Die Frühlingszeit auf der Nordhalbkugel des Mars ist durch eine reichhaltige atmosphärische dynamische Aktivität gekennzeichnet. Diese Aktivität findet am Rand der Polkappe statt und wird häufig durch lokale Staubstürme sichtbar.
Eine neue Studie befasst sich eingehender mit zwei Themen Staubstürme auf dem Mars die sich 2019 in der Nähe des Mars-Nordpols ereignete. Die Wolkenmuster sind überraschend erdähnlich und deuten auf ähnliche Entstehungsprozesse hin.
Mars Express der ESA überwachte die Stürme im Frühling am Nordpol. Es stellte sich heraus, dass der Mars überraschend erdähnliche Wolkenmuster aufwirbelt, die an jene in den tropischen Regionen unseres Planeten erinnern.
Zwei Kameras an Bord Mars-Express – die Visual Monitoring Camera (VMC) und die High-Resolution Stereo Camera (HRSC) – bildeten zusammen mit der MARCI-Kamera an Bord des Mars Reconnaissance Orbiter der NASA die Stürme aus dem Orbit ab.
Die VMC-Bildsequenz zeigt, wie die Stürme über Tage hinweg wiederkehrende Zyklen von Wachstum und Verschwinden aufweisen. Die umfassenderen Ansichten der HRSC-Bilder zeigen deutlich spiralförmige Strukturen. Die Spiralen, die zwischen 1000 und 2000 km lang sind, haben die gleiche extratropische Zyklonentstehung wie diejenigen, die in den mittleren Breiten und Breiten der Erde beobachtet werden.
Die Bilder offenbaren ein besonderes Phänomen Mars. Sie zeigen, dass die Marsstaubstürme aus regelmäßig verteilten kleineren Wolkenzellen bestehen, die wie Körner oder Kieselsteine angeordnet sind. Die Textur ist auch in Wolken zu sehen Erdatmosphäre.
Die VMC-Bildsequenz zeigt, wie die Stürme im Laufe der Tage wiederkehrende Zyklen von Wachstum und Verschwinden aufweisen. Die umfassenderen Ansichten der HRSC-Bilder zeigen deutlich spiralförmige Strukturen. Die Spiralen, die zwischen 1000 und 2000 km lang sind, haben die gleiche extratropische Zyklonentstehung wie diejenigen, die in den mittleren Breiten und Breiten der Erde beobachtet werden.
Bilder zeigen ein spezifisches Marsphänomen. Sie zeigen, dass die Marsstaubstürme aus kleineren Wolkenzellen bestehen, die gleichmäßig voneinander beabstandet und wie Körner oder Kieselsteine angeordnet sind. Auch Wolken in der Erdatmosphäre weisen eine Textur auf.
Durch Konvektion, bei der heiße Luft aufsteigt, weil sie weniger dicht als kühlere Luft ist, entstehen erkennbare Texturen. Wenn Luft im Zentrum winziger Wolkenzellen aufsteigt, kommt es zu dieser Art von Konvektion, die als geschlossenzellige Konvektion bezeichnet wird. Die Lücken im Himmel um die Wolkenzellen sind die Wege, durch die kühlere Luft unter die heiße aufsteigende Luft sinken kann.
On Die Erde In der aufsteigenden Luft befindet sich Wasser, das zu Wolken kondensiert. Die Bilder von Staubwolken des Mars Express zeigen das gleiche Phänomen, allerdings bestehen die aufsteigenden Luftsäulen auf dem Mars aus Staub und nicht aus Wasser. Staubhaltige Luft wird durch die Sonne erhitzt, wodurch sie aufsteigt und Staubzellen bildet. Bereiche mit sinkender Luft, die weniger Staub enthalten, umgeben die Zellen. Dadurch entsteht das körnige Muster, das auch auf Bildern von Wolken auf der Erde zu sehen ist.
Wissenschaftler verfolgten die Bewegung der Zelle in den Bildern, um die Windgeschwindigkeit zu messen. Es wurde festgestellt, dass der Wind mit einer Geschwindigkeit von bis zu 140 km/h über den Wolkenformationen weht. Dadurch verbreitert sich die Form der Zellen in Windrichtung. Trotz der chaotischen und dynamischen Atmosphären auf Mars und Erde schafft die Natur diese geordneten Muster.
Colin Wilson, Wissenschaftler am Mars Express-Projekt der ESA, sagte: „Wenn man sich eine marsähnliche Atmosphäre auf der Erde vorstellt, könnte man leicht an eine Wüste oder eine Polarregion denken. Es ist daher ziemlich überraschend, dass durch die Verfolgung der chaotischen Bewegung von Staubstürmen Parallelen zu den Prozessen gezogen werden können, die in den feuchten, heißen und entschieden sehr unmarsähnlichen tropischen Regionen der Erde ablaufen.“
Die VMC-Fotos haben es möglich gemacht, die Höhe von Staubwolken zu messen, was eine bedeutende Entdeckung darstellt. Die Höhe der Wolken über dem Marsoberfläche wird bestimmt, indem die Länge der von ihnen geworfenen Schatten gemessen und diese Informationen mit der Kenntnis des Sonnenstands kombiniert werden. Die Ergebnisse zeigten, dass Staub 6–11 km über die Oberfläche aufsteigen kann und dass Zellen oft einen horizontalen Durchmesser von 20–40 km hatten.
Agustín Sánchez-Levaga von der Universidad del País Vasco UPV/EHU (Spanien), der das VMC-Wissenschaftsteam leitet und Hauptautor eines Artikels ist, sagte, „Trotz des unvorhersehbaren Verhaltens von Staubstürmen auf dem Mars und der starken Windböen, die sie begleiten, haben wir gesehen, dass innerhalb ihrer Komplexität organisierte Strukturen wie Fronten und zelluläre Konvektionsmuster entstehen können.“
„Eine solche organisierte zelluläre Konvektion gibt es nicht nur auf der Erde und dem Mars. Beobachtungen der Venusatmosphäre durch Venus Express zeigen wohl ähnliche Muster. Unsere Arbeit zur trockenen Konvektion auf dem Mars ist ein weiteres Beispiel für den Wert vergleichender Studien ähnlicher Phänomene, die in Planetenatmosphären auftreten, um die ihnen zugrunde liegenden Mechanismen unter verschiedenen Bedingungen und Umgebungen besser zu verstehen.“
Journal Referenz:
- A. Sánchez-Lavega et al. Zellulare Muster und trockene Konvektion in strukturierten Staubstürmen am Rand der Nordpolkappe des Mars. Icarus. DOI: 10.1016/j.icarus.2022.115183
