Video: So hörte es sich an, als ein Sandteufel auf den Marsrover Perseverance traf. Quelle: NPG Press

Außerirdische Höreindrücke: Der Rover Perseverance hat die Geräusche eines staubbeladenen Mini-Tornados auf dem Mars aufgezeichnet. Die säuselnde Begegnung mit dem Staubteufel wurde gleichzeitig von einer Kamera und Sensoren erfasst. Durch die Kombination der Daten konnte ein Forscherteam dann die Merkmale des etwa 25 Meter breiten Luftwirbels genauer bestimmen. Die Informationen können zum Verständnis des atmosphärischen Staubtransports beitragen und haben damit auch eine Bedeutung für die Erkundung des Mars, sagen die Wissenschaftler.

Wie gespenstische Schläuche ziehen sie durch die Landschaft: Auf der Erde sind vor allem in Trockenregionen manchmal kleine Luftwirbel unterwegs, die sich durch ihre Fracht bemerkbar machen – sie ziehen Staubpartikel in die Höhe und befördern sie mit sich. Deshalb werden die kleinen Verwandten der Tornados auch Staubteufel genannt. Bereits seit einiger Zeit ist bekannt, dass diese atmosphärischen Phänomene auch über die Oberfläche unseres Nachbarplaneten wirbeln. Sie entstehen, wenn warme Marsluft nahe der Oberfläche aufsteigt und zu rotieren beginnt. Allein im Jezero-Krater hat der Marsrover Perseverance seit seiner Landung im Februar 2021 schon rund 100 Staubteufel gesichtet. Jetzt hat er allerdings erstmals auch ein Exemplar akustisch erfasst, berichtet das internationale Forscherteam.

Der Wirbel zog demnach am 27. September 2021 direkt über den Rover hinweg und wurde dabei von einem Mikrofon „belauscht“, das zu dem mit verschiedenen Instrumenten ausgerüsteten „Sensoren-Kopf“ von Perseverance gehört. „Wir können auch anhand von Schallinformationen einiges lernen. Außerdem lässt sich ein Eindruck davon gewinnen, wie es auf dem Mars so ist“, sagt Senior-Autor Roger Wiens von der Purdue University in West Lafayette. Wie er und seine Kollegen berichten, ist das Mikrofon nicht ständig eingeschaltet, sondern nimmt alle paar Tage etwa drei Minuten lang das Soundambiente am Standort auf. So wurden bereits „normale“ Windgeräusche erfasst. Dass das Mikrofon gerade eingeschaltet war, als ein Staubteufel über Perseverance hinweg wirbelte, war also ein Glücksfall, betont Wiens. Gleichzeitig wurde die Begegnung auch von der Navigationskamera des Rovers und von mehreren anderen Sensoren erfasst, sodass eine komplexere Analyse des Ereignisses möglich wurde.

Perseverance belauscht ein „windiges Alien“

In der Tonaufnahme ist eine Abfolge von zwei Windgeräuschen und ein leichtes Prasseln zu hören. Das erste Aufbrausen entstand offenbar, als das Wirbel-Gebilde beim Mikrofon eintraf. Danach folgte eine kurze Stille – sie ist auf die Flaute im Auge des kleinen Tornados zurückzuführen, erklären die Forscher. Darauf folgte wenige Sekunden später ein weiteres Brausegeräusch, das der entgegengesetzt gerichtete Luftstrom des „hinteren“ Teils des Sandteufels auf seinem Weg verursachte. Außerdem waren die Einschläge von Staubpartikeln zu hören, die der Wirbel mit sich führte, berichten die Wissenschaftler.

Aus der Kombinationen der Informationen mit den Aufnahmen der Kamera und den weiteren Sensordaten sowie durch Modellierungen konnten die Wissenschaftler den Staubteufel dann schließlich charakterisieren. Er war demnach etwa 25 Meter breit, reichte über 100 Meter in die Höhe und war mit einer Geschwindigkeit von rund 20 Kilometern pro Stunde unterwegs. „In ihm erreichte die Windgeschwindigkeit rund 40 Kilometern pro Stunde, was in etwa dem entspricht, was man bei einem Staubteufel auf der Erde feststellen kann“, sagt Wiens. „Der Unterschied besteht allerdings darin, dass der Luftdruck auf dem Mars so viel niedriger ist als bei uns. Dadurch sind die Winde zwar schnell, sie erzeugen aber nur etwa ein Prozent des Drucks, den die gleiche Windgeschwindigkeit auf der Erde zufolge hätte. Auf dem Mars reicht er allerdings aus, um Partikel in die Luft zu schleudern und einen Staubteufel zu erzeugen“, so der Wissenschaftler.

Einblick in staubige Dynamiken

Die Ergebnisse können nun zum Wissen über die atmosphärische Dynamik unseres Nachbarplaneten beitragen, sagen die Wissenschaftler: „Ein besseres Verständnis des Staubauftriebs und des atmosphärischen Transports ist der Schlüssel für eine genaue Simulation des Partikelkreislaufs und für die Vorhersage von Staubstürmen. Außerdem ist das Verständnis für die künftige Erforschung wichtig, da Körnereinschläge mit der Degradation von Hardware auf der Marsoberfläche in Verbindung gebracht werden“, schreibt das Team.

Günstige Effekte sind aber offenbar ebenfalls möglich: Denn durch Windbewegungen kann abgelagerter Staub auch wieder weggewirbelt werden. So könnten etwa Brisen den Staub von den Solarpanels anderer Rover – insbesondere Opportunity und Spirit – weggeblasen haben. „Die Rover-Teams verzeichneten einen langsamen Leistungsabfall über mehrere Tage bis Wochen, dann kam es aber zu einem Sprung. Das war wohl, als der Wind die Solarpaneele abräumte“, sagt Wiens. Auf reinigende Luftwirbel lässt sich aber offenbar nicht überall hoffen. „Genau wie auf der Erde gibt es auch auf dem Mars in verschiedenen Gebieten unterschiedliche Wetterbedingungen“, so Wiens. In der Region Elysium Planitia, wo die InSIght-Mission gelandet ist, wurde beispielsweise bisher kein Staubteufel gesichtet.

Um weitere Einblicke in die Merkmale dieser atmosphärischen Phänomene auf dem Mars zu gewinnen, hoffen die Wissenschaftler nun auf weitere Glücksfälle im Verlauf der Perseverance-Mission: Zusätzliche Mikrofonaufzeichnungen von Begegnungen mit Staubteufeln könnten vergleichende Untersuchungen ermöglichen, so die Forscher.

Quelle: Purdue University, Fachartikel: Nature Communications, doi: 10.1038/s41467-022-35100-z

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