In einigen Monaten kann ein planetarischer Staubsturm den Mars bedecken, das Licht von der Sonne abhalten und seine Merkmale verbergen. Während lokale Staubstürme ziemlich häufig sind, sind globale Staubstürme seltener und treten zu unregelmäßigen Zeiten auf, die sich zuvor der Vorhersage widersetzten.
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Durch die Untersuchung der Bewegung der Planeten im Sonnensystem haben Wissenschaftler möglicherweise ein neues Werkzeug, um zukünftige Stürme vorherzusagen.
Die globalen Staubstürme können mit der Bewegung des Mars um das Gravitationszentrum des Sonnensystems zusammenhängen. Obwohl die Sonne der massereichste Bewohner ist, bedeutet das zusätzliche Gewicht ihrer Satelliten, dass ihr Kern nicht der Mittelpunkt des Systems ist. Sogar die Sonne muss das Gravitationszentrum des Sonnensystems umkreisen, was zu einem leichten Wackeln in der Umlaufbahn des Sterns führt. Dieses Wackeln wurde vorläufig mit seinen Sonnenflecken in Verbindung gebracht, aber zum ersten Mal verknüpfen Forscher es auch mit dem Wetter auf einem Planeten.
James Shirley, Atmosphärenforscher am Jet Propulsion Laboratory der NASA in Kalifornien, vergleicht die Bewegung von Jupiter und der Sonne, den größten Objekten im Sonnensystem, mit einem Paar Eisläufer, die sich beim Herumwirbeln an den Händen halten Schwerpunkt. Im Sonnensystem tragen jedoch alle Planeten etwas zum Toben bei.
"Es ist eine Art großer Tanz, es sind nicht nur die zwei kleinen Eistänzer", sagt Shirley.
Die Tänzer tauschen Energie aus, obwohl ihre kombinierte Energie konstant bleibt. Shirley und seine Kollegen stellten fest, dass dies auch für den Mars gilt, der auf seinem Weg durch das Sonnensystem sowohl Rotations- als auch Orbitalenergie gewinnen oder verlieren kann. Die Energie, die dem Planeten hinzugefügt wird, kann den nötigen Kick liefern, um regionale Staubböen in Stürme auf dem ganzen Planeten umzuwandeln, die Monate dauern können.
Typischerweise treten große Staubstürme während des Mars-Sommers auf, und die Wissenschaftler wussten bereits, dass Staubstürme wahrscheinlich von groß zu planetenweit zunehmen würden, wenn der Sommer mit der nächsten Annäherung des Planeten an die Sonne zusammenfiel. Aber Stürme treten nicht jedes Mal auf, wenn sich der Mars der Sonne nähert. Shirley und sein Team stellten fest, dass die Stürme nur auftreten, wenn der Planet dem Zentrum des Sonnensystems am nächsten ist, nicht der Sonne. Jahre, in denen das Herz des Systems weiter vom Planeten entfernt ist, entgehen den globalen Staubstürmen. Das explosive Wachstum von regional zu global, sagen Shirley und Kollegen, könnte darauf zurückzuführen sein, dass die Marsatmosphäre Energie aus dem Tanz des Sonnensystems bezieht.
Mark Lemmon, ein Planetenforscher, der an der Texas A & M University Atmosphären studiert, liefert eine unvollkommene Analogie, nämlich das Herausziehen des Teppichs unter jemandem. Wenn der Planet mehr Energie erhält, wodurch sich die Oberfläche schneller dreht, kann die Atmosphäre das Gegenteil bewirken und sich verlangsamen, ähnlich wie eine Person, die auf einem Teppich läuft, zum Stillstand kommt, wenn sie schnell entfernt wird. Das Gegenteil ist auch der Fall; Wenn sich die Oberfläche verlangsamt, kann sich die Atmosphäre schneller drehen. Die zusätzliche relative Energie zwischen den beiden kann ausreichen, um regionale Stürme in eine globale Monstrosität zu verwandeln.
Lemmon, der nicht in die aktuelle Forschung involviert war, vergleicht die resultierenden Staubstürme auf der ganzen Welt mit dem Stehen vor dem Wind eines großen Waldbrands, wobei Rauchschwaden die Sonne blockieren. Böen wären nach irdischen Maßstäben klein, etwa 35 km / h, schwer genug, um Staub in die Luft zu werfen. Licht würde es immer noch schaffen, aber die Sonne selbst würde verborgen bleiben.
"Es wäre unglaublich trüb", sagt er. "Entfernte Horizontmerkmale würden einfach im Staub verschwinden."
Hubble hat diese Bilder des Mars vor (links) und während (rechts) eines planetenweiten Staubsturms auf dem Mars aufgenommen. Diese Stürme zerstören die Merkmale des Planeten und dauern Wochen oder Monate. (NASA) Obwohl Rover am Boden nicht in der Lage wären, einen Unterschied zwischen einem lokalen und einem globalen Sturm zu erkennen, könnten sie laut Lemmon Daten sammeln, die Wissenschaftlern helfen könnten, das Wetter auf dem Mars besser zu verstehen. Der Opportunity Rover der NASA und sein inzwischen nicht mehr existierender Twin Spirit erlebten bereits 2007 einen milden globalen Sturm. Da beide Solarenergie nutzen, haben die Ingenieure auf der Erde ihren Stromverbrauch genau beobachtet.
Laut Lemmon erlebte Opportunity ruhige Tage, als die Winde kurz vor dem Sturm die Sonnenkollektoren von Spirit auflösten und es ihm ermöglichten, mehr oder weniger normal zu funktionieren, ohne Wissenschaft zu betreiben oder mit der Erde zu kommunizieren, um Energie zu sparen. Der Curiosity Rover der NASA, der sich auf Kernenergie stützt, sollte in der Lage sein, jeden kommenden monatelangen Sturm zu überstehen.
Trotz aller Vorhersagen kann der Ort des Marsstaubs den Sturm behindern. Ein Grund, warum globale Staubstürme unregelmäßig auftreten, kann sein, dass frühere Stürme den Staub an Orten verstreut haben, an denen der Wind ihn nicht aufnimmt. In diesem Fall könnte der vorhergesagte Sturm ein Blindgänger sein.
"Die Verteilung von Staub auf der Oberfläche ist ein Joker", sagt Shirley.
Während Shirleys erste Veröffentlichung in der Reihe, die den bevorstehenden Sturm vorhersagte, in der Fachzeitschrift Icarus veröffentlicht wurde, befindet sich sein zweites Stück, in dem die Auswirkungen des Tanzes im Sonnensystem berechnet werden, noch im Einreichungsprozess. Er warnt davor, dass es noch keinem Peer-Review unterzogen wurde, mit dem Wissenschaftler ihre Forschung gestalten und verfeinern können.
Wenn der versprochene Sturm in diesem Jahr nicht einsetzt, fordern die Wissenschaftler 2018 einen weiteren, vielleicht sogar noch stärkeren, wenn die Staubsturmsaison wieder auf das Zentrum des Sonnensystems fällt. Dieser Sturm sollte 30 bis 40 Prozent größer sein als erwartet in diesem Jahr. Wenn in keinem der beiden Jahre ein Staubsturm aufkommt, kehrt Shirley zum Zeichenbrett zurück. Trotzdem wird selbst eine gescheiterte Vorhersage den Wissenschaftlern helfen, besser zu verstehen, was in der Marsatmosphäre vor sich geht.
"Die Wissenschaft macht Fortschritte, indem sie manchmal versagt", sagt er.
