19. November 2020
Mission Mars Express

Cha­os auf dem Mars

Echtfarben-Draufsicht auf Pyrrhae Regio
Echt­far­ben-Drauf­sicht auf Pyr­rhae Re­gio
Bild 1/5, Credit: ESA/DLR/FU Berlin, CC BY-SA 3.0 IGO

Echtfarben-Draufsicht auf Pyrrhae Regio

Pyr­rhae Re­gio süd­öst­lich von Eos Chas­ma, ei­nem Sei­ten­tal der Val­les Ma­ri­ne­ris, ist ein ty­pi­sches, drei bis vier Mil­li­ar­den Jah­re al­tes Hoch­land­pla­teau mit zahl­rei­chen, zum Teil schon stark ero­dier­ten Kra­tern. In sei­nem nörd­li­chen Teil (im Bild rechts) fällt ei­ne un­ge­wöhn­li­che Land­schaft auf: Ein et­wa 50 mal 40 Ki­lo­me­ter großes Ge­biet von mit­ein­an­der ver­bun­de­nen Sen­ken, ter­ras­sen­för­mig ab­rut­schen­den Hän­gen an den Sei­ten und ganz im Nor­den schein­bar "chao­tisch" über die Sen­ke ver­teil­ten, dicht an­ge­ord­ne­ten Hü­geln. Vor lan­ger Zeit ent­stand hier ein, wie die Mars­geo­lo­gen sa­gen, "chao­ti­sches Ter­rain", nach­dem Eis un­ter der Ober­flä­che des Hoch­land­pla­te­aus tau­te, ab­floss und die da­durch ent­stan­de­nen Hohl­räu­me in sich zu­sam­men­stürz­ten. Ge­ra­de noch zu er­ken­nen sind stark ero­dier­te Tä­ler, die von Sü­den in die Sen­ken mün­den und ein Hin­weis dar­auf sind, dass es auch an der Ober­flä­che Was­ser­ab­fluss ge­ge­ben hat. Die drei zwi­schen 20 und 50 Ki­lo­me­ter großen al­ten Kra­ter im Sü­den sind im In­ne­ren von Se­di­men­ten an­ge­füllt.
"Chaos" im Norden von Pyrrhae Regio
"Cha­os" im Nor­den von Pyr­rhae Re­gio
Bild 2/5, Credit: ESA/DLR/FU Berlin, CC BY-SA 3.0 IGO

"Chaos" im Norden von Pyrrhae Regio

Spek­ta­ku­lär ist ein per­spek­ti­vi­scher Blick von Nord­os­ten nach Süd­wes­ten über die­sen Teil von Pyr­rhae Re­gio. Wie bei vie­len wei­te­ren so­ge­nann­ten "chao­ti­schen Ge­bie­ten" (engl. chao­tic ter­rain) im wei­te­ren Um­feld öst­lich des Gra­ben­bruch­sys­tems der Val­les Ma­ri­ne­ris of­fen­bart sich ei­ne Land­schaft, in der zahl­rei­che, "chao­tisch" ver­teil­te Ber­ge in ei­ner Sen­ke zu se­hen sind. Sie ent­stand, als sich un­ter der Hoch­ebe­ne als Eis ge­spei­cher­tes Was­ser tau­te und in ener­gie­rei­chen Sturz­flu­ten nach Nor­den ab­floss. Zu­rück blieb ein Ge­biet, in dem die Res­te des Hoch­lands in sich zu­sam­men­ge­sackt und die Rän­der ter­ras­sen­för­mig ab­ge­rutscht sind und da­durch die Land­schaft mas­siv ver­än­dert ha­ben. Be­ein­dru­ckend ist auch die aus die­ser Per­spek­ti­ve nicht er­sicht­li­che To­po­gra­phie: Vom Hoch­land­pla­teau im Hin­ter­grund bis zu den tiefs­ten Stel­len des chao­ti­schen Ge­biets sind es mehr als 4000 Me­ter Hö­hen­un­ter­schied.
Das Marshochland bei Pyrrhae Regio
Das Mars­hoch­land bei Pyr­rhae Re­gio
Bild 3/5, Credit: NASA/JPL/MOLA, FU Berlin

Das Marshochland bei Pyrrhae Regio

Das auf­fal­lend­ste Land­schafts­merk­mal auf dem Mars ist der fast 4000 Ki­lo­me­ter lan­ge tek­to­ni­sche Gra­ben­bruch der Val­les Ma­ri­ne­ris ent­lang des Äqua­tors. Im Os­ten, bei Eos Chas­ma, geht das bis zu zehn Ki­lo­me­ter tie­fe Schluch­ten­sys­tem in ein Netz aus brei­ten Ab­fluss­kanä­len über, die wei­te­re an­dert­halb tau­send Ki­lo­me­ter nach Nor­den rei­chen und vor drei bis vier Mil­li­ar­den Jah­ren durch epi­so­di­sche, ka­ta­stro­pha­le Sturz­flu­ten ent­stan­den sind. In den Quell­re­gio­nen die­ser Tä­ler fin­den sich häu­fig so­ge­nann­te "chao­ti­sche Ge­bie­te", die ent­stan­den sind, als im Bo­den ge­spei­cher­tes Eis tau­te und ab­floss. Die da­durch ent­stan­de­nen Hohl­räu­me stürz­ten ein, die ener­gie­rei­chen Was­ser­mas­sen nah­men große Men­gen an ero­dier­tem Ma­te­ri­al mit und lie­ßen ein "chao­ti­sches" Mus­ter von in sich zu­sam­men­ge­stürz­ten Ta­fel­ber­gen der ur­sprüng­li­chen Hoch­ebe­ne zu­rück. Bei Pyr­rhae Re­gio hat die DLR-Mars­ka­me­ra HR­SC ein sol­ches chao­ti­sches Ge­biet "im An­fangs­zu­stand" wäh­rend Or­bit 20.972 auf­ge­nom­men.
Topographische Bildkarte von Pyrrhae Regio
To­po­gra­phi­sche Bild­kar­te von Pyr­rhae Re­gio
Bild 4/5, Credit: ESA/DLR/FU Berlin, CC BY-SA 3.0 IGO

Topographische Bildkarte von Pyrrhae Regio

Die DLR-Ste­reo­ka­me­ra HR­SC (High Re­so­lu­ti­on Ste­reo Ca­me­ra) auf Mars Ex­press nimmt mit ih­ren neun quer zur Nord-Süd-Flug­rich­tung an­ge­ord­ne­ten Sen­so­ren die Mar­so­ber­flä­che un­ter ver­schie­de­nen Win­keln und mit vier Farb­kanä­len auf. Aus den vier schräg­ge­stell­ten Ste­reo­kanä­len und den senk­recht auf den Mars ge­rich­te­ten Na­dir­ka­nal be­rech­nen die Wis­sen­schaft­ler­teams am DLR-In­sti­tut für Pla­ne­ten­for­schung und der Frei­en Uni­ver­si­tät Ber­lin di­gi­ta­le Ge­län­de­mo­del­le, die je­dem Bild­punkt ei­ne Hö­hen­in­for­ma­ti­on zu­ord­nen. Aus der Farbs­ka­la rechts oben geht her­vor, dass die Hoch­lan­de­be­ne von Pyr­rhae Re­gio na­he­zu eben ist und nur lang­sam über die Aus­wurf­de­cken in Rich­tung der drei großen Kra­ter im Sü­den (links im Bild) an­steigt. Die Kra­ter selbst sind je­doch vom Rand bis zu ih­rem von Se­di­men­ten an­ge­füll­ten Bo­den zwei­tau­send Me­ter tief. Noch dra­ma­ti­scher wä­re der Tief­blick vom Rand der mit­ein­an­der ver­bun­de­nen Sen­ken im Nor­den (rechts): Durch den Ab­fluss von im Un­ter­grund ge­spei­cher­tem Was­se­reis ent­stan­den hier mehr als 4000 Me­ter tie­fe Ab­grün­de, in de­nen die ero­die­ren­de Kraft des Was­sers ein so­ge­nann­tes "chao­ti­sches Ter­rain" her­ausprä­pa­riert hat.
3D-Ansicht von Pyrrhae Regio
3D-An­sicht von Pyr­rhae Re­gio
Bild 5/5, Credit: ESA/DLR/FU Berlin, CC BY-SA 3.0 IGO

3D-Ansicht von Pyrrhae Regio

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. Da­bei tritt die To­po­gra­phie der drei großen, mar­kan­ten Kra­ter im Sü­den der Sze­ne (links im Bild) sehr deut­lich her­vor. Die schon stark ero­dier­ten Kra­ter­rän­der zei­gen, dass die Land­schaft sehr alt und die Kra­ter vor ver­mut­lich mehr als drei Mil­li­ar­den Jah­ren ent­stan­den sind. Spek­ta­ku­lär ist aber vor al­lem der Blick in die mehr als vier­tau­send Me­ter tie­fen Sen­ken im Nor­den, de­ren Sei­ten von Ter­ras­sen be­grenzt sind. In ih­nen hat ab­flie­ßen­des Was­ser ei­ne wild zer­klüf­te­te Land­schaft hin­ter­las­sen, die als "chao­ti­sches Ter­rain" be­zeich­net wird und ty­pisch für die­se Re­gio­nen auf dem Mars sind.
  • Diese Aufnahmen der DLR-Marskamera HRSC (High Resolution Stereo Camera) zeigen ein sogenanntes chaotisches Terrain in der Region Pyrrhae im südlichen Hochland des Mars.
  • Verschiedene Flutereignisse hinterließen hier ihre Spuren.
  • Die Stereokamera HRSC kartiert seit 2004 im Rahmen der ESA-Mission Mars Express den Roten Planeten in nie dagewesener Auflösung, dreidimensional und in Farbe. Ihre Daten sind eine wichtige Ressource für die gegenwärtige und zukünftige Marsforschung.
  • Schwerpunkte: Raumfahrt, Planetenforschung

Diese Bilder der Marskamera HRSC zeigen eine faszinierende Landschaft in der Nähe des großen Canyonsystems der Valles Marineris. Auf einem Hochplateau mit vielen Kratern liegt ein geologisch sehr "bewegtes" Gebiet, das in der Fachsprache als chaotisches Terrain bezeichnet wird. Solche Geländeformen 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 Asteroideneinschläge hervorgerufen worden sein. Nach Abfluss des Wassers kollabiert die Oberfläche über den neu entstandenen Hohlräumen, und die Landschaft stürzt in sich zusammen. Zurück bleiben viele "chaotisch" verstreute Tafelberge.

Die High Resolution Stereo Camera (HRSC) wurde am Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) entwickelt und wird von dort betrieben. Seit 2004 kartiert sie an Bord der ESA-Raumsonde Mars Express den Mars in nie dagewesener Auflösung, dreidimensional und in Farbe. Ihre Daten sind eine wichtige Ressource für die gegenwärtige und zukünftige Marsforschung. Die bereits im Missionsverlauf gewonnenen Erkenntnisse haben unser Bild von der geologischen Entwicklung des Roten Planeten massiv verändert.

Katastrophale Flutereignisse hinterließen ihre Spuren

Südlich des Eos Chasma, der "Schlucht der Morgenröte", einem östlichen Seitenarm des großen Grabensystems Valles Marineris, erstreckt sich die Region Pyrrhae. Sie liegt auf einem uralten, von Kratern übersäten Hochlandplateau. Die Aufnahmen der HRSC zeigen am rechten Bildrand eine eindrucksvolle chaotische Landschaft.

Die Übersichtskarte (Bild 3) zeigt einen größeren Teil der umliegenden Landschaft. Im Nordosten (außerhalb des markierten rechteckigen HRSC-Bildausschnitts) ist zu erkennen, dass in dieses chaotische Gebiet verzweigte Ausflusstäler münden, die Osuga Valles. Wissenschaftliche Untersuchungen der Kollapsstrukturen in Eos Chasma im Südwesten und der Pyrrhae-Region sowie des Ausflusstalsystems der Osuga Valles, das zwischen beiden liegt, ergaben, dass hier mindestens zwei gegenläufige Abflussereignisse auftraten: Zuerst fand ein Abfluss von der Pyrrhae-Region in Eos Chasma statt, und zu einem späteren Zeitpunkt ein Abfluss in umgekehrter Richtung.

Nach dem Wasser- und Sedimentabfluss aus der Region Pyrrhae blieben zerklüftete Blöcke in der Senke zurück, in der einst das Eis in Hohlräumen im Untergrund verborgen und somit vor der Sublimation (dem Verdampfen beim niedrigen Atmosphärendruck des Mars) geschützt war. Vermutlich fand zusätzlich zum Schmelzwasser auch Grundwasseraustritt statt. Das austretende Grundwasser führte dann zu Rutschungen und Abbrüchen an den Rändern des kleinen Chaosgebiets. Die konzentrischen Strukturen an den Geländekanten bezeugen augenfällig, wie die Hänge ins Innere der Senke abrutschten. Der Höhenunterschied hier beträgt viertausend Meter! Die Menge des dabei herausgelösten und abtransportierten Materials war dementsprechend enorm.

"Triefende" Täler

Auf der südlichen Seite (links in den Bildern 1, 4 und 5) sind zwei große und ein kleiner Einschlagskrater zu sehen, letzterer misst etwa 20 Kilometer im Durchmesser. Der größte Krater zeigt einige lineare Bruchstrukturen auf dem Kraterboden. Sie entstanden vermutlich, als sich Lava, die nach dem Einschlag in das Kraterinnere austrat, schnell abkühlte und sich dabei zusammenzog. Zwischen dem Krater und dem Chaosgebiet erkennt man zwei Täler, beide sind zwei Kilometer breit. Diese Täler, vor allem das obere, zeigen große Ähnlichkeit mit sogenannten "sapping valleys". Bei dieser Form der Erosion tritt Grundwasser direkt an der Geländekanten oder etwas unterhalb davon wie an einer triefenden Quelle aus. Dadurch wird der Abhang erodiert und ausgehöhlt. Durch das Nachrutschen von Material an der Geländeoberkante "wandert" die Erosionskante nach dem Abtransport durch fließende Gewässer immer weiter nach hinten. So entstehen steile und u-förmige Talstrukturen.

Ein wenig Mythologie zum Schluss

Die Region wurde nach Pyrrha, Tochter der Pandora und des Epimetheus, benannt. Sie war die Frau von Deukalion, dem in der griechischen Mythologie die gleiche Rolle wie Noah zukommt. Er wurde von seinem Vater Prometheus aufgefordert, eine Arche zu bauen, um sich und seine Frau vor der großen Flut zu retten, die Zeus heraufbeschworen hatte, um die Menschheit zu vernichten. Pyrrha und Deukalion überlebten als einzige die Katastrophe und schufen danach die Menschheit neu, indem sie Steine über ihre Schultern warfen, aus denen dann Menschen entstanden.

Alle Bilder in hoher Auflösung und weitere Bilder der HRSC finden Sie in der Mars Express-Bildergalerie auf flickr.

  • Bildverarbeitung

    Die Aufnahmen mit der HRSC (High Resolution Stereo Camera) entstanden am 3. August 2020 während Orbit 20.972 von Mars Express. Die Bildauflösung beträgt etwa 16 Meter pro Bildpunkt (Pixel). Die Bildmitte liegt bei etwa 322 Grad östlicher Länge und 16 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 Geländemodelldaten sowie 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 Stereokamera HRSC wurde am Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) entwickelt und wird von dort betrieben. 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 (Airbus, 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 11 Nationen stammen. Die Kamera wird vom DLR-Institut für Planetenforschung in Berlin-Adlershof betrieben.
Kontakt
  • Elke Heinemann
    Deut­sches Zen­trum für Luft- und Raum­fahrt (DLR)

    Po­li­tik­be­zie­hun­gen und Kom­mu­ni­ka­ti­on
    Telefon: +49 2203 601-2867
    Fax: +49 2203 601-3249
    Linder Höhe
    51147 Köln
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  • Dr. Daniela Tirsch
    Deut­sches Zen­trum für Luft- und Raum­fahrt (DLR)
    In­sti­tut für Pla­ne­ten­for­schung
    Telefon: +49 30 67055-488
    Fax: +49 30 67055-402
    Rutherfordstraße 2
    12489 Berlin
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  • Ulrich Köhler
    Deut­sches Zen­trum für Luft- und Raum­fahrt (DLR)
    In­sti­tut für Pla­ne­ten­for­schung
    Rutherfordstraße 2
    12489 Berlin
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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
    12249 Berlin
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