Mars-Steine bewegen sich gegen die Windrichtung

Wissenschaftler haben auf dem Mars beobachtet, wie sich kleine Steinchen Stück für Stück zu Ansammlungen formen und zwar gegen den Wind.

Sand ist ein rätselhaftes Material. Er besteht aus kleinen Körnchen und kann fließen wie Wasser. Im Zusammenspiel mit Wind oder Wellen entstehen erstaunlich geordnete Strukturen - etwa jene feinen Rippel, die sich praktisch an jedem Strand beobachten lassen. Oder die faszinierenden Sicheldünen - Dutzende Meter hohe Sandberge, die sich mit 200 Metern pro Jahr durch die Sahara schieben, wie Forscher erst kürzlich bei der Auswertung von Satellitenfotos festgestellt haben.

Auf dem Mars glauben Geologen nun ein weiteres, bislang wenig untersuchtes Sandphänomen beobachtet zu haben: Kleine Steine rutschen Millimeter um Millimeter entgegen der Windrichtung durch den Sand und bilden dabei regelmäßige Formationen. Auf die Idee, dass der Wind die kleinen Brocken wandern lässt, kam Jon Pelletier von der University of Arizona in Tucson, nachdem er sich Fotos des Nasa-Rovers "Spirit" vom Marsboden genauer angesehen hatte.

Die Aufnahmen stammen von einer Ebene nahe des Lahontan-Kraters und zeigen kleine, fünf bis sieben Zentimeter große Steine, die nach Meinung der Forscher nicht einfach zufällig verteilt herumliegen. Vielmehr bildeten sie eine Art Formation, schreiben Pelletier und seine Kollegen im Fachblatt "Geology". Die Abstände von Stein zu Stein seien stets etwa gleich groß.

 

Wie könnten sich die Brocken im Sand so geordnet haben? Pelletier glaubt, dass Mars-Winde hinter dem Phänomen stecken. Diese können die Steine zwar nicht zum Rollen bringen, aber den Sand um die Steine herum bewegen. Der Wind blase Sand auf der Vorderseite des Steines weg, erklärt der Forscher, der weg gepustete Sand sammle sich auf der Rückseite des Steins.

Ergebnis dieses Prozesses: eine kleine Vertiefung auf der Steinseite, aus welcher der Wind bläst. "In dieses Loch rutscht der Stein dann hinein", sagt Pelletier im Gespräch mit SPIEGEL ONLINE. Danach forme sich eine neue Vertiefung, das alte Loch werde mit Sand gefüllt. "Wenn das fünf, zehn, 20 Mal passiert, dann beginnen die Dinge sich zu bewegen." Die Steine würden auch nicht vom Sand begraben, betonte der Forscher. Sand erodiere, lagere sich an anderer Stelle ab. Die Netto-Veränderung der Marsoberfläche sei klein.

Die Formationsbildung erklären die Forscher so: Bei Steinen, die im Windschatten anderer Brocken liegen, bilde sich die Vertiefung im Sand nicht an der Seite, von welcher der Wind kommt. Dadurch entstehe eine seitliche Bewegung - der Cluster weite sich aus.

Das Phänomen wandernder Steine ist nicht neu. James Steidtmann von der University of Wyoming in Laramie, Mitautor der jetzt publizierten Studie, hatte es bereits vor 30 Jahren im Windkanal untersucht. Steidtmann konnte dabei zeigen, dass tatsächlich eine Bewegung entgegen der Windrichtung stattfindet - und dass die Steine sich dabei in einem regelmäßigen Muster anordnen. In der Natur wurde das Phänomen ebenfalls schon beobachtet, etwa in Flüssen. Dort ist es das fließende Wasser, das den Sand fortspült und Steine entgegen der Fließrichtung wandern lässt.

Simulationen als wichtiges Werkzeug

Einen echten Beweis für ihre Theorie haben die Forscher zwar nicht, etwa Vorher-Nachher-Fotos von der Mars-Oberfläche. Sie sind sich aber trotzdem sicher, dass die Steine durch den roten Sand wandern. "Man kann das am Computer simulieren, um ein besseres Gefühl dafür zu bekommen, was tatsächlich passiert", sagt Pelletier. Auf diese Weise ließen sich Hypothesen auch überprüfen.

Mehr als 1000 Mal ließen die Forscher ihre Simulation laufen. In 90 Prozent der Fälle endete sie in einem regelmäßigen Steinmuster, wie es auch die Aufnahmen vom Marsboden zeigen. Auch die Abstände der Steine untereinander, die sich bei den Simulationen ergaben, stimmten gut mit den gemessenen Werten überein.

 

Dass Geoforscher das Material Sand heutzutage so gut untersuchen können, verdanken sie auch den immer leistungsfähigeren Computern. Die britische Physikerin Hertha Ayrton musste vor hundert Jahren noch Sand und Wasser in einem Aquarium durchschütteln, um die Entstehung der typischen Rippel erklären zu können. In den vergangenen Jahren ist es sogar gelungen, das Verhalten riesiger Sicheldünen am Computer zu simulieren. Hans Jürgen Herrmann von der ETH Zürich konnte dadurch zeigen, dass die Sandgiganten nicht nur wandern, sondern sich mitunter sogar gegenseitig fressen.

Die eigentliche Prüfung für ein Modell findet dann jedoch in der Wüste statt, auch für Herrmann. Bei Expeditionen nach Marokko und Brasilien konnte er zeigen, dass echte Sanddünen sich tatsächlich so verhalten wie die von ihm erschaffenen digitalen Pendants.

Für das Team von Pelletier steht ein solcher Beweis ihrer Steinwanderungs-Hypothese noch aus - idealerweise mit einer Langzeitbeobachtung an einem festen Standort. Die Marsrover "Spirit" und "Opportunity" eignen sich dafür allerdings kaum, denn die Nasa will sie auch weiterhin in Bewegung halten.