Sonnensystem: Wie man Wind auf dem Mars misst
Anders als auf der Erde lässt sich die Windgeschwindigkeit auf dem Mars nicht einfach mit einem Anemometer(öffnet im neuen Fenster) messen. Zum einen ist es auf dem Mars viel kälter als in den kältesten Regionen der Erde, was herkömmlichen Messinstrumenten schaden würde. Zum anderen ist der durchschnittliche Luftdruck auf der Marsoberfläche nur etwa ein Hundertstel so hoch wie auf dem Meeresspiegel der Erde. Ein Forschungsteam hat jedoch eine Lösung entwickelt(öffnet im neuen Fenster) .
Bisherige Methoden funktionieren zwar, sind aber sehr langsam. Etwa wenn die Abkühlungszeit eines erhitzen Materials gemessen wird, wenn der Wind darüber hinwegfegt. Oder bei der Rekonstruktion der Geschwindigkeit von Objekten, die sich im Wind bewegen . Zudem liefern diese Methoden nur ein grobes Bild.
Deswegen testete die Arbeitsgruppe Ultraschall-Anemometer. Ein solches Gerät sendet Ultraschallimpulse von einem Messwandler zu einem anderen. Wenn sich die Luft zwischen den Wandlern bewegt, werden die Impulse durcheinandergewirbelt und die Zeit, die sie zum Ankommen benötigen, verändert sich. Ein Ultraschall-Anemometer kann diese Verschiebungen zwischen mehreren Wandlersätzen messen und daraus die Windgeschwindigkeit und -richtung rekonstruieren.
"Durch die Messung der Laufzeitunterschiede des Schalls sowohl in Vorwärts- als auch in Rückwärtsrichtung können wir den Wind in drei Dimensionen genau messen" , erklärte der Maschinenbauingenieur Robert White (Tufts University) in einer Presseerklärung(öffnet im neuen Fenster) . "Die beiden größten Vorteile dieser Methode sind, dass sie schnell ist und auch bei niedrigen Geschwindigkeiten gut funktioniert."
Nächster Test auf einem Ballon in der Erdatmosphäre
Jedoch sind diese Ultraschall-Anemometer auf hochempfindliche Materialien angewiesen. Deswegen testete das Team vier verschiedene Geräte, zwei handelsübliche Modelle und zwei selbst gebaute. Dies gechah unter simulierten Marsluftbedingungen, was Windmessungen innerhalb eines geringen Fehlerbereichs ermöglicht.
Die Bedingungen auf der Marsoberfläche sind vergleichbar mit denen in 30 bis 42 Kilometern Höhe über der Erdoberfläche. Deswegen möchte das Team seine zukünftigen Geräte auf einem Ballon montieren, um Winde hoch in der Erdatmosphäre zu messen.
Zur Studie
Die Studie wurde am 13. August 2024 in der Fachzeitschrift The Journal of the Acoustical Society of America veröffentlicht: Modeling and Characterization of Gas Coupled Ultrasonic Transducers at Low Pressures and Temperatures and Implications for Sonic Anemometry on Mars(öffnet im neuen Fenster) (Modellierung und Charakterisierung von gasgekoppelten Ultraschallwandlern bei niedrigen Drücken und Temperaturen und Auswirkungen auf die Schall-Anemometrie auf dem Mars).