Original-URL des Artikels: https://www.golem.de/news/mars-die-staubstuerme-des-roten-planeten-1806-135010.html    Veröffentlicht: 18.06.2018 16:33    Kurz-URL: https://glm.io/135010

Mars

Die Staubstürme des roten Planeten

Der Mars-Rover Opportunity ist nicht die erste Mission, die unter Staubstürmen leidet. Aber zumindest sind sie inzwischen viel besser verstanden als in der Frühzeit der Marsforschung.

Stürme sind auf dem Mars nichts Ungewöhnliches. Schon vor über 200 Jahren wurden die ersten der gewaltigen Staubstürme auf dem Mars mit Teleskopen beobachtet, als die ohnehin verwaschenen Details beim Blick im Teleskop ganz verschwanden. Die stärksten Stürme können den gesamten Planeten einhüllen. Seitdem sind die Stürme genauso sehr Objekt der Forschung auf dem Mars, wie sie auch ein Hindernis sind.

Zurzeit hoffen die Betreiber des Marsrovers Opportunity täglich auf neue Signale des im Sturm gestrandeten Rovers. Wie die Nasa auf einer Pressekonferenz bekanntgab, stehen die Chancen besser als gedacht, dass der Rover den Staubsturm überstehen könnte. Den Wettermodellen zufolge sollten die Temperaturen des Rovers im Staubsturm nicht unter minus 36 Grad Celsius sinken. Das ist gerade noch warm genug, um keine Schäden davonzutragen.

Bis der Staubsturm wieder genügend Licht durch die Atmosphäre dringen lässt, um die Batterien von Opportunity aufzuladen, bleibt der Rover allerdings im Nachtmodus. Danach wird er versuchen, wieder Kontakt mit der Erde oder einem der Marsorbiter aufzunehmen. Während die Forscher zuversichtlich sind, bleibt dennoch ein Restrisiko, ob tatsächlich alle Operationen wie geplant ablaufen und der Kontakt wieder hergestellt wird.

Der aktuelle Staubsturm ist der stärkste, der jemals von der Marsoberfläche aus gemessen wurde. Die letzten Bilder der Mittagssonne zeigten nur noch ein schwarzes Bild. In der Atmosphäre ist so viel Staub, dass kaum noch Licht auf die Oberfläche gelangt. Aber selbst wenn der Sturm das Ende der Mission von Opportunity wäre, hätte die Mission alle Erwartungen weit übertroffen. Der Rover Curisosity ist weiter aktiv und die Startvorbereitungen für die nächsten Landemissionen laufen.

Zum Mars geflogen und nur Staub gesehen

Der für die Wissenschaft wohl verheerendste Staubsturm geht zurück auf 1971, in die Anfangszeit der Marsforschung in der Raumfahrt. Nachdem die Mariner Sonden 4, 6 und 7 bei Vorbeiflügen am Mars im Jahr 1965 und 1969 die ersten detaillierten Bilder der Oberfläche zeigten, sollten Orbiter den gesamten Planeten kartographieren. Die USA schickten den Orbiter Mariner 9 und die Sowjetunion mit den Marssonden Mars 2 und Mars 3 nicht nur zwei Orbiter, sondern auch zwei Lander zum roten Planeten.

Alle drei Raumsonden trafen im November und Dezember 1971 am Mars ein. Und alle drei erreichten erfolgreich einen Orbit. Trotz der viel anspruchsvolleren Manöver waren es die ersten erfolgreichen Marsmissionen der Sowjetunion überhaupt. Während Messungen des Magnetfeldes und geladener Partikel in der Marsumgebung erfolgreich waren, lieferten die Orbiter kaum Bilder mit Details. Der gesamte Planet war von einem Sturm betroffen.

Der Mars 3 Lander setzte zwar erfolgreich auf, lieferte aber aus dem Inneren des Sturms nur ein Bild ohne Details, ähnlich wie zuletzt Opportunity. Kurz nach der Landung brach der Kontakt ab, wobei möglicherweise auch der Staub mit Schuld war. Die amerikanischen Wissenschaftler der Mission Mariner 9 mussten über Monate auf brauchbare Bilder vom Mars warten, bis sich der Staubsturm gelegt hatte.

Inzwischen ist weit mehr über die Stürme auf dem Mars bekannt und wie sie entstehen. Das Wetter in der trockenen, dünnen Atmosphäre des Mars' funktioniert dabei etwas anders als auf der Erde.



Wie entstehen Stürme, die einen ganzen Planeten in Staub hüllen?

Auf der Erde werden Stürme ganz wesentlich vom Wasser in der Atmosphäre bestimmt. Der wichtigste Mechanismus ist das Aufsteigen von feuchter Luft. Wenn Luft aufsteigt, kühlt sie stetig ab. Mit der Temperatur sinkt aber auch der maximale gasförmige Wassergehalt der Luft. Die Folge: Das Wasser in der Luft kondensiert und bildet Wolken. Das Kondensieren des Wassers setzt aber Wärme frei. Die Luft kühlt dann zwar immer noch ab, aber nicht mehr so schnell. Dadurch ist sie nun aber wärmer als andere Luft in dieser Höhe und auch leichter. Sie steigt somit um so schneller auf, in noch kältere Luftschichten.

Das Aufsteigen der Luft sorgt für ein Tiefdruckgebiet am Boden und der nötige Druckausgleich mit der Umgebung ist der damit verbundene Wind. Starke Sandstürme auf der Erde werden im Allgemeinen durch das Eindringen von solchen Tiefdruckgebieten in Wüsten und Halbwüsten von außen verursacht, auch wenn sie teilweise durch Effekte des Staubs noch verstärkt werden können. Auf dem Mars ist das keine Option. Die Staubstürme auf dem Mars müssen durch andere Mechanismen entstehen. Ohne Ozeane und größere Wassermengen ist der Staub selbst dabei von entscheidender Bedeutung.

Sobald der Wind auf der Marsoberfläche eine Geschwindigkeit von etwa 30 Metern pro Sekunde überschreitet, beginnt sich Staub von der Oberfläche zu lösen. Auf der Erde wäre das Windstärke 11, aber in der dünnen Marsatmosphäre ist es kaum mehr als eine schwache Brise. Der Staub auf dem Mars ist jedoch sehr feines Material und wenn er sich auf großen Flächen löst, hat das einen großen Einfluss auf die Temperatur der Atmosphäre.

Staub in der Atmosphäre bring noch mehr Staub

Zum einen wird der Boden im Sonnenlicht aufgeheizt und der warme Staub gibt, einmal aufgewirbelt, diese Wärme an die Luft ab. Noch wichtiger: Der Staub absorbiert auch noch weiter oben in der Atmosphäre das Sonnenlicht und gibt diese Wärme an die Luft ab. Die dünne Atmosphäre kann ohne Staub viel weniger gut Licht- und Wärmestrahlung absorbieren. Die Luft mit Staub wärmt sich auf, steigt auf, lässt am Boden ein Tiefdruckgebiet entstehen und erzeugt so den nötigen Wind, um noch mehr Staub aufzuwirbeln.

Selbst in der Nacht verhindert der Staub, dass die Wärmestrahlung von der Marsoberfläche ins Weltall gelangt und wärmt dabei die Luft auf. Der Staub absorbiert die Wärmestrahlung von der Oberfläche und stahlt sie selbst als Wärme wieder ab. Allerdings wird die Hälfte der absorbierten Wärme von einem Staubkorn wieder zurück Richtung Mars gestrahlt. Die andere Hälfte geht weiter Richtung Weltall. Wenn dort noch mehr Staub ist, kann sie aber wieder absorbiert werden und so weiter. Das verlangsamt die Abkühlung ganz ähnlich wie der Treibhauseffekt auf der Erde.

Auf diese Weise entsteht ein sich selbst verstärkender Effekt, bei dem der feine Staub in große Höhen aufgewirbelt werden kann. Aber je so größer die Staubstürme werden, um so kleiner werden die Druckunterschiede, die den Wind erzeugen, der den Staub von der Oberfläche hebt. Irgendwann hört der ganze Spuk auf. Jedoch braucht es Monate, bis der Staub ohne Regenwolken wieder auf den Boden gelangt. Und die Höhenwinde, die es auf dem Mars genauso wie auf der Erde gibt, können in dieser Zeit den Staub über den ganzen Planeten verteilen.

Sommerzeit ist Staubsturmzeit

Staubstürme auf dem Mars sind abhängig von der Jahreszeit. Denn bevor es überhaupt zu einem Staubsturm kommen kann, muss zunächst ein Sturm auf andere Weise entstehen. Die Jahreszeiten auf dem Mars sind zunächst ähnlich wie auf der Erde. Die Rotationsachse des Mars' ist ähnlich stark geneigt und so gibt es Sommer und Winter wie auf der Erde. Aber die Umlaufbahn des Mars' ist wesentlich exzentrischer - der Abstand des Mars' zur Sonne variiert viel stärker im Verlauf des Jahres als der der Erde.

Der Mars durchläuft den sonnennächsten Punkt der Umlaufbahn im südlichen Sommer. Die Südhalbkugel hat damit die wesentlich extremeren Jahreszeiten. Die Sonne erreicht im südlichen Sommer nicht nur den höchsten Stand am Himmel, sie ist auch 40 Prozent heller als im Winter. Das verstärkt sowohl den Erwärmungseffekt, den der Staub auf die Luft hat, als auch alle anderen Effekte, die Wind auf dem Mars verursachen, wie etwa unterschiedlich helle Bodenstrukturen, die sich unterschiedlich stark aufheizen und damit Hoch- und Tiefdruckgebiete erzeugen.

Das Wissen um die Staubstürme und die Dynamik ihrer Entstehung ist zwar faszinierend für die Wissenschaft, aber es wird wohl nie verhindern, dass der eine oder andere Marsrover in einen solchen Sturm gerät. Ob Opportunity den aktuellen Sturm übersteht, wird sich in den nächsten Wochen und Monaten zeigen.  (fwp)


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