Das Berlin Mars near Surface Thermal model (BMST) ist ein Modell zur Untersuchung des thermischen Verhaltens und des Gas-Transports in den obersten 100m der Marsoberläche. Das Modell ermöglicht unter anderem Vorhersagen über die Oberflächentemperatur, den Temperaturverlauf in der Tiefe oder über die Stabilität von Eisvorkommen.
Die aktuelle Version des Modells ist während der letzen Jahre entwickelt worden, gefördert durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG). Während die Entwicklung des Modells ständig weiter geht, ist es ist schon erfolgreich zur Untersuchung verschiedener Landestellen auf dem Mars eingesetzt worden. Wir haben die Landestelle von Beagle 2 studiert und Karten für die Oberflächentemperatur und mögliche Eistiefen erstellt. Ähnliche Studien haben wir auch für die Reserve-Landestelle der Mars Exploration Rover in Isidis Planitia durchgeführt. Für Gusev Krater und Terra Arabia arbeiten wir derzeit an Modellen zur Stabilität von Eisvorkommen dicht unter der Oberfläche. Für die NASA Mission Phönix beginnen wir gerade mit der Analyse potentieller Landestellen.
Im Rahmen der Auswertung der Daten des Planetary Fourier Spectrometer (PFS) auf Mars Express (PI: V. Formisano, IFSI) wird das BMST unter anderem zur Modellierung der Oberflächentemperatur genutzt. Im Zusammenspiel mit den gemessenen Daten kann dann die thermische Trägheit des Bodens bestimmt werden. Eins der interessantesten Ziele in der gemeinsamen Nutzung von BMST und PFS Daten ist die Suche nach aktiven Hotspots auf dem Mars. Sollte es solche Hotspots noch heute geben, dann wäre hier die Wahrscheinlichkeit am größten biologische Aktivität zu finden.
Die meisten Modelle für das thermische Verhalten der Marsboden gehen davon aus, dass die physikalischen Eigenschaften sich mit der Tiefe nicht ändern. Das BMST nutzt hier einen realistischeren Ansatz und simuliert einen geschichteten Boden, bei dem die Schichten verschiedene physikalische Eigenschaften haben können. Die Bilder, die wir zum Beispiel von den Mars Exploration Rovern erhalten, belegen diese Schichtstruktur des Boden.
Die Highlights des BMST sind eine hohe vertikale Auflösung bin in den Zentimeter-Bereich, eine realistische Behandlung der thermischen Eigenschaften einer Eis-Gesteinsmischung, die Berücksichtigung des Gasflusses in den Poren und eine variable zeitliche Auflösung, die es erlaubt sowohl tägliche oder jährliche Variationen zu untersuchen.
Die Skizze auf der rechten Seite zeigt stark vereinfacht das Prinzip des Modells, unseren "Dirty ice" Ansatz. Beim Start der Modellierung sind die Poren im Boden zu einem bestimmten Prozentsatz mit Eis gefüllt.(hauptsächlich H2O aber auch CO2). Während der Simulation wird das thermische Verhalten, der Energietransport und der Gasfluß im Boden während jedes Umlauf des Mars um die Sonne berechnet. Die Simulation läuft bis ein Gleichgewichtszustand erreicht ist. An diesem Punkt kann zum Beispiel die Tiefe stabiler Eisvorkommen bestimmt werden. Üblicherweise braucht das Modell 1000 oder mehr Umläufe um den Gleichgewichtszustand zu erreichen.
Das BMST ergänzt in idealerweise die Messungen des Gamma Ray Spectrometer (GRS) auf Mars Odyssey. Mit diesem Instrument ist es erstmalig möglich den Wassergehalt im Boden des Mars zu messen bis zu einer Tiefe von max. 2m. Allerdings ist die räumliche Auflösung sehr begrenzt, ein tpyischer Meßfleck hat einen Durchmesser von 600km. Um zum Beispiel die Wahrscheinlichkeit zu erhöhen eine Landestelle in einem Gebiet zu wählen in dem Eis nahe an der Oberfläche liegt, ist eine umfangreiche Modellierung notwendig.