Ein Beitrag von Ralph-Mirko Richter. Quelle: JPL.

Bereits in unserem letzten Bericht über den aktuellen Verlauf der Mission des von der US-amerikanischen Weltraumbehörde betriebenen Marsrovers Opportunity zeigte sich, dass sich die derzeitige Energiesituation des ausschließlich mit Sonnenenergie betriebenen Rovers in Anbetracht des gerade erst zu Ende gehenden Marswinters gegenwärtig als außergewöhnlich positiv darstellt. Hierfür verantwortlich waren in erster Linie verschiedene sogenannte ‚Dust Cleaning Events‘.

Die im Bereich des westlichen Randes des rund 22 Kilometer durchmessenden Endeavour-Kraters – des gegenwärtigen Operationsgebietes des Rovers – fast kontinuierlich wehenden Winde ‚fegten‘ seit dem Februar 2014 mehrfach über die Solarpaneele des Rovers und ‚reinigten‘ diese dabei teilweise von dem zuvor dort abgelagertem Staub. Hierdurch bedingt erreichte in den letzten Wochen immer mehr Sonnenlicht die Oberfläche der Solarpaneele und konnte zur Energiegewinnung genutzt werden.

Dieser Prozess konnte mittlerweile auch mit Aufnahmen belegt werden, welche die an einem Kameramast montierte Panoramakamera von Opportunity von der Oberseite des Roverdecks anfertigte. In den entsprechenden Mosaikaufnahmen ist gut erkennbar, dass der Bedeckungsgrad der Solarpaneele mit Staub in den letzten Monaten deutlich zurückgegangen ist und dass sich die Paneele gegenwärtig in einem ungewöhnlich staubfreien Zustand befinden. Vergleichbar ’saubere‘ Solarpaneele wurden zuletzt im September 2008 registriert.

Hier ein Überblick über die Entwicklung der Energiewerte des Marsrovers Opportunity während der letzten Wochen. Der Tau-Wert steht dabei für die Durchsetzung der Marsatmosphäre mit Staub und Wassereiskristallen. Je mehr Staub sich in der Atmosphäre des Planeten befindet, desto höher fällt dieser Wert aus. Der Wert für die Lichtdurchlässigkeit der Solarzellen gibt dagegen an, wie viel Sonnenlicht die Solarpaneele des Rovers trotz einer bedeckenden Staubschicht erreicht und letztendlich zur Energiegewinnung genutzt werden kann. Bei komplett staubfreien Paneelen würde dieser Wert 100 Prozent betragen. Je niedriger der Tau-Wert und je höher der Faktor für die Lichtdurchlässigkeit ausfällt, desto besser ist dies für den Energiehaushalt des ausschließlich mittels Sonnenenergie betriebenen Rovers.

• 15.04.2014: 0,622 kWh/Tag , Tau-Wert 0,413 , Lichtdurchlässigkeit 83,10 Prozent
• 08.04.2014: 0,642 kWh/Tag , Tau-Wert 0,423 , Lichtdurchlässigkeit 84,30 Prozent
• 01.04.2014: 0,661 kWh/Tag , Tau-Wert 0,433 , Lichtdurchlässigkeit 86,80 Prozent
• 20.03.2014: 0,574 kWh/Tag , Tau-Wert 0,450 , Lichtdurchlässigkeit 77,70 Prozent

Der hier zu erkennende Rückgang um fast 40 Wattstunden pro Tag seit dem 1. April resultiert in erster Linie aus mehreren in den letzten Tagen erfolgten Positionsveränderungen. Aufgrund der extrem günstigen Energiesituation positionierte sich der Rover an den Endpunkten dieser Fahrten an Stellen, welche keine optimale Ausrichtung der Solarpaneele in Richtung Sonne gestatteten. Vielmehr waren die an der Mission beteiligten Wissenschaftler und Ingenieure darum bemüht, im Rahmen dieser Fahrten Oberflächenbereiche zu erreichen, deren Untersuchung eine möglichst hohe wissenschaftliche Ausbeute versprachen.
Am 10. April wurde dabei im Rahmen einer Fahrt über rund acht Meter eine lokale Erhöhung erreicht, von der aus sich den Kameras des Rovers ein spektakulärer Blick über den Endeavour-Krater bot. Am 13. und 14. April wurde die Panoramakamera schließlich dazu eingesetzt, um von hier aus unter der Verwendung verschiedener Farb- und Spektralfilter eine aus mehreren Einzelbildern bestehende Panoramaaufnahme der Umgebung anzufertigen. Nach dem Abschluss dieser Arbeiten setzte der Rover seine Fahrt in die südliche Richtung fort. Hierbei wurden am 15. und 18. April insgesamt weitere rund 34 Meter überbrückt. Eine weitere Fahrt war für den heutigen Missionstag vorgesehen.

Bis zum heutigen Tag, dem Sol 3639 seiner Mission, hat der Rover Opportunity mehr als 38.950 Meter auf der Oberfläche des Mars zurückgelegt und dabei über 191.250 Aufnahmen von der Oberfläche und der Atmosphäre des „Roten Planeten“ aufgenommen und an sein Kontrollzentrum am Jet Propulsion Laboratory (JPL) der NASA in Pasadena/Kalifornien übermittelt.

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Ein Beitrag von Ralph-Mirko Richter. Quelle: University of Arizona.

Bereits seit dem März 2006 umkreist die von der amerikanischen Weltraumbehörde NASA betriebene Raumsonde Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) den Mars und liefert fast täglich neue und immer wieder faszinierende Detailaufnahmen von der Oberfläche unseres äußeren Nachbarplaneten. Die Hauptkamera an Bord des MRO, die von der University of Arizona betriebene HiRISE-Kamera, erreicht dabei mit ihren Aufnahmen eine Auflösung der Planetenoberfläche von bis zu 25 Zentimetern pro Pixel. Durch die Auswertung der Bilder ist es den an der Mission beteiligten Wissenschaftlern unter anderem möglich, gegenwärtig stattfindende Veränderungen auf der Marsoberfläche oder kurzzeitig auftretende atmosphärische Phänomene zu beobachten und näher zu untersuchen.
Am 14. März 2012 gelang es den an der Mission beteiligten Wissenschaftlern dabei zum wiederholten Mal, mit der HiRISE-Kamera einen Minitornado, einen sogenannten Staubteufel, „in Aktion“ abzubilden. Aufgrund des von dem Staubteufel erzeugten Schattenwurfes konnten die für die Bildauswertung zuständigen Wissenschaftler ermitteln, dass sich der am Boden lediglich etwa 70 Meter durchmessende Minitornado bis in eine Höhe von rund 20 Kilometern über die Marsoberfläche erhebt. Somit handelte es sich hierbei um einen selbst für marsianische Verhältnisse extrem groß ausfallenden Vertreter dieser auch auf der Erde zu beobachtenden atmosphärischen Phänomene. Mit seinen Dimensionen übertrifft er einen erst kürzlich ebenfalls in der Mars-Region Amazonis Planitia beobachteten weiteren Staubteufel um ein Vielfaches (Raumfahrer.net berichtete).

Die auf dem Mars zu beobachtenden Staubteufel bilden sich auf die gleiche Art und Weise wie auch auf der Erde. Durch die Sonneneinstrahlung wird die Planetenoberfläche auf einen Temperaturwert aufgeheizt, welcher über der Temperatur der bodennahen Luftschicht liegt. Dadurch bedingt gibt der Boden thermale Energie an die direkt über der Oberfläche befindliche Luftschicht ab, welche anschließend in größere Höhen aufsteigt. Dabei durchdringt die aufsteigende erwärmte Luft weiter oberhalb der Oberfläche befindliche Zonen kühlerer Luftschichten, welche zum selben Zeitpunkt wiederum in Richtung Planetenoberfläche absinkt. Die verschiedenen Luftströmungen bilden im Rahmen dieser gegensätzlichen Bewegungen Konvektionszellen und werden dabei in eine Rotationsbewegung versetzt.

Die so entstehende Luftzirkulation verfügt über genügend Kraft, um den auf der Marsoberfläche abgelagerten Sand in Bewegung zu versetzen. Kleine Sandpartikel, welche dabei über den Boden scheuern, wirbeln nur wenige Mikrometer durchmessende Staubpartikel auf und die zentrale Säule der warmen, aufsteigenden Luftmassen hebt diesen Staub in die Höhe. Durch horizontale, oberflächennahe Winde wird die so entstandene Staubsäule in eine Vorwärtsbewegung versetzt. Frühere, auf Fotoaufnahmen von verschiedenen Orbiter- und Oberflächenmissionen basierende Untersuchungen haben ergeben, dass sich die Staubteufel auf dem Mars mit Geschwindigkeiten von teilweise deutlich über 100 Kilometern pro Stunde fortbewegen können.

Ein interessantes Detail im Zusammenhang mit dieser beeindruckenden Fotoaufnahme ist, dass sich der am 14. März durch den Mars Reconnaissance Orbiter abgebildete Staubteufel zu einem Zeitpunkt bildete, als sich der Mars auf seiner Umlaufbahn um die Sonne im Bereich des Apogäums, dem Punkt der größten Entfernung zum Sonne, befand. Obwohl der Mars somit eigentlich nur ein Minimum an Sonnenergie empfangen konnte, war die einfallende Sonnenstrahlung trotzdem dazu geeignet, um eine für die Entstehung von Staubteufeln ausreichende Temperatur auf der Planetenoberfläche zu erzeugen.

Allerdings hatte der Mars das Apogäum zum Aufnahmezeitpunktmittlerweile passiert und die jetzt wieder zunehmende Sonneneinstrahlung führt dazu, dass sich der Boden unseres Nachbarplaneten wieder stärker erwärmen kann als in den Vormonaten. Die so entstehende Konvektion über dem erwärmten Boden begünstigt gegenwärtig die Bildung von Staubteufeln.

Trotz seiner beeindruckenden Abmessungen wäre selbst ein solcher gigantisch ausfallender Staubteufel auf der Marsoberfläche für einen Menschen viel ungefährlicher als ein auf der Erde auftretender Tornado. Da die Marsatmosphäre im Vergleich zur irdischen Atmosphäre nur über eine sehr geringe Dichte verfügt, wäre selbst die jetzt durch die HiRISE-Kamera abgebildete riesige Kleintrombe kaum in der Lage, einen Menschen umzuwerfen. Allerdings würde der bei dem Aufprall der Staubpartikel einsetzende Schmirgeleffekt sehr wahrscheinlich die Funktionalität des von einem eventuellen Marsbesuchers getragenen Raumanzuges beeinträchtigen.

Die hier gezeigte HiRISE-Aufnahme wurde am 14. März 2012 angefertigt und zeigt die Planetenoberfläche über der Region Amazonis Planitia um 15:02 Uhr lokaler Marszeit. Aus einer Höhe von 295,8 Kilometern erreichte die HiRISE-Kamera dabei eine Auflösung von etwa 59 Zentimetern pro Pixel. Es handelt sich hierbei um eine von bisher etwa 22.000 Aufnahmen dieser Kamera, welche gegenwärtig auf der Internetseite der University of Arizona einsehbar sind.

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Ein Beitrag von Ralph-Mirko Richter. Quelle: University of Arizona. Vertont von Peter Rittinger.

Bereits seit dem März 2006 umkreist der von der amerikanischen Weltraumbehörde NASA betriebene Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) den Mars und liefert fast täglich neue und immer wieder faszinierende Detailaufnahmen von der Oberfläche unseres äußeren Nachbarplaneten. Die Hauptkamera an Bord des MRO, die von der University of Arizona betriebene HiRISE-Kamera, erreicht mit ihren Aufnahmen dabei eine Auflösung der Planetenoberfläche von bis zu 25 Zentimetern pro Pixel. Durch die Auswertung der Bilder ist es den an der Mission beteiligten Wissenschaftlern unter anderem möglich, Veränderungen auf der Marsoberfläche zu beobachten und näher zu untersuchen.
Am 16. Februar 2012 gelang es den an der Mission beteiligten Wissenschaftlern zum wiederholten Mal, mit der HiRISE-Kamera einen Minitornado, einen sogenannten Staubteufel, „in Aktion“ abzubilden. Aufgrund des Schattenwurfes konnte ermittelt werden, dass sich der am Boden etwa 30 Meter durchmessende Minitornado bis in eine Höhe von mehr als 800 Metern erhebt. Somit handelt es sich hierbei um einen für marsianische Verhältnisse eher kleineren Vertreter dieser auch auf der Erde auftretenden atmospärischen Phänomene. Die auf dem Mars auftretenden Minitornados können bei Durchmessern von mehr als einem Kilometer an ihrer Basis durchaus bis in Höhen von 8 bis 10 Kilometern aufsteigen.

Das Besondere an diesem Staubteufel ist jedoch seine gewundene Struktur, welche dadurch hervorgerufen wurde, dass in unterschiedlichen Höhen über der Planetenoberfläche unterschiedliche Windströmungen vorherrschten. Die am Boden vorherrschende Windrichtung trieb den Tornado in die südöstliche Richtung. Die auf der Oberfläche hinterlassenen Spuren von weiteren Staubteufeln zeigen, dass dies die in dieser Region vorherrschende Windrichtung ist. In etwa 250 Metern Höhe führte eine aus der westlichen Richtung kommende Luftströmung jedoch dazu, dass der hier abgebildete Staubteufel ab dieser Höhe einen „Bogen“ in die östliche Richtung schlug.

Die auf dem Mars zu beobachtenden Staubteufel bilden sich auf die gleiche Art und Weise wie auch auf der Erde. Durch die Sonneneinstrahlung wird die Planetenoberfläche auf einen Temperaturwert aufgeheizt, welcher über der Temperatur der bodennahen Luftschicht liegt. Daraufhin gibt der Boden Wärme an die direkt über der Oberfläche befindliche Luft ab, welche dadurch bedingt nach oben steigt. Dabei durchdringt die erwärmte Luft weiter oberhalb der Oberfläche befindliche Zonen kühlerer Luft, welche in Richtung Planetenoberfläche absinkt. Die verschiedenen Luftströmungen bilden Konvektionszellen und werden dabei in eine Rotationsbewegung versetzt.

Diese Luftzirkulation verfügt über genügend Kraft, um den auf der Oberfläche abgelagerten Sand in Bewegung zu versetzen. Sandpartikel, welche dabei über den Boden scheuern, wirbeln nur wenige Mikrometer durchmessende Staubpartikel auf und die zentrale Säule der warmen, aufsteigenden Luftmassen hebt diesen Staub weiter nach oben. Durch horizontale, oberflächennahe Winde wird die so entstandene Staubsäule in eine Vorwärtsbewegung versetzt.

Frühere, auf Fotoaufnahmen von verschiedenen Orbiter- und Oberflächenmissionen basierende Untersuchungen haben ergeben, dass sich die Staubteufel auf dem Mars mit Geschwindigkeiten von teilweise deutlich über 100 Kilometern pro Stunde fortbewegen können.

Interessant ist außerdem, dass sich dieser Staubteufel zu einem Zeitpunkt bildete, als sich der Mars auf seiner Umlaufbahn um die Sonne im Bereich des Apogäums, dem Punkt der größten Entfernung zum Sonne, befand. Obwohl der Mars somit nur ein Minimum an Sonnenergie empfangen konnte, war die einfallende Sonnenstrahlung trotzdem dazu geeignet, um einen für die Entstehung von Staubteufeln ausreichende Temperatur auf der Oberfläche zu erzeugen.

Die hier dargestellte Aufnahme wurde am 16. Februar 2012 angefertigt und zeigt die Planetenoberfläche um 15:00 lokaler Marszeit. Aus einer Höhe von 307,7 Kilometern erreichte die HiRISE-Kamera dabei eine Auflösung von etwa 30,8 Zentimetern pro Pixel. Es handelt sich hierbei um eine von bisher über 21.700 Aufnahmen dieser Kamera, welche auf der Internetseite der University of Arizona einsehbar sind.

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