zuvor noch nie in einer Atmosphäre beobachtet wurde. In der Meteorologie wird dieser Mechanismus als homogene Keimbildung bezeichnet. Wasserdampf verwandelt sich dabei direkt in eisige Wolkenteilchen, ohne einen Zwischenschritt zu durchlaufen.
„Wir nennen dies homogene Nukleation, und wir haben das noch nie zuvor in einer Planetenatmosphäre gesehen.“
Jorge Hernández-Bernal, Hauptautor der Studie
Die Simulationen des Teams bildeten die riesige Wolke erst dann detailgetreu ab, als diese spontane Eiskristallbildung ohne Staubpartikel in das Rechenmodell aufgenommen wurde. Das veränderte Verständnis der Marsatmosphäre bietet Planetenforschern nun einen Einblick in atmosphärische Prozesse, die sich auf der Erde kaum im Freiland beobachten lassen. Obwohl das Modell noch nicht jedes Detail der gigantischen Wolkenformation perfekt abbildet, werten die beteiligten Wissenschaftler die erfolgreiche Reproduktion des Phänomens als einen großen wissenschaftlichen Erfolg für die Erforschung des Roten Planeten.
