Der Mars ist einer der am meisten erforschten Bestandteile des Sonnensystems, doch auf dem Nachbarplaneten der Erde gibt es immer wieder neue Entdeckungen zu machen. Auf der Erde können wir direkte Messungen durchführen, um die meteorologischen Aktivitäten unseres Planeten zu verstehen, aber auf dem Mars müssen Wissenschaftler stattdessen Beweise in der Landschaft nutzen, um diese Informationen zu erkennen.
Ein solches Merkmal der Landschaft des Roten Planeten sind Barchan-Dünen in Wüsten, halbmondförmige Sanddünen, die durch Windmuster überwiegend in eine Richtung in Gebieten mit begrenztem Sandvorrat gebildet werden. Solche äolischen Dünen werden erheblich von der atmosphärischen Zirkulation auf der Planetenoberfläche beeinflusst neue Forschung veröffentlicht in Geophysikalische Forschungsbriefe Dr. Lior Rubanenko, Assistenzprofessor am Technion – Israel Institute of Technology, und Kollegen stellten fest, dass die lokalisierte Topographie auf Maßstäben lokalisiert war. Sie nutzten maschinelles Lernen, um die Windmuster des Mars anhand der Morphologie von mehr als 700.000 Barchan-Dünen zu charakterisieren. Diese Daten wurden aus Bildern gewonnen, die von einer Spezialkamera auf dem Mars Reconnaissance Orbiter aufgenommen wurden, einem Raumschiff, das den Planeten seit 2006 umkreist, um Informationen über seine Geologie und sein Klima zu sammeln.
Die maschinelle Lernkomponente wurde darauf trainiert, die Form von Dünen automatisch zu skizzieren, um Dünenfelder zu kartieren. Anhand dieser Bilder identifizierten die Wissenschaftler die Ausrichtung der steilen Seite (Rutschfläche) der Dünen und ihrer aus den Rändern herausragenden Spitzen (sogenannte Hörner). Wenn die Hörner asymmetrisch sind und eines länger als das andere ist, deutet dies auf die Wechselwirkung mehrerer Windrichtungen hin.
Das Forschungsteam fand ein deutliches Muster bei der Dünenwanderung, das aus sommerlichen atmosphärischen Zirkulationsmustern resultiert. Diese sind nordwärts gerichtet auf mittlere Breiten und zyklonisch (Bewegung gegen den Uhrzeigersinn um ein Tiefdruckzentrum) in der Nähe des Nordpols. Letzterer ist auch in eine kleinere Komponente unterteilt, die der entgegengesetzten antizyklonalen Windrichtung unterliegt, was die Autoren insbesondere auf die Auswirkungen von Winden zurückführen, die sich über die polare Eiskappe bewegen.
In Breiten über 45°N entdeckten Dr. Rubanenko und Kollegen, dass die Dünenwanderungsmuster überwiegend nach Osten verlaufen und der zyklonalen Polarwirbelzirkulation entsprechen, während sie in Breiten darunter bis zu -45°N nach Süden gerichtet sind. Lokale Windregime wirken sich am stärksten auf Gebiete aus, in denen topografische Merkmale eine horizontale Größe von 10 bis 50 km haben. Sie haben jedoch kaum Auswirkungen, wenn Orientierungspunkte einen Maßstab von 100 km überschreiten, da diese stattdessen von den größeren planetaren Windsystemen beeinflusst werden.
Eine Einschränkung des maschinellen Lernprojekts besteht jedoch darin, dass es die Komplexität sich ändernder Windregime zwischen Tag und Nacht und über Jahreszeiten hinweg nicht vollständig berücksichtigt, sondern sich stattdessen auf längerfristige Muster konzentriert. Auch in Gebieten mit erheblichen topografischen Veränderungen, wie den größeren Einschlagskratern Valles Marineris, Hellas und Argyre, wo die Dünen über ein größeres Gebiet verstreut sind, hat es Probleme.
Diese Krater fungieren als Sandfallen und liefern reichlich Material für die Bildung von Dünenfeldern, die sich umso näher an der Mitte des Kraterbeckens bilden, je tiefer sie liegen. Die Migration innerhalb der Krater könnte durch stärkere Winde verursacht werden, die von den Hängen herabwehen.
Während eine weitere Verfeinerung der Technologie des maschinellen Lernens erforderlich ist, werden hier vorläufige Untersuchungen beim Test anhand realer Daten durchgeführt und Oberflächennachweise für die Richtung von windverwehtem Staub und Sand bei Staubstürmen abgeglichen.
Wie auf der Erde zeigen die Zirkulationsmuster im Planetenmaßstab einen allgemeinen Trend, der sich von den Polen zum Äquator des Mars bewegt, mit Störungen in den mittleren Breiten. Das Verständnis der atmosphärischen Zirkulationsmuster auf dem Mars ist wichtig für die Unterstützung bemannter Missionen zum Planeten und für die Aussicht auf zukünftige Bewohnbarkeit.
Mehr Informationen:
L. Rubanenko et al., Globale Oberflächenwinde und äolische Sedimentpfade auf dem Mars aus der Morphologie der Barchan-Dünen, Geophysikalische Forschungsbriefe (2023). DOI: 10.1029/2022GL102610
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