FU Berlin, 8. Oktober 2026 – Jeden Morgen zieht über dem Mars eine Wolke davon, die es eigentlich gar nicht geben dürfte. Über dem rund 20 Kilometer hohen Vulkan Arsia Mons bildet sich im südlichen Frühling und Sommer eine helle Wassereiswolke. Kurz vor Sonnenaufgang wächst sie westlich des Vulkans zu einem schmalen Schweif heran, wird mit mehr als 600 km/h davongetragen und kann eine Länge von etwa 1.800 Kilometern erreichen. Dann, später am Vormittag, ist sie plötzlich wieder weg.

Die Arsia Mons Elongated Cloud, kurz AMEC, wurde 2018 von der ESA-Sonde „Mars Express“ entdeckt. Seitdem taucht sie über mehrere Monate hinweg jeden Morgen auf – während der Staubsaison auf der Südhalbkugel des Mars. Rund zweieinhalb Stunden lang wird die Wolke nach Westen gezogen und auf etwa 45 Kilometer Höhe geschoben; ihre maximale Breite beträgt ungefähr 150 Kilometer. Was nach einem meteorologischen Kuriosum klingt, bringt nun ein ziemlich altes Lehrbuchprinzip ins Spiel.

Wolkenbildung ohne Staub

Normalerweise brauchen Wolken winzige feste Teilchen, an denen sich Wasserdampf anlagert. Auf der Erde nennt man diesen Vorgang heterogene Nukleation: Staub, Salz, Ruß, Pollen oder andere Schwebteilchen dienen als Kondensationskeime. Auch für den Mars wurde bislang angenommen, dass Eiskristalle auf diese Weise entstehen.

Die neuen Simulationen des Teams um Jorge Hernández-Bernal von der Sorbonne Université zeichnen jedoch ein anderes Bild. Das regionale Mars-Wettermodell berücksichtigt homogene Nukleation, auch homogene Keimbildung genannt. Dabei verwandelt sich Wasserdampf direkt in Eispartikel – ohne Staub, Salz, Pollen oder irgendein anderes Fremdteilchen. Ein Vorgang, der bislang nur theoretisch beziehungsweise aus Lehrbüchern bekannt war und laut den Forschenden noch in keiner planetaren Atmosphäre beobachtet wurde.

Dafür muss die Luft allerdings völlig aus dem Ruder laufen: Die relative Luftfeuchtigkeit muss mehr als 100.000-mal höher sein als typische Werte auf der Erde. Solche extremen Bedingungen wurden auf dem Mars bisher nicht direkt beobachtet. Das Modell zeigt aber, dass sie am Arsia Mons vorübergehend entstehen können.

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Eine atmosphärische Welle am Vulkan

Der Ablauf beginnt mit den Winden, die den Vulkan umströmen. Dabei erzeugen sie eine starke atmosphärische Welle und heben feuchte Luftpakete innerhalb weniger Minuten mehrere Kilometer nach oben. Die dünne Marsatmosphäre und die Lage des Arsia Mons schaffen laut Modell genau die passende Kombination dafür.

Beim Aufstieg kühlt die Luft innerhalb von etwa zehn Minuten um rund 30 Grad Celsius ab. Die relative Luftfeuchtigkeit schießt dadurch nach oben. Wasserdampf gefriert spontan zu Eiskristallen, die AMEC entsteht. Später steigen die Temperaturen am Vormittag wieder an, und die Wolke verdampft rasch. Morgen für Morgen beginnt das Schauspiel von vorn.

Frühere Modelle, die mit dem üblichen Mechanismus über Staubteilchen arbeiteten, konnten den langen, schmalen Schweif nicht reproduzieren. Erst die spontane Eisbildung erzeugte in der Simulation eine Wolke, die den Aufnahmen von Mars Express nahezu entspricht. Auch die große Reichweite der Eiskristalle lässt sich damit erklären: Sie können über weite Entfernungen bestehen bleiben, statt sofort wieder zu verdampfen.

Was Mars Express am Morgen sieht

Für die Untersuchung nutzten die Forschenden Daten der drei Mars-Express-Kameras Visual Monitoring Camera (VMC), High Resolution Stereo Camera (HRSC) und OMEGA. Die AMEC wurde sowohl mit der VMC als auch mit der HRSC aufgenommen; die Veröffentlichung enthält erstmals HRSC-Bilder dieser Wolke. Verglichen wurden unter anderem Position, Länge des Schweifs und seine Veränderung im Tagesverlauf.

Mars Express gehört zu den wenigen Mars-Sonden, die die frühen Morgenstunden beobachten können – genau dann, wenn die AMEC auftritt. Eine weitere Sonde mit dieser Möglichkeit ist der ExoMars Trace Gas Orbiter. Mars Express kann die Veränderungen innerhalb weniger Stunden verfolgen, statt nur einzelne Momentaufnahmen zu liefern. Das ist für eine Wolke, die am Vormittag schon wieder verschwunden ist, natürlich ziemlich praktisch.

Ganz glatt geht die Rechnung trotzdem nicht auf. Einige Details der Modellwolke stimmen noch nicht vollständig mit den Beobachtungen überein. Die weitgehende Reproduktion gilt den Forschenden dennoch als Erfolg, weil über die Marsatmosphäre deutlich weniger Daten vorliegen als über die Erdatmosphäre. Die Ergebnisse sind ein indirekter Hinweis auf homogene Nukleation, kein direkter Nachweis des Vorgangs.

Ein Prozess mit offenen Fragen

Die Studie „Homogeneous ice Nucleation from Water Vapour Suggested by Elongated Clouds on Mars“ von J. Hernández-Bernal und Kollegen erschien am 8. Oktober 2026 in „Nature Geoscience“ (DOI: 10.1038/s41561-026-02089-9). Die Forschungsarbeit wurde außerdem in der Fachzeitschrift „Nature Geoscience“ veröffentlicht.

Offen ist, ob homogene Nukleation auch an anderen Orten des Mars vorkommt und welchen Einfluss sie auf den Wasserhaushalt des Planeten hat. Möglich wäre zudem, dass der Prozess in den oberen Atmosphärenschichten von Erde und Venus eine Rolle spielt. Einen direkten Nachweis gibt es dort ebenfalls nicht.

Über dem Arsia Mons bleibt derweil der tägliche Ablauf erstaunlich zuverlässig: Wind, Aufstieg, Kälte, Eis – ein langer weißer Schweif, der westwärts davonrast und noch vor dem Mittag wieder in der dünnen Marsluft verschwindet.