Mars, der vierte Planet von der Sonne, fasziniert die Menschen in vielerlei Hinsicht. Für Atmosphärenforscher ein interessantes Thema, da der Mars der erdähnlichste Planet unseres Sonnensystems ist. Seit 1976 sammeln auf dem Mars gelandete Sonden Informationen über seine dynamischen Wetterphänomene.
In seiner Doktorarbeit an der Aalto-Universität untersuchte Henrik Kahanpää Messungen des atmosphärischen Drucks auf dem Mars, die nicht nur für die Modellierung der Marsatmosphäre, sondern auch für das Verständnis der Bedingungen anderer Planeten wichtig sind.
„Der Klimawandel hat die Notwendigkeit der Modellierung der Erdatmosphäre erhöht. Der ultimative Test zur Überprüfung der Gültigkeit der Klimamodelle der Erde besteht darin, sie mit Modellen eines anderen Planeten zu vergleichen. Modelle von Planetenatmosphären sind auch wertvoll bei der Beurteilung der Bedingungen von gefundenen Exoplaneten außerhalb unseres Sonnensystems“, sagt Kahanpää und gibt zu, dass ihn pure Neugier dazu inspiriert hat, den Mars zu studieren.
„Es ist kein Zufall, dass der Rover, der 2011 von der NASA zum Mars geschickt wurde und dort noch immer Messungen durchführt, den Namen Curiosity trägt.“
Finnisches Know-how für Marsmessungen
Kahanpääs Promotionsstudium begann während seiner Tätigkeit am Finnischen Meteorologischen Institut. Dort war er an der Entwicklung des Druckinstruments des Rovers Curiosity beteiligt.
Das Finnische Meteorologische Institut lieferte auch ein Druckinstrument für die Phoenix-Sonde der NASA, die 2008 auf dem Mars landete. Diese Instrumente basieren auf Barocap-Sensorköpfen, die von der finnischen Firma Vaisala Oyj entwickelt wurden. Obwohl dies die genauesten meteorologischen Instrumente sind, die außerhalb der Erde gesendet werden, sind alle Messungen von Unsicherheiten betroffen, insbesondere unter rauen und unerwarteten Bedingungen wie auf dem Mars.
Kahanpää untersuchte Unsicherheitsquellen, die diese Druckmessungen beeinflussen, und entwickelte Korrekturalgorithmen, um sie zu kompensieren. Die Ergebnisse wurden bei der Entwicklung des Druckinstruments des NASA-Rovers Perseverance genutzt, der derzeit auf dem Mars betrieben wird. Die Dissertation zeigte, dass der atmosphärische Oberflächendruck eines anderen Himmelskörpers mit diesen Instrumenten mit einer Genauigkeit von etwa 0,5 % gemessen werden kann.
„Der Vergleich der korrigierten Druckmessungen der Phoenix-Sonde mit den Messungen der Viking-Lander der NASA ergab, dass zwischen den 1970er Jahren und 2008 keine messbaren Veränderungen im Marsklima stattgefunden haben.“
Staubteufel
Staub in die Atmosphäre hebend, sind Staubteufel wichtig für die Erforschung des Marsklimas. Sie können einen Durchmesser von mehr als einem Kilometer haben und über zehn Kilometer hoch sein, obwohl sie normalerweise viel kleiner sind.
„Auf der Erde spinnen schwache Staubteufel Herbstblätter auf Parkplätzen, während starke Staubteufel Tornados ähneln. In der dünnen Luft des Mars sind Staubteufel ein bedeutenderes Phänomen, da von der Planetenoberfläche aufgewirbelter Staub einen enormen Einfluss auf die atmosphärischen Strömungen hat des Mars.“
Staubstürme heben Staub in die Marsatmosphäre, wenn der Planet der Sonne am nächsten ist. Allerdings ist die Atmosphäre auch dann staubig, wenn der Mars am weitesten von der Sonne entfernt ist. Als Erklärung werden Staubteufel vermutet. Kahanpääs Forschung hinterfragt diese vorherrschende Wahrnehmung.
„Ich suchte in den Wettermessungen von Curiosity nach Anzeichen von Wirbeln und fand heraus, dass nur wenige der Wirbel stark genug waren, um Staub aufzuwirbeln. Tatsächlich scheint es neueren Studien zufolge auch andere kleinräumige Phänomene wie Hangwinde zu geben , sind in der Lage, viel Staub in die Marsatmosphäre zu heben.“
Informationen über die Staubteufel sind wichtig für die Planung zukünftiger Mars-Landeplätze, da sie die Ausrüstung auf der Planetenoberfläche erheblich beeinflussen. Die Staubteufel können auch für Marslander von Vorteil sein, da sie Sonnenkollektoren von Sonden reinigen können. Aus diesem Grund überlebte der NASA-Rover Spirit viel länger als geplant an der Oberfläche.