Das Team von Baptiste Chide vom Institut für Forschung in Astrophysik und Planetologie nutzte das Mikrofon des Rovers Perseverance, um unerwartete Signale einzufangen. Während 29 Stunden Aufzeichnung über zwei Marsjahre hinweg wurden 55 elektrische Ereignisse identifiziert. Diese Signale äußern sich durch eine Interferenz in der Elektronik des Mikrofons, gefolgt von einer echten Schockwelle, die durch die Entladung erzeugt wird. Diese akustische Methode ermöglichte es, Phänomene zu erfassen, die den traditionellen Instrumenten entgangen waren.
Illustration eines Blitzes, der während eines Staubsturms auf dem Mars einschlägt.
Bildnachweis: NASA
Diese marsianischen elektrischen Entladungen unterscheiden sich radikal von denen auf der Erde. Auf unserem Planeten entstehen Blitze hauptsächlich durch die Reibung zwischen Eisteilchen in den Wolken. Auf dem Mars ist es die Reibung der Staubkörner, die durch Winde oder Wirbel aufgewirbelt werden, die Elektrizität erzeugt. Daniel Mitchard, Physiker an der Universität Cardiff, erklärt, dass die Entladungsschwelle, die mit dem atmosphärischen Druck zusammenhängt, auf dem Roten Planeten viel niedriger ist (Erklärung am Ende des Artikels). Daher sind die marsianischen Blitze schwächer und näher an der Oberfläche.
Die Mehrheit der aufgezeichneten Ereignisse fällt mit starken Winden oder dem Vorbeiziehen von Staubwirbeln in der Nähe des Rovers zusammen. Diese enge Verbindung mit lokalen Stürmen deutet darauf hin, dass die Entladungen die Chemie des Mars beeinflussen könnten. Oxidationsmittel wie Wasserstoffperoxid, deren Vorhandensein unerklärt war, könnten durch diese elektrischen Phänomene erzeugt werden, was Folgen für die Suche nach Lebensspuren hat (siehe unten).
Diese Blitze visuell einzufangen, bleibt schwierig. Viele ereignen sich tagsüber, sind sehr kurz und oft durch Staub verdeckt. Die größten Entladungen, die vom Rover selbst stammen, sind nur einige Dutzend Zentimeter lang. Um sie zu beobachten, wären Hochgeschwindigkeits- und Hochauflösungskameras nötig, die derzeit auf dem Mars fehlen. Diese Einschränkung eröffnet jedoch den Weg für künftige besser ausgestattete Missionen.
Über den Mars hinaus erweitert diese Entdeckung die Perspektiven. Es ist das erste Mal, dass elektrische Entladungen auf einem anderen Gesteinsplaneten als der Erde entdeckt wurden. Ähnliche Phänomene könnten auf der Venus oder auf Titan, dem Saturnmond, existieren. Auf dem Mars könnte die Aufladung von Staub die Stürme sogar verstärken, indem sie das Aufwirbeln von Partikeln erleichtert, und so eine Rolle im globalen Klimazyklus spielen.
Die Auswirkungen auf die Raumfahrt sind direkt. Indem sie die Energie dieser Entladungen quantifizieren, können Ingenieure künftige Missionen besser schützen, einschließlich der Raumanzüge für Astronauten. Die Studie, veröffentlicht in Nature, markiert einen Schritt in unserem Verständnis der Marsumgebung. Sie erinnert daran, dass selbst auf scheinbar ruhigen Planeten Elektrizität unerwartet auftreten kann.
Die elektrische Entladungsschwelle auf dem Mars
Die Entladungsschwelle, oder 'breakdown threshold', ist ein Schlüsselkonzept, um zu verstehen, warum Blitze auf dem Mars sich von denen auf der Erde unterscheiden. Sie stellt die Menge an elektrischer Ladung dar, die notwendig ist, damit sich eine Partikelwolke in der Atmosphäre entlädt. Auf der Erde beträgt der atmosphärische Druck etwa eine Atmosphäre, was die Luft isolierender macht. Daher sind etwa drei Megavolt pro Quadratmeter nötig, damit ein Blitz entsteht, was erhebliche Ladungsansammlungen in Gewitterwolken erfordert.
Auf dem Mars beträgt der Druck an der Oberfläche nur 0,006 Atmosphären, was die isolierende Wirkung der Luft erheblich reduziert. Folglich ist die Entladungsschwelle viel niedriger, bei etwa 15 Kilovolt pro Quadratmeter. Dieser Unterschied bedeutet, dass geringere Ladungsmengen, die durch die Reibung von Staub erzeugt werden, ausreichen, um elektrische Entladungen auszulösen. Deshalb sind die marsianischen Blitze schwächer und stärker auf die Oberflächennähe beschränkt.
Die Zusammensetzung der Atmosphäre spielt ebenfalls eine Rolle. Die irdische Atmosphäre, reich an Stickstoff und Sauerstoff, ist ein guter elektrischer Isolator. Auf dem Mars besteht die Atmosphäre hauptsächlich aus Kohlendioxid, was die elektrischen Eigenschaften verändert. Diese kombinierten Faktoren erklären, warum Entladungen auf dem Mars eher statischen Funken ähneln als den großen irdischen Blitzen, mit Auswirkungen auf die Sicherheit von Ausrüstung bei Missionen.
Das Verständnis dieser Schwelle hilft, vorherzusagen, wo und wann diese Phänomene auftreten können, was für künftige robotische oder menschliche Erkundungen entscheidend ist. Es ermöglicht die Konstruktion elektronischer Systeme, die gegen elektrische Interferenzen resistent sind, und gewährleistet so die Zuverlässigkeit von Missionen auf dem Roten Planeten.