Wenn ein riesiger Staubsturm auf dem Mars – wie der im Jahr 2018 – seine volle Kraft erreicht, kann er sich in einen weltumspannenden Koloss verwandeln. Dies geschieht regelmäßig auf dem Mars, und diese Stürme beginnen normalerweise als eine Reihe kleinerer, außer Kontrolle geratener Stürme. NASA-Wissenschaftler sagen, dass diese Stürme massive Marsstaubtürme hervorbringen können, die 80 km hoch werden.
Und dieses Phänomen könnte helfen zu erklären, wie der Mars sein Wasser verloren hat.
Während des letzten globalen Staubsturms im Jahr 2018, der die Ende des Opportunity-Rovers , Orbiter beobachteten den Mars genau und bekamen einen guten Einblick in den Lebenszyklus des Sturms. Ein Staubturm beginnt an der Marsoberfläche als ein Gebiet aus schnell aufgewirbeltem Staub, das ungefähr so groß ist wie Rhode Island. Der Turm, der während des Sturms 2018 aufragte, erreichte eine Höhe von 80 km (50 Meilen) und hatte zu diesem Zeitpunkt ungefähr die Größe von Nebraska. Sobald ein Sturm wie dieser aufhört und zu zerfallen beginnt, kann der Turm eine 56 km hohe Staubschicht (35 Meilen) bilden und die gleiche Größe wie die kontinentalen USA haben.
Die gelb-weiße Wolke in der unteren Mitte dieses Bildes ist ein „Staubturm“ des Mars – eine konzentrierte Staubwolke, die Dutzende von Meilen über der Oberfläche aufsteigen kann. Die blau-weißen Plumes sind Wasserdampfwolken. Dieses Bild wurde am 30. November 2010 vom Mars Reconnaissance Orbiter der NASA aufgenommen. Bildnachweis: NASA/JPL-Caltech/MSSS
Ein neues Forschungspapier beleuchtet das Phänomen der Staubtürme. Das Papier wurde im Journal of Geophysical Research: Planets veröffentlicht. Es trägt den Titel „ Staubige Tiefenkonvektion im Mars-Jahr-34-Planeten-Umkreisenden Staub-Ereignis .“ Hauptautor ist Nicholas Heavens von der Hampton University.
Die globalen Staubstürme des Mars sind einzigartig; es gibt nichts Vergleichbares auf der Erde. Sie treten etwa alle drei Jahre auf. „Globale Staubstürme sind wirklich ungewöhnlich“, sagte David Kass, Wissenschaftler von Mars Climate Sounder vom JPL, ein Mitautor des Papiers. 'Wir haben so etwas wirklich nicht auf der Erde, wo sich das Wetter des gesamten Planeten für mehrere Monate ändert.'
Das Mars Climate Sounder-Instrument der NASA hat während des globalen Staubsturms 2018 beide Hemisphären des Mars kartiert. Auf der linken Seite markiert der kleine Kreis nahe der Mitte den Standort von Curiosity. Rechts sind die drei Vulkane Tharsus Montes zu sehen, sowie Olympus Mons. Die Farben zeigen, wie viel Licht durch den Staub blockiert wird. Rot ist das extremste, da nur etwa 5% der Sonnenenergie die Oberfläche erreichen. Bildquelle: NASA/JPL
Staubtürme können das ganze Jahr über auf dem Mars erscheinen, nicht nur während globaler Staubstürme. Aber während des Sturms 2018 sah der Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) der NASA etwas anderes. 'Normalerweise würde der Staub in einem Tag oder so fallen', sagte Heavens. „Aber während eines globalen Sturms werden Staubtürme wochenlang ununterbrochen erneuert.“ In einigen Fällen wurden mehrere Türme bis zu 3 1/2 Wochen lang gesehen.
Die Staubtürme, die sich während dieser Stürme bilden – und sie können sich sogar bilden, wenn es keine globalen Stürme gibt – werden von der Sonne erwärmt und steigen hoch in die Atmosphäre auf. Wissenschaftler glauben, dass Wassermoleküle, die die feinen Wolken des Mars bilden, in all dem Staub eingeschlossen und hoch in die Atmosphäre getragen werden. Es ist vergleichbar mit der Bildung einer Gewitterwolke oder einer Cumulonimbus-Wolke während eines starken Sturms auf der Erde. Aber in großen Höhen auf dem Mars bricht die Sonnenstrahlung die H2O-Moleküle auf. Diese Staubtürme könnten zumindest teilweise erklären, wie der Mars im Laufe von Milliarden von Jahren sein Wasser verloren hat.
Die Erforschung der globalen Staubstürme ist relativ neu. Bisher haben Wissenschaftler weniger als 12 von ihnen untersucht, und sie sind sich bei weitem nicht sicher, was sie verursacht. Aber Wissenschaftler der NASA Mars Climate Modeling Center arbeiten daran, sie zu verstehen. Auf ihrer Website heißt es: „Unsere laufende Forschung befasst sich mit Staubhebeprozessen, den strahlungsdynamischen Rückkopplungen zwischen Staub in der Luft und der allgemeinen atmosphärischen Zirkulation und den Wechselwirkungen zwischen Oberflächenstaubreservoirs und dem beobachteten Staubzyklus des Mars.“ Ihre Bemühungen werden uns zum MRO und seinem Klimasonde, dem MAVEN-Orbiter der NASA und dem älteren NASA-Odyssey-Orbiter führen.
Diese Grafik zeigt die laufenden Beiträge der Rover und Orbiter der NASA während des Mars-Staubsturms 2018. Bildquelle: NASA/JPL-Caltech
Die MRO hat eine Reihe von Instrumenten an Bord, darunter die Mars Klimasonde (MCS) ein Wärmesensor-Instrument, das sowohl im Infrarot- als auch im sichtbaren Lichtspektrum sehen kann. MCS kann Temperatur, Feuchtigkeit und Staubgehalt in der Marsatmosphäre messen. Es produziert Daten, die zeigen, wie die Marsatmosphäre im Laufe der Zeit zirkuliert.
Im Laufe der Zeit werden das MRO und sein Climate Sounder weitere Daten zum Marsklima im Allgemeinen und zu globalen Staubstürmen und ihren Türmen im Besonderen sammeln. Der NASA-Orbiter MAVEN (Mars Atmosphere and Volatile Evolution) untersucht auch die Marsatmosphäre, mit besonderem Fokus darauf, wie der Mars im Laufe der Zeit sein Wasser und seine Atmosphäre verloren hat.
Der Mars Reconnaissance Orbiter der NASA beobachtet ständig Stürme. Dies ist Utopia Planitia, am 7. November 2007. Bildquelle: NASA/JPL-Caltech/MSSS
Der Odyssey-Orbiter der NASA ist seit 18 Jahren auf dem Mars. Sein THEMIS-Instrument (Thermal Emission Imaging System) verfolgt auch die Oberflächentemperatur des Mars, die Atmosphärentemperatur und die Staubmenge in der Luft.
Mit all diesen Instrumenten, die den Mars beobachten, bauen Wissenschaftler ein gründlicheres Verständnis der Atmosphäre und des Klimas des Mars auf. Hoffentlich werden sie eines Tages die Frage beantworten, was mit dem Mars passiert ist, um ihn zu dem kalten, trockenen Ort zu machen, der er jetzt ist.
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