Berlin, FU Berlin, 9. Oktober 2026 – Jeden Morgen wächst am Westhang des Marsvulkans Arsia Mons eine schmale, schlauchförmige Eiswolke in den Himmel. Bis zu 1.800 Kilometer kann sie lang werden. Gegen Mittag ist sie wieder verschwunden, als hätte jemand am Mars einfach den Stecker gezogen.

Das Schauspiel tritt im südlichen Frühling und Sommer auf. Bekannt ist es schon seit den Aufnahmen der ersten Marssonden aus den 1970er Jahren. Regelmäßige Beobachtungen der ESA-Raumsonde Mars Express machten später sichtbar, dass die Wolke einem täglichen Rhythmus folgt: morgens erscheint sie, im Lauf des Tages löst sie sich wieder auf.

Ein Vulkan als Wolkenmaschine

Arsia Mons ragt rund 20 Kilometer über die Marsoberfläche. Forschende ordnen die Erscheinung als orografische Wolke ein – also als Wolke, die entsteht, wenn Luft an einem Berg oder Vulkan aufsteigt. Einfach klingt das zunächst nicht, denn die Marsatmosphäre besitzt nur etwa ein Hundertstel des irdischen Luftdrucks. Gleichzeitig sind die Marsvulkane deutlich größer als die meisten Berge auf der Erde.

Im Frühling und Sommer setzt die Morgensonne durch das Schmelzen dünner Frostschichten Wasserdampf frei. Starke Ostwinde treiben die feuchte Luft den Arsia-Mons-Hang hinauf. Nachdem sie den Gipfel überquert hat, strömt sie auf der windabgewandten Seite wieder nach unten. Beim Auftreffen auf tiefer liegende Luftschichten wird sie jedoch bis in rund 45 Kilometer Höhe nach oben geschleudert.

Dort kühlt die Luft ab, die Feuchtigkeit kondensiert – und die lange Wolke bildet sich. Nach den Simulationen können die Winde, die Arsia Mons umströmen, dabei atmosphärische Wellen erzeugen und feuchte Luft innerhalb weniger Minuten um mehrere Kilometer anheben. Ein ziemlich dynamischer Vorgang für eine Atmosphäre, die so dünn ist.

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Eiskristalle ohne Staub

Die herkömmlichen meteorologischen Modelle kamen mit dem Wolkenschweif allerdings nicht zurecht. Auf der Erde entstehen Wassertröpfchen oder Eiskristalle meist an Kondensationskeimen: Salz, Pollen, Ruß oder Staub liefern die kleinen Oberflächen, an denen Wasserdampf kondensieren kann. Staub gibt es auf dem Mars reichlich. Doch als die Forschenden diesen Mechanismus in ihre Modelle einbauten, entstand nicht die beobachtete, langgestreckte Wolke.

Das Team der Sorbonne Université um Jorge Hernández-Bernal versuchte es deshalb mit einem theoretisch bekannten Vorgang: der homogenen Nukleation. Dabei wandelt sich Wasserdampf ohne feste Kondensationskeime direkt in Eiskristalle um. Dafür muss die Luft allerdings außergewöhnlich stark mit Wasserdampf übersättigt sein.

Genau das passiert laut Simulation beim Aufstieg. Innerhalb von etwa zehn Minuten kühlt sich die feuchte Luft um rund 30 Grad Celsius ab. Dadurch steigt die Luftfeuchtigkeit um das 100.000-Fache. Unter solchen Bedingungen bilden sich spontan große Mengen an Eiskristallen – deutlich mehr als bei einer Kondensation an Staubpartikeln.

Erst mit dieser spontanen Eisbildung erzeugte das Modell einen langen Wolkenschweif wie den beobachteten. Es erklärt auch, warum die Eiskristalle anschließend über große Entfernungen bestehen bleiben könnten, statt sofort wieder zu verdampfen. Für den Abgleich mit den wiederholten Mars-Express-Beobachtungen werteten die Forschenden unter anderem die Position, die Länge des Schweifs und seine tägliche Veränderung aus.

Ein Hinweis, noch kein Beweis

Ganz rund ist die Sache trotzdem nicht. Das Modell bildet noch nicht alle beobachteten Eigenschaften der Wolke nach, und nicht jedes Detail der Simulation stimmt mit den Mars-Express-Aufnahmen überein. Die Ergebnisse liefern daher einen indirekten Hinweis auf homogene Nukleation – einen direkten Nachweis dieses Vorgangs in der Marsatmosphäre gibt es nicht.

Offen bleibt auch, ob sich der Mechanismus an anderen Orten auf dem Mars wiederholt und welchen Einfluss er auf den Wasserhaushalt des Planeten hat. Möglicherweise spielt homogene Nukleation zudem in den oberen Atmosphärenschichten der Erde und der Venus eine Rolle. Auch dort fehlt bislang der direkte Nachweis.

Die Studie erschien am 8. Oktober 2026 in Nature Geoscience (DOI: 10.1038/s41561-026-02089-9). Das Forschungsteam um Jorge Hernández-Bernal hat damit ein jahrzehntealtes Rätsel ein gutes Stück kleiner gemacht – die Wolke selbst bleibt mit ihren 1.800 Kilometern Länge allerdings weiterhin ziemlich schwer zu übersehen.