Mit Ausnahme von »Erde und »Merkur ist Mars der einzige Planet, dessen Atmosphäre eine nahezu uneingeschränkte Sicht auf seine Oberfläche zulässt. Mars weist eine Neigung seiner Rotationsachse von 25,2° auf und zeigt somit vor allem durch das Anwachsen und Schwinden seiner Polkappen jahreszeitliche Veränderungen.

Zudem zeigen auch die zahlreichen dunklen Oberflächenformationen nachvollziehbare Veränderungen durch Aufwirbelungen und Verlagerungen feiner auf der Oberfläche abgelagerter Sand- und Staubpartikel.

Staubstürme in allen Größenordnungen

Ein besonders spektakuläres Phänomen der dynamischen Marsatmosphäre ist das plötzliche und unverhersehbare Auftauchen von Staubstürmen. Sie erscheinen in sehr unterschiedlichen Größenordnungen, die sich von kleinen Windhosen bis hin zu massiven Wolken erstrecken, die in die Hochatmosphäre aufsteigen, den Planeten tagelang umrunden und in extremen Fällen gigantische Ausmaße bis hin zu globalen Phänomenen annehmen können, die mehrere Wochen oder sogar Monate lang andauern.

Obwohl Staubstürme recht häufig auftreten, konnten über einen Zeitraum von 130 Jahren hinweg nur 10 globale Ereignisse beobachtet werden. Die meisten dieser außergewöhnlich starken Ausbrüche ereigneten sich eigentümlicher Weise in der Zeit um die Jahrtausendwende. Viel häufiger treten lokal begrenzte Stürme auf. Sie entfachen sich sehr plötzlich und dauern nur wenige Tage an, bis sich der Staub wieder gelegt hat.

Staubstürme jedweder Größenordnung sind eine Beobachtung wert, da sie Einblick in die dynamische Meteorologie des roten Planeten liefern.

Staubstürme können grundsätzlich zu jeder Jahreszeit des roten Planeten ausgelöst werden. Allerdings treten sie zu bestimmten Zeiten besonders häufig auf. Eine statistische Studie über mehrere Jahrzehnte hinweg zeigt Spitzenzeiten, wenn der Planet der Sonne sehr nahe steht. Dies ist im gesamten Marsfrühling und −sommer der Südhalbkugel der Fall. Auf der Nordhalbkugel wurden solche Ereignisse vermehrt im frühen Sommer beobachtet.

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Jahreszeiten des Planeten Mars - Die Hauptsaison für Staubstürme ist der Frühling und Sommer auf der Mars-Südhalbkugel, wenn der rote Planet sich besonders nahe der Sonne befindet. Zu dieser Zeit schmilzt über der südlichen Polkappe abgelagertes Trockeneis ab und die globalen Temperaturen erreichen Höchstwerte.

1971

Als die US-amerikanische Raumsonde Mariner 9 im Jahr 1971 den Mars erreichte, erblickten die Wissenschaftler auf den übermittelten Bildern den größten seit 1953 beobachteten Staubsturm. Nur Olympus Mons − der 24 Kilometer hohe Vulkan und höchste Berg im Sonnensystem − ragte noch über die Wolkengrenze hinaus. Erst nach einem Monat legte sich der Staub wieder und Mariner 9 begann, die Oberfläche des roten Planeten erfolgreich zu kartieren.

2001

Auch während der Oppositions-Periode des Jahres 2001 konnte ein heftiger Staubsturm verfolgt werden. Am 26. Juni 2001 beobachtete man mit dem Hubble Space Telescope, wie sich über dem Hellas-Basin ein Sturm zusammenbraute.

Zunächst bildete sich eine kleine Staubwolke über dem 9 Kilometer tiefen Einschlagskrater in der südlichen Mars-Hemisphäre. Einen Tag später explodierte das atmosphärische Phänomen förmlich zu einem globalen Ereignis. Anfang Juli hatte sich die Staubwolke soweit ausgebreitet, dass sie den gesamten Planeten umhüllte.

Der damalige Staubsturm verteilte sich über dem gesamten Marsglobus, hüllte den Planeten in einen rötlichen Schleier und verwährte jeden Blick auf die Oberfläche. In dessen Folge stieg die Temperatur der Marsatmosphäre auf beachtliche 30° Celsius an.

2003

Bei dem im Juli 2003 beobachteten Ereignis handelte es sich um einen Staubsturm, der sich am 1. Juli zunächst nahe dem Hellas-Bassin entwickelt hatte. Die undurchsichtige Staubwolke vergrößerte sich daraufhin im Verlauf weniger Tage rapide.

Sogar in kleineren Teleskopen erschien das atmosphärische Phänomen als diffuser heller Punkt auf dem Marsglobus. Nach einigen Tagen legte sich der Staub wieder, die aufgewirbelte Wolke war restlos verschwunden und auch in großen Teleskopen nicht mehr zu erkennen.

Staubstürme entstehen meistens in Gebieten, in denen die Sonne im Zenit steht. Sie entwickeln sich häufig über hellen sandigen Wüstengebieten. Die ersten Anzeichen fallen zunächst nur routinierten Beobachtern auf. Ein Indiz, dass sich eine Staubwolke gebildet hat, sind lokale Veränderungen der Oberflächen-Helligkeit.

Manchmal entwickeln sich Staubstürme an verschiedenen Orten zur gleichen Zeit. Ein solches Ereignis trat beispielsweise 1990 ein, als fünf verschiedene lokale Aufwirbelungen innerhalb von wenigen Tagen entstanden. Hin und wieder breiten sie sich aus und überdecken in ihrer fortschreitenden Entwicklung auch dunklere Oberflächen-Formationen.

Beobachtung durch Farbfilter

Besonders kontrastreich treten Staubstürme bei der Beobachtung durch einen gelben oder besser noch roten Farbfilter hervor. In seiner frühen Entwicklungsphase lässt sich ein solches Ereignis auch durch einem blauen Farbfilter recht gut erkennen. Dies lässt auf das Vorhandensein von Eiskristallen in der Staubwolke schließen.

Im Jahr 2003 wurde die Entstehung und Entwicklung eines lokalen Staubsturms beoachtet. Die dabei angefertigte und in ihre drei Farbkanäle zerlegte Aufnahme zeigt deutlich, wie sich der atmosphärische Staub unter Zuhilfenahme verschiedener Filter kontrastreich abheben lässt.

D. C. Parker

Beobachteter Staubsturm am 6. Juli 2003 in verschiedenen Farbbereichen - die linken drei Bilder geben die Ansicht des Planeten durch einen (v.l.n.r.) roten, grünen und blauen Filter wieder, das rechte Bild ist eine Kombination der drei Farbkanäle

Regionen mit hohem Sturm-Potential

Atmosphärische Phänomene durch aufgewirbelten Staub zeigen sich oft wiederholt über den selben Gebieten der Marsoberfläche. Hauptsächlich entstehen Staubstürme über dem Hellas-Bassin und über Thaumasia, die Region um Solis Lacus, der das Valles Marineris beinhaltet. Des weiteren hütet die Libya-Isidis-Wüste, östlich von Syrtis Major, ein großes Potential zur Entstehung von solchen Ereignissen.

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Oberflächen-Karte des Planeten Mars

Hellas − ein großes altes Einschlagsgebiet, dessen Plateau etwa 6 Kilometer unter dem Mars-Equivalent für den Meeresspiegel liegt − zeigte im 20. Jahrhudert eine besonders hohe Staubsturm-Aktivität. Die bedeutenden Staubstürme von 1909, 1911, 1924, 1939, 1956, 1971 und 2001 erschienen zuerst dort. Atmosphären-Forscher glauben, dass sehr kalte nordwärts strömende Luft von der südlichen Polkappe mit rapider Geschwindigkeit in das tiefe Hellas-Becken einsinkt, wodurch Winde ausgelöst werden, die stark genug sind, um Staubteilchen aufzuwirbeln und mit sich zu transportieren.

Mars-Observierung als wissenschaftlicher Beitrag

Der atmosphärische Staub spielt eine Schlüsselrolle im Marsklima. Es gibt starke Hinweise darauf, dass er auch großen Einfluss auf langzeitige Klimaveränderungen und die Oberflächengeologie ausübt. Das Verstehen der Hintergründe solcher einflussreichen Ereignisse ist von immenser Bedeutung im Hinblick auf künftige bemannte Marsexpeditionen.

Obwohl der Planet von Raumsonden beobachtet wird, können viele wichtige Informationen zur Entwicklung von Staubstürmen auch durch erdgebundene Teleskop-Beobachtungen erzielt werden. Da die Rotation des Mars nur 39 Minuten länger dauert als die der Erde, ist ein weltweites Netzwerk von professionellen und Amateur-Beobachtungsstationen notwendig, um kontinuierliche und globale Ergebnisse zu erzielen. Somit können auch Amateur-Astronomen dazu beitragen, Daten von wissenschaftlicher Bedeutung zu liefern.