(Bildnachweis: Chris Vaughan/Starry Night)
Forscher haben eine Reihe von Anemometern – Geräte zur Messung von Windgeschwindigkeiten – getestet, die für den Betrieb auf der Marsoberfläche ausgelegt sind.
Diese Geräte wären nicht die ersten, die die Windgeschwindigkeit auf dem Mars messen, um es klar zu sagen, denn Lander tun dies schon seit geraumer Zeit. Sogar Viking 1 gelang es vor fast fünfzig Jahren, einige Messungen des Marswindes vorzunehmen. Doch nach den Erkenntnissen der Forscher könnte dieses System es künftigen Landefahrzeugen – oder künftigen Menschen – ermöglichen, den Marswind mit größerer Empfindlichkeit als je zuvor zu messen.
Die Messung des Marswindes ist nicht so einfach, wie wenn man ein Anemometer von einer gewöhnlichen Wetterstation auf der Erde nimmt und es auf einen Lander des Roten Planeten montiert. Zum einen ist es auf dem Mars viel kälter als in den kältesten Regionen der Erde. Zum anderen ist der durchschnittliche Luftdruck auf der Marsoberfläche nur etwa ein Hundertstel so hoch wie auf dem Meeresspiegel der Erde.
Die Meteorologen auf dem Mars müssen also alternative Methoden finden, z. B. die Messung, wie schnell ein erhitztes Material abkühlt, wenn der Wind darüber hinwegfegt, oder die Rekonstruktion der Geschwindigkeit von Objekten, die sich im Wind bewegen. Solche Methoden funktionieren zwar, aber sie sind vergleichsweise langsam und liefern den Beobachtern nur das große Bild – eine durchschnittliche Windgeschwindigkeit -, während kleinere Wirbel oder lokale Turbulenzen, die hin und her wehen, übersehen werden.
„Dies ist wichtig, um atmosphärische Variablen zu verstehen, die für kleine Fahrzeuge wie den Ingenuity-Hubschrauber, der kürzlich auf dem Mars flog, problematisch sein könnten“, sagte Robert White, ein Maschinenbauingenieur an der Tufts University und einer der Forscher, in einer Erklärung.
White und seine Kollegen entdeckten ein anderes Werkzeug der Meteorologen auf der Erde, das für den Mars vielversprechend schien: ein Ultraschall-Anemometer. Ein solches Gerät sendet Ultraschallimpulse von einem Messwandler zu einem anderen. Wenn sich die Luft zwischen den Wandlern bewegt, werden die Impulse durcheinander gewirbelt und die Zeit, die sie brauchen, um anzukommen, verändert sich. Ein Ultraschall-Anemometer kann diese Verschiebungen zwischen mehreren Wandlersätzen messen und daraus die Windgeschwindigkeit und -richtung rekonstruieren.
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„Durch die Messung der Laufzeitunterschiede des Schalls sowohl vorwärts als auch rückwärts können wir den Wind in drei Dimensionen genau messen“, so White in der Erklärung. „Die beiden Hauptvorteile dieser Methode sind, dass sie schnell ist und bei niedrigen Geschwindigkeiten gut funktioniert.“
Der Haken an der Sache ist, dass diese Ultraschall-Anemometer auf hochempfindliche Materialien angewiesen sind. Daher testeten die Forscher vier verschiedene Ultraschallanemometer – zwei handelsübliche Modelle und zwei selbst gebaute – unter simulierten Marsluftbedingungen. Indem sie die fremde Atmosphäre in ihren Rekonstruktionen kompensierten, konnten die Forscher Windmessungen innerhalb eines sehr kleinen Fehlerbereichs vornehmen.
Interessanterweise sind die Bedingungen auf der Marsoberfläche mit denen in 30 bis 42 Kilometern Höhe über der Erdoberfläche vergleichbar. Daher glauben die Autoren, dass ihr Gerät auch auf einem Ballon montiert werden könnte, um die Winde hoch in der Erdatmosphäre zu messen.
Die Forscher veröffentlichten ihre Arbeit am 13. August in der Zeitschrift The Journal of the Acoustical Society of America.
