Staub im Weltraum: 10 coole Dinge, die Sie wissen sollten

Dunkle Staubspuren durchziehen die riesige elliptische Galaxie Centaurus A in diesem Bild des Hubble-Weltraumteleskops der NASA. Bild überNASA, ESA und das Hubble Heritage (STScI/AURA)-ESA/Hubble Collaboration.


Von Preston Dyches/NASA Science

Für die meisten von uns ist Staub etwas, das gereinigt, abgewaschen oder weggewischt werden muss. Aber die winzigen Partikel, die umherschweben und sich auf Oberflächen absetzen, spielen eine wichtige Rolle bei einer Vielzahl von Prozessen auf der Erde und im gesamten Sonnensystem. Legen Sie also Ihren Staubwedel für ein paar Momente weg, denn wir teilen Ihnen 10 Dinge mit, die Sie über Staub wissen sollten.


1. Staub bedeutet nicht schmutzig, es bedeutetsehr klein

Nicht alles, was wir „Staub“ nennen, besteht aus dem gleichen Stoff. Staub in Ihrem Zuhause besteht im Allgemeinen aus Sand- und Erdpartikeln, Pollen, Hautschuppen (abgestorbene Hautzellen), Tierhaaren, Möbelfasern und Kosmetika. Aber im Weltraum kann sich Staub auf jede Art von feinen Partikeln beziehen, die kleiner als ein Sandkorn sind. Staub besteht meistens aus Gesteinsbrocken oder kohlenstoffreichen, rußartigen Körnern, aber im äußeren Sonnensystem, weit weg von der Sonnenwärme, findet man auch häufig winzige Eiskörner. Galaxien, einschließlich unserer Milchstraße, enthalten riesige Wolken aus feinem Staub, dieLichtjahreacross – die Zutaten für zukünftige Generationen von Planetensystemen wie unserem.

Dramatische große und kleine Schwaden sprühen Wassereispartikel und Dampf entlang der berühmten „Tigerstreifen“ in der Nähe des Südpols von Saturnmond Enceladus. Bild überNASA/JPL/Raumfahrtwissenschaftliches Institut.

2. Manche sind groß, manche klein (und große neigen dazu zu fallen)




Staubkörner gibt es in verschiedenen Größen, was sich auf ihre Eigenschaften auswirkt. Partikel können extrem klein sein, von nur wenigen zehn Nanometern (nur Milliardstel Meter) bis zu einer Breite von fast einem Millimeter. Wie zu erwarten, werden kleinere Staubkörner leichter angehoben und herumgeschoben, sei es durch Wind oder magnetische, elektrische und Gravitationskräfte. Schon der sanfte Druck des Sonnenlichts reicht aus, um kleinere Staubpartikel im Weltraum zu bewegen. Größere Partikel sind tendenziell schwerer und setzen sich unter dem Einfluss der Schwerkraft leichter ab.

Auf der Erde beispielsweise können starke Winde große Mengen Staub in die Atmosphäre aufwirbeln. Während die kleineren Körner über große Distanzen transportiert werden können, sinken die schwereren Partikel in der Regel in der Nähe ihrer Quelle auf den Boden zurück. Auf Saturns Mond Enceladus sprühen Strahlen eisiger Staubpartikel Hunderte von Meilen von der Oberfläche; die größeren Partikel werden nur einige Dutzend Meilen (oder Kilometer) hochgehoben und fallen zurück auf den Boden, während die feinsten Partikel der Schwerkraft des Mondes entkommen und in eine Umlaufbahn um den Saturn gehen, um den E-Ring des Planeten zu bilden.

Staub in der Spiralgalaxie M74 erscheint auf diesem Bild des Spitzer-Weltraumteleskops der NASA rot. Daten von Spitzer lieferten Beweise dafür, dass Supernovae – der explosive Tod massereicher Sterne – als „Staubfabriken“ fungieren, die Galaxien mit kosmischen Staubpartikeln aussäen. Bild überNASA/JPL-Caltech/STScI.

3. Es ist ÜBERALL


Im Allgemeinen ist der Raum zwischen den Planeten ziemlich leer, aber nicht ganz. Von Kometen abgeworfene Partikel und zermahlene Asteroidenstücke sind im gesamten Sonnensystem zu finden. Nehmen Sie ein beliebiges Raumvolumen von einer halben Meile (1 Kilometer) an einer Seite, und Sie würden durchschnittlich ein paar Mikrometer große Partikel (Körner der Dicke eines roten Blutkörperchens) ausmachen.

Staub im Sonnensystem war in der Vergangenheit viel häufiger vorhanden. Es war eine riesige Menge davon vorhanden, als die Planeten begannen, aus der Materialscheibe, die die Sonne bildete, zu verschmelzen. Tatsächlich waren die sanft zusammenklebenden Staubpartikel wahrscheinlich einer der frühesten Samen des Planetenbauprozesses. Aber woher kam der ganze Staub ursprünglich? Ein Teil davon stammt von Sternen wie unserer Sonne, die in späteren Jahren ihre äußeren Schichten abblasen. Vieles davon kommt aber auch von explodierenden Sternen, die bei ihrem Boom riesige Mengen Staub und Gas ins All schießen.

Dieses Mosaik von Bildern der NASA-Raumsonde Galileo zeigt das Ringsystem des Jupiter, das erst entdeckt wurde, nachdem die Raumsonde am Planeten vorbeigeflogen war und die von der Sonne hinterleuchteten Ringe sehen konnte. Bild überNASA/JPL-Caltech/Cornell University.

4. Aus einer bestimmten Sicht


Staub ist aus bestimmten Blickwinkeln leichter zu erkennen. Winzige Partikel streuen das Licht je nach Größe ihrer Körner. Größere Partikel neigen dazu, Licht in die Richtung zurückzustreuen, aus der es gekommen ist, während sehr kleine Partikel dazu neigen, Licht nach vorne zu streuen, mehr oder weniger in die Richtung, in die es bereits gegangen ist. Aufgrund dieser Eigenschaft lassen sich Strukturen wie Planetenringe aus feinsten Staubpartikeln am besten betrachten, wenn die Sonne sie von hinten beleuchtet. Zum Beispiel wurden die Ringe des Jupiter erst entdeckt, nachdem die Raumsonde Voyager 1 den Planeten passiert hatte, wo sie zurückblicken und sie von der Sonne im Hintergrund sehen konnte. Sie können den gleichen Effekt sehen, wenn Sie bei Sonnenuntergang durch eine staubige Windschutzscheibe schauen; Wenn Sie der Sonne zugewandt sind, wird der Staub viel deutlicher.

Nebeneinander stehende Filme zeigen, wie Staub 2018 den roten Planeten umhüllte, mit freundlicher Genehmigung des Mars Reconnaissance Orbiter der NASA. Bild über NASA/JPL-Caltech/MSSS.

5. Staubstürme sind auf dem Mars üblich

Lokale Staubstürme treten häufig auf dem Mars auf und wachsen gelegentlich oder verschmelzen zu regionalen Systemen, insbesondere im südlichen Frühling und Sommer, wenn der Mars der Sonne am nächsten ist. In seltenen Fällen erzeugen regionale Stürme einen Staubnebel, der den Planeten umgibt und die darunter liegenden Oberflächenmerkmale verdeckt. Einige dieser Ereignisse könnten zu echten globalen Stürmen werden, wie zum Beispiel 1971, das die erste Raumsonde begrüßte, die den Mars umkreiste, die Mariner 9 der NASA. Mitte 2018 umhüllte ein globaler Staubsturm den Mars und verbarg einen Großteil der Oberfläche des roten Planeten und Bedrohung des fortgesetzten Betriebs des überlanglebigen Opportunity-Rovers der NASA. Wir haben auch 1977, 1982, 1994, 2001 und 2007 globale Staubstürme gesehen.

Staubstürme werden wahrscheinlich zukünftige Astronauten auf dem Roten Planeten vor Herausforderungen stellen. Obwohl die Windstärke auf dem Mars nicht so stark ist wie in einer frühen Szene des Films „Der Marsianer“, könnte Staub, der bei Stürmen aufgewirbelt wird, die Elektronik und die Gesundheit sowie die Verfügbarkeit von Sonnenenergie beeinträchtigen.


Sarhara-Staub wird von Winden nach Südamerika getragen, wo er hilft, den Amazonas zu düngen. Über das Goddard Space Flight Center der NASA.

6. Staub aus der Sahara wird global

Die größte und heißeste Wüste der Erde ist durch Staub mit ihrem größten tropischen Regenwald verbunden. Die Sahara ist ein fast ununterbrochenes braunes Band aus Sand und Gestrüpp im nördlichen Drittel Afrikas. Der Amazonas-Regenwald ist eine dichte grüne Masse aus feuchtem Dschungel, die den Nordosten Südamerikas bedeckt. Doch nachdem starke Winde über die Sahara fegen, steigt eine staubige Wolke in die Luft, dehnt sich zwischen den Kontinenten aus und verbindet Wüste und Dschungel.

Diese transkontinentale Reise des Staubs ist wichtig wegen des Staubs – insbesondere des Staubs, der aus der Bodélé-Senke im Tschad aufgenommen wurde – einem alten Seebett, in dem Mineralien aus toten Mikroorganismen mit Phosphor beladen sind. Phosphor ist ein essentieller Nährstoff für Pflanzenproteine ​​und Wachstum, auf den der nährstoffarme Amazonas-Regenwald angewiesen ist, um zu gedeihen.

Die eisigen Ringe des Saturn, im Hintergrund von der Sonne beleuchtet. Der äußere, bläulich aussehende Ring besteht ausschließlich aus eisigen Staubpartikeln, die vom Mond Enceladus ins All gesprüht werden. Bild überNASA/JPL-Caltech/SSI.

7. Ringe und Dinge

Die Ringe der Riesenplaneten enthalten eine Vielzahl unterschiedlicher staubiger Materialien. Jupiters Ringe bestehen aus feinem Gesteinsstaub. Die Ringe des Saturn bestehen hauptsächlich aus reinem Wassereis mit einer Besprengung anderer Materialien. (Randnotiz zu den Saturnringen: Während die meisten Partikel felsengroß sind, gibt es auch viel Feinstaub, und einige der schwächeren Ringe sind meist Staub mit wenigen oder keinen großen Partikeln.) Staub in den Ringen von Uranus und Neptun ist aus dunklem, rußigem Material, wahrscheinlich reich an Kohlenstoff.

Im Laufe der Zeit wird durch eine Vielzahl von Prozessen Staub aus Ringsystemen entfernt. Zum Beispiel fällt ein Teil des Staubs in die Atmosphäre des Planeten, während ein anderer von den Magnetfeldern der Planeten mitgerissen wird, und anderer Staub setzt sich auf den Oberflächen der Monde und anderen Ringpartikeln ab. Größere Partikel bilden schließlich Neumonde oder werden zermahlen und mit ankommendem Material vermischt. Dies bedeutet, dass sich Ringe im Laufe der Zeit stark verändern können. Daher hat das Verständnis, wie sich die kleinsten Ringpartikel bewegen, einen Einfluss auf die Geschichte, Ursprünge und Zukunft der Ringe.

Dunkler Mondstaub klebt nach einer Exkursion auf der Mondoberfläche am Raumanzug des Apollo-17-Astronauten Gene Cernan. Bild überNASA.

8. Mondstaub ist anhaftend und kann dich krank machen

Staub ist also eine Sache auf dem Mond. Als die Apollo-Astronauten den Mond besuchten, stellten sie fest, dass Mondstaub ihre Raumanzüge schnell bedeckte und schwer zu entfernen war. Es war ziemlich abrasiv und verursachte Verschleiß an ihren Raumanzugstoffen, Dichtungen und Frontplatten. Es verstopfte auch Mechanismen wie die Gelenke in Raumanzug-Gliedern und störte Verschlüsse wie Reißverschlüsse und Klettverschlüsse. Die Astronauten stellten auch fest, dass es einen unverwechselbaren, stechenden Geruch hatte, ähnlich wie Schießpulver, und es war ein Augen- und Lungenreizmittel.

Viele dieser Eigenschaften lassen sich offenbar dadurch erklären, dass Mondstaubpartikel ziemlich rau und zerklüftet sind. Während Staubpartikel auf der Erde vom Wind in glattere Formen gewirbelt und zermahlen werden, findet diese Art der Verwitterung auf dem Mond nicht so häufig statt. Die Rauheit der Mondstaubkörner macht es ihnen sehr leicht, an Oberflächen zu haften und diese zu zerkratzen. Es bedeutet auch, dass sie nicht die Art sind, die Sie einatmen möchten, da ihre gezackten Kanten empfindliches Gewebe in der Lunge beschädigen können.

Aufnahme des Hubble-Weltraumteleskops des Kometen ISON, aufgenommen im Jahr 2013. Aufnahme von NASA, ESA und dem Hubble Heritage Team (STScI/AURA).

9. Staub macht Kometen so hübsch

Die meisten Kometen sind im Grunde Klumpen aus Staub, Gestein und Eis. Sie verbringen die meiste Zeit fernab der Sonne in den gekühlten Tiefen des äußeren Sonnensystems, wo sie friedlich schlummern. Aber wenn ihre Bahnen sie näher an die Sonne bringen – also ungefähr in die Umlaufbahn des Jupiter – erwachen Kometen. Als Reaktion auf die Erwärmung beginnt sich das Eis auf und in der Nähe seiner Oberflächen in Gase umzuwandeln, die sich nach außen und vom Kometen weg ausdehnen und stellenweise fokussierte Materialstrahlen erzeugen. Staub wird von diesem sich schnell ausdehnenden Gas mitgerissen und erzeugt eine unscharfe Wolke um den Kern des Kometen, die als Koma bezeichnet wird. Ein Teil des Staubs wird auch zu einer langen Spur gezogen – dem Schweif des Kometen.

Das dunkle Objekt in der Mitte ist die staubige Scheibe eines neugeborenen Planetensystems, das vom Hubble-Weltraumteleskop von der Kante aus gesehen wird. Bild überNASA/ESA/STScI/J. Bally (Univ. Colorado) und H. Throop (SWRI).

10. Wir sind nicht die einzigen, die so verstaubt sind

Staub in unserem Sonnensystem wird ständig durch Kometen, die an der Sonne vorbeisausen und gelegentliche Asteroidenkollisionen aufgefüllt, und er wird dank einer Vielzahl von Faktoren wie der Schwerkraft der Planeten und sogar dem Druck des Sonnenlichts ständig bewegt. Ein Teil davon wird sogar ganz aus unserem Sonnensystem ausgestoßen.

Mit Teleskopen beobachten wir auch staubige Trümmerscheiben um viele andere Sterne. Wie in unserem eigenen System sollte sich der Staub in solchen Scheiben im Laufe der Zeit entwickeln, sich auf Planetenoberflächen absetzen oder ausgestoßen werden, und das bedeutet, dass der Staub auch in diesen Sternensystemen wieder aufgefüllt werden muss. Das Studium des Staubs in unserer planetaren Umgebung kann uns also etwas über andere Systeme sagen und umgekehrt. Auch Staubkörner aus anderen Planetensystemen passieren unsere Nachbarschaft – einige Raumfahrzeuge haben tatsächlich einige davon eingefangen und analysiert – und bieten uns eine greifbare Möglichkeit, Material von anderen Sternen zu studieren.

Fazit: Zehn Fakten über Staub im Weltraum und auf der Erde.