Schneeverwirbeltes Mars-Wunderland in Ultimi Scopuli
22. Dezember 2022 | Mission Mars Express
Schneeverwirbeltes Mars-Wunderland in Ultimi Scopuli
Spätwinterlandschaft nahe dem Mars-Südpol
Während wir in Mitteleuropa fast alljährlich vielerorts auf einen schneereichen Winter verzichten müssen, ist auf dem Mars bis weit in die gemäßigten Breiten Verlass auf den frostigen, weißen Niederschlag. Im Marswinter auf der jeweiligen Hemisphäre ist der Planet bis etwa zum 50. Breitengrad in Richtung Äquator von Kohlendioxid- und Wassereisschnee bedeckt. Wenn im Frühjahr die Sonne wieder auf die Landschaft scheint, verdampft die Schneedecke und die orangebraune Marsoberfläche kommt wieder zum Vorschein, wie hier in der Region Ultimi Scopuli, in der ein Bergrücken und große Teile eines fast 40 Kilometer großen Kraters bereits eisfrei sind und diese ästhetische, wie von einem Künstler geschaffene Ansicht ermöglichen.
Winterweißer Mars: Eis und Schnee im Gebiet Ultimi Scopuli
Zumindest in höheren nördlichen und südlichen Breiten gibt es auf dem Mars alljährlich weiße Weihnachten. Denn wie die Erde durchläuft auch der Mars mit seiner schräg stehenden Drehachse Jahreszeiten bei seiner zweijährigen Umlaufzeit um die Sonne. Dann sind die Polargebiete bis zu mehreren Metern hoch von Kohlendioxid- und Wassereis und -schnee bedeckt. Werden sie mit Frühlingsbeginn wieder der Sonnenstrahlung ausgesetzt und erwärmen sich, weicht die Eis- und Schneebedeckung bis zu den permanenten Polkappen zurück. Dieses Bild zeigt eine Draufsicht von Ultimi Scopuli, lateinisch für die „letzten Klippen“ (vor dem Südpol) bei 75 Grad südlicher Breite im beginnenden Südfrühling. Es wurde Ende Mai 2022 von der DLR-Stereokamera HRSC aufgenommen.
(3D-) Anaglyphenbild der Region Ultimi Scopuli
Aus dem senkrecht auf die Marsoberfläche gerichteten Nadirkanal des vom DLR betriebenen Kamerasystems HRSC auf der ESA-Sonde Mars Express und einem der vier schräg blickenden Stereokanäle lassen sich sogenannte Anaglyphenbilder erzeugen. Sie ermöglichen bei der Verwendung einer Rot-Blau- oder Rot-Grün-Brille eine dreidimensionale Ansicht der Landschaft und geben dem Betrachter eine räumliche Vorstellung der Höhenunterschiede. Die beiden Krater links und rechts der Bildmitte haben Durchmesser von 40 bzw. 70 Kilometern und Tiefen von bis zu 1.500 Metern.
• Bilddaten der HRSC-Kamera an Bord der Mission Mars Express zeigen geschichtete Ablagerungen, Frost, Eis und dunklen Dünen nahe dem Südpol. • Die Szenerie wirkt mit stark kontrastierenden Farbschattierungen wie ein abstraktes Kunstwerk. • HRSC („High Resolution Stereo Camera“) ist ein Kameraexperiment, das vom DLR entwickelt wurde und seit Januar 2004 Bilder der Marsoberfläche zur Erde schickt. • Schwerpunkt: Raumfahrt
Weihnachts- und Winterstimmung, auch auf dem Mars: Einschlagskrater, die durch ein gestreiftes, farbiges (Geschenk-)Band verbunden sind – mit dem letzten, sehr winterlich angehauchten HRSC-Marsbild dieses Jahres wünschen wir allen Leserinnen und Lesern unserer gemeinsam mit der Europäischen Weltraumorganisation ESA und der Freien Universität Berlin veröffentlichten Bildserien vom Mars frohe Festtage!
Die Bilddaten der hochauflösenden Stereokamera (HRSC) an Bord der ESA-Mission Mars Express zeigen heute eine aufregende Landschaft aus geschichteten Ablagerungen, Frost, Eis und dunklen Dünen nahe der Südpolregion des Mars mit dem Namen Ultimi Scopuli (aus dem Lateinischen: „die letzten Klippen“). HRSC („High Resolution Stereo Camera“) ist ein Kameraexperiment, das vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) entwickelt wurde und seit Januar 2004 Bilder der Marsoberfläche zur Erde schickt.
Dieses erstaunliche Bild zeigt einen etwa 215 mal 65 Kilometer großen Landschaftsausschnitt, der 14 Grad nördlich des Südpols gelegen ist. Dort sind viele interessante Landformen zu sehen, die typisch für dauerhaft gefrorene, aber nicht von Eis bedeckte Regionen sind. Gemeinsam mit vom Wind geschaffenen, so genanntem äolischen Formen und saisonalen Frostwolken komplettieren sie die Kulisse.
Die Szenerie wirkt mit den stark kontrastierenden Farbschattierungen aus den Orangetönen des Marsbodens und dem Weiß von Wasser- und Kohlendioxideis sowie den geschwungenen Landschaftsformen sehr abstrakt und ist auf den ersten Blick nicht leicht zu verstehen. Die Natur scheint sich auch auf dem Mars als expressionistische Künstlerin betätigt zu haben und dem HRSC-Wissenschaftsteam in der Routine beim Aufbereiten der farbigen Stereobilddaten zu Weihnachten und dem Jahreswechsel einen ästhetischen Moment zu schenken.
Die Bilddaten wurden im südlichen Frühling aufgenommen – in der Zeit, in der sich das Eis in Richtung Süden zurückzieht und im Sommer der Südhalbkugel nur eine kleine Eiskappe am Südpol verbleibt. Während des saisonalen Zyklus auf dem Mars wird im Winter Kohlendioxideis an den Polen abgelagert. Die Menge an atmosphärischen Gasen, die im Mars-Winter als Eis an jedem Pol gebunden ist und dann im Frühling verdampft, ist enorm und umfasst über zehn Prozent der Atmosphäre. Dieser Prozess führt zu starken Druckänderungen in der Gashülle des Mars und infolgedessen zu sehr hohen Windgeschwindigkeiten. Diese treten vor allem im Herbst auf und werden durch eben diesen unterschiedlichen Luftdruck in den Hemisphären hervorgerufen.
Geschichtete Ablagerungen aus Wassereis und feinem Staub
Blickfänger im Bild sind zwei große Einschlagkrater, die durch ein gestreiftes Band miteinander verbunden zu sein scheinen. Band und Krater weisen einen intensiven rötlich-braunen Farbton auf, der sich von dem Grau und Weiß der umgebenden Landschaft abhebt. Außerdem sind wechselnde Schichten in den Kraterrändern und dem Band zu erkennen – vor allem, wenn man in das Bild zoomt. Diese Schichten sind aufeinander folgende Lagen von Staub und Sand, die kontinuierlich und annähernd horizontal auf den Geländeformen abgelagert worden sind. Sie bestehen hauptsächlich aus Wassereis und zu ungefähr zehn Prozent aus feinen Sedimenten.
Die einzelnen Schichten unterscheiden sich in ihrer Albedo (dem Reflexionsvermögen von Sonnenlicht), ihrer Farbe und Mächtigkeit sowie in ihrem Verwitterungsgrad voneinander. Gebildet werden diese Ablagerungen durch Staub und Wassereis, die sich aus der Atmosphäre lösen und auf die Oberfläche sinken, sowie durch direkte Frostkondensation am Boden. Die orangefarbenen Regionen im Bild zeigen deutlich die geschichtete Natur dieser Ablagerungen.
Einige Regionen auf dem Bild erscheinen dunstig. Über der Szenerie haben sich Wolken gebildet, die insbesondere im Zentrum oberhalb des Bandes entdeckt werden können. Wolken in der südpolaren Region enthalten nicht nur Wassertröpfchen, die zu Eiskristallen gefroren sind, sondern angesichts der extrem tiefen Temperaturen von weit unter minus 100 Grad Celsius oft auch Nadeln aus Kohlendioxideis. Ihre Flugbahn beim Absinken auf den Boden wird teilweise von den Landschaftsformen an der Oberfläche beeinflusst. An einigen Stellen auf dem Bild sind ausgedehnte Verdampfungsstrukturen zu sehen, wodurch die Oberfläche eingeebnet scheint und dem Wasserspiegel irdischer Seen ähnelt.
Mysteriöses dunkles Material
An zahlreichen Stellen können dunkle Dünen und Dünenfelder identifiziert werden, die oft von einer dünnen Frostschicht bedeckt sind. Dort, wo sie durch den Wind zu dünnen Linien aufgereiht wurden, ähneln sie einer Formation von langgestreckten Felsrücken und Windgassen, die in die gleiche Richtung weisen (sogenannte Jardangs). An ihrer Ausrichtung kann man die vorherrschenden Windrichtungen ablesen, die lokal sehr unterschiedlich sein können und stark von den Geländeformationen beeinflusst werden.
Zur Herkunft des dunklen Materials auf dem Mars gibt es immer noch offene Fragen: Es wird angenommen, dass es aus alten vergrabenen Schichten vulkanischer Asche sowie aus verwitterter Lava stammt. Ablagerungen dieser Art finden sich in nahezu jeder Region auf dem Mars. Während sich die dunklen Dünen auf den unzähligen Kraterböden oft zu großen komplexen Dünenfeldern vereinigen, liegen die Dünen an Nord- und Südpol oft noch in ihrer Einzelform vor, so wie es hier an den unzähligen schwarzen Pünktchen zu erkennen ist. Vermutlich verhindert in den Polarregionen die Bedeckung mit Frost den ohnehin seltenen Materialtransport auf dem Mars und somit die Mobilität und „Vereinigung“ der Dünen.
Das hier vorgestellte Bild zeigt darüber hinaus auch einzelne, kleine dunkle Flecken, aus denen in verschiedene Richtungen schmale Linien, ähnlich Spinnenbeinen, hervorgehen. Diese könnten ein Hinweis auf einen anderen Verteilungsprozess von dunklem Material sein, der für die polaren Breiten auf dem Mars typisch ist: CO2-Jets, die sich durch Erwärmung von dunklem Material unter einer Eisdecke bilden und zu einem direkten Übergang des Eises vom festen in den gasförmigen Zustand führen, das dann in Fontänen, vermischt mit dunklem Sand, mit Hochdruck ausgeworfen wird. Die ständige Beobachtung dieser Phänomene hilft dabei, Prozesse zu verstehen, die das Erscheinungsbild der Oberfläche in den polaren Regionen auf dem Mars stetig verändern.
Bildverarbeitung
Die Bilder wurden am 19. Mai 2022 während der Mars Express-Umlaufbahnen 23219 von der HRSC (High Resolution Stereo Camera) aufgenommen. Die Bodenauflösung beträgt ungefähr 18 Meter pro Pixel. Das Bild ist bei etwa 185 Grad Ost und 76 Grad Süd zentriert.
Das Farbbild wurde aus den Daten des Nadir-Kanals, des senkrecht zur Marsoberfläche ausgerichteten Sichtfeldes, und den Farbkanälen der HRSC erstellt. Die schräge perspektivische Ansicht wurde aus dem digitalen Geländemodell, dem Nadirkanal und den Farbkanälen der HRSC erstellt. Das Anaglyphenbild, das bei Betrachtung mit einer Rot/Blau- oder Rot/Grün-Brille einen dreidimensionalen Eindruck der Landschaft vermittelt, wurde aus dem Nadirkanal und einem Stereokanal abgeleitet. Die farbkodierte topografische Ansicht basiert auf einem digitalen Geländemodell (DGM) der Region, aus dem sich die Topografie der Landschaft ableiten lässt.
Der Referenzkörper für das HRSC-DGM ist eine Marsäquipotentialfläche, das so genannte Areoid (vom Griechischen „Ares“ für den Mars), eine globale Kugelfläche identischer Anziehungskraft, die auf der Erde durch den Meeresspiegel verkörpert wird.
HRSC ist ein Kameraexperiment, das vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) entwickelt wurde und betrieben wird. Die systematische Auswertung der Kameradaten fand am DLR-Institut für Planetenforschung in Berlin-Adlershof statt. Die Arbeitsgruppe Planetenforschung und Fernerkundung der Freien Universität Berlin hat die Daten zu den hier gezeigten Bildprodukten verarbeitet.
Die High Resolution Stereo Camera wurde am Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) entwickelt und in Kooperation mit industriellen Partnern gebaut (EADS Astrium, Lewicki Microelectronic GmbH und Jena-Optronik GmbH). Das Wissenschaftsteam unter Leitung des Principal Investigators (PI) Dr. Thomas Roatsch vom DLR-Institut für Planetenforschung besteht aus 50 Co-Investigatoren, die aus 34 Institutionen und zehn Nationen stammen. Die Kamera wird vom DLR-Institut für Planetenforschung in Berlin-Adlershof betrieben. Diese Bilder in hoher Auflösung und weitere Bilder der HRSC finden Sie in der Mars Express-Bildergalerie auf flickr.
