Wie ist die Mars-„Spinne“ entstanden? Eine neue Erklärung für die seltsame Landform

Geschrieben von Xiao Long

Spinnenförmige Landformen gibt es nur auf dem Mars. Wie ist dieses Gelände entstanden? Warum erscheinen „Spinnen“ nur an bestimmten Orten auf dem Mars? Zur Beantwortung dieser Fragen haben Wissenschaftler verschiedene Hypothesen vorgeschlagen. Kürzlich haben Wissenschaftler möglicherweise die Antwort auf dieses Rätsel gefunden.

Die spinnenförmigen Landformen auf der Oberfläche des Mars sind besondere Terrains, die von Marsrovern beobachtet werden. Die ersten hochauflösenden Bilder dieses Geländes wurden Anfang der 2000er Jahre von der Mars Express-Sonde der Europäischen Weltraumorganisation aufgenommen.

Auf den aufgenommenen Fotos sind diese spinnenförmigen Gelände deutlich zu erkennen. Diese spinnenartigen Strukturen weisen eine einzigartige Morphologie auf. Sie beginnen normalerweise in einem Zentrum und breiten sich mit mehreren dünnen radialen Zweigen nach außen aus, sodass sie einer Spinne ähneln. Jede Aststruktur kann sich von Anfang bis Ende über mehrere Hundert Meter bis hin zu über Tausend Metern erstrecken und Hunderte von schlanken „Beinen“ „verlängern“. Farblich bilden diese Merkmale oft einen Kontrast zur umgebenden roten oder braunen Marsoberfläche, da sie möglicherweise helles, verdunstetes Frostmaterial enthalten und daher manchmal heller erscheinen.

Darüber hinaus treten diese „spinnenartigen“ Landformen normalerweise in „Gruppen“ auf.

Interessanterweise kommt diese Art von Landform auf der Erde nicht vor und ist einzigartig auf dem Mars. Daher muss die Entstehung dieser besonderen Landform mit der einzigartigen Umgebung des Mars zusammenhängen. Wissenschaftler haben verschiedene Hypothesen zur Ursache dieses Rätsels aufgestellt, darunter:

Eine davon ist die Sublimation von Trockeneis. Man geht davon aus, dass diese dadurch verursacht wird, dass im Winter Trockeneis (also festes Kohlendioxid) die Oberfläche des Mars bedeckt und dann im Frühling bei steigenden Temperaturen sublimiert (direkt vom festen in den gasförmigen Zustand übergeht). Der dabei aufgebaute Gasdruck entweicht durch die Risse und bildet so diese radiale Nut.

Die zweite Hypothese ist das Schmelzen von Eiseinschlüssen: Eine andere Hypothese besagt, dass diese Landformen durch das Schmelzen von Eiseinschlüssen unter der Oberfläche des Mars und das Austreten durch Risse oder Kanäle an der Oberfläche verursacht werden könnten, wodurch diese radialen Muster entstehen.

Der dritte Grund ist die Wassererosion: Einige Wissenschaftler haben die Vermutung geäußert, dass die spinnenartigen Landformen möglicherweise mit dem Fluss flüssigen Wassers auf dem Mars in der Vergangenheit zusammenhängen, doch diese Theorie bleibt umstritten.

Unter diesen ist die Sublimation von Trockeneis eine allgemein anerkannte Theorie, sie wurde jedoch nie experimentell verifiziert.

Kürzlich hat ein Wissenschaftlerteam die Hypothese der Trockeneissublimierung von Spinnenlandformen durch Simulationsexperimente bestätigt.

Wie haben sie es konkret gemacht?

In einem neuen Artikel, der im Planetary Science Journal veröffentlicht wurde, beschreiben Wissenschaftler des Jet Propulsion Laboratory der NASA detailliert ihre experimentelle Forschung. Zum ersten Mal simulierten sie die Temperatur und den Druck auf dem Mars in einem Bodenlabor und versuchten, den Entstehungsprozess der Spinnenstruktur unter solchen Bedingungen zu reproduzieren.

Wir wissen, dass der Luftdruck auf der Marsoberfläche extrem niedrig ist und die Temperatur bis zu minus 100 Grad Celsius beträgt. Um die Bedingungen auf dem Mars zu simulieren, verwendeten Wissenschaftler das Dirty Testbed in Vacuum Ice Environment (DUSTIE). Dabei handelt es sich um eine mit flüssigem Stickstoff gekühlte Testkammer in der Größe eines Weinfasses, die die Marsumgebung simuliert. Wir werden sie im Folgenden als „Testkammer“ bezeichnen.

Sie gaben den simulierten Marsboden zunächst in einen Behälter, der zur Kühlung in flüssigen Stickstoff getaucht war, stellten ihn dann in eine Testkammer und ließen anschließend Kohlendioxidgas in die Testkammer strömen. Das Kohlendioxid kondensierte innerhalb von 3–5 Stunden von einem Gas zu Trockeneis. Nachdem sie eine Eisschicht mit den richtigen Eigenschaften erzeugt hatten, platzierten sie Heizgeräte in einer Testkammer unter dem Simulanten, um den simulierten Boden zu erhitzen und aufzubrechen. Nach einer Weile stieß die schwarze, pulverförmige Substanz schließlich Kohlendioxidgas aus.

Warum wurde das Experiment so gestaltet? Dabei werden sowohl die Veränderungen der Umgebungstemperatur auf der Marsoberfläche als auch die Tatsache berücksichtigt, dass die Zusammensetzung seiner Atmosphäre hauptsächlich aus Kohlendioxid besteht. Temperaturschwankungen werden hauptsächlich durch jahreszeitliche Veränderungen verursacht. Im Sommer erwärmt das Sonnenlicht die Eisschicht, wodurch das Trockeneis sublimiert.

Wie also erklären wir den Entstehungsprozess der Mars-„Spinne“?

Wissenschaftler haben herausgefunden, dass Sonnenlicht, wenn es die transparente Kohlendioxid-Eisschicht durchdringt, die sich jeden Winter auf der Oberfläche des Mars ansammelt, direkt durch die transparente Trockeneisschicht hindurchdringt und den Boden darunter erwärmt. Warum passiert das? Dies liegt daran, dass der Boden eine dunklere Farbe hat als das darüber liegende Eis und daher Wärme absorbiert, wodurch das ihm am nächsten liegende Eis direkt in Kohlendioxidgas umgewandelt wird, ohne vorher flüssig zu werden. Dieser Vorgang wird Sublimation genannt (eine direkte Umwandlung von einem Feststoff in einen Gaszustand, derselbe Vorgang, der „Rauch“-Wolken aus Trockeneis erzeugt). In diesem Experiment wurde die Erwärmung durch Sonnenlicht durch eine Erwärmung des Bodens von unten ersetzt.

Während das Trockeneis weiter sublimiert, steigt der Gasdruck unter dem Eis an, was schließlich dazu führt, dass das darüber liegende Eis bricht und das Gas entweichen kann. Wenn das Gas nach oben sickert, nimmt es eine Wolke aus schwarzem Staub und Sand aus dem Boden auf, die sich auf der Oberfläche des Eises absetzt.

Der Theorie zufolge hinterließen diese kleinen Eruptionen spinnenartige Spuren, als das verbleibende Eis beim Übergang vom Winter zum Frühling sublimierte. Bei Wind oder Sandsturm fällt dunkler Staub auf die Leeseite, was auch bei einigen Spinnenlandformen üblich ist.

Insgesamt hat dieses Experiment vorläufig bestätigt, dass durch die Sublimation von Trockeneis Spinnenlandformen entstehen können.

Allerdings gibt es noch viele Fragen zur Entstehung der Mars-„Spinne“, die im Labor nicht beantwortet werden können.

Warum bilden sie sich beispielsweise an manchen Stellen auf dem Mars und an anderen nicht? Wenn sie durch jahreszeitliche Veränderungen verursacht werden, warum scheinen ihre Zahl und Größe dann im Laufe der Zeit nicht zuzunehmen? Vielleicht können die Menschen mit weiterer Forschung in der Zukunft die Mars-„Spinne“ als einzigartiges Fenster zum Verständnis dieses roten Planeten nutzen.