Die NASA hat kürzlich mit ihrer leistungsstarken High Resolution Imaging Experiment (HiRISE)-Kamera an Bord des Mars Reconnaissance Orbiter ein atemberaubendes Bild eines Staubteufels aufgenommen, der Syria Planum auf dem Mars durchquert. Ein einzigartiger Aspekt von Staubteufeln besteht darin, dass ihre Schatten zur Schätzung ihrer Höhe genutzt werden können, die schätzungsweise 20 km (12 Meilen) in den Marshimmel reicht.
Die Untersuchung von Staubteufeln auf dem Mars ist für die wissenschaftliche Gemeinschaft ein regelmäßiger Vorgang und kann Wissenschaftlern dabei helfen, Oberflächenprozesse auf anderen Planeten besser zu verstehen. Doch welche Prozesse sind für die Entstehung von Staubteufeln verantwortlich, da der atmosphärische Druck auf dem Mars nur einen Bruchteil des Drucks auf der Erde ausmacht?
„Wir glauben, dass es der Erde ähnelt“, sagt Dr. Shane Byrne, außerordentlicher Professor und stellvertretender Abteilungsleiter am Lunar and Planetary Laboratory der University of Arizona und stellvertretender Hauptforscher bei HiRISE, gegenüber Universe Today.
„Staubteufel werden im Grunde genommen solarbetrieben. Der Boden erwärmt sich, sodass die Luft in Säulen aufsteigt. Wenn sich die Säule dreht, kann sie schmaler werden und sich schneller drehen. Solange am Boden heiße Luft verfügbar ist, kann der Staubteufel das tun.“ Überleben. Wenn der Staubteufel aufhört, sich zu bewegen, oder sich über kälteren Boden bewegt, löst er sich auf. Staubige Regionen auf dem Mars können tagsüber sehr heiße Oberflächen haben, sodass sie gute Orte für die Bildung von Staubteufeln sind.“
Wie bereits erwähnt, untersuchen Wissenschaftler regelmäßig Staubteufel auf dem Mars, und Syria Planum ist nicht der einzige Ort auf dem Roten Planeten, an dem HiRISE sie beobachtet hat. Weitere Standorte sind Amazonis Planitia, Dünenfelder im südlichen Breitengrad, Ganges Chasma (Valles Marineris) und Nili Fossae. Marsstaubteufel können nicht nur mehrere Kilometer in den Himmel reichen, sondern sind auch dafür bekannt, Spuren und Streifen auf der Marsoberfläche zu hinterlassen, wie in Nili Fossae beobachtet.
Diese Spuren helfen Wissenschaftlern nicht nur, mehr über Staubteufel zu erfahren, sondern auch über Staubstürme auf dem Mars. Dies liegt daran, dass Staubstürme alte Staubteufelspuren löschen und die Entstehung neuer Spuren ermöglichen, was es Wissenschaftlern ermöglicht, die Aktivität beider Prozesse zu überwachen.
„Staubteufel sind wichtig, weil sie zum Grundniveau des Staubs in der Marsatmosphäre beitragen, der ein wichtiger Faktor für das Wetter und die Erwärmung der Atmosphäre ist“, sagt Dr. Colin Dundas, Forschungsgeologe am Astrogeology Science Center des US Geological Survey und Co -Ermittler bei HiRISE, erzählt Universe Today. „Sie verändern auch die Oberfläche und können Staub von den Sonnenkollektoren von Raumfahrzeugen wie den Mars Exploration Rovers entfernen.“
Diese Reinigung von Sonnenkollektoren wurde während der Rover-Missionen Spirit und Opportunity (Oppy) weit verbreitet, die ursprünglich jeweils nur für eine Laufzeit von 90 Sols (92,5 Erdentagen) ausgelegt waren, am Ende aber 2.695 Erdentage bzw. 5.498 Erdentage dauerten. Neben der robusten Technik hatten sowohl Spirit als auch Oppy auch etwas Glück, als Staubteufel ihre Solarpaneele reinigten, die häufig mit so viel Marsstaub bedeckt waren, dass Selfie-Bilder zeigten, dass die Rover fast mit der Oberflächenlandschaft verschmolzen.
Neben der kostenlosen Reinigung machten beide Rover auch regelmäßig Bilder von „Mini-Mars-Twisters“, die die Landschaft durchquerten. Kürzlich hat der Perseverance-Rover der NASA Geräusche eines marsianischen Staubteufels im Jezero-Krater aufgenommen.
Während Erde und Mars ähnliche Staubteufeleigenschaften aufweisen, ist ein drastischer Unterschied zwischen den beiden Planeten ihre Schrägstellung, auch bekannt als axiale Neigung, bei der es sich um den Winkel zwischen der Rotationsachse eines Planeten und seiner Umlaufachse handelt. Planetare Objekte stehen fast nie perfekt aufrecht und drehen sich häufig in einem Winkel, der sich über lange geologische Zeiträume von Tausenden bis Millionen von Jahren ändern kann und sich auf die Aktivität der Staubteufel auf dem Mars auswirken könnte.
Die Achsenneigung der Erde variiert im Laufe von 41.000 Jahren zwischen 22,1 Grad und 24,5 Grad. Diese kleine Änderung des axialen Neigungswinkels ist in erster Linie auf die Anziehungskraft unseres Mondes auf unseren Planeten zurückzuführen, die nicht nur zu Gezeiten auf dem gesamten Planeten führt, sondern auch die axiale Neigung der Erde stabilisiert und verhindert, dass sie außer Kontrolle gerät. Dies ist wichtig, da die axiale Neigung die Jahreszeiten steuert und eine größere axiale Neigung zu strengeren Klimazonen führt.
Während die axiale Neigung der Erde dank unseres Mondes relativ stabil ist, fehlt dem Roten Planeten ein so großes Objekt in der Umlaufbahn, das die axiale Neigung des Planeten stabilisieren könnte. Obwohl der Mars zwei Monde hat, Phobos und Deimos, sind sie zu klein, um einen ausreichenden gravitativen Einfluss auf den Mars auszuüben. Infolgedessen erfährt der Mars im Laufe von Hunderttausenden bis Millionen von Jahren drastische Veränderungen seiner Achsenneigung, was zu dramatischen Klimaveränderungen führt, insbesondere zu Veränderungen in der Eisverteilung auf der Oberfläche.
Derzeit beträgt die axiale Neigung des Mars 25 Grad, was nahe an der aktuellen axialen Neigung der Erde liegt. Mehrere Studien haben jedoch ergeben, dass sie bis zu 15 Grad betragen und bis zu 45 Grad betragen kann. Wie wirkt sich also die unterschiedliche Neigung des Mars auf Staubteufel aus? Steigt ihre Aktivität mit zunehmender Neigung oder umgekehrt?
„Das ist eine gute Frage, die zu unserem Verständnis darüber führt, wie sich langfristige Änderungen der Staubbelastung auf das Klima auswirken“, sagt Dr. Matthew Chojnacki, ein Forscher am Planetary Science Institute, der mit HiRISE zusammenarbeitet, gegenüber Universe Today. „Nach dem, was ich aus der Literatur sagen kann, wird vorhergesagt, dass Staubteufel bei großer Neigung (45°) aktiver sind als heute bei einer Neigung näher an 25°, aber das kann durch die geringere Menge an aufgewirbeltem Staub ausgeglichen werden.“ Im Gegensatz dazu könnten Staubteufel bei geringer Neigung die Hauptquelle für atmosphärischen Staub sein nächsten planetarischen Nachbarn, für seine Gegenwart, Vergangenheit und sogar seine Zukunft.