Welche Farbe hat der Himmel auf dem Mars?
On November 21, 2021 by adminWir haben viele Bilder vom Mars, aber nicht alle sind geeignet, diese Frage zu beantworten, denn einige sind weiß ausgeglichen, um einen besseren Kontrast für das menschliche Sehen zu erreichen. Glücklicherweise gibt es in der Literatur einige interessante Studien, die sich mit der Farbigkeit des Marshimmels befassen und fundierte physikalische Gründe für sein Aussehen liefern.
Mit Hilfe der Panoramakamera (Pancam-Instrument) an Bord der Mars Exploration Rover Spirit und Opportunity haben Bell III und Mitarbeiter die Farbe des Himmels anhand radiometrisch kalibrierter Bilder bestimmt. Das bedeutet, dass die Bildwerte in physikalische Größen (d. h. Lichtstrom oder Strahldichte) umgewandelt wurden, wobei die spektrale Reaktion von Kamera und Filtern, der auf der Marsoberfläche einfallende Sonnenstrom und andere Faktoren berücksichtigt wurden. Spirit und Opportunity meldeten „blauschwarze“ oder „schwarze“ Himmel in staubfreien Atmosphären. Die meiste Zeit ist die Marsatmosphäre jedoch mit viel Staub beladen, so dass dies nicht der übliche Aspekt des Himmels ist.
Die Farbe des Himmels hängt davon ab, wie die Sonnenstrahlung aus dem direkten Lichtstrahl, der den Boden beleuchtet, gestreut wird und wie die gestreuten und direkten Strahlen von Molekülen und Partikeln in der Atmosphäre absorbiert werden. Gäbe es zum Beispiel keine Atmosphäre, wie auf dem Mond, wäre der Himmel dunkel und die Sonne gelb. Auf der Erde entsteht die blaue Himmelsfarbe durch die so genannte Rayleigh-Streuung, bei der die Moleküle, deren Radius kleiner ist als die Wellenlänge der Strahlung (etwa 1/10), das Licht bei kürzeren Wellenlängen effizienter streuen, wobei der Streuquerschnitt umgekehrt proportional zur vierten Potenz der Wellenlänge ist.
Allerdings ist die Marsatmosphäre viel dünner und die molekulare Streuung daher weniger effizient. Im Prinzip hätte der Marsstaub die Rolle unserer irdischen Luftmoleküle spielen können, indem er kürzere Wellenlängen effizienter gestreut hätte und so letztlich für einen blauen Himmel und rote Sonnenuntergänge wie auf der Erde gesorgt hätte. Dies wäre möglich gewesen, wenn solche Partikel als perfekte Streuer ohne Absorption fungiert hätten. Der Marsstaub ist jedoch reich an blauabsorbierenden Eisenoxiden, die genau den gegenteiligen Effekt bewirken, indem sie einfach die kürzesten Wellenlängen aus dem Strahlenbündel entfernen.
Rover berichteten von einem „dunkelgelblich-braunen“ Himmel (d.h. „butterscotch“) für die üblichen Situationen, in denen viel Staub in der Marsatmosphäre schwebt, aber da der Staub dazu beitragen könnte, dass der Himmel blauer (durch Streuung) oder röter (durch Absorption) wahrgenommen wird, ist hier eine genauere Erklärung erforderlich. Kurt Ehlers und seine Mitarbeiter haben eine aufschlussreiche Studie erstellt, die jeder, der sich mit atmosphärischer Optik auskennt, zu schätzen weiß. Sie berücksichtigten den komplexen Effekt von mikroskopisch kleinem, blau absorbierendem, vorwärts streuendem Staub und wiesen nach, dass die Rötung etwas effizienter ist, was bei „staubigen Situationen“ zu einem „Buttertoffee“-Himmel führt. Darüber hinaus werden die längeren (roten) und kürzeren (blauen) Wellenlängen in sehr unterschiedlichen Mustern gestreut, was zu weiteren interessanten Effekten führt, wie etwa dem blauen Leuchten, das der Sonne auf ihrem Weg über den Marshimmel folgt.
Dieser Studie zufolge scheint es einen „butterscotch“-Himmel und ein bläuliches Leuchten der Sonne zu geben, das besonders während der Sonnenuntergänge auf dem Mars auffällt. Bei der menschlichen Wahrnehmung sind die Dinge jedoch komplexer.
Da der Mars etwa 1,5 Astronomische Einheiten von der Sonne entfernt ist, ist die Lichtmenge auf der Oberfläche etwa halb so groß wie auf unserem Planeten. Bei schwacher Beleuchtung verschiebt sich die Empfindlichkeit unserer Augen in Richtung Blau, weil wir von farbempfindlichen „Zapfen“-Zellen zu farbenblinden „Stäbchen“-Zellen wechseln. Dies ist als Purkinje-Effekt bekannt. Daher würde der erste auf dem Mars gelandete Astronaut den Himmel wahrscheinlich als noch blauer beschreiben, als man erwarten würde.
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