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Zum ersten Mal hat ein Rover auf dem Mars das elektrische Knistern staubgetriebener Blitze und sogar winzige Überschallknalle aufgezeichnet — eindeutiger Beleg dafür, dass der Rote Planet bei heftigem, staubigem Wetter reale elektrische Entladungen erzeugen kann. Die Entdeckung, gemacht mit Nasa's Perseverance‑Rover, zeigt, wie Wind und Staub in der dünnen, kohlenstoffdioxidreichen Marsatmosphäre zusammenwirken und elektrische Ladungen aufbauen, die sich entladen.
Wie Mars einen Schock erzeugt: Elektrizität ohne Wasser
Gewitterblitze auf der Erde sind meist an hohe, feuchte Wolken und große Mengen Wasser gekoppelt. Elektrizität benötigt jedoch nicht zwingend Wasser. Auch auf der Erde können vulkanische Aschenwolken, Staub‑ und Sandstürme oder andere Partikelwolken Ladungen aufbauen, wenn Partikel zusammenstoßen und sich durch Reibung aufladen (triboelektrischer Effekt). Planetare Wissenschaftler vermuteten schon lange, dass vergleichbare physikalische Prozesse auch auf dem Mars stattfinden könnten — trotz der deutlich dünneren Atmosphäre und des nahezu fehlenden Wasserdampfes — doch der direkte Nachweis fehlte bislang.
Diese Lücke hat sich nun geschlossen. Über zwei Marsjahre Beobachtungszeit hat Perseverance 55 kurze elektrische Ereignisse während staubiger, windiger Bedingungen protokolliert. Sieben dieser Ereignisse wurden vom SuperCam‑Mikrofon des Rovers in voller Detailtiefe aufgezeichnet und lieferten sowohl ein elektromagnetisches Signaturmuster als auch einen kurzen akustischen ‚Nachklang‘ — einen winzigen Donnerschlag, der entsteht, wenn um die Entladung herum erhitzte Luft sich ausdehnt.
Die winzigen Funken nachweisen: SuperCam und Signatur‑Fingerabdrücke
Das SuperCam‑Mikrofon an Bord von Perseverance war dabei der Schlüssel. Das Instrument ist so ausgelegt, dass es Schall aufzeichnet und elektromagnetische Störungen detektieren kann. Für die identifizierten Ereignisse zeigte sich ein charakteristischer Ablauf: ein abruptes elektronisches Störsignal, sobald die Entladung in elektrische Leitungen einkoppelt, gefolgt von einem etwa 8 Millisekunden dauernden Ringdown und in sieben Fällen einem leisen akustischen Impuls, der zu einem sehr kleinen Schockknall passt.
Ein Diagramm, das winzige Blitzentladungen auf dem Mars veranschaulicht
Um die Herkunft dieser Signale zu verifizieren, führten die Forschenden Reproduktionsversuche mit einem SuperCam‑Nachbau im Labor auf der Erde durch. Mithilfe einer Wimshurst‑Maschine erzeugten sie kleine elektrische Entladungen neben der Mikrofonkopie und rekonstruierten dabei dieselben elektronischen Blips und Ringdown‑Profile wie auf dem Mars. Diese Laborversuche stärkt die Interpretation, dass Perseverance tatsächlich elektrische Entladungen aufgezeichnet hat und dass es sich nicht um instrumentelles Rauschen oder andere Artefakte handelt.
Wann und wo die Funken auftreten
Allein Staub reicht nicht automatisch für Entladungen. Die Analyse zeigt, dass 54 der 55 registrierten Ereignisse zeitlich mit den obersten 30 % der vom Rover gemessenen Windgeschwindigkeiten zusammenfielen, und die meisten Ereignisse häuften sich in der Nähe von Staubsturmsfronten. Sechzehn der Ereignisse traten im Zusammenhang mit Staubteufeln (dust devils) auf — aufrecht stehende Wirbel, die Partikel in die Luft schleudern und durch häufige Zusammenstöße die Aufladung von Teilchen beschleunigen.
Die gemessenen Energien sind im Vergleich zu typischen Erdblitzen extrem klein. Sechs der sieben akustischen Ereignisse entsprechen Entladungen im Bereich von ungefähr 0,1 bis 150 Nanojoule; ein größeres Ereignis erreichte ungefähr 40 Millijoule und passt zu einer Entladung, die in das Rovergehäuse selbst eingeschlagen haben könnte — vermutlich ausgelöst durch lokal entstandene Ladungsunterschiede, etwa wenn Partikel an Bauteilen von Perseverance reiben und dort eine höhere lokale Ladung aufbauen.
Warum das wichtig ist: Technik, Chemie und Astrobiologie
Für die Praxis der Raumfahrttechnik ergeben sich unmittelbare Konsequenzen. Die Erkenntnis, dass elektrische Entladungen — wenn auch sehr klein — in Bodennähe auftreten können, beeinflusst das Design zukünftiger Lander, Habitatmodule und Instrumente. Technische Systeme müssen gegen statische Aufladung und kleine Funken geschützt werden, vor allem während planetenumspannender Staubstürme oder intensiver lokaler Staubfronten. Geeignete Erdungskonzepte, leitfähige Beschichtungen, Abstandskriterien für empfindliche Kontakte und redundante Sensorlogik sind Aspekte, die bei Materialwahl und Tests berücksichtigt werden sollten.
Über die Hardware hinaus verändert atmosphärische Elektrizität auch die Chemie der Marsoberfläche und -nähe. Auf der jungen Erde gilt Gewitterelektrizität als ein möglicher Treiber für präbiotische Synthesen, weil Blitze reaktive Vorläufermoleküle erzeugen können, die in Richtung komplexer organischer Verbindungen führen. Die Bestätigung kleiner Blitzentladungen auf dem Mars erlaubt Modellierern, elektrische Reaktionspfade in Simulationen der Mars‑Nahe‑Oberflächenchemie zu integrieren. Das kann zu revidierten Abschätzungen für die Bildung von reaktiven Molekülen, Radikalen und Oxidantien während Staubereignissen führen — Werte, die relevant sind für die Interpretation von Sondenmessungen zur organischen Chemie und möglichen Umweltbedingungen, die für Leben relevant wären.
Das Team verwendete eine Wimshurst‑Maschine, um neben einer Nachbildung von Perseverances SuperCam winzige elektrische Entladungen zu erzeugen.
Missioneller Kontext und wissenschaftliche Methoden
Die Studie wurde von dem Planetenforscher Baptiste Chide (Universität Toulouse) und seinem Team geleitet. Sie werteten 28 Stunden an SuperCam‑Mikrofonaufnahmen aus, die sich über zwei Marsjahre erstrecken. Die Methodik kombinierte In‑situ‑Datenanalyse mit Labornachbildungen und mit Kontextdaten des Rovers — darunter lokale Windgeschwindigkeit, Konzentration feiner Staubpartikel und die zeitliche Abfolge von Staubereignissen — um elektrische Aktivität präzise mit bestimmten Wetterlagen zu korrelieren.
Die Forschenden heben hervor, dass die meisten Entladungen in Bodennähe auftreten, wo der atmosphärische Druck vergleichsweise höher ist als in größeren Höhen — eine Vorhersage, die bereits lange von atmosphärischen Modellen vorgeschlagen wurde. Aktive Oberflächenmessungen wie die von Perseverance ermöglichen es, diese Modelle erstmals direkt zu validieren und Parameter zu kalibrieren, die zuvor nur theoretisch abgeschätzt werden konnten.
Auswirkungen für zukünftige Mars‑Missionen
Planer künftiger Missionen müssen berücksichtigen, wie sich elektrostatische Ladungen an Reifenprofilen, Instrumentenauslegern und Solarpanels aufbauen — vor allem bei planetenumspannenden Staubstürmen oder intensiven lokalen Staubfronten. Kleine Funken könnten Kontakte korrodieren, Messwerte stören oder empfindliche Experimente verfälschen, etwa solche, die organische Spuren nachweisen sollen. Ebenso wichtig sind Prüfstände, die Materialalterung unter Mars‑Staub‑ und Entladungsbedingungen simulieren und mechanische Komponenten auf unerwartete Ladungsansammlungen testen.
Wissenschaftlich motiviert die neue Evidenz eine Verfeinerung atmosphärischer Modelle, die elektrische Phänomene einschließen und deren chemische Konsequenzen berechnen. Solche erweiterten Modelle helfen, die Produktion von Oxidanten während Staubereignissen vorherzusagen, die kurzzeitige Chemie in Stürmen zu quantifizieren und mögliche Wege für die Bildung komplexerer Moleküle zu identifizieren. Das verbessert die Interpretation von Messdaten zu Spurengasen, Radikalen und organischen Verbindungen durch Orbiter und Lander.
Experteneinschätzung
„Diese Beobachtungen verändern unsere Sicht auf das Mars‑Nahraumklima“, sagt Dr. Elena Morales, Atmosphärenwissenschaftlerin und nicht an der Studie beteiligt. „Wir haben jetzt konkrete Belege, dass transiente elektrische Ereignisse — ausgelöst durch Wind und Staub — in Größenordnungen auftreten, die sowohl für die Zuverlässigkeit von Hardware als auch für die atmosphärische Chemie relevant sind. Zukünftige Lander sollten unter simulierten Mars‑Staubstürmen auf elektrostatische Belastbarkeit getestet werden.“
Dr. Morales ergänzt, dass die Integration der Chemie elektrischer Entladungen in Klimamodelle bislang übersehene Reaktionswege aufdecken könnte, die wichtig sind, um die Verteilung von Oxidantien und Spurorganika auf dem Mars besser zu verstehen. Damit wird die Interpretation von organischen Messbefunden und deren potenziellen Herkunft differenzierter möglich.
Was als Nächstes geplant ist
Folgende Schritte sind in Planung: gezielte Überwachung während der staubintensivsten Jahreszeiten, der Einsatz zusätzlicher Instrumente zur Kreuzvalidierung elektrischer Signaturen und erweiterte Laborversuche, die marsähnlichen Druck, Partikelzusammensetzung und Windbedingungen nachbilden. Ergänzend dazu sollen Feldversuche mit größeren Partikelsätzen und unterschiedlichen Materialpaarungen durchgeführt werden, um genauer zu bestimmen, welche Partikelgrößen und Mineralogien besonders effizient Ladung transferieren.
Mit zunehmender Menge an Oberflächen‑ und Orbiterdaten erwarten Forschende, die Energiehaushalte, räumliche Verteilung und Häufigkeit dieser Entladungen weiter zu verfeinern. Diese Erkenntnisse werden helfen, die potenziellen Auswirkungen auf Habitabilitätsstudien, auf die Beständigkeit organischer Moleküle und auf die Technikentwürfe künftiger Missionen besser abzuschätzen.
Quelle: sciencealert
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