Ein Staubsturm bedeckt die Marsoberfläche, wie vom Hubble-Weltraumteleskop im Jahr 2018 gesehen.(Bildnachweis: NASA/ESA/STScI)
Der Wetterbericht vom Mars könnte bald eine Vorhersage für Staubstürme enthalten, nachdem entdeckt wurde, dass in 78 % der Fälle einem Staubsturm auf dem Roten Planeten eine ungewöhnlich starke Sonnenerwärmung vorausgeht.
Staubstürme sind eines der Naturwunder des Mars, aber auch eine der größten Gefahren für ihn. Sie beginnen in kleinem Maßstab, aber einige können sich zu globalen Stürmen ausweiten, die den Roten Planeten in undurchsichtigen Staub einhüllen und selbst die größten Oberflächenmerkmale vor unseren neugierigen Augen verbergen.
Die dünne Marsatmosphäre begrenzt den Schaden, den die staubigen Winde anrichten können – sie können sicherlich nicht so viel Kraft aufbauen, dass sie ein Raumschiff umzuwerfen drohen, wie es die gefühlte Gefahr in Andy Weirs Roman „Der Marsianer“ war, aber sie können große Mengen an Staub auf Sonnenkollektoren ablagern. Auf diese Weise wurde der NASA-Marsrover Opportunity mitten in einem globalen Staubsturm von der Sonnenenergie abgeschnitten und konnte später nicht mehr reaktiviert werden.
„Staubstürme haben erhebliche Auswirkungen auf Rover und Lander auf dem Mars, ganz zu schweigen davon, was bei zukünftigen bemannten Marsmissionen passieren wird“, sagte Heshani Pieris von der University of Colorado, Boulder. „Dieser Staub ist sehr leicht und haftet an allem.“
Pieris und ihr Kollege Paul Hayne von der Universität Colorado untersuchten Daten aus acht Marsjahren (das entspricht 15 Erdjahren; ein Marsjahr ist 687 Erdtage lang) des Mars Climate Sounder-Instruments an Bord des Mars Reconnaissance Orbiter der NASA.
Der Climate Sounder beobachtet die Marsoberfläche und die Atmosphäre über dem Rand des Roten Planeten am Horizont in sichtbarem und nahinfrarotem Licht und verfolgt, wie sich Temperaturänderungen auf der Oberfläche auf die Atmosphäre auswirken und umgekehrt.
Pieris und Hayne nutzten Messungen des Climate Sounder, um zwei Arten von Staubstürmen auf dem Mars zu untersuchen, die als „A“- und „C“-Stürme bezeichnet werden. Diese Stürme beginnen in der nördlichen Hemisphäre des Roten Planeten und ziehen sich entlang zweier ausgetretener Staubsturm-Pfade durch Acidalia Planitia und Utopia Planitia. (Eine andere Kategorie, die „B“-Stürme, beginnen in der Nähe des Südpols und verwenden oft Staub aus den Tiefen des Hellas-Beckens als Treibstoff.)
Die Forscher fanden heraus, dass 78 % der Staubstürme in diesem Zeitraum eine längere Periode mit „warmen“ und sonnigen Tagen auf dem Mars vorausgingen. (Die durchschnittliche Oberflächentemperatur auf dem Mars beträgt minus 60 Grad Celsius bzw. minus 80 Grad Fahrenheit, kann aber am Äquator gelegentlich bis zu 20 Grad Celsius bzw. 70 Grad Fahrenheit erreichen).
Obwohl es kein unumstößlicher Beweis dafür ist, dass wärmere Tage zu Staubstürmen führen, ist die Korrelation zwischen beiden stark, argumentieren Pieris und Hayne. Und vielleicht ist dies auch nicht allzu überraschend, da auf der Erde etwas Ähnliches passiert. Wie oft werden Hitzeperioden zum Beispiel durch ein Gewitter beendet?
„Wenn man die Oberfläche aufheizt, bekommt die darüber liegende Atmosphärenschicht Auftrieb und kann aufsteigen, wobei sie Staub mit sich nimmt“, so Pieris.
Die Forscher meinen, dass dies ein großer Schritt in Richtung Vorhersage des Auftretens von Staubstürmen ist. Sie haben bereits einen Algorithmus entwickelt, der das Auftreten eines „A“- oder „C“-Sturms auf der Grundlage der Oberflächenerwärmung mit einer Zuverlässigkeit von 64 % vorhersagen kann.
„Diese Studie ist nicht das A und O für die Vorhersage von Stürmen auf dem Mars“, so Pieris. „Aber wir hoffen, dass sie ein Schritt in die richtige Richtung ist.“
Selbst wenn ihr Modell korrekt ist, bleiben viele Fragen zur Physik der Marsstaubstürme unbeantwortet. Warum zum Beispiel sind manche Staubstürme lokal begrenzt, während andere sich zu globalen Phänomenen entwickeln?
„Wir müssen verstehen, was die Ursache dafür ist, dass sich einige der kleineren oder regionalen Stürme zu globalen Stürmen entwickeln“, sagte Hayne. „Wir verstehen die grundlegenden physikalischen Zusammenhänge nicht ganz, wie Staubstürme an der Oberfläche entstehen.
Das Modell der „sonnigen Tage“ von Pieris und Hayne wird durch die Ergebnisse der inzwischen abgeschalteten NASA-Sonde Mars Global Surveyor gestützt, die den Roten Planeten zwischen 1997 und 2006 umkreiste und den globalen Staubsturm von 2001 miterlebte. Das Wärmeemissionsspektrometer der Raumsonde maß ein großes Ungleichgewicht zwischen der von der Marsoberfläche absorbierten und der abgestrahlten Sonnenenergie. Wärmere Perioden, insbesondere während des südlichen Sommers, wenn die Staubsturmaktivität ihren Höhepunkt erreicht, würden dieses Ungleichgewicht noch verstärken und die Energie für die Staubstürme liefern.
Auf der Erde sehnen wir uns nach warmen, sonnigen Tagen. Es könnte gut sein, dass künftige bemannte Missionen zum Roten Planeten den Beginn des Sommers wegen der damit verbundenen Gefahr von Staubstürmen nicht so sehr erwarten.
Pieris und Hayne präsentierten ihre Forschungsergebnisse am 10. Dezember auf der jährlichen Herbsttagung der American Geophysical Union in Washington, D.C.
