Unsere Fähigkeit, das Wetter hier auf der Erde vorherzusagen, hat unzählige Leben vor dem Ansturm von Hurrikanen und Taifune gerettet. Wir sind auch bei der Vorhersage des Weltraumwetters besser geworden, und das hat es uns ermöglicht, empfindliche Satelliten und terrestrische Einrichtungen vor Strahlungsausbrüchen und Sonnenwind zu schützen. Jetzt sieht es so aus, als ob wir der Vorhersage von schlechtem Wetter auf dem Mars näher kommen.
Das Jet Propulsion Laboratory der NASA prognostiziert innerhalb weniger Wochen die Ankunft eines globalen Staubsturms auf dem Mars. Es wird erwartet, dass der Sturm den Roten Planeten einhüllt und die Menge an Sonnenenergie reduziert, die den NASA-Rovern Opportunity und Curiosity zur Verfügung steht. Der Sturm wird es den Orbitern auch erschweren, ihre Arbeit zu erledigen.
Staubstürme sind wirklich die einzige Art von Wetter, die der Mars erlebt. Sie sind sehr verbreitet. Normalerweise sind sie nur lokale Phänomene, aber manchmal können sie eine ganze Region beeinflussen. In selteneren Fällen können sie den gesamten Globus umhüllen.
Es sind diese globalen Stürme, die James Shirley, einen Planetenwissenschaftler am Jet Propulsion Laboratory der NASA in Pasadena, Kalifornien, beschäftigen. Shirley hat eine Studie veröffentlicht, die zeigt, dass diese globalen Stürme ein Muster haben. Wenn sein vorhergesagter Sturm pünktlich erscheint, bedeutet dies, dass er dieses Muster richtig bestimmt hat.
„Der Mars wird am 29. Oktober dieses Jahres den Mittelpunkt seiner aktuellen Staubsturmsaison erreichen. Basierend auf dem historischen Muster, das wir gefunden haben, halten wir es für sehr wahrscheinlich, dass innerhalb weniger Wochen oder Monate nach diesem Datum ein globaler Staubsturm einsetzen wird“, sagte Shirley.
Die Vorhersage dieser riesigen Staubstürme wird von größter Bedeutung sein, wenn Menschen auf dem Mars Fuß fassen. Der Staub könnte empfindliche Anlagen verwüsten und die Wirksamkeit von Solarstrom wochenlang einschränken.
Aber nicht nur zukünftige Bemühungen werden von Staubstürmen auf dem Mars beeinflusst. Spirit and Opportunity mussten die Luken schließen, als ein globaler Staubsturm 2007 ihre Erforschung des Mars unterbrach.
„Wir mussten besondere Maßnahmen ergreifen, um ihnen ein mehrwöchiges Überleben bei wenig Sonnenlicht zu ermöglichen, um sie mit Strom zu versorgen.
John Callas ist der Projektmanager von JPL für Spirit and Opportunity. Er beschreibt die Vorkehrungen, die sein Team während des Staubsturms 2007 getroffen hat: „Wir mussten besondere Maßnahmen ergreifen, um ihnen ein mehrwöchiges Überleben bei wenig Sonnenlicht zu ermöglichen, um sie mit Strom zu versorgen. Jeder Rover fuhr nur wenige Minuten pro Tag hoch, genug, um ihn aufzuwärmen, und schaltete dann am nächsten Tag ab, ohne auch nur mit der Erde zu kommunizieren. Während des schlimmsten Sturms waren die Rover viele Tage lang völlig auf sich allein gestellt.“
Dieser 30-tägige Zeitraffer der Marsatmosphäre wurde von Opportunity während des Staubsturms 2007 aufgenommen. Dieser Sturm blockierte 99% der Sonnenenergie, schränkte die Wirksamkeit der Sonnenkollektoren des Rovers ein und gefährdete die Mission. Bild: Public Domain, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=2475872
Wir haben seit dem ersten Mal im Jahr 1924 9 globale Staubstürme auf dem Mars beobachtet, wobei der jüngste der Sturm von 2007 war, der Spirit and Opportunity bedrohte. Andere Stürme wurden 1977, 1982, 1994 und 2001 beobachtet. Es gab noch viel mehr von ihnen, aber wir konnten sie ohne Orbiter und die aktuelle Teleskoptechnologie nicht sehen. Und die Erde war nicht immer in einer guten Position, um sie zu sehen.
Diese beiden Bilder zeigen die Staubansammlung auf dem Opportunity-Rover der NASA im Jahr 2014. Im Januar hinterließ ein Staubsturm eine Staubschicht auf den Sonnenkollektoren von Opportunity (links). Bis Ende März hatte der Wind den größten Teil davon weggeblasen. (rechts) Bild: NASA/JPL-Caltech/Cornell Univ./Arizona State Univ.
Globale Staubstürme haben die frühe Erforschung des Mars geprägt. 1971 wurde die NASA Seemann 9 Orbiter erreichte den Mars und wurde von einem globalen Staubsturm begrüßt, der es unmöglich machte, den Planeten abzubilden. Nur zwei Wochen später erreichten die sowjetischen Missionen Mars 2 und Mars 3 den Mars und schickten ihre Lander an die Oberfläche.
2. März stürzte auf den Planeten und wurde zerstört, aber 3. März schaffte es an die Oberfläche und landete sanft. Damit war Mars 3 das erste Raumschiff, das auf dem Mars landete. Es scheiterte jedoch nach nur 14,5 Sekunden, wahrscheinlich wegen des globalen Staubsturms. Mars 3 war also nicht nur das erste Raumschiff, das auf dem Mars landete, sondern auch das erste Raumschiff, das von einem globalen Staubsturm zerstört wurde.
Hätten wir den globalen Staubsturm von 1971 vorhersagen können, wäre Mars 3 vielleicht eine erfolgreiche Mission gewesen. Wer weiß, wie dies die Geschichte der Erforschung des Mars verändert haben könnte?
James Shirleys Papier zeigt ein Muster in globalen Staubstürmen auf dem Mars basierend auf der Umlaufbahn des Mars und auf dem sich ändernden Impuls des Mars, wenn die Schwerkraft anderer Planeten auf ihn einwirkt.
Der Mars braucht ungefähr 1,8 Jahre, um die Sonne zu umkreisen, aber seine Impulsänderung, die durch die Schwerkraft anderer Planeten verursacht wird, findet in einem 2,2-Jahres-Zyklus statt. Die Beziehung zwischen diesen beiden Zyklen ändert sich ständig.
Diese Grafik zeigt eine Ähnlichkeit zwischen 2016 (dunkelblaue Linie) und den letzten fünf Jahren, in denen der Mars einen globalen Staubsturm erlebte (orange Linien und Band), im Vergleich zu Jahren ohne globalen Staubsturm (blau-grüne Linien und Band). Der Pfeil fast in der Mitte der dunkelblauen Linie zeigt die Mars-Jahreszeit Ende September 2016. Bild: NASA/JPL-Caltech
Shirley fand heraus, dass globale Staubstürme auftreten, während die Dynamik des Mars während der ersten Hälfte der Staubsturmsaison zunimmt. Bei einem Rückblick auf unsere historischen Aufzeichnungen der globalen Staubstürme auf dem Mars stellte er fest, dass keiner von ihnen in Jahren auftrat, als die Dynamik während der ersten Hälfte der Staubsturmsaison nachließ.
Shirleys Papier stellte fest, dass die aktuellen Bedingungen auf dem Mars auch denen zu anderen Zeiten, in denen globale Staubstürme auftraten, sehr ähnlich sind. Da wir viel besser als je zuvor in der Lage sind, den Mars zu beobachten, sollten wir schnell feststellen können, ob Shirleys Verständnis des Marswetters richtig ist.