27. Juni 2019
Mission Mars Express

Au­rorae Cha­os - kol­la­bier­te Land­schaft als Fol­ge von Was­ser­ab­fluss?

Blick auf Aurorae Chaos
Blick auf Au­rorae Cha­os in Far­be
Bild 1/5, Credit: ESA/DLR/FU Berlin, CC BY-SA 3.0 IGO

Blick auf Aurorae Chaos in Farbe

Die Über­gangs­zo­ne zwi­schen den Pla­teaus des Mars­hoch­lan­des in Mar­ga­ri­ti­fer Ter­ra und den chao­ti­schen Ge­bie­ten in der Sen­ke von Au­rorae Cha­os ist von in­ten­si­ven geo­lo­gi­schen Vor­gän­gen ge­prägt. In Hohl­räu­men un­ter der Ober­flä­che als Grund­eis ge­spei­cher­tes Was­ser tau­te durch Wär­me­ein­wir­kung auf und trat an die Ober­flä­che aus. Die da­durch ent­stan­de­nen Hohl­räu­me stürz­ten in sich zu­sam­men und ein be­trächt­li­cher Teil des Ge­steins­schutts wur­de vom Was­ser als Se­di­ment­fracht ab­trans­por­tiert. In der Ge­gend ver­blie­ben ein­zel­ne Ta­fel- oder Zeu­gen­ber­ge als Über­bleib­sel der ehe­ma­li­gen Hoch­flä­che und bil­de­ten die heu­te sicht­ba­re Land­schaft von Au­rorae Cha­os. Die Über­gangs­zo­ne zum Hoch­land zeigt Brü­che und Grä­ben, die durch tek­to­ni­sche Span­nun­gen in der Mar­s­krus­te ent­stan­den sind. Au­ßer­dem sind klei­ne­re Cha­os­ge­bie­te süd­lich des Steil­hangs zu er­ken­nen (links im Bild).
Margaritifer Terra in Aurorae Chaos
Per­spek­ti­vi­scher Blick auf die Über­gangs­zo­ne von Mar­ga­ri­ti­fer Ter­ra in Au­rorae Cha­os
Bild 2/5, Credit: ESA/DLR/FU Berlin, CC BY-SA 3.0 IGO

Perspektivischer Blick auf die Übergangszone von Margaritifer Terra in Aurorae Chaos

Am Über­gang von der Hoch­land­re­gi­on Mar­ga­ri­ti­fer Ter­ra in die Sen­ke von Au­rorae Cha­os ist die Ebe­ne des süd­li­chen Hoch­lands stark zer­furcht und von Grä­ben, Tä­lern, Sen­ken und zer­rüt­te­ter Land­schaft ge­prägt. Zum ei­nen wur­de die Krus­te durch tek­to­ni­sche Deh­nungs­kräf­te aus­ein­an­der­ge­ris­sen. Zum an­de­ren dürf­te in Hohl­räu­men di­rekt un­ter der Ober­flä­che Grund­eis ge­spei­chert ge­we­sen sein, das un­ter dem Ein­fluss ei­ner Wär­me­quel­le – auf­stei­gen­des Mag­ma ei­nes vul­ka­ni­sches Her­des oder durch die Wär­me­ent­wick­lung bei ei­nem na­he ge­le­ge­nen Ein­schlag ei­nes Aste­ro­iden - auf­tau­te und dann nach Nor­den ab­floss. Die De­cken der da­bei ent­stan­de­nen Hohl­räu­me stürz­ten ein und hin­ter­lie­ßen ei­ne Land­schaft, die von Pla­ne­ten­geo­lo­gen als "chao­ti­sches Ter­rain" be­zeich­net wird.      
Topographische Karte von Margaritifer Terra und Aurorae Chaos
To­po­gra­phi­sche Kar­te von Mar­ga­ri­ti­fer Ter­ra und Au­rorae Cha­os
Bild 3/5, Credit: MOLA Science Team/FU Berlin

Topographische Karte von Margaritifer Terra und Aurorae Chaos

Das Mars­hoch­land öst­lich und nord­öst­lich des Gra­ben­bruchs Val­les Ma­ri­ne­ris ist ge­prägt von großen Aus­flus­stä­lern, durch die zu­min­dest spo­ra­disch in der Früh­zeit des Mars große Men­gen an Was­ser in Rich­tung der nörd­li­chen Tiefebe­nen ström­te. Zu ei­nem be­trächt­li­chen Teil dürf­te das ab­flie­ßen­de Was­ser aus Grund­eis (Bo­den­eis) stam­men, das in großen Men­gen in Hohl­räu­men un­ter der Ober­flä­che ge­spei­chert war. Wär­me schmolz die­ses Eis, das dann als Was­ser zu­ta­ge trat und nach Nor­den ab­floss. Die da­bei ent­leer­ten Hohl­räu­me stürz­ten in sich zu­sam­men und hin­ter­lie­ßen in der Land­schaft ein wir­res Mus­ter von iso­lier­ten Ta­fel­ber­gen, das Geo­lo­gen als "chao­ti­sches Ter­rain" be­zeich­nen. Da­zwi­schen ge­le­ge­ne Fur­chen und Tä­ler zei­gen, dass auch tek­to­ni­sche Pro­zes­se die Land­schaft ge­stal­te­ten. Die ESA-Raum­son­de Mars Ex­press über­flog das Ge­biet am 31. Ok­to­ber 2018 wäh­rend Or­bit 18.765 und fo­to­gra­fier­te den Über­gang von der Hoch­land­re­gi­on Mar­ga­ri­ti­fer Ter­ra zu Au­rorae Cha­os mit der DLR-Ka­me­ra HR­SC. Die hier ge­zeig­ten Sze­nen sind dem klei­nen Recht­eck aus dem Bild­strei­fen ent­nom­men.      
3D-Ansicht des Übergangs von Margaritifer Terra in Aurorae Chaos
3D-An­sicht des Über­gangs von Mar­ga­ri­ti­fer Ter­ra in Au­rorae Cha­os
Bild 4/5, Credit: ESA/DLR/FU Berlin, CC BY-SA 3.0 IGO

3D-Ansicht des Übergangs von Margaritifer Terra in Aurorae Chaos

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 ei­nen rea­lis­ti­schen, drei­di­men­sio­na­len Blick auf die Land­schaft; Nor­den ist im Bild rechts. In der 3D-Dar­stel­lung tritt die von tek­to­ni­schen Pro­zes­sen und von Ero­si­on durch ab­flie­ßen­des Was­ser in sich zu­sam­men­ge­fal­le­ne, stark zer­klüf­te­te und zer­furch­te Land­schaft be­son­ders deut­lich her­vor. Die Hö­hen­un­ter­schie­de zwi­schen dem mar­kan­ten Ge­län­de­sporn, der von Os­ten nach Wes­ten durch die Bild­mit­te ver­läuft, und den tiefs­ten Stel­len im Nor­den der Sze­ne (rechts im Bild) be­tra­gen mehr als vier­tau­send Me­ter: Das ist in et­wa so viel wie zwi­schen dem Gip­fel des Mont Blanc (4808 Me­ter über dem Mee­res­s­pie­gel) und der sich öst­lich durch Nor­di­ta­li­en er­stre­cken­den Po-Ebe­ne (Tu­rin: 239 Me­ter über dem Mee­res­s­pie­gel).      
Topographische Bildkarte des südlichen Teils von Aurorae Chaos
To­po­gra­phi­sche Bild­kar­te des süd­li­chen Teils von Au­rorae Cha­os
Bild 5/5, Credit: ESA/DLR/FU Berlin, CC BY-SA 3.0 IGO

Topographische Bildkarte des südlichen Teils von Aurorae Chaos

Aus den un­ter ver­schie­de­nen Win­keln auf­ge­nom­me­nen Bild­strei­fen des Ka­me­ra­sys­tems HR­SC auf Mars Ex­press wer­den di­gi­ta­le Ge­län­de­mo­del­le der Mar­so­ber­flä­che be­rech­net, die für je­den auf­ge­nom­me­nen Bild­punkt ei­ne Hö­hen­in­for­ma­ti­on bein­hal­ten. Das Re­fe­renz­ni­veau, auf das sich die Hö­hen­an­ga­ben be­zie­hen, ist ei­ne ge­dach­te Flä­che glei­cher An­zie­hungs­kraft, wie es auf der Er­de der Mee­res­s­pie­gel dar­stellt. Die­se so­ge­nann­te Äqui­po­ten­ti­al­flä­che hat die Form ei­nes zwei­ach­si­gen El­lip­so­ids und wird in An­leh­nung an das grie­chi­sche Wort für Mars, Ares, Areo­id ge­nannt. Nor­den ist in der Dar­stel­lung rechts. Aus der Farb­ko­die­rung des di­gi­ta­len Ge­län­de­mo­dells (Le­gen­de oben rechts) las­sen sich die Hö­hen­un­ter­schie­de gut er­fas­sen: Der Bo­den der Sen­ke von Au­rorae Cha­os (blaue Ge­bie­te rechts im Bild) be­fin­det sich et­wa 4000 Me­ter un­ter­halb der Hoch­lan­de­be­ne (ro­te Ge­bie­te links im Bild). Durch die Farb­ge­bung tre­ten auch tek­to­ni­sche Bruch­struk­tu­ren und ih­re Rich­tung deut­lich her­vor. Von Nord­os­ten nach Süd­wes­ten ver­läuft durch die Bild­mit­te ein mar­kan­ter Steil­hang und stellt die Ver­bin­dung zwi­schen dem Hoch­pla­teau im Sü­den und den Tau­sen­de von Me­tern tie­fer ge­le­ge­nen Ge­bie­ten von Au­rorae Cha­os im Nor­den her.      
  • Die Bilder der HRSC-Kamera auf Mars Express zeigen den südlichen Teil von Aurorae Chaos - ein Gebiet, dessen Oberfläche nach dem Schmelzen großer Mengen Bodeneises in sich zusammengebrochen ist.
  • Es gibt zahlreiche mineralogische Hinweise auf das frühe Vorhandensein von Wasser in und um die zahlreichen Chaosgebiete auf dem Mars.
  • Die Aufnahmen entstanden am 31. Oktober 2018 während Orbit 18.765 von Mars Express. Die Bildauflösung beträgt 14 Meter pro Bildpunkt (Pixel).
  • Schwerpunkt(e): Raumfahrt, Planetenforschung

Auf den ersten Blick sieht es aus wie eine aus nächster Nähe fotografierte braune Krokodilhaut - aber auf diesen Bildern ist das raue und zerfurchte Gelände von Aurorae Chaos zu sehen. Aufgenommen wurden sie von der vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) betriebenen High Resolution Stereo Camera (HRSC): einem Kamerasystem, das sich an Bord der ESA-Raumsonde Mars Express befindet. Diese umkreist den Mars seit 2003.

Aurorae Chaos ist eines von zahlreichen sogenannten chaotischen Gebieten auf dem Mars. Charakteristisch für diese Geländeform ist eine regellose, eben "chaotische" Anordnung von Tafelbergen und isolierten Gesteinsblöcken unterschiedlichster Größe. Aurorae Chaos befindet sich in der Hochlandregion Margaritifer Terra, wenige hundert Kilometer von der östlichen Öffnung des Grabenbruchsystems der Valles Marineris entfernt. Hier, in Äquatornähe und am Übergang des südlichen Hochlandes zum nördlichen Tiefland, entstanden zahlreiche dieser chaotischen Gebiete, für die auf der Erde keine vergleichbaren Geländeformen existieren.

Auf dem Merkur gibt es ein morphologisch vergleichbares Gebiet, und auch auf dem Jupitermond Europa hat man einige chaotische Gebiete identifiziert, die allerdings in beiden Fällen einen ganz anderen geologischen Ursprung als die chaotischen Gebiete auf dem Mars haben. Bei Europa wird die Kruste aufgrund von Gezeitenkräften auseinandergezogen und wieder zusammengepresst, wodurch komplexe Anordnungen von zerbrochenen Schollen, Rissen und Bergrücken entstanden. Bei Merkur sind die chaotischen Gebiete durch seismische Bewegungen in der Planetenkruste nach einem riesigen Asteroideneinschlag entstanden.

Ein gewaltiges Chaos

Aurorae Chaos ist Teil eines ausgedehnten Systems von Furchen, Gräben und Hügeln nordöstlich des gewaltigen Canyons Valles Marineris. Die bis zu 600 Kilometer breite unregelmäßig geformte Senke hat eine Tiefe von ungefähr vier Kilometern in Bezug auf die umliegenden Ebenen. Die Ausdehnung der gesamten Chaosregion in Margaritifer Terra umfasst etwa 1,6 Millionen Quadratkilometer, was sie zu einer überaus imposanten Landschaftsform macht. Anderenorts auf dem Mars gibt es sonst nur deutlich kleinere chaotische Gebiete, die kaum über die Größe eines Einschlagskraters hinausgehen.

Ein markanter Steilhang verläuft von Nordosten nach Südwesten durch die Mitte (Bilder 1, 4 und 5) und verbindet das südlich gelegene Hochplateau mit den tiefer gelegenen Gebieten von Aurorae Chaos im Norden. Die Übergangszone zeigt Brüche und Gräben, die parallel oder schräg zum Steilhang verlaufen. Sie wurden durch tektonische Kräfte erzeugt, die die spröde Marskruste in dieser Region gedehnt und aufgerissen haben. Außerdem sind kleinere Chaosgebiete südlich des Steilhangs zu erkennen (links in den Bildern 1,4 und 5).

Zeugen einer komplexen Geschichte des Wassers auf dem Mars

Solche chaotischen Gebiete sind Zeugen einer komplexen Geschichte von Transport, Speicherung und Freisetzung großer Mengen von Wassereis und flüssigem Wasser in der Vergangenheit des Mars.

Die unter Wissenschaftlern am meisten geteilte Theorie geht davon aus, dass chaotische Gebiete entstehen, wenn unterirdische Eisreservoirs durch Wärme schmelzen und plötzlich große Mengen Wasser freigesetzt werden. Die Wärme könnte von Vulkanen in der Nähe abgestrahlt oder durch große Asteroideneinschläge entstanden sein. Ist das Wasser abgeflossen, kollabiert die Oberfläche über den neu entstandenen Hohlräumen und die Landschaft stürzt in sich zusammen.

Für Aurorae Chaos wurde mittels Kratergrößen-Häufigkeitsmessungen ein Modellalter von 3,5 Milliarden Jahren für den Boden der riesigen Senke abgeleitet. Die Kollapsprozesse spielten sich also bereits vor sehr langer Zeit ab. Während des Einsturzes hier traten möglicherweise auch Grundwasser und Magma zusätzlich zum Schmelzwasser aus.

Es gibt zahlreiche mineralogische Hinweise auf das frühe Vorhandensein von Wasser, das in den Chaosgebieten und in ihrer Umgebung auf dem Mars geflossen ist. Sulfathaltige Sedimentschichten, die in einigen der Becken mit chaotischen Strukturen identifiziert wurden, weisen auf Bildung und Anreicherung dieser Minerale infolge der Verdunstung relativ sauren Wassers hin. Tonmineralhaltige Ablagerungen auf den Plateaueinheiten von Margaritifer Terra, die den sulfathaltigen Ablagerungen zeitlich vorausgehen, stehen möglicherweise im Zusammenhang mit Brüchen und abfließendem Grundwasser. Die Tonmineralbildung erforderte sogar das Vorhandensein von stehenden, pH-neutralen Gewässern.

  • Bildverarbeitung
    Die Aufnahmen mit der HRSC (High Resolution Stereo Camera) entstanden am 31. Oktober 2018 während Orbit 18.765 von Mars Express. Die Bildauflösung beträgt 14 Meter pro Bildpunkt (Pixel). Die Bildmitte liegt bei etwa 327 Grad östlicher Länge und 11 Grad südlicher Breite. Die Farbaufsicht wurde aus dem senkrecht auf die Marsoberfläche gerichteten Nadirkanal und den Farbkanälen der HRSC erstellt, die perspektivische Schrägansicht wurde aus den Geländemodell-Daten, den Nadir- und Farbkanälen der HRSC berechnet. Das Anaglyphenbild, das bei Betrachtung mit einer Rot-Blau- oder Rot-Grün-Brille einen dreidimensionalen Eindruck der Landschaft vermittelt, wurde aus dem Nadirkanal und den Stereokanälen abgeleitet. Die in Regenbogenfarben kodierte Aufsicht beruht auf einem digitalen Geländemodell (DTM) der Region, von dem sich die Topographie der Landschaft ableiten lässt. Der Referenzkörper für das HRSC-DTM ist eine Äquipotentialfläche des Mars (Areoid). Die systematische Prozessierung der Kameradaten erfolgte am DLR-Institut für Planetenforschung in Berlin-Adlershof. Mitarbeiter der Fachrichtung Planetologie und Fernerkundung der Freien Universität Berlin erstellten daraus die hier gezeigten Bildprodukte.
  • Das HRSC-Experiment auf Mars Express
    Die High Resolution Stereo Kamera 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) Prof. Dr. Ralf Jaumann besteht aus 52 Co-Investigatoren, die aus 34 Institutionen und 11 Nationen stammen. Die Kamera wird vom DLR-Institut für Planetenforschung in Berlin-Adlershof betrieben.
Kontakt
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    Deut­sches Zen­trum für Luft- und Raum­fahrt (DLR)

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    Telefon: +49 2203 601-2867
    Fax: +49 2203 601-3249
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  • Prof. Dr. Ralf Jaumann
    Freie Uni­ver­si­tät Ber­lin
    In­sti­tut für Geo­lo­gi­sche Wis­sen­schaf­ten
    Pla­ne­to­lo­gie und Fer­ner­kun­dung
    Telefon: +49-172-2355864
    Malteserstr. 74-100
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  • Ulrich Köhler
    Deut­sches Zen­trum für Luft- und Raum­fahrt (DLR)
    In­sti­tut für Pla­ne­ten­for­schung
    Rutherfordstraße 2
    12489 Berlin
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  • Dr. Daniela Tirsch
    Deut­sches Zen­trum für Luft- und Raum­fahrt (DLR)
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    Fax: +49 30 67055-402
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Schwarzes Loch

"Kollabiert eine bestimmte Masse bis auf den Radius einer Sphäre, der dem Schwarzschildradius der Masse entspricht, bildet sich ein Schwarzes Loch. Der Schwarzschildradius ist proportional zur Masse und definiert als das Zweifache der Gravitationskonstante mal der Masse geteilt durch das Quadrat der Lichtgeschwindigkeit. An der Oberfläche der Sphäre wird die Entweichgeschwindigkeit dann gleich der Lichtgeschwindigkeit und daher kann nichts mehr von dort 'entkommen'.  Schwarze Löcher haben lediglich drei Eigenschaften: Masse (ohne irgendeine materielle Struktur), Drehimpuls und Ladung. Man findet sie als Relikte verloschener, massereicher Sterne und in den Zentren von Galaxien." Manfred Gaida, Raumfahrtmanagement, Extraterrestrik