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Autor: Ralph-Mirko Richter / 30. August 2009, 18:30 Uhr

Staubsturm beeinträchtigt Spirits Energieaufnahme

In den letzten Tagen hat sich westlich des Gusev-Kraters, dem Operationsgebiet des Marsrovers Spirit, ein lokaler Staubsturm gebildet, welcher momentan den nördlichen Kraterrand streift. Dadurch kommt es zu einer Beeinträchtigung der Energiesituation des Rovers, welche allerdings zum jetzigen Zeitpunkt noch keine direkte Bedrohung darstellt.

Quelle: JPL, Malin Space Science Systems, Planetary Society
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NASA, JPL, Cornell-University, Animation und Farbgebung: Peter Greutmann

Bild vergrößernDer Sonnenuntergang über dem Gusev-Krater am 20.August 2009. Die Sonne ist bereits etwa 10 Minuten vor dem eigentlichen Untergang nicht mehr durch die Staubschicht hindurch zu erkennen.
(Bild: NASA, JPL, Cornell-University, Animation und Farbgebung: Peter Greutmann)
Zu Beginn des Jahres 2009 lag die tägliche generierte Energiemenge des ausschließlich solarbetriebenen Marsrovers Spirit noch bei knapp unter 200 Wattstunden pro Tag (0,2 kWh). Dies war ein Wert, welcher sich lediglich knapp oberhalb der theoretisch benötigten Minimalgrenze von etwa 185 Wattstunden/Tag befand. Infolge mehrerer Windstöße, sogenannter "Cleaning Events", welche die Solarpaneele teilweise von einer bedeckenden Staubschicht reinigten, und dem durch ein Fortschreiten der Jahreszeit hin zum Sommer bedingten höheren Sonnenstand stieg dieser Wert bis Ende April 2009 auf tägliche 372 Wattstunden an.

Schon vorher stand Spirit wieder genügend Energie zur Verfügung, um seine Fahrt nach dem Ende des Marswinters erneut aufzunehmen. In den folgenden Monaten erfolgten dann mehrere teilweise sehr starke Cleaning Events, welche die Solarflächen nahezu komplett von der Staubschicht befreiten. Als Folge davon stieg der Energiewert am 24. Juni 2009 auf geradezu sagenhafte 945 Wattstunden/Tag an, einen Wert, welchen der Rover seit den Tagen seiner Landung auf dem Mars am 4. Januar 2004 nicht mehr erreicht hatte.

NASA, JPL

Bild vergrößernDeutlich erkennt man auf diesem Foto vom 17. August 2009 den Schatten des Instrumentenarmes von Spirit. Der Himmel war zu diesem Zeitpunkt noch relativ staubfrei.
(Bild: NASA, JPL)
Dies war allerdings auch dringend nötig. Bereits Ende April 2009 hatte Spirit sich auf der Fahrt zu seinen nächsten Forschungszielen, dem vermeintlichen Vulkankrater "Goddard" und der Spitzkuppe "von Braun" in einer Sandfalle festgefahren. Alle in den folgenden Tagen durchgeführten Befreiungsversuche der für die Steuerung des Rovers verantwortlichen Roverdriver des JPL waren nicht von Erfolg gekrönt. Aufgrund der sich jetzt ergebenden sehr positiven Energiesituation war die Projektleitung der Spirit-Mission allerdings davon überzeugt, dass Spirit den kommenden Marswinter auch an seiner jetzigen Position überstehen könne, falls es in den kommenden Monaten nicht gelingen sollte, den Rover wieder auf sicheren Untergrund zu manövrieren. Die Voraussetzung hierfür wäre jedoch, dass die Solarpaneele nicht erneut durch von einem Sturm aufgewirbelten Staub verschmutzt werden. Genau dies ist im Moment leider der Fall.

Durch extreme Temperaturunterschiede bedingte Aufwirbelungen feiner Staub- und Sandpartikel in die Atmosphäre können auf dem Mars theoretisch zu jedem Zeitpunkt auftreten. Besonders häufig geschieht dies jedoch während des Spätfrühlings und Sommers auf der Südhalbkugel und des frühen Sommers auf der Nordhälfte des Planeten. Obwohl auf dem Mars somit gerade die Zeit der Staubstürme herrscht, der Planet befindet sich auf seiner Umlaufbahn in Sonnennähe und auf der Südhälfte herrscht Sommer, entwickelte sich das Wetter in den letzten Monaten eher ruhig.

Die Kameras des Mars Reconnaissance Orbiters, aus deren Bildern die NASA regelmäßige Mars-Wetterreporte erstellt, konnten lediglich kleinere und fast ausschließlich auf die mittleren nördlichen Breiten des Mars begrenzte Staubstürme ausmachen. Diese Stürme, welche nur über eine relativ kurze Lebensdauer von mehreren Tagen verfügten, stellten somit bisher keine Beeinträchtigung für die beiden aktiven Marsrover dar.

NASA, JPL

Bild vergrößernAm 25. August 2009 war der Schatten des Instrumentenarmes dagegen kaum noch zu erkennen.
(Bild: NASA, JPL)
Mitte August begann sich die Situation jedoch zu ändern. Zuerst bildete sich nordöstlich von Spirits Operationsgebiet über dem Amazonis Planitia und dem südlichen Arcadia Planitia ein Staubsturm. Malin Space Science Systems, die "Herausgeber" des wöchentlichen Mars-Wetterreports, sprachen dabei von einem "großen Sturm". Bis zum 16. August 2009 wurde der Himmel über dem Gusev-Krater trotzdem noch als "relativ klar" bezeichnet. Allerdings begannen sich die Werte für die Energiegenerierung und die Lichtdurchlässigkeit der Atmosphäre langsam zu verschlechtern. In den folgenden Tagen wanderte dieser Sturm dann aber in nordöstliche Richtung, weg von Spirits Position, und stellte keine direkte Bedrohung mehr dar. Gleichzeitig bildete sich aber Ende letzter Woche ein weiterer Staubsturm, diesmal westlich von Spirits Standort. Er entwickelte sich südlich des Elysium Planitia und bewegte sich von dort aus in östliche Richtung direkt auf den nördlichen Rand des Gusev-Kraters zu.

Als Folge dieser Bewegung kam es in den Atmosphärenschichten über Spirits Standort zu einer Anreicherung mit Staub und dadurch bedingt zu einer nicht unerheblichen Verminderung der täglich generierten Energiemenge. Der Tau-Wert der Marsatmosphäre stieg rasant an, während gleichzeitig der Lichtdurchlässigkeits-Wert der Solarpaneele abnahm. Mit dem Tau-Wert wird die Durchsetzung der Atmosphäre mit Staub angegeben. Je höher dieser Wert ist, desto mehr Staub befindet sich in der Luft. Die Lichtdurchlässigkeit wiederum benennt den Bedeckungsgrad der Solarpaneele mit Staub. Ein höherer Wert bedeutet hier, dass mehr Sonnenlicht diese Staubschicht durchdringen und zur Energiegenerierung genutzt werden kann.

Welche Auswirkungen diese Entwicklung auf die momentane Energiesituation von Spirit hat, zeigt die folgende Auflistung:

  • 12.08.2009: 0,895 kWh/Tag, Tau-Wert 0,352 , 84,40 Prozent Lichtdurchlässigkeit
  • 19.08.2009: 0,744 kWh/Tag, Tau-Wert 0,718 , 83,15 Prozent Lichtdurchlässigkeit
  • 24.08.2009: 0,392 kWh/Tag, Tau-Wert 2,500 , 70,00 Prozent Lichtdurchlässigkeit
  • 25.08.2009: 0,322 kWh/Tag, Tau-Wert 2,610 , 65,80 Prozent Lichtdurchlässigkeit
Besonders auffällig ist hierbei die rasante Verschlechterung der Werte, speziell des Staubanteils in der Atmosphäre, seit Beginn dieser Woche. Zu diesem Zeitpunkt erreichten anscheinend die ersten Ausläufer des Sturmgebietes den Gusev-Krater. Das JPL gab in einer Pressemitteilung bekannt, dass die letzten Fotos des Mars Reconnaissance Orbiters darauf hindeuten, dass dieser Staubsturm bald wieder nachlassen sollte. Allerdings, so das JPL weiter, wird der Himmel über Spirit auch in den nächsten Tagen weiterhin staubverhangen bleiben. Die Aktivitäten des Rovers wurden deshalb vorsichtshalber vorläufig eingeschränkt. Mit dem Nachlassen des Sturmes, so die Einschätzung, sollte der Energiewert wieder ansteigen.

Allerdings gibt der Bedeckungsgrad der Solarpaneele Anlass zur Sorge. Bereits jetzt erreichen lediglich noch 66 Prozent des einfallenden Sonnenlichtes die Oberfläche der Solarzellen und kann somit für die Energiegenerierung genutzt werden. Dieser Wert wird auch nach dem Abflauen des Sturmes noch weiter sinken, da der in der Marsatmosphäre befindliche Staub sich wieder auf der Planetenoberfläche und somit leider auch sehr wahrscheinlich auf den Solarpaneelen von Spirit ablagern wird.

NASA, JPL, Cornell-University, Animation: Raumfahrer.net

Bild vergrößernDer westliche Horizont: In der ersten Aufnahme vom 22. August erkennt man sehr deutlich den dunklen Rand des Gusev-Kraters. In der zweiten Aufnahme vom 27. August ist dieser durch die Staubschicht in der Atmosphäre nur noch undeutlich erkennbar. Beide Aufnahmen wurden gegen 11:50 Uhr lokaler Marszeit angefertigt.
(Bild: NASA, JPL, Cornell-University, Animation: Raumfahrer.net)
Momentan ist Spirit von dieser Situation nicht direkt bedroht. Der Rover hat in der Vergangenheit mehrfach gezeigt, dass er auch mit einem deutlich geringeren Energiewert als dem momentan zur Verfügung stehenden seine anstehenden Aufgaben auf dem Mars erfüllen kann. Es bleibt allerdings zu hoffen, dass diese Entwicklung keine negativen Auswirkungen auf die zukünftige Lage von Spirit haben wird. Um während der Marswinter mit einer entsprechend tief über dem nördlichen Horizont stehenden Sonne genügend Energie gewinnen zu können, nahm der Rover bisher immer an einem nach Norden ausgerichteten Berghang ein sogenanntes "Winterquartier" ein.

Diese Möglichkeit scheint diesmal nicht gegeben zu sein. Selbst wenn es gelingen sollte, Spirit in absehbarer Zeit aus der Sandfalle, in welcher er immer noch gefangen ist, zu befreien, so befindet sich in der unmittelbaren Umgebung kein geeigneter Berghang, um dort den Winter zu verbringen. Spirit wird also aller Voraussicht nach darauf angewiesen sein, dass die Solarzellenflächen im nächsten Marswinter nicht allzu sehr mit Staub bedeckt sind. Auch muss bedacht werden, dass die momentane Entwicklung ein Hinweis auf die Tatsache ist, dass die diesjährige Staubsturm-Saison auf dem Mars noch nicht beendet ist.

Unabhängig davon stellt das Auftreten solcher Wetterphänomene immer wieder eine gute Gelegenheit dar, die sehr dynamische Meteorologie des Mars und die zugrundeliegenden Ursachen und Zusammenhänge zu untersuchen. Zweifelsfrei übt der Staub einen großen Einfluss auf kurzzeitige Wetterphänomene und die Oberflächengeologie des Mars aus. Diesen Beitrag möglichst vollständig zu verstehen, hat für die zukünftigen Missionen auf der Marsoberfläche eine große Bedeutung.

Update: Einer bisher unbestätigten Meldung zufolge verbesserte sich der Tau-Wert über Spirits Standort, dem Gusev-Krater, am 30. August 2009 (oder auch Sol 2.011 der Mission) auf einen Wert von jetzt wieder 1,186. Sollte sich diese Nachricht bestätigen, so wäre dies ein sicheres Anzeichen dafür, dass der aktuelle Staubsturm entweder im Abflauen begriffen oder mittlerweile zumindestens an Spirit vorbeigezogen ist.

Verwandte Meldungen Raumcon: Internetseite des JPL
 
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