Bevor wir Menschen zum Mars kommen, müssen wir mehr darüber wissen, wie Marsstaub Astronauten und ihre Ausrüstung beeinflussen kann. Hier sind drei Dinge, die wir aus dem globalen Staubsturm 2018 gelernt haben.
Dieses animierte Bild zeigt zwei Versionen eines Selfies des NASA Curiosity Mars Rovers vom 11. Mai 2016 an einer Bohrprobe mit dem Titel "Okoruso". In einer Version stehen die Kameras auf dem Mast des Rovers vor der am Arm montierten Kamera und nehmen das Porträt auf. In der anderen stehen sie weg. Bild über NASA / JPL-Caltech / MSSS.
Von Lonnie Shekhtman, Goddard Space Flight Center der NASA.
Der globale Marsstaubsturm des Sommers 2018 - der wochenlang das Sonnenlicht auslöschte und den geliebten Gelegenheitsrover der NASA aus dem Geschäft brachte - bot eine beispiellose Lernmöglichkeit. Zum ersten Mal hatten Menschen acht Raumschiffe, die den Mars umkreisten oder auf seiner Oberfläche schwebten - der größte Kader von Entdeckungsrobotern, der jemals einen globalen Staubsturm beobachtet hat.
Wissenschaftler auf der ganzen Welt analysieren immer noch Unmengen von Daten, aber vorläufige Berichte enthalten Erkenntnisse darüber, wie massive Staubstürme das uralte Wasser, die Winde und das Klima des Mars beeinflusst haben und wie sie sich auf das zukünftige Wetter und die Sonnenenergie auswirken könnten.
Bilder, die den fortschreitenden, globalen Staubsturm zeigen, der von Curiositys Mastkamera zwischen Sol 2075 und Sol 2170 auf dem Mars aufgenommen wurde, der zwischen dem 8. Juni 2018 und dem 13. September 2018 auf der Erde gefallen wäre. Bilder über die NASA / JPL-Caltech / York University.
Marsstaubstürme sind besonders im Frühling und Sommer der südlichen Hemisphäre häufig. Sie halten in der Regel einige Tage und können Regionen des Planeten von der Größe der Vereinigten Staaten abdecken. Aber Planeten umkreisende sind unvorhersehbar und verweilen manchmal monatelang. Warum? Scott Guzewich, Atmosphärenforscher am Goddard Space Flight Center der NASA in Greenbelt, Maryland, ist führender Forscher bei der Untersuchung des Staubsturms der NASA. Er sagte:
Wir wissen immer noch nicht, was die Variabilität antreibt, aber der Sturm von 2018 liefert einen weiteren Datenpunkt.
Die NASA erlebte 1971 zum ersten Mal einen globalen Staubsturm aus nächster Nähe, als unser Mariner 9-Raumschiff - das erste, das einen anderen Planeten umkreiste - auf einem staubverschütteten roten Planeten ankam. Seitdem haben wir 1977 (zweimal), 1982, 1994, 2001, 2007 und 2018 globale Stürme erlebt.
Hier sind drei Dinge, die wir während des jüngsten globalen Staubsturms aus dem All und vom Boden aus gesehen haben und die dabei geholfen haben, einige offene Fragen zu beantworten und neue aufzudecken:
Wasserstoffatome entweichen aus der oberen Marsatmosphäre, während Wasser mit schwerem Wasserstoff (Deuterium) auf dem Planeten eingeschlossen bleibt. Das Entweichen von Wasserstoff hat dazu beigetragen, den Mars vor 4,5 Milliarden Jahren von einem nassen Planeten in eine trockene Welt zu verwandeln. Video über das Goddard Space Flight Center der NASA.
1. Könnten globale Staubstürme das Wasser des Planeten weggeblasen haben?
Wissenschaftler haben viele Beweise dafür gefunden, dass der Mars vor Milliarden von Jahren Flüsse, Seen und vielleicht sogar Ozeane mit Wasser besaß. Trockene Flussbetten, alte Küsten und salzhaltige Oberflächenchemie sind alles Hinweise. Aber warum ist ein Großteil des Wassers verschwunden? Und wie? Geronimo Villanueva, ein Mars-Wasserexperte bei der NASA Goddard, sagte:
Der globale Staubsturm kann uns eine Erklärung geben.
Villanueva arbeitete mit Kollegen der ESA (European Space Agency) und der russischen Raumfahrtbehörde Roscosmos zusammen, um zu bestätigen, dass starke globale Staubstürme Wasserdampf aus seiner typischen Höhe von 20 km über der Marsoberfläche in viel höhere Lagen aufsteigen lassen mindestens 80 km. Der Mars Reconnaissance Orbiter der NASA beobachtete 2007 ein ähnliches Phänomen.
Indem Wasser in die obere Atmosphäre geschleudert wird, können globale Staubstürme den Wasserkreislauf des Planeten stören und verhindern, dass H2O kondensiert und an die Oberfläche zurückfällt. Auf der Erde fällt H2O als Regen oder Schnee zurück. Der gleiche Prozess hätte vor Milliarden von Jahren auf dem Mars existieren können.
In höheren Lagen, in denen die Marsatmosphäre besonders schwach ist, können Villanueva und seine Kollegen spekulieren, dass Sonnenstrahlung leicht eindringen kann, um die Wassermoleküle aufzubrechen und ihre Bestandteile in den Weltraum zu blasen. Villanueva, der seine Karriere damit verbracht hat, die Geschichte des Wassers auf dem Mars zusammenzufügen, sagte:
Wenn Sie Wasser in höhere Bereiche der Atmosphäre bringen, wird es viel leichter weggeblasen.
Villanueva und seine Kollegen berichteten am 10. April 2019 im Fachjournal Natur Mit dem ExoMars-Spurengas-Orbiter auf dem Mars, einem von ESA und Roscosmos verwalteten Raumschiff, fanden sie Hinweise darauf, dass Wasserdampf nachlässt. Der Orbiter maß Wassermoleküle in verschiedenen Höhen vor und nach dem Sturm 2018. Wissenschaftler sahen zum ersten Mal, dass alle Arten von Wassermolekülen (es gibt leichtere und schwerere) die „Fluchtregion“ der oberen Atmosphäre erreichten, was eine wichtige Einsicht in das mögliche Verschwinden von Wasser vom Mars war. Jetzt, so Villanueva, müssen Wissenschaftler diese neuen Informationen bei ihren Vorhersagen berücksichtigen, wie viel Wasser auf dem alten Mars geflossen ist und wie lange es gedauert hat, bis es verschwunden ist.
Die Oberfläche des Mars ist von ständig wechselndem Sand bedeckt, der von den Winden des Planeten geweht wird. Dies schafft eine sich ständig verändernde Wüstenlandschaft mit vielfältigen und markanten Dünen. Überall auf dem Mars gibt es lose Sandhügel, deren Höhe von einigen Dutzend Fuß bis zu einigen der höchsten Wolkenkratzer der Erde reicht. Mit Bildern, die mit dem HiRISE-Instrument an Bord des NASA-Raumfahrzeugs Mars Reconnaissance Orbiter aufgenommen wurden, konnten Wissenschaftler die Dünen des Mars bis ins kleinste Detail untersuchen. Die aus der Umlaufbahn aufgenommenen Farbansichten enthüllen Merkmale ihrer Form, Zusammensetzung und Bewegungen im Laufe der Zeit und geben Hinweise auf die dynamische Atmosphäre und das aktuelle Klima des Planeten. Bild über die NASA / JPL / University of Arizona.
2. Globale Staubstürme scheinen die Sanddünen des Mars nicht wesentlich zu verändern
Für Wissenschaftler, die Sanddünen verfolgen, die sich nur wenige Zentimeter über die Oberfläche bewegen, lieferte der globale Staubsturm wichtige Hinweise für die Untersuchung der Windmuster auf dem roten Planeten. Nur die starken Winde während eines globalen Staubsturms könnten die ausgedehnten Dünen des Planeten bewegen, dachten Wissenschaftler einmal, da sich die superdünne Marsatmosphäre wie eine Brise anfühlt. Bilder von Orbitern und Landern über die Jahrzehnte hinweg haben jedoch gezeigt, dass sich der Mars-Sand ständig bewegt, was bedeutet, dass keine starken Böen erforderlich sind. Dies war eine Überraschung für die Forscher.
Nachdem die Wissenschaftler nun endlich einen globalen Staubsturm vom Boden aus mit den Augen des NASA Curiosity Rover beobachten konnten, bemerkten sie ein weiteres überraschendes Merkmal des Marswinds: Starke Böen scheinen den Sand nicht mehr als normal zu bewegen. Mariah Baker ist Ph.D. Student an der Johns Hopkins University, der dabei hilft, Veränderungen bei Mars-Sandwellen zu verfolgen. Sie sagte:
Dies hat zu dem allgemeinen Rätsel beigetragen, wie sich der Wind auf dem Mars verhält.
Laufende Analysen des gesamten Mars-Globus werden zeigen, ob der Gale-Krater, in dem die Neugier schwebt, einzigartig war. Das Herzstück des Sturms war schließlich die Gelegenheit, die auf der anderen Seite des Globus vor Neugierde umherzog. Außerdem kann sich der Wind im Gale-Krater anders verhalten, wie Wissenschaftler bemerken. Guzewich sagte:
Wurden wir beschützt? Das ist möglich.
Wenn sich herausstellt, dass sich die Sanddünen auf dem Mars während des Sturms nicht viel verschoben haben, könnte es einen guten Grund geben, sagte Baker:
Winde, die Staub in der Atmosphäre herumwirbeln, sind möglicherweise nicht dasselbe wie Winde an der Oberfläche.
Einige Wissenschaftler glauben, dass Staub, der während eines globalen Sturms in die Atmosphäre gelangt und das Sonnenlicht daran hindert, die Oberfläche zu erreichen, den bodennahen Windprozess abschaltet, der unter normalen Bedingungen durch Temperaturschwankungen zwischen Luft und Luft verursacht wird Oberfläche.
Was auch immer der Grund sein mag, das Verständnis des Verhaltens von Sanddünen hilft uns heute, das alte Klima des Mars aufzudecken, sagt Baker.
Wir können uns windförmige Sandsteine an der Oberfläche und sich jetzt bewegende Dünen ansehen und sagen: „Okay, was sagt das über die Bedingungen aus, die hier vor Milliarden von Jahren herrschten, als sich diese Dünen bewegten und jetzt zementiert sind die Rockplatte? '
Navigationskameras an Bord des NASA-Marsrovers Curiosity beobachteten 2017 mehrere Wirbelstürme, die Marsstaub über den Gale Crater trugen. Staubteufel entstehen, wenn der Boden durch Sonnenschein erwärmt wird und die Luft konvektiv aufsteigt. Alle Staubteufel waren vom Rover aus in südlicher Richtung zu sehen. Das Timing wird beschleunigt und der Kontrast wurde geändert, damit Änderungen von Bild zu Bild besser erkennbar sind. Video über NASA / JPL-Caltech / TAMU.
3. Staubstürme lassen roverreinigende Staubteufel verschwinden
Staubteufel, bei denen es sich um rotierende Säulen aus Luft und Staub handelt, sind auf dem Mars weit verbreitet. Sie bilden sich, wenn heiße Luft von der Oberfläche aufsteigt, und erzeugen einen Luftstrom, der einen Wirbelwind bildet. Diese Teufel sind nützlich, um Staub von den Paneelen von solarbetriebenen Raumfahrzeugen wie InSight zu entfernen, wenn sie über sie hinwegfliegen. Daher ist es wichtig zu verstehen, wie oft sie auftreten.
Der Curiosity Rover wird von einer Kernbatterie angetrieben, die es ihm ermöglichte, Daten zu sammeln, während Opportunity im Ruhezustand war, wobei nur minimales Sonnenlicht auf die Sonnenkollektoren fiel. Durch Neugierde haben wir gelernt, dass Staubteufel während eines Staubsturms verschwinden, genau dann, wenn wir sie am meisten brauchen, und für Monate danach. Dies liegt an einer Unterbrechung desselben Winderzeugungsprozesses, die die Bewegung von Sanddünen beeinträchtigen könnte.
Laut Guzewich ist es wichtig, die Auswirkungen eines globalen Sturms auf Staubteufel zu verstehen, um zu planen, wie Ausrüstung während künftiger Mars-Missionen angetrieben wird. Er sagte:
Sie müssen sich auf eine Weile vorbereiten, bevor Ihr nächster Staubteufel vorbeikommt und Sie reinigt.
Fazit: Drei Dinge, die Wissenschaftler aus dem globalen Staubsturm auf dem Mars im Jahr 2018 gelernt haben.