Wie denkt dat het op Mars stil en verlaten is, heeft het mis. Dansende stofduivels zorgen constant voor actie. Dit zijn wervelwinden vol stof die over het oppervlak razen en wel kilometers hoog kunnen worden. Astronomen hebben nu twintig jaar aan ‘dancing dust devil data’ geanalyseerd en komen tot bijzondere conclusies.
Onderzoekers van ESA en de Universiteit van Bern bestudeerden een schat aan beelden van de Europese ruimtesondes Mars Express en ExoMars Trace Gas Orbiter (TGO), die in de afgelopen jaren meer dan duizend van deze tornado’s op de gevoelige plaat vastlegden. Het team toont nu aan dat de winden op Mars veel krachtiger zijn dan tot nu toe werd aangenomen.
Buitenaardse weersomstandigheden
“Stofduivels maken de normaal onzichtbare wind zichtbaar”, legt hoofdonderzoeker Valentin Bickel van de Universiteit van Bern uit. “Door hun snelheid en richting te meten, hebben we voor het eerst een kaart kunnen maken van de winden over het hele Marsoppervlak. Dat was eerder onmogelijk.” De onderzoekers trainden een neuraal netwerk om stofduivels te herkennen in beelden van Mars Express (sinds 2004) en TGO (sinds 2016). Zo ontstond een indrukwekkende catalogus van 1039 stofduivels, waarvan bij 373 ook de bewegingsrichting is vastgesteld. Stofduivels komen overal op Mars voor, zelfs op de hoogste vulkanen. Maar ze blijken zich vooral te concentreren in stofrijke regio’s zoals Amazonis Planitia, een uitgestrekt vlak gebied dat bedekt is met fijn stof en zand.
De metingen laten zien dat sommige stofduivels zich voortbewegen met snelheden tot wel 44 meter per seconde, oftewel 158 kilometer per uur. Dat is veel sneller dan eerdere metingen van Marsrovers lieten zien. Zulke winden hebben grote gevolgen: ze bepalen hoe stof over de planeet wordt verspreid, hoe warm of koud het wordt en zelfs hoeveel zonlicht de zonnepanelen van robots opvangen. Toch zou je als mens zo’n storm nauwelijks voelen, want de Marslucht is extreem dun, de wind heeft daarom veel minder kracht.
Stof bepaalt het weer
Stof speelt op Mars een centrale rol. Het koelt overdag door zonlicht te blokkeren, maar houdt ’s nachts warmte vast als een deken. Bovendien vormen stofdeeltjes het beginsel voor wolken en kunnen ze tijdens hevige stormen waterdamp de ruimte in blazen. Op Aarde spoelt regen het stof uit de lucht, maar Marsstof kan jarenlang blijven zweven. Begrijpen hoe dat stof wordt opgetild en verspreid, is cruciaal om het klimaat van de planeet te doorgronden. “Informatie over windsnelheden en -richtingen is ook belangrijk voor toekomstige landingen”, zegt Bickel. “Onze metingen helpen inschatten hoeveel stof er op zonnepanelen neerdaalt en hoe vaak rovers zichzelf moeten schoonmaken.”
Het onderzoek komt precies op tijd: ESA’s ExoMars Rosalind Franklin-rover staat gepland voor lancering in 2030. Dankzij studies als deze kan de missie een veilige landingsperiode kiezen, buiten het stofstormseizoen op de Rode Planeet.
Waardevolle beeldruis
De ontdekking is extra bijzonder omdat geen van de twee sondes ooit bedoeld was om winden te meten. De onderzoekers maakten slim gebruik van een kleine ‘fout’ in de beeldvorming: Mars Express en TGO nemen hun foto’s in meerdere kanalen, met een paar seconden vertraging tussen elk beeld. Wanneer iets beweegt, zoals een stofduivel, veroorzaakt dat kleine kleurverschuivingen in de uiteindelijke afbeelding. “We hebben beeldruis omgezet in waardevolle wetenschappelijke data”, zegt Bickel. Bij Mars Express zijn die vertragingen zeven tot negentien seconden. Daardoor konden de onderzoekers precies meten hoe ver een stofduivel zich verplaatst tussen de opnamen. In sommige gevallen zagen ze zelfs hoe het werveltje heen en weer bewoog of hoe de snelheid in de loop van de tijd veranderde.
“Het is geweldig om te zien hoe onderzoekers Mars Express en ExoMars TGO gebruiken voor totaal onverwachte toepassingen”, zegt Colin Wilson die als ESA-projectwetenschapper voor beide missies werkt. “Stof beïnvloedt alles op Mars, van lokale weersomstandigheden tot de manier waarop we de ruimtefoto’s maken. Het belang van de stofcyclus is immens.”
Het team geeft aan dat hun stofduiveldatabank openbaar toegankelijk is en voortdurend wordt aangevuld met nieuwe waarnemingen. Door te weten waar en wanneer stofduivels zich vormen, kunnen wetenschappers gericht nieuwe beelden maken en hun werk op elkaar afstemmen om dezelfde stofduivel gelijktijdig vast te leggen.
Een dust devil op Mars, in het Nederlands vaak stofduivel genoemd, is een kleine, ronddraaiende wervelwind die stof en zand van het oppervlak omhoog blaast, waardoor een soort mini-tornado ontstaat.Hoewel ze er spectaculair uitzien, zijn dust devils heel normaal op Mars. Ze ontstaan als de zon het oppervlak opwarmt, waardoor de lucht vlak boven de grond sneller stijgt dan de koelere lucht erboven. Dat temperatuurverschil zorgt voor een draaiende luchtkolom. Zodra de lucht begint te draaien en stof oppikt, wordt de wervel zichtbaar als een slanke, draaiende zuil van roodbruin stof.
Dust devils op Mars kunnen honderden meters hoog worden en soms zelfs kilometers. De winden kunnen snelheden tot wel 158 km/u bereiken. Ze spelen een grote rol in het stofklimaat van Mars. Ze brengen stof van het oppervlak de atmosfeer in, wat het weer beïnvloedt. Stofduivels kunnen zowel een zegen als een vloek zijn voor Marsrovers. Soms bedekken ze zonnepanelen met stof, maar af en toe blazen ze die juist schoon, waardoor rovers als Spirit en Opportunity in het verleden weer stroom kregen.
