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Staubstürme

Gewaltige Turbulenzen in der Marsatmosphäre
Während eine Oppositionsperiode können die dynamischen atmosphärischen Phänomene in der Lufthülle des Planeten Mars beobachtet werden. Staubstürme treten grundsätzlich nicht dauerhaft auf, sondern erscheinen plötzlich und können teilweise sogar nachvollziehbare globalen Auswirkungen zeigen.
Staubstürme in der Marsatmosphäre
NASA
Aufnahme einer großen Staubwolke des Mars Global Surveyor
Aufwirbelungen feiner auf der Oberfläche abgelagerter Sand- und Staubpartikel können zu jeder Jahreszeit auftreten. Die Spitzenzeiten solcher Ereignisse sind jedoch der Sommer auf der Südhalbkugel, und und der frühe Sommer auf der Nordhalbkugel.

Mit Ausnahme von 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. Wenn sich der rote Planet seiner Oppositiosstellung im August annähert, werden die Beobachter auf der Erde die rapide Abnahme der in dieser Zeit zu uns gewandten südlichen Polkappe beobachten können. Zudem zeigen auch die zahlreichen dunklen Oberflächenformationen nachvollziehbare Veränderungen im zeitlichen Rahmen von einigen Tagen bis hin zu mehreren Jahrzehnten.

Staubstürme in allen Größenordnungen

MSSS
Kleine Windhose auf der Marsoberfläche - besonders deutlich wird hier der von dem kleinen Staubteufel frisch aufgewirbelte Pfad erkennbar. Der eigentliche Wirbel befindet sich oben rechts am Ende des Pfades
Ein besonders spektakuläres Phänomen der dynamischen Marsatmosphäre ist das plötzliche und unverhersehbare Auftauchen von Staubstürmen, die gigantische Ausmaße annehmen können. Tatsächlich erscheinen sie in sehr unterschiedlichen Größenordnungen, die sich von kleinen Windhosen bis hin zu massiven Wolken erstrecken, die in die Hochatmosphäre aufsteigen und den Planeten tagelang umrunden können. In extremen Fällen entwickeln sich Staubstürme sogar zu globalen Phänomenen, die Wochen oder Monate andauern.

Staubstürme können zu jeder Jahreszeit ausgelöst werden, aber sie scheinen zu bestimmten Zeiten besonders häufig aufzutreten. Eine statistische Studie, die auf die Beobachtungsdaten der vergangenen 38 Jahre zurückgreift, zeigt, dass Staubstürme besonders häufig erscheinen, wenn der Planet der Sonne sehr nahe steht. Dies ist im Marsfrühling und -sommer der Südhalbkugel der Fall.

NASA, JPL
Spirit beobachtet Staubteufel im Gusev-Krater
Obwohl Staubstürme recht häufig auftreten, konnten während der vergangenen 130 Jahre nur 10 globale Ereignisse beobachtet werden. Die meisten dieser globalen Staubstürme ereigneten sich eigentümlicher Weise innerhalb der letzten drei Jahrzehnte.

Viel häufiger treten allerdings lokal begrenzte Staubstürme auf, wie das im Jahr 1990 beobachtete Ereignis. Sie entfachen sich sehr plötzlich und dauern nur wenige Tage an, bis sich der Staub wieder gelegt hat. Staubstürme sind eine Beobachtung wert, da sie Einblick in die dynamische Meteorologie des roten Planeten liefern.
Beobachtung von Staubstürmen
Aufnahme des Planeten Mars, der von einem planetenweiten Staubsturm eingehüllt ist
Die ersten Anzeichen eines Staubsturmes werden nur routinierten Beobachtern auffallen. Staubstürme entwickeln sich häufig in den hellen sandigen Wüstengebieten und breiten sich dann in ihrer fortschreitenden Entwicklung aus, wobei sie dunklere Oberflächenformationen überdecken. Lokale Veränderungen der Oberflächenhelligkeit sind ein Indiz dafür, dass sich eine Staubwolke gebildet hat, oder sich sogar ein größerer Sturm zusammenbraut.

Beobachtung durch Farbfilter

Einen eindeutigen Beweis leifert meist nur die Beobachtung durch einen gelben oder besser noch roten Farbfilter. Staubstürme treten hierbei besonders hell hervor. In ihrer frühen Entwicklungsphase dürfte sich ein Staubsturm auch noch mit einem blauen Farbilter gut abheben lassen, was Rückschlüsse auf das Vorhandensein von Eiskristallen ziehen lässt.

Häufig entwickeln sich Staubstürme an verschiedenen Orten zur gleichen Zeit. Ein solches Ereignis trat 1990 ein, als nicht weniger als fünf verschiedene lokale Aufwirbelungen innerhalb weniger Tage entstanden. Auch 2003 wurde die Entstehung und Entwicklung eines lokalen Staubsturms beoachtet. Die dabei angefertigten Aufnahmen zeigen 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

Lokale Entstehungshäufigkeit

Diese atmosphärischen Phänomene zeigen sich mit großer Häufigkeit immer wieder über gleichen Gebieten auf 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 Staubstürmen. Auch andere solche Gebiete sind bekannt, doch regionale und den Planeten umrundende Ereignisse dieser Art neigen dazu, in Gebieten zu entstehen, in denen die Sonne im Zenit steht.

astrocorner.de
Oberflächen-Karte des Planeten Mars

Hellas, ein großes altes Einschlagsgebiet, dessen Plateau ca. 6 km unter dem Mars-Equivalent für den Meeresspiegel liegt, zeigte bezogen auf die Entwicklung von Staubstürmen in den vergangenen 100 Jahren eine besonders hohe Aktivität. Die bedeutenden Staubstürme von 1909, 1911, 1924, 1939, 1956, 1971 und 2001 erschienen hier alle zuerst. Atmosphärenforscher 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 Teleskopbeobachtungen erzielt werden. Da die Rotation des Mars nur 39 Minuten länger dauert als die der Erde, ist ein weltweites Netzwerk von professionellen und Amateurbeobachtungsstationen notwendig, um kontinuierliche Ergebnisse zu erzielen. Somit kann auch der Amateurastronom dazu beitragen, Daten von wissenschaftlicher Bedeutung zu liefern.
Altbekanntes Phänomen
1971

NASA
1971: Mars aus Sicht von Mariner 10, ein globaler Staubsturm ließ nur die höchsten Berge erkennen
Auch als die amerikanische Raumsonde Mariner 9 im Jahr 1971 den Mars erreichte, staunten die Wissenschaftler nicht schlecht, als sie auf den zur Erde übermittelten Bildern den größten jemals beobachteten Staubsturm erblickten. Nur Olympus Mons, der 24 km hohe Vulkan und höchste Berg in unserem 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

NASA/STScI
2001: Globaler Staubsturm, Bild angefertigt mit Hubble - oben: der klare Blick auf die Oberfläche ist stark eingeschränkt, unten: unverhüllte Ansicht etwa drei Monate zuvor
Auch während der Oppositionsperiode 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 km tiefen Einschlagskrater in der südlichen Marshemisphäre. 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

D. C. Parker
CCD-Aufnahme des Staubsturmes über dem Hellas-Bassin - Klicken Sie auf dieses Bild, um die täglichen Veränderungen vom 1. bis 4. Juli 2003 zu sehen
Bei dem im Juli 2003 beobachteten Ereignis handelte es sich um einen Staubsturm, der sich am 1. Juli nahe dem Hellas Bassin entwickelt hat - einem großen Einschlagskrater der südlichen Hemisphäre. Die undurchsichtige Staubwolke hat sich im Verlauf weniger Tage rapide vergrößert.

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