Die Teufel vom Mars

18.07.2005 - Wenn Menschen den Mars besuchen müssen sie auf turmhohe, elektrifizierte Staubteufel aufpassen.

Aber diese warmen Temperaturen am Tag erwecken auch die Teufel vom Mars - Staubteufel sind es.

Sie wurden gerade gestern von einem überrascht -- und es war ein teuflisch Furcht einflößendes Erlebnis. Dies war kein kleiner Wirbelwind in Arizona, nur einige 10 Meter hoch und ein paar Meter im Durchmesser, der nach einigen Sekunden wieder vorbei war.

Nein, was Sie gestern traf, war eine Monstersäule, die sich Kilometer hoch auftürmte und hunderte von Metern breit war, 10 Mal größer als jeder Tornado auf der Erde. Rot-brauner Sand und Staub peitschten schneller als 30 Meter pro Sekunde umher, die Sichtweite fiel auf Null, scheuerte auf Ihrer Sichtscheibe, trieb Staub in jede Falte und jeden Winkel Ihres Raumanzuges. Für 15 Minuten kauerten Sie sich zusammen und hielten den böigen Wind aus. Der furchteinflößendste Teil war das dauernde Knistern und Blitzen von winzigen Blitz-Zungen, die Sie und Ihren Rover zwickten. Das laute, statische Rauschen in Ihrem Funkgerät verhinderte, dass Sie nach Hilfe rufen konnten.

Könnte dies wirklich passieren? Ausgehend von NASA's Vision for Space Exploration, werden Astronauten in den kommenden Jahrzehnten den Mars besuchen. Und wenn sie dort ankommen, werden die Staubteufel auf sie warten.

"Der Sand im unteren Teil der Staubteufel auf dem Mars ist die größte Gefahr," sagt Mark T. Lemmon, Wissenschaftler im Department of Atmospheric Sciences an der Texas A & M University. "Der Atmosphärendruck auf dem Mars beträgt nur 1 Prozent dessen auf Meereshöhe [auf der Erde], also würden Sie nicht viel Wind spüren. Aber Sie würden trotzdem von Teilchen mit hoher Geschwindigkeit getroffen werden."

Des Weiteren könnte der bewegte Sand und Staub sich elektrisch aufladen, bis hin zu einem Punkt, "an dem er auf den Raumanzug oder das Fahrzeug überspringt und elektromagnetische Interferenz hervorruft," fügt William M. Farrell, von NASA's Goddard Space Flight Center, hinzu.

Staubteufel auf dem Mars bilden sich auf die gleiche Art und Weise wie sie es in den Wüsten auf der Erde tun. "Man benötigt eine starke Erwärmung der Oberfläche, so dass der Boden heißer werden kann als die Luft darüber," erklärt Lemmon. Erhitzte, weniger dichte Luft nahe dem Boden steigt auf und stößt durch Lagen kühlerer, dichterer Luft weiter oben; aufsteigende Luftströme heißer Luft und fallende Luftströme kalter Luft, fangen an sich vertikal in Konvektionszellen zu drehen. Wenn nun ein Windstoß hindurch bläst, "dreht er die Konvektionszellen auf die Seite, woraufhin sie anfangen sich horizontal zu drehen und dabei vertikale Säulen bilden -- und einen Staubteufel verursachen."

Heiße Luft die im Zentrum aufsteigt treibt die wirbelnde Luft noch weiter an -- schnell genug um Sand aufzunehmen. Sand, der über den Boden scheuert wirbelt mehlfeinen Staub auf und die zentrale Säule heißer, aufsteigender Luft hebt diesen Staub weit nach oben. Wenn die vorherrschenden, horizontalen Winde anfangen den Staubteufel über den Boden zu treiben, passen Sie auf!

"Wenn Sie jetzt neben dem Spirit Rover [im Gusev Krater] stehen würden, sähen Sie vielleicht ein halbes Dutzend Staubteufel," sagt Lemmon. An jedem Frühlings- oder Sommertag auf dem Mars, erscheinen Staubteufel etwa um 10 Uhr Morgens, wenn sich der Boden erwärmt und klingen gegen 15:00 wieder ab, wenn sich der Boden abkühlt.(Ein Marstag ist mit 24 Stunden und 39 Minuten nur 39 Minuten länger als ein Erdentag) Auch wenn die genaue Häufigkeit und Dauer von Staubteufeln auf dem Mars unbekannt ist, enthüllen Fotografien vom Mars Global Surveyor aus dem Orbit unzählige Spuren in allen Höhenlagen auf dem Planeten. Diese Spuren kreuzen die Oberfläche an Stellen wo Staubteufel loses Material von der Oberfläche abgetragen haben und enthüllen den anders farbigen Boden darunter.

Des Weiteren wurden Staubteufel aus dem Orbit heraus fotografiert -- einige 1 - 2 Kilometer im Durchmesser und (ausgehend von ihrem Schatten) 8 - 10 Kilometer hoch.

Was Farrell jedoch durch die Jagd nach Staubteufeln in der Wüste von Arizona neugierig gemacht hat, ist die Tatsache, dass Staubteufel auf der Erde elektrisch geladen sind -- und Staubteufel auf dem Mars sind es vielleicht auch.

Staubteufel erhalten ihre Ladung von Sandkörnchen und Staub, die im Wirbelwind aneinander reiben. Wenn bestimmte Kombinationen ungleicher Materialien aneinander reiben, gibt eines der Materialien einige seiner Elektronen (negative Ladungen) an das andere Material ab. Solch eine Trennung elektrischer Ladungen nennt man Reibungs-Ladung. Reibungs-Ladung sorgt dafür, dass Ihr Haar zu einer Seite absteht, wenn Sie einen Ballon an Ihrem Haar reiben. Staub und Sand, wie Kunststoff und Haare, bilden ein Reibungspaar. (Staub und Sand bestehen nicht zwangsläufig aus dem gleichen Material, bemerkt Lemmon, weil "Staub von überall hergeblasen werden kann.") Kleinere Staubteilchen tendieren dazu sich negativ aufzuladen, indem sie den größeren Sandkörnern Elektronen abnehmen. 

Weil die aufsteigende, zentrale Säule aus heißer Luft, die die Staubteufel antreibt, den negativ geladenen Staub nach oben befördert und die schwereren, positiv geladenen Sandkörner nahe dem Boden läßt, werden die Ladungen getrennt, was ein elektrisches Feld erzeugt. "Auf der Erde haben wir mit Instrumenten elektrische Felder mit einer Stärke von 20 kV/m gemessen," sagt Farrell. Das ist nichts im Vergleich zu den elektrischen Feldern eines Gewitters auf der Erde, bei dem erst Blitze auftreten, wenn die elektrische Ladung 100 Mal größer ist -- genug um Luftmoleküle zu ionisieren (auseinander zu brechen).

Aber nur 20 kV/m "ist sehr nah an dem Wert, der die dünne Marsatmosphäre aufbrechen kann," spezifiziert Farrell. Viel entscheidender ist, dass Staubteufel auf dem Mars so viel größer sind als ihre Gegenstücke auf der Erde und ihre gespeicherte elektrische Energie ist vielleicht auch viel größer. "Wie würden sich diese Felder entladen?" fragt er. "Hätte man Blitze innerhalb der Staubteufel?" Selbst wenn Blitze nicht auf natürliche Art und Weise auftreten würden, könnte die Gegenwart eines Astronauten oder Fahrzeugs die Entladung auslösen, oder lokale Lichtbögen erzeugen. "Das Ding ist, Sie müßten wirklich auf Ihre Ecken aufpassen, in denen die elektrischen Felder sehr stark werden können," fügt er hinzu. "Sie sollten vielleicht Fahrzeug oder Basis abrunden."

Eine weitere Überlegung für Astronauten auf dem Mars wären "Funkstörungen wenn geladene Körnchen ungeschützte Antennen treffen," warnt Farrell. Nachdem der Staubteufel vorüber  und verschwunden ist, wäre ein Andenken eine höhere Anhaftung von Staub an Raumanzügen, Fahrzeugen und Stationen aufgrund elektrostatischer Aufladung -- der gleiche Grund aus dem Socken zusammenkleben wenn man sie aus dem Trockner herausnimmt -- was eine Reinigung, vor der Rückkehr in die Basis, erschweren würde.

Weil Staubteufel auf dem Mars 8 - 10 Kilometer hoch werden können, glauben viele Meteorologen, dass sie für die große Menge Staub in der Marsatmosphäre verantwortlich sind. Wichtig für Astronauten ist der Umstand, dass Staub vielleicht auch negative Ladungen hoch in die Atmosphäre befördern kann. Ladung, die sich an der Spitze eines Sturms aufbaut, könnte eine Gefahr für Raketen darstellen, die vom Mars starten, so wie es Apollo 12 ergangen ist, als sie im November 1969 während eines Gewitters in Florida startete: Die Abgase der Rakete ionisierten die Luftmoleküle und hinterließen eine Spur geladener Teilchen bis hinunter auf den Boden, was einen Blitz auslöste, der das Raumschiff traf.

"Frühe Navigatoren, wie Kolumbus, hatten verstanden, dass ihre Schiffe so gebaut werden müssen, dass sie extremen Wetterbedingungen standhalten," verdeutlicht Farrell. "Um eine Mission zum Mars zu planen, müssen wir die Extrema des Marswetters kennen -- und diese Extrema scheinen in der Form von Staubstürmen und Teufeln aufzutreten."

Autor: Frank Erhardt
Science@NASA - Deutsche Version