Starke Winde auf dem Mars können riesige Säulen aus Staub aufwirbeln, die auf Satellitenbildern sichtbar sind. Analysen solcher Aufnahmen zeigen nun, dass die Windgeschwindigkeiten auf unserem Nachbarplaneten bis zu 160 Kilometer pro Stunde erreichen können und damit deutlich schneller sind als bisher angenommen. Die Ergebnisse können dabei helfen, genauere Klima- und Wettermodelle des Mars zu erstellen und zukünftige Marsmission darauf abzustimmen.
Obwohl der Mars nur eine sehr dünne, voriegend aus Kohlendioxid bestehende Atmosphäre besitzt, sorgen Temperaturunterschiede dafür, dass in dieser Gashülle starke Winde entstehen. Während diese Winde selbst auf Satellitenbildern unsichtbar bleiben, lässt sich der von ihnen aufgewirbelte Staub gut erkennen. Dazu zählen auch sogenannte Staubteufel, also rotierende Säulen aus Staub und CO2, die in hohem Tempo über die Marsoberfläche wirbeln.
Saisonale und tageszeitliche Schwankungen
Ein Team um Valentin Bickel von der Universität Bern hat nun solche Staubteufel anhand von Satellitenbildern der Marsoberfläche verfolgt und damit neue Einblicke in die atmosphärische Dynamik unseres Nachbarplaneten gewonnen. Dabei nutzten die Forschenden Bilder der Mars-Kamera CaSSIS (Colour and Stereo Surface Imaging System) der Marssonde Trace Gas Orbiter und HRSC (High Resolution Stereo Camera) an Bord der Sonde Mars Express. Die Aufnahmen aus den Jahren 2004 bis 2024 analysierten sie mit Hilfe maschinellen Lernens.
Auf diese Weise identifizierten die Bickel und seine Kollegen über 1000 Staubteufel. „Unsere Daten lassen darauf schließen, dass Staubteufel sowohl auf flachen als auch auf zerklüftetem Terrain entstehen, also beispielsweise in den flachen Ebenen der Nordhalbkugel des Mars und in den Gebirgen der Südhalbkugel“, berichten die Autoren. Etwa zwei Drittel aller beobachteten Staubteufel traten auf der Nordhalbkugel auf. Am häufigsten entwickelten sich die staubreichen Windhosen zur Mittagszeit, wenn die Temperaturunterschiede am größten waren. Im Jahresverlauf traten sie am häufigsten im Frühling und im Sommer auf.
Stürmischer als gedacht
Für 373 Staubteufel analysierte das Forschungsteam zudem anhand von Stereobildern, in welche Richtung und mit welcher Geschwindigkeit sie sich bewegten. „Stereobilder sind Bilder derselben Stelle auf der Oberfläche des Mars, die aber im Abstand von einigen Sekunden aufgenommen wurden“, erklärt Bickels Kollege Nicolas Thomas. „Diese Bilder können daher zur Messung der Bewegung von Staubteufeln verwendet werden.“
Dabei zeigte sich, dass die schnellsten Staubteufel mit einer Geschwindigkeit von bis zu 44 Metern pro Sekunde, also rund 160 Kilometer pro Stunde, über den Roten Planeten rasen. Bisherige Messungen kamen auf höchstens 100 Kilometer pro Stunde. „Unsere Beobachtungen zeigen, dass starke oberflächennahe Winde auf dem Mars häufig vorkommen und eine wichtige Rolle bei der Entstehung von atmosphärischem Staub spielen, was sich direkt auf genauere Modelle der Marsatmosphäre, des Wetters und des Klimas auswirkt“, berichten die Forschenden.
Wichtig für zukünftige Marsmissionen
Aufgrund der geringen Schwerkraft unseres Nachbarplaneten können die Mini-Tornados eine Höhe mehreren Kilometern erreichen. Zudem dauert es wesentlich länger, bis die in die Luft geschleuderten Partikel wieder zu Boden sinken. Einmal in der Atmosphäre, können diese aufgewirbelten Staubteilchen das Klima beeinflussen: Tagsüber schirmen sie die Sonne ab, sodass sich die Marsoberfläche weniger erhitzt. Nachts wirken sie dagegen wie eine Decke und verhindern, dass Wärme in den Weltraum entweicht. Die Erkenntnisse sind deshalb wichtig, um Klimamodelle des Mars zu verfeinern.
Zudem können die Ergebnisse bei der Planung zukünftiger Marsmissionen helfen: „Informationen über Windgeschwindigkeiten und -richtungen sind sehr wichtig für die Planung der Ankunft künftiger Lander und Rover auf dem Mars“, sagt Bickel. „Unsere Messungen könnten den Wissenschaftlern dabei helfen, ein Verständnis der Windbedingungen an einem Landeplatz vor dem Aufsetzen einer Sonde zu entwickeln.“ Daraus lässt sich unter anderem abschätzen, wie viel Staub sich auf den Solarpanels eines Rovers ablagern könnte – eine wichtige Information für die Energieversorgung. Zudem können die Landungen so geplant werden, dass sie nicht ausgerechnet in der Hochsaison der Wirbelstürme stattfinden.
Quelle: Valentin Bickel (Universität Bern, Schweiz) et al., Science Advances, doi: 10.1126/sciadv.adw5170
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