Auf Titan gibt es Niederschlag, der Regen auf der Erde ähnelt, die Staubstürme auf dem Mars verhalten sich wie auf der Erde – im Weltall gibt es viele Überraschungen.

Was haben die Wolken auf Jupiter, Staubstürme auf dem Mars und Regenstürme auf Titan gemeinsam? Sie sehen aus, als gehörten sie zur Erde. Bei unserer Reise durchs Universum entdecken Wissenschaftler auf anderen Planeten und Monden unheimliche – und manchmal unerwartete – Hinweise auf die Erde. Wolken auf Jupiter wirbeln wie Meereswirbel auf der Erde, und Staubstürme, die wie Hurrikane wirken, können den Mars überfluten.

Obwohl diese Himmelskörper Hunderte Millionen Kilometer von uns entfernt sein können, gelten die gleichen physikalischen Gesetze. Was dort geschieht, kann uns helfen, mehr über Welten zu erfahren, die Menschen noch nicht besucht haben. Seit Jahrzehnten passen Wissenschaftler erdbasierte Wetter- und Klimamodelle an, um andere Atmosphären zu untersuchen. Diese Modelle stützen sich auf bekannte physikalische Gleichungen der Erde, enthalten aber Anpassungen für Schwerkraft, Rotationsgeschwindigkeit oder Luftdruck.

Durch Nutzung des enormen Wissens und der Daten über unseren Planeten können Wissenschaftler einen Vorsprung beim Verständnis der inneren Abläufe von Stürmen oder Wirbeln auf anderen Himmelskörpern gewinnen. In manchen Fällen liefern die Modelle fast alles, was wir über einige außerirdische atmosphärische Prozesse wissen.

„Unsere planetaren Atmosphärenmodelle stammen fast ausschließlich von diesen Erdmodellen“, sagt Scot Rafkin, ein planetarer Meteorologe am Southwest Research Institute. „Die Erforschung des Wetters auf anderen Planeten hilft uns bei der Erde und umgekehrt.“

Wirbel auf Jupiter ähneln Meeresströmungen auf der Erde

Betrachtet man die wirbelnden Wolken nahe Jupiters Pol, ähneln sie Meeresströmungen auf der Erde – als würde man kleine Kanten und mäandrierende Fronten in der Ostsee sehen. „Das sieht so sehr nach der Turbulenz aus, die ich in unserem eigenen Ozean sehe. Sie müssen von zumindest ähnlichen Dynamiken bestimmt sein“, erinnert sich Lia Siegelman, eine physikalische Ozeanografin am Scripps Institution of Oceanography, an ihren ersten Blick auf Wirbelbilder der Nasa-Juno-Mission, die 2016 in Jupiters Umlaufbahn eintrat.

In Zusammenarbeit mit Planetenwissenschaftlern wandte sie ihr Verständnis der Ozeanphysik auf der Erde in Computermodellen auf den Gasriesen an. Ob in Luft oder Wasser auf jedem Planeten, sie fand heraus, dass die physikalischen Gesetze, die turbulente Flüssigkeiten bestimmen, die gleichen sind (auch wenn der Wirbel auf Jupiter etwa 10-mal größer ist als einer auf der Erde).

Irdisches Phänomen gibt es auch auf dem Jupiter

Wenn Zyklone und Antizyklone (die in entgegengesetzte Richtung drehen) im Ozean interagieren, erzeugen sie eine Grenze verschiedener Wassermassen und Eigenschaften – bekannt als Front. Sie und ihre Kollegen fanden das gleiche Phänomen in Zyklonen an Jupiters Polen und zeigten ähnliche Wirbel. „Durch die Untersuchung der Konvektion auf der Erde konnten wir dieses Phänomen auch auf Jupiter beobachten“, sagt Siegelman, obwohl es für Jupiter relativ wenige Daten im Vergleich zur Erde gibt.

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Sie und ihre Kollegen entdeckten auch ein Muster, das auf der Erde noch nie gesehen wurde: eine Ansammlung von Zyklonen in einem symmetrischen, sich wiederholenden Muster nahe den Polen Jupiters. Diese „polaren Wirbelkristalle“ wurden 2016 beobachtet und sind seitdem bestehen geblieben. Obwohl sie diese nie auf der Erde gesehen hatten, arbeiteten sie und andere Planetenwissenschaftler zusammen, um diese Wirbel in Computermodellen nachzubilden – basierend auf „sehr einfacher Physik“.

„Planetenwissenschaftler nutzen viele der Wettermodelle, die entwickelt wurden, um entweder den Ozean oder die Atmosphäre zu untersuchen“, sagt Siegelman. „Allein durch unser umfangreiches Wissen über Ozean und Atmosphäre können wir unsere Analyse lenken.“

Staubstürme auf dem Mars können den ganzen Planeten einhüllen

Wer plant, zum Mars zu ziehen, sollte auf Staubstürme vorbereitet sein. In ihrer intensivsten Form können sie den ganzen Planeten einhüllen und Tage bis Monate andauern. Der Staub kann Sonnenlicht blockieren und Infrastruktur bedecken. Obwohl Wissenschaftler viele dieser Stürme beobachtet haben, wissen sie immer noch nicht, wie man sie vorhersagen kann.

Staubstürme funktionieren auf der Erde und dem Mars ähnlich. Staub wird angehoben und erhitzt und steigt wie ein Heißluftballon auf, erklärt Rafkin. Die aufsteigende Luft saugt Luft von unten an, um sie zu ersetzen. Der Luftdruck sinkt nahe der Oberfläche und saugt mehr Wind an, der den Staub anhebt. Während sich der Mars dreht, verursacht der Drehimpuls die Rotation des Staubsturms.

In Wirklichkeit ähneln Staubstürme auf dem Mars eher Hurrikanen auf der Erde in Bezug auf ihre Größe und Zirkulation, sagt die Planetenwissenschaftlerin Claire Newman. Sie erklärt, dass die Quellen unterschiedlich sind (Mars ist ein Staubplanet, während die Erde ein Wasserplanet ist), aber sie haben eine ähnliche Wirkung auf Temperatur und Winde. Es ist jedoch noch unbekannt, wie diese Staubstürme auf dem Mars entstehen. Auf der Erde kann ein Wintersturm mit einer Kaltfront den Staub anheben; Wissenschaftler beobachten manchmal ähnliche Staubanhebungen entlang von Kaltfronten auf dem Mars, aber viele Stürme scheinen einfach aufzutauchen.

Wie sagt man einen Staubsturm vorher?

Um einen Staubsturm vorherzusagen, müssen Wissenschaftler die Zirkulationsmuster auf dem Mars verstehen – zum Beispiel die Vorhersage der Kaltfront, die den Staub anheben kann. Aber das ist etwas, das Forscher noch nicht verstehen. Windmessungen sind auf dem Mars selten, abgesehen von einigen verstreuten Messstellen auf seiner Oberfläche. Mit Anpassungen können erdbasierte Modelle die Bedingungen simulieren, die zu aufsteigenden Winden und Staubstürmen führen können.

„Fast alles, was wir über die Zirkulationsmuster auf dem Mars wissen, stammt aus Modellen“, sagt Rafkin und fügt hinzu, dass Wissenschaftler „praktisch keine Beobachtungen der Luftbewegung auf dem Mars haben.“ Die Modelle dienen derzeit als beste Möglichkeit, Staubstürme auf dem Roten Planeten zu verstehen, es sei denn, es werden mehr gezielte Studien und Stationen hinzugefügt, ähnlich wie auf der Erde. „Wir wenden diese Modelle im Grunde an, um ein Gefühl für die Umgebung zu bekommen“, sagt Newman, „bevor wir Roboter oder möglicherweise Menschen dorthin schicken.“

Regen auf Titan ist Niederschlag auf der Erde sehr ähnlich

Titan, der zweitgrößte Mond in unserem Sonnensystem, ist neben der Erde die einzige bekannte Welt mit stehenden Flüssen, Seen und Meeren auf seiner Oberfläche – allerdings bestehen diese aus flüssigem Methan statt Wasser. Das ist teilweise der Grund, warum einige Wissenschaftler denken, er könnte ein zukünftiges Zuhause für Erdlinge sein, wenn wir nur die 1,2 Milliarden Kilometer lange Reise bewältigen und lernen könnten, bei Oberflächentemperaturen von minus 179 Grad Celsius zu überleben.

Aber wie haben sich diese Seen und Ozeane gefüllt? Obwohl es Methan regnet, ist der Niederschlag auf Titan dem auf der Erde sehr ähnlich, sagt Rafkin. Auf der Erde nimmt man ein Stück Luft mit Wasserdampf, kühlt es ab, und die Luft wird gesättigt, um eine Wolke zu bilden. Diese kleinen Wolkentröpfchen können aufeinandertreffen oder mehr Wasserdampf aufnehmen, um größer zu werden. Irgendwann beginnt der Wasserdampf jedoch, sich zu einer Flüssigkeit zu verdichten und bringt Regen.

Wir haben diesen Prozess auf der Erde sowohl natürlich in der Atmosphäre als auch in Laboren oft genug beobachtet, um die Physik zu verstehen. Aber begrenzte Beobachtungen auf Titan – effektiv nur eine Handvoll Besuche seiner Atmosphäre – haben Wissenschaftler dazu gebracht, sich Modellen zuzuwenden. Mit der gleichen zugrunde liegenden Physik können Wissenschaftler den Wolkenbildungsprozess auf diesem fremden Körper modellieren. Und die modellierten Wolken sehen den wenigen, die sie in Wirklichkeit auf Titan beobachtet haben, sehr ähnlich.

Forscher modellieren Wolken auf Titan

„Wenn wir versuchen, sie zu modellieren und wir Wolken bekommen, die aber völlig bizarr und anders aussehen als das, was wir beobachten, dann ist das ein Hinweis darauf, dass wir die Wolkenprozesse vielleicht nicht richtig darstellen“, sagt Rafkin. „Aber es stellt sich heraus, dass wir, wenn wir diese Dinge modellieren, meistens Wolken erzeugen können, die dem, was wir beobachtet haben, ziemlich nahe kommen.“

Aufgrund seiner unglaublich dichten Atmosphäre hat Titan Sturmwolken – zwei- bis viermal höher als die auf der Erde –, die meterhohen Methanregen produzieren können. Obwohl Wissenschaftler solch riesige Mengen nicht beobachtet haben, haben sie die Sintfluten basierend auf der Verdunkelung der Oberfläche beim Vorüberziehen eines Sturms modelliert – ähnlich wie Regen auf Erde oder Pflaster die Oberfläche auf der Erde verdunkelt. Es ist immer noch ein Rätsel, woher das Methan kommt. Aber zumindest wissen wir, dass wir einen sehr, sehr robusten Regenmantel mitnehmen müssen, wenn wir Titan jemals besuchen.

Wir testen zurzeit maschinelle Übersetzungen. Dieser Artikel wurde aus dem Englischen automatisiert ins Deutsche übersetzt.

Dieser Artikel war zuerst am 22. Juni 2025 in englischer Sprache bei der „Washingtonpost.com“ erschienen – im Zuge einer Kooperation steht er nun in Übersetzung auch den Lesern der IPPEN.MEDIA-Portale zur Verfügung.

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