3. September 2020
Mission Mars Express

Von Was­ser, Wind und Eis ge­form­te Ge­birgs­land­schaft in den Ne­re­idum Mon­tes

Ausschnitt der Nereidum Montes in Echtfarben
Aus­schnitt der Ne­re­idum Mon­tes in Echt­far­ben
Bild 1/5, Credit: ESA/DLR/FU Berlin (CC BY-SA 3.0 IGO)

Ausschnitt der Nereidum Montes in Echtfarben

Die senk­rech­te Drauf­sicht auf ei­nen et­wa 130 mal 60 Ki­lo­me­ter großen Aus­schnitt der Berg­welt von Ne­re­idum Mon­tes – das ent­spricht et­wa der Hälf­te des ös­ter­rei­chi­schen Bun­des­lan­des Ti­rol – zeigt an­schau­lich, wie nach der Ent­ste­hung des Ring­be­ckens Ar­gy­re vor et­wa vier Mil­li­ar­den Jah­ren die Land­schaft am Kra­ter­rand von ver­schie­de­nen geo­lo­gi­schen Pro­zes­sen ge­präg­te wur­de. Was­ser, Eis (auf und un­ter der Ober­flä­che) und in jün­ge­rer Zeit auch Wind ha­ben da­bei ih­re Spu­ren hin­ter­las­sen. Ein mar­kan­tes Netz von klei­nen, ver­äs­tel­ten Tä­lern in der rech­ten Bild­hälf­te zeugt von Was­ser, das vom 4000 Me­ter ho­hen Rand Ar­gy­res und an den Ab­hän­gen der Ber­ge ins In­ne­re des Be­ckens ge­flos­sen ist und Ero­si­ons­rin­nen und da­bei klei­ne Tä­ler aus­ge­schürft hat.
Erosionsstrukturen und Dünen in den Nereidum Montes
Ero­si­onss­truk­tu­ren und Dü­nen in den Ne­re­idum Mon­tes
Bild 2/5, Credit: ESA/DLR/FU Berlin (CC BY-SA 3.0 IGO)

Erosionsstrukturen und Dünen in den Nereidum Montes

Der per­spek­ti­vi­sche Blick in ein tief ein­ge­schnit­te­nes, von über 3000 Me­ter ho­hen Ber­gen ein­ge­rahm­tes Tal zeigt große Ma­te­ri­al­be­we­gun­gen. Sie wur­den durch Hangrut­schun­gen aus­ge­löst und ha­ben sich im Tal­grund ge­sam­melt, wo sie wei­te­ren Ver­wit­te­rungs- und Ero­si­ons­pro­zes­sen aus­ge­setzt sind. Ein klei­ner Ein­schlags­kra­ter auf dem Mas­siv links ober­halb des Tals ist wie vie­le an­de­re Kra­ter in die­sem Ge­biet mit ei­nem Ma­te­ri­al an­ge­füllt, das ein auf­fäl­li­ges, kon­zen­tri­sches Mus­ter auf der Ober­flä­che auf­weist. Der­ar­ti­ge Struk­tu­ren deu­ten auf Glet­scher hin, die von Ge­steins­schutt be­deckt sind, so­ge­nann­te Block­glet­scher. Auch das ab­ge­rutsch­te Ma­te­ri­al im Tal könn­te heu­te noch vor­han­de­nes Eis be­de­cken. Nicht zu­letzt zeu­gen dunk­le Dü­nen­fel­der in der Ebe­ne vor der Tal­mün­dung von der Kraft des Win­des und sei­ner Fä­hig­keit, Sand­kör­ner über wei­te Stre­cken und um Hin­der­nis­se her­um zu trans­por­tie­ren. Die gräu­lich-schwärz­li­chen Dü­nen­san­de, die auf dem Mars sehr häu­fig vor­kom­men, sind vul­ka­ni­schen Ur­sprungs.
Das Ringgebirge der Nereidum Montes im Nordwesten von Argyre Planitia
Das Ring­ge­bir­ge der Ne­re­idum Mon­tes im Nord­wes­ten von Ar­gy­re Pla­ni­tia
Bild 3/5, Credit: NASA/JPL/USGS; FU Berlin

Das Ringgebirge der Nereidum Montes im Nordwesten von Argyre Planitia

Die Ne­re­idum Mon­tes sind ein Teil des nörd­li­chen Rand­ge­bir­ges von Ar­gy­re Pla­ni­tia. Mit ei­nem Durch­mes­ser von 1800 Ki­lo­me­tern und ei­ner Tie­fe von bis zu fünf Ki­lo­me­tern ist Ar­gy­re, des­sen nord­west­li­che Tiefebe­ne in die­ser to­po­gra­phi­schen Über­sichts­kar­te rechts un­ten zu se­hen ist, das zweit­größ­te Ein­schlags­be­cken auf dem Mars. Ähn­lich wie die Al­pen er­streckt sich die Ge­birgs­ket­te der Ne­re­idum Mon­tes in ei­nem lang­ge­streck­ten Bo­gen über 1100 Ki­lo­me­ter par­al­lel zum kreis­run­den Be­cken­rand. Ein­zel­ne Berg­mas­si­ve sind, wie auch in Eu­ro­pas Al­pen, bis zu vier­tau­send Me­ter hoch. Die vom DLR be­trie­be­ne Ste­reo­ka­me­ra HR­SC auf der ESA-Raum­son­de Mars Ex­press fo­to­gra­fier­te wäh­rend Or­bit 14.709 ei­nen Teil der Ne­re­idum Mon­tes. Die ge­zeig­ten Bil­der zei­gen das Ge­biet süd­lich des 85 Ki­lo­me­ter großen Kra­ters Sum­gin, be­nannt nach dem rus­si­schen Per­mafrost-Wis­sen­schaft­ler Michail Iwa­no­witsch Sum­gin (1873-1942).
Topographische Bildkarte eines Teils der Nereidum Montes
To­po­gra­phi­sche Bild­kar­te ei­nes Teils der Ne­re­idum Mon­tes
Bild 4/5, Credit: ESA/DLR/FU Berlin (CC BY-SA 3.0 IGO)

Topographische Bildkarte eines Teils der Nereidum Montes

Aus den Bild­strei­fen von der Mar­so­ber­flä­che, die das Ka­me­ra­sys­tem HR­SC auf Mars Ex­press aus ver­schie­de­nen Win­keln auf­ge­nom­men hat, be­rech­nen Wis­sen­schaft­le­rin­nen und Wis­sen­schaft­ler des DLR und der Frei­en Uni­ver­si­tät Ber­lin di­gi­ta­le Ge­län­de­mo­del­le. Da­bei kann je­dem Bild­punkt ei­ne Hö­hen­in­for­ma­ti­on zu­ge­ord­net wer­den. Die Farb­ko­die­rung des di­gi­ta­len Ge­län­de­mo­dells (Le­gen­de oben rechts) gibt Aus­kunft über die Hö­hen­un­ter­schie­de in die­sem nord­öst­li­chen Teil der Ne­re­idum Mon­tes; Nor­den ist im Bild rechts. Die rot ein­ge­färb­ten Hoch­pla­te­aus über­ra­gen die in Blau dar­ge­stell­te Tiefebe­ne von Ar­gy­re Pla­ni­tia um mehr als 4000 Me­ter. Die­se Dar­stel­lung lässt sehr gut selbst klein­räu­mi­ge De­tails der von ver­schie­de­nen Ero­si­ons­pro­zes­sen ge­form­ten Land­schaft er­ken­nen.
3D-Ansicht der Nereidum Montes
3D-An­sicht der Ne­re­idum Mon­tes
Bild 5/5, Credit: ESA/DLR/FU Berlin (CC BY-SA 3.0 IGO)

3D-Ansicht der Nereidum Montes

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 Ste­reo­kanä­len las­sen sich so­ge­nann­te Ana­gly­phen­bil­der er­zeu­gen. Sie er­mög­li­chen bei der Ver­wen­dung ei­ner Rot-Blau- oder Rot-Grün-Bril­le ei­ne drei­di­men­sio­na­le An­sicht der Land­schaft. Nor­den liegt im Bild rechts. Durch die ho­he Bild­auf­lö­sung lässt sich da­bei die viel­sei­ti­ge To­po­gra­phie in die­sem Ge­biet an­schau­lich er­fas­sen, wie bei­spiels­wei­se das am Ero­si­ons­zu­stand ab­les­ba­re un­ter­schied­li­che Al­ter der Ein­schlags­kra­ter oder die von ab­flie­ßen­dem Ober­flä­chen­was­ser aus­ge­schürf­ten Ab­fluss­rin­nen und klei­nen Tä­ler an den Berg­flan­ken.
  • Die Aufnahmen der Mars-Kamera HRSC, die vom DLR betrieben wird, zeigen einen Teil des Gebirgszugs der Nereidum Montes auf dem Mars.
  • Dieses Gebiet ist von verschiedenen geologischen Prozessen geprägte, in dem Wasser, Eis (auf und unter der Oberfläche) und in jüngerer Zeit auch Wind ihre Spuren der Erosion hinterlassen haben.
  • Die Stereokamera HRSC (High Resolution Stereo Camera) kartiert seit 2004 im Rahmen der ESA-Mission Mars Express den Roten Planeten in nie da gewesener Auflösung dreidimensional und in Farbe.

Bilder der Marskamera HRSC zeigen einen Teil der Region Nereidum Montes. Hier haben Wind, Wasser, Eis und tektonische Kräfte eine sehr vielfältige Landschaft geschaffen. Die Stereokamera HRSC (High Resolution Stereo Camera) kartiert seit 2004 im Rahmen der ESA-Mission Mars Express den Roten Planeten in nie dagewesener Auflösung – dreidimensional und in Farbe. Sie wurde am Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) entwickelt und wird dort am Institut für Planetenforschung betrieben. Mars Express liefert neue Daten zur Geologie, Mineralogie und Atmosphäre des Mars, um Aufschluss über die Klimageschichte des Roten Planeten zu erhalten und die Rolle und den Verbleib von Wasser zu klären.

Die "Alpen" auf dem Mars

Die Nereidum Montes sind ein Teil des nördlichen Randgebirgs des Einschlagsbeckens Argyre Planitia. Mit einem Durchmesser von 1800 Kilometern und einer Tiefe von bis zu fünf Kilometern ist Argyre das zweitgrößte Einschlagsbecken auf dem Mars (das größte ist Hellas Planitia). Ähnlich wie die Alpen auf der Erde erstreckt sich die Gebirgskette der Nereidum Montes in einem langgestreckten Bogen über 1100 Kilometer parallel zum Beckenrand. Einzelne Bergmassive sind, wie auch in Europas Hochgebirge, bis zu viertausend Meter hoch.

Allerdings ist der Entstehungsprozess der irdischen Alpen ganz anders verlaufen als beim Ringgebirge der Nereidum Montes auf dem Mars. Letztere sind ursprünglich das Ergebnis eines extrem großen Asteroideneinschlags. Dieser war so gewaltig, dass er nicht nur ein schüsselförmiges und mehrere Kilometer tiefes Becken entstehen ließ, sondern auch zum Rand hin mehrere konzentrische Gebirgsringe, die durch tektonische Rutschungsprozesse ganzer Geländeblöcke terrassenförmig ausgeprägt sind. Die europäischen Alpen hingegen wurden durch die Kollision der afrikanischen Kontinentalplatte mit der eurasischen Platte zu einem Faltengebirge von fast 5000 Metern Höhe aufgeschoben. Es wächst übrigens auch heute noch immer um etwa einen Zentimeter pro Jahr, die aber gleichzeitig wieder abgetragen werden.

Die "Silberne Ebene" und die "Berge der Nereiden"

Als der Mars noch nicht von Raumsonden aus der Nähe untersucht wurde, waren selbst mit den stärksten Teleskopen von der Erde aus nur große Landschaftsformen erkennbar. Dazu zählte auch das Argyre-Becken, dessen Topographie aus den teleskopischen Beobachtungen allerding nicht abgeleitet werden konnte. Nach zwei mythischen Inseln benannt, nämlich Chryse und Argyre, die Plinius der Ältere (23-79 n. Chr.) im Indischen Ozean nahe der Indusmündung lokalisierte und denen große Vorkommen von Gold (gr. chrysos) und Silber (argyros) zugeschrieben wurde, flossen diese Namen in die ersten kartographischen Werke des Mars ein.

Vor allem machte sich Giovanni Schiaparelli (1835-1910) um die erste detaillierte Kartierung des Mars verdient, der die Nähe des Mars zur Erde 1877 für intensive Beobachtungen nutzte. Damals wurde auch die "Goldene Ebene", Chryse Planitia, weiter im Norden, in die Nomenklatur übernommen. Die Nereides Montes, die "Berge der Nereiden" (benannt nach den 50 Töchtern des Nereus, einem Meeresgott in der griechischen Mythologie, und seiner Gemahlin Doris, der Tochter des Oceanos und der Tethys) erhielten ihre Bezeichnung erst im Raumfahrtzeitalter, als auch kleinere regionale Strukturen identifiziert werden konnten.

Auf den HRSC-Bildern zeigt sich eine, nach der Entstehung des Ringbeckens Argyre vor etwa vier Milliarden Jahren von verschiedenen geologischen Prozessen geprägte Region, in der Wasser, Eis (auf und unter der Oberfläche) und in jüngerer Zeit auch Wind ihre Spuren der Erosion hinterlassen haben. Ursprünglich war Argyre viel tiefer als dies heute der Fall ist. Erodiertes Gestein wurde von Gletschern und fließenden Gewässern in das Becken transportiert und füllte es nach und nach auf.

Hinweise auf Eis im Untergrund

Ein markantes Netz von kleinen, verästelten Tälern in der rechten Bildhälfte (Bild 1) zeugt von Wasser, das vom Rand Argyres über die Oberfläche ins Innere des Beckens geflossen ist. Es stammte entweder von Regenfällen in der Frühzeit des Mars oder von geschmolzenem Gletschereis. Diese Entwässerungsnetze dokumentieren bis heute die wasserreiche Vergangenheit des Mars.

Seit langem wird intensiv darüber diskutiert, ob es in der Frühzeit des Mars tatsächlich ein deutlich wärmeres und feuchtes Klima gab, das einen Wasserkreislauf auch mit Niederschlägen und einem Gewässernetz auf der Oberfläche über einen längeren Zeitraum – oder auch nur episodisch – ermöglichte. Denkbar ist auch, dass die dünne Atmosphäre bei kaum vorhandenem Treibhauseffekt nur niedrige Temperaturen erlaubte, die eher zu eiszeitlichen Prozessen mit allenfalls dem Niederschlag von Schnee und damit verknüpften glazialen Phänomenen führte. Es könnte dann durch Vulkanismus oder regionale Asteroideneinschläge sporadisch zu Tauprozessen gekommen sein, die das Eis an der Oberfläche und im Untergrund schmolzen und auf diesem Weg fließendes Wasser mobilisierten.

Neueste Erkenntnisse belegen, dass die zahlreichen ausgetrockneten Flusstäler auf dem Mars durch mindestens vier verschiedene Abflussprozesse gebildet worden sind: Oberflächenabfluss durch Niederschlag, abschmelzende Gletscher, subglazialer Abfluss unterhalb von Gletscherpaketen und austretendendes Grundwasser (was wiederum durch abschmelzendes Bodeneis gebildet worden sein könnte). Die Nereidum Montes sind ein "Schlüsselgebiet", in dem diese Hypothesen gut überprüft werden können. Aufgrund seiner Morphologie ist hier am ehesten von einem glazialen Ursprung, also dem Abschmelzen von Gletschereis, auszugehen.

Die meisten Einschlagskrater in diesem Gebiet sind mit einem Material angefüllt, das ein auffälliges, konzentrisches Muster auf der Oberfläche aufweist. Derartige Strukturen deuten auf Gletscher hin, die von Gesteinsschutt bedeckt sind, sogenannte Blockgletscher. Auch in den Tälern zwischen den Gebirgszügen sind diese Formen als großflächige Ablagerung zu erkennen. Es wird vermutet, dass diese Landschaftsformen noch immer Wassereis in größerer Tiefe unter einer Schuttschicht verbergen, die eine Sublimation, also ein Verdampfen des Eises beim niedrigen Gasdruck der Marsatmosphäre, verhindern.

Die Kraft des Windes

Nicht zuletzt zeugen dunkle Dünenfelder in der linken Bildhälfte (Bild 1) von der Kraft des Windes und seiner Fähigkeit, Sandkörner über weite Strecken und um Hindernisse herum zu transportieren. Die gräulich-schwärzlichen Dünensande, die auf dem Mars sehr häufig vorkommen, sind vulkanischen Ursprungs. Das heißt, sie bestehen hauptsächlich aus alter, zeitweise begrabener vulkanischer Asche, die oftmals durch Einschläge aus dem Marsuntergrund an die Oberfläche gebracht wurde. Außerdem enthalten diese Sande oft Fragmente zerkleinerten Lavagesteins und vulkanisches Glas. All diese Materialien bestehen aus dunklen, vulkanisch entstandenen Mineralen, die durch die zeitweise Bedeckung im Marsuntergrund nicht wie andernorts durch Wasser zu helleren Mineralien umgewandelt wurden, was die schwärzliche Farbe der Dünensande erklärt.

Anhand der Dünentypen lässt sich auch ganz einfach die Richtung des Windes ableiten, der die jeweiligen Dünen geformt hat: In diesem Beispiel sind deutlich vereinzelte Sicheldünen (sogenannte Barchane) zu erkennen, die am Ende des Tals zu einem barchanoiden Dünenfeld verwachsen sind. Der Wind kam in diesem Fall von Südosten (unten links in Bild 1), wehte in das Tal hinein, trieb die Sande vor sich her und lagerte den Großteil des Materials am Fuße der Berge ab.

  • Bildverarbeitung
    Die Aufnahmen mit der HRSC (High Resolution Stereo Camera) entstanden am 7. August 2015 während Orbit 14.709 von Mars Express. Die Bildauflösung beträgt etwa 14 Meter pro Bildpunkt (Pixel). Die Bildmitte liegt bei etwa 312 Grad östlicher Länge und 39,5 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).
  • 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 50 Co-Investigatoren, die aus 35 Institutionen und elf Nationen stammen. Die Kamera wird vom DLR-Institut für Planetenforschung in Berlin-Adlershof betrieben, wo auch die systematische Prozessierung der Kameradaten erfolgt. Mitarbeiter der Fachrichtung Planetologie und Fernerkundung der Freien Universität Berlin erstellten daraus die hier gezeigten Bildprodukte.
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