So beeindruckend ist ein Sandsturm auf dem Mars

Die in diesem Bildausschnitt rund 60 Kilometer breite Front eines Sandsturms rollt im April 2018 nahe beim Nordpol über die Mars-Oberfläche. Fotografiert hat den Sturm die ESA-Sonde Mars Express.
Bild: ESA/DLR/FU Berlin

So beeindruckend ist ein Sandsturm auf dem Mars

Der Mars ist uns derzeit so nahe wie selten sonst. Der Rote Planet befindet sich in der Nähe des sonnennächsten Punktes seiner Umlaufbahn, während die Erde auf ihrer Bahn an ihm vorbeizieht. Aus diesem Grund ist er momentan am Nachthimmel gut zu sehen. 

Zugleich spielt sich auf unserem Nachbarplaneten im Moment ein gewaltiges Naturspektakel ab: Seit Ende Juni tobt ein globaler Sandsturm über die gesamte Mars-Oberfläche und verhüllt den Planeten vollständig. Allmählich klingt der Sturm nun ab – in einigen Regionen sind bereits wieder Oberflächenstrukturen zu erkennen. 

Es ist nicht das erste Mal, dass ein solcher planetenumfassender Sturm zu beobachten ist; dies kann etwa einmal in zehn Jahren vorkommen. Dazwischen treten auch weniger heftige Sandstürme auf. 

Der Sturm nähert sich Anfang Juni 2018 dem Gale-Krater, in dem sich der Mars-Rover Curiosity befindet. Bild: NASA / MSSS

Die Mars-Atmosphäre ist extrem dünn – der Luftdruck ist nur ein Hundertstel des irdischen. Doch das reicht, um Sandstürme zu ermöglichen. 

Die Simulation zeigt die Sonne im Juni 2018 aus der Sicht des Mars-Rovers Opportunity. Während der Sturm an Kraft gewinnt, verdüstert sich der Himmel zusehends. Bild: NASA/JPL-Caltech/TAMU

Der sogenannte Tau-Wert gibt die Verschleierung der Atmosphäre an – je kleiner er ist, desto klarer ist die Lufthülle. Der 2018 gemessene Wert von 10,8 ist fast doppelt so gross wie beim letzten heftigen Marssturm im Jahr 2007. 

Diese Bilder des Mars Global Surveyor aus dem Jahr 2001 zeigen, wie ein globaler Sandsturm den ganzen Planeten erfasst. Im Juni (l.) sind erst einige Regionen am Südpol betroffen, doch bereits im Juli (r.) ist von der Oberfläche nichts mehr zu erkennen.Bild: NASA/JPL-Caltech/MSSS

Die niedrigere Gravitation und die dünnere Atmosphäre auf dem Mars führen dazu, dass Sandkörner bis zu 10-mal so hoch und zum Teil 100-mal so weit fliegen wie auf der Erde. 

Diese Aufnahme machte die Sonde Mars Express im Juni 2011. Ein aufkommender Sturm wirbelt im Hochland von Tempe Terra im Norden des Planeten Staub auf. Dass sich die höheren Staubwolken in die andere Richtung zu bewegen scheinen, liegt an der Bewegung der Mars-Sonde. Bild: ESA / DLR / FU Berlin (G. Neukum) / Justin Cowart

Sandkörner auf dem Mars erreichen eine Höhe von 1 bis 5 Metern – auf der Erde sind es nur etwa 15 Zentimeter. 

Bei den weisslichen Mustern am unteren Rand dieser Aufnahme des Mars Reconnaissance Orbiters vom November 2007 handelt es sich um Wolken aus Wassereis. Weiter oben hingegen ist ein Sandsturm erkennbar, der allerdings weniger als 24 Stunden dauerte. Am oberen Rand ist das Eis des Mars-Nordpols zu erkennen. Bild: NASA/JPL-Caltech/MSSS

Die Strecke, die Sandkörner auf dem Mars zurücklegen, beträgt im Schnitt 96 Meter, während sie auf der Erde nur durchschnittlich 54 Zentimeter weit fliegen.

Es geht auch kleiner: Dieser Staubteufel (Staubtrombe, Dust Devil), aufgenommen im Februar 2012 vom Mars Reconnaissance Orbiter, hat einen Durchmesser von rund 30 Metern. Der abgebildete Ausschnitt ist insgesamt 644 Meter breit. Die Staubfahne dürfte – wie sich aus ihrem Schatten berechnen lässt – etwa 800 Meter hoch sein. Bild: NASA/JPL-Caltech/Univ. of Arizona

Die Staubstürme auf dem Mars bestehen zum grössten Teil nicht aus Sandkörnern, sondern kleinen Staubpartikeln.  

Ein grosser Sandsturm im Oktober 2007 hat die Solarmodule des Mars-Rovers Spirit mit einer dicken Staubschicht bedeckt. Dies legt die Energieversorgung des Rovers lahm – bis der normale Wind den Staub wieder wegbläst. Allerdings brach der Kontakt zu Spirit später – im März 2010 – endgültig ab, was das Ende der Mission bedeutete. Dieses Schicksal droht derzeit auch dem Mars-Rover Opportunity, der vom Sandsturm lahmgelegt wurde. Es könnte bis Anfang September dauern, bevor die Mars-Atmosphäre wieder klar genug ist, damit der 15-jährige Rover wieder Sonnenenergie aufnehmen kann. Bild: NASA/JPL-Caltech/Cornell

Die Partikel in einem Staubsturm sind zwischen
< 1 µm und 5 µm gross
(µm = Mikrometer = 1 millionstel Meter).
Dies entspricht etwa der Grösse der Partikel in Talkum-Puder.   

Dieses Selfie des Mars-Rovers Curiosity entstand am 15. Juni 2018. Der aufziehende Sandsturm ist am verdüsterten Horizont zu sehen. Da Curiosity – der Rover ist seit 2011 auf dem Mars – seine Energie im Gegensatz zu Spirit und Opportunity aus einer Plutoniumbatterie bezieht, kann der Staub seine Energieversorgung nicht beeinträchtigen. Das Selfie besteht übrigens aus einem Mosaik verschiedener Aufnahmen, deshalb ist der Kamera-Arm nicht zu sehen. Bild: NASA/JPL-Caltech/MSSS

Sandstürme auf dem Mars sind besonders häufig, wenn auf der südlichen Hemisphäre Frühling und Sommer herrscht und der Planet am nächsten zur Sonne steht.  

Wie stark ein Sandsturm die Lichtverhältnisse ändert, zeigen diese beiden Aufnahmen eines Steins, die Curiosity am 21. Mai (l.) und am 17. Juni (r.) dieses Jahres machte. Das gut sichtbare Loch hatte Curiosity zuvor in den Stein gebohrt. Bild: NASA/JPL-Caltech/MSSS

Wenn sich die Atmosphäre erwärmt, entstehen Winde, da sich die Kontraste der Oberflächen-Temperatur zwischen verschiedenen Gebieten vergrössern. 

Kleine Sanddünen wandern im Januar 2017 beim Mars-Rover Curiosity. Die frischen Radspuren links werden dabei schnell unkenntlich. Der Bildausschnitt ist etwa einen Meter breit. Zwischen den beiden Aufnahmen, aus denen die Animation besteht, liegt exakt ein Marstag; der Rover blieb in dieser Zeit stehen. Bild: NASA/JPL-Caltech/MSSS

Bei der Erwärmung der Atmosphäre verdampft gefrorenes Kohlenstoffdioxid an der Polarkappe und erhöht so den atmosphärischen Druck. Dies ermöglicht es den Staubpartikeln, länger in der Luft zu bleiben. 

Aufnahme eines Dust Devils im Mai 2005. Der Mars-Rover Spirit schoss in knapp zehn Minuten 21 Fotos des Staubteufels, der in etwa einem Kilometer Entfernung vorbeizog. Der Dust Devil hatte einen Durchmesser von 34 Metern und bewegte sich mit gut 17 km/h vorwärts. Bild: NASA /JPL

Die meisten Sandstürme auf dem Mars bleiben auf ein begrenztes Gebiet beschränkt. Der gegenwärtige Sturm ist hingegen riesig: Auf der Erde wäre er so gross wie Nordamerika und Russland zusammen. 

Am 27. Juli 2018 – fast zeitgleich zur Mondfinsternis – befand sich der ohnehin sehr erdnahe Mars in Opposition zur Sonne, das heisst, die Erde stand zwischen dem Mars und der Sonne. Um den Zeitpunkt der Opposition herum herrschen die besten Bedingungen für die Beobachtung des Roten Planeten – der jetzt noch stets weitgehend vom Sandsturm eingehüllt ist, wie auf dieser Aufnahme.Bild: ESA/Hubble

Und auf der Erde?

Sandstürme auf unserem Heimatplaneten sind viel kleiner als der aktuelle Sturm auf dem Mars. Sie treten vornehmlich in Wüstenregionen wie in Nordafrika, im Nahen Osten oder dem Südwesten der USA auf.

Zum Vergleich: Sandsturm über der Sahara, 2014, fotografiert von der Internationalen Raumstation ISS aus. Bild: NASA

Die Sandsturm-Szene aus dem Film «The Martian» (2015) ist nicht ganz realistisch. Video: YouTube/20th Century Fox

(dhr)