Olympus Mons: Wie Mars einen riesigen Vulkan entstehen ließ

Seine enorme Größe verdankt Olympus Mons dem allmählichen Aufbau eines Schildvulkans. Seine Maße, seine Caldera und der von den Sonden beobachtete Frost zeigen drei unterschiedliche Aspekte dieser Marslandschaft.

Auf dem Mars sieht Olympus Mons nicht wie ein spitz aufragender Berg aus. Er ist ein so weitläufiger Vulkan, dass sich seine Hänge über Hunderte von Kilometern erstrecken und sein Gipfel vom Boden aus kaum zu erkennen ist. Seine Größe ist auf wiederholte Lavaströme und die geologische Geschichte des Planeten zurückzuführen. Bei der Höhenangabe ist jedoch Vorsicht geboten: Sie lässt sich nicht auf dieselbe Weise messen wie die des Everest.

Ein Vulkan, der breiter als hoch ist

Olympus Mons, der Olymp, ist ein Schildvulkan. Diese Art von Vulkan entsteht durch die Ablagerung relativ dünnflüssiger Lavaströme. Statt einen schmalen Kegel zu bilden, breitet sich die Lava aus und baut allmählich eine breite Erhebung mit sanften Hängen auf. Die Form erzählt also von einem Prozess: Bei aufeinanderfolgenden Ausbrüchen lagern sich Schichten ab, die sich nach und nach ergänzen.

Die Europäische Weltraumorganisation beschreibt den Vulkan als etwa 22 Kilometer hoch über den umliegenden Ebenen. Seine Basis erstreckt sich über einen Durchmesser von rund 600 Kilometern, so Futura. Diese Zahlen beschreiben zwei unterschiedliche Dimensionen: die Höhe über dem umliegenden Gelände und die horizontale Ausdehnung. Der übliche Vergleich mit dem Everest vermittelt eine Vorstellung von der Größenordnung, doch die verwendeten Bezugspunkte müssen präzisiert werden.

Auf der Erde wird die Höhe des Everest üblicherweise über dem Meeresspiegel angegeben. Auf dem Mars gibt es keinen Ozean, dessen Oberfläche einen vergleichbaren Nullpunkt liefern könnte. Die Höhenangaben auf dem Mars beruhen auf einem Bezugssystem, das anhand des Planeten selbst festgelegt wurde. Und die lokale Höhe eines Vulkans, gemessen vom umliegenden Gelände aus, ist nochmals ein anderer Vergleich. Eine Erhebung kann also je nach Messmethode „die höchste“ sein und nach einer anderen weniger außergewöhnlich erscheinen.

Lavaströme, die sich im Laufe der Zeit auftürmen

Um die Größenordnung von Olympus Mons zu verstehen, muss man neben der Höhe auch die Zeit betrachten. Ein einzelner Lavastrom reicht nicht aus, um einen Vulkan dieser Größe aufzubauen: Erst die Ansammlung vulkanischen Materials verändert nach und nach die Oberfläche. Die sanften Hänge passen zu einem Aufbau durch Lava, die sich weit vom Austrittspunkt entfernen kann.

Die Aufnahmen von Mars Express zeigen sich überlagernde Lavaströme und Lavatunnel, deren Decke teilweise eingestürzt ist. Anhand dieser Beziehungen zwischen den Geländeformen lässt sich eine relative Reihenfolge bestimmen. Ein Lavastrom, der über einen anderen hinwegfließt, ist jünger, auch wenn sich ihm allein anhand des Bildes kein genaues Alter zuordnen lässt.

Auf dem Gipfel befindet sich eine große Senke, die Caldera genannt wird. Sie ist kein Einschlagskrater, sondern hängt mit der Geschichte des Vulkans zusammen, insbesondere mit dem Einsturz von Gelände am Gipfel. Die Aufnahmen des Instruments CaSSIS an Bord des europäischen Orbiters ExoMars Trace Gas Orbiter zeigen auch Geländeformen innerhalb dieser Senke, darunter Terrassenstrukturen und Rillen. Die Caldera ermöglicht so eine Betrachtung der Oberfläche, die das Gesamtbild des Vulkans ergänzt.

Frost am Äquator: eine präzise Beobachtung

Die Größe des Vulkans ist nicht die einzige Frage, die sich mithilfe der Sonden untersuchen lässt. 2024 meldeten Teams, die Daten der Missionen Mars Express und ExoMars ausgewertet hatten, Wassereisfrost auf Olympus Mons und anderen Vulkanen in der Region Tharsis. Die Beobachtung ist bemerkenswert, weil sich diese Orte nahe dem Marsäquator befinden, wo Frost als unwahrscheinlich galt.

Das von der Europäischen Weltraumorganisation veröffentlichte Bild zeigt Frost in der Caldera und nahe ihrem Nordrand. Es bildet nicht den gesamten Berg gleichmäßig ab: Einige stark beleuchtete Hänge sind in dem dargestellten Bereich frostfrei. Dieser Kontrast verdeutlicht, dass das Vorhandensein von Eis von den örtlichen Bedingungen abhängt und eine Beobachtung in einem Teil des Vulkans nicht automatisch den gesamten Vulkan beschreibt.

Die Farben auf diesem Bild entsprechen nicht dem, was das menschliche Auge sehen würde. CaSSIS erfasst auch nahes Infrarot, einen für unsere Augen unsichtbaren Teil des Lichtspektrums, und bei der Bildbearbeitung wird der Kontrast verstärkt, um bestimmte Details hervorzuheben. In dieser Falschfarbenaufnahme weist Blau auf Frost hin. So wird eine Messung anschaulich dargestellt – es handelt sich nicht um eine Aufnahme in natürlichen Farben.

Bei dieser Beobachtung geht es um Wassereisfrost an der Oberfläche. Sie belegt für sich genommen weder das Vorhandensein eines leicht zugänglichen Vorrats noch einer Ressource, die bei künftigen Missionen genutzt werden könnte. Sie zeigt, dass in einigen Gebieten nahe dem Marsäquator Frost vorhanden sein kann.

Was sich anhand der Bilder erkennen lässt

Die Orbiter beschränken sich nicht darauf, eine spektakuläre Landschaft zu fotografieren. Ihre Instrumente erfassen Informationen bei unterschiedlichen Wellenlängen, anhand derer Wissenschaftler Materialien und Strukturen identifizieren. Ein Falschfarbenbild, eine instrumentelle Messung und eine geologische Interpretation sind miteinander verbundene, aber unterschiedliche Schritte. Das Bild hilft dabei, ein Phänomen zu erkennen; seine Analyse dient dazu, herauszufinden, was es verraten kann.

Olympus Mons lässt sich somit auf zwei Ebenen betrachten. Auf planetarer Ebene zeigen seine Dimensionen, wie weit sich ein Marsvulkan ausdehnen kann. Auf lokaler Ebene laden die Geländeformen der Caldera und der in bestimmten Gebieten beobachtete Frost dazu ein, die konkreten Bedingungen an seiner Oberfläche zu untersuchen. Der Gigant lässt sich weder auf eine mit dem Everest verglichene Zahl noch auf ein blaues Bild reduzieren: Seine Geologie erschließt sich, wenn man Messung, Form und Interpretation auseinanderhält.