26. Januar 2022
Mission Mars Express

In ei­nem See aus La­va - der Mars­vul­kan Jo­vis Tho­lus

„Jupiters Kuppel” in 3D
„Ju­pi­ters Kup­pel” in 3D
Bild 1/5, Credit: ESA/DLR/FU Berlin, CC BY-SA 3.0 IGO

„Jupiters Kuppel” in 3D

Mit den aus den Ste­reo-Bild­kanä­len des Ka­me­ra­sys­tems HR­SC auf der ESA-Raum­son­de Mars Ex­press er­zeug­ten di­gi­ta­len Ge­län­de­mo­del­len las­sen sich per­spek­ti­vi­sche An­sich­ten der Mars­land­schaft er­zeu­gen. Die­ses Bild zeigt ei­ne An­sicht der öst­li­chen Sei­te des 1500 Me­ter ho­hen Schild­vul­kans Jo­vis Tho­lus, der „Kup­pel des Ju­pi­ters“. Die 28 Ki­lo­me­ter durch­mes­sen­de Cal­de­ra des Vul­kans be­steht aus ins­ge­samt fünf Kra­tern, was auf ei­ne lan­ge vul­ka­ni­sche Ak­ti­vi­tät schlie­ßen lässt. Die ein­zel­nen Cal­de­ren sind mit­ein­an­der ver­bun­den. Die je­weils jün­ge­ren ha­ben ei­nen et­was tie­fer ge­le­ge­nen Grund, was zeigt, dass die De­cken der ehe­mals dar­un­ter be­find­li­chen Mag­ma­kam­mern im­mer tie­fer ein­ge­bro­chen sind.
Perspektivischer Bick auf den Marsvulkan Jovis Tholus
Per­spek­ti­vi­scher Bick auf den Mars­vul­kan Jo­vis Tho­lus
Bild 2/5, Credit: ESA/DLR/FU Berlin, CC BY-SA 3.0 IGO

Perspektivischer Bick auf den Marsvulkan Jovis Tholus

Die­se per­spek­ti­vi­sche An­sicht zeigt die süd­li­che Flan­ke des Schild­vul­kans Jo­vis Tho­lus. Sei­ne Cal­de­ra, der Ein­sturz­kes­sel über den ent­leer­ten Mag­men­kam­mern, be­steht aus ins­ge­samt fünf Kra­tern, die al­le mit­ein­an­der ver­bun­den sind. An den Rän­dern des Vul­kans und in sei­ner un­mit­tel­ba­ren Um­ge­bung er­kennt man ei­ni­ge tek­to­ni­sche Grä­ben.
Blick auf den Marsvulkan Jovis Tholus
Blick auf den Mars­vul­kan Jo­vis Tho­lus
Bild 3/5, Credit: ESA/DLR/FU Berlin, CC BY-SA 3.0 IGO

Blick auf den Marsvulkan Jovis Tholus

Am 13. Mai und 2. Ju­ni 2021 nahm das vom DLR-In­sti­tut für Pla­ne­ten­for­schung be­trie­be­ne Ka­me­ra­sys­tem HR­SC auf der ESA-Missi­on Mars Ex­press wäh­rend der Or­bits 21.944 und 22.011 ein von Vul­ka­nis­mus und tek­to­ni­schen Struk­tu­ren ge­präg­tes Ge­biet im Nor­den der Re­gi­on Thar­sis auf. Die Bild­auf­lö­sung be­trägt et­wa 17 Me­ter pro Bild­punkt (Pi­xel). Mit­tig er­kennt man den Schild­vul­kan Jo­vis Tho­lus so­wie, nörd­lich da­von, ei­nen 30 Ki­lo­me­ter großen Ein­schlags­kra­ter, des­sen ab­ge­la­ger­tes Aus­wurf­ma­te­ri­al zeigt, dass das vom Im­pakt ge­trof­fe­ne Ge­stein Was­ser oder Eis ent­hal­ten ha­ben muss. Im gan­zen Ge­biet sieht man tek­to­ni­sche Grä­ben, die durch die Deh­nung von Thar­sis bei sei­ner Auf­wöl­bung ent­stan­den sind, so­wie die Um­ris­se von er­kal­te­ten Strö­men dünn­flüs­si­ger La­va. Jo­vis Tho­lus be­fin­det sich auf der so­ge­nann­ten Thar­sis-Auf­wöl­bung, ei­ne der ehe­mals ak­tivs­ten Vul­k­an­re­gio­nen am Mar­s­äqua­tor. Mit ei­nem Durch­mes­ser von fast vier­tau­send Ki­lo­me­tern ist sie bei­na­he so groß wie Eu­ro­pa. Dort be­fin­den sich auch die meis­ten der Mars­vul­ka­ne. Nor­den ist oben im Bild.
Die Topographie des Vulkans Jovis Tholus und seiner Umgebung
Die To­po­gra­phie des Vul­kans Jo­vis Tho­lus und sei­ner Um­ge­bung
Bild 4/5, Credit: ESA/DLR/FU Berlin, CC BY-SA 3.0 IGO

Die Topographie des Vulkans Jovis Tholus und seiner Umgebung

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 dem senk­recht auf den Mars ge­rich­te­ten Na­dir­ka­nal be­rech­nen Wis­sen­schaft­ler­teams am DLR-In­sti­tut für Pla­ne­ten­for­schung und der Frei­en Uni­ver­si­tät Ber­lin di­gi­ta­le Ge­län­de­mo­del­le, die je­dem Bild­punkt ei­ne Hö­hen­in­for­ma­ti­on zu­ord­nen. Aus der Farbs­ka­la rechts oben im Bild ge­hen die Hö­hen­un­ter­schie­de in der Re­gi­on her­vor. Der Schild­vul­kan Jo­vis Tho­lus in der Mit­te des Bil­des ist mit 1500 Me­tern die höchs­te Er­he­bung im Bild. Nor­den ist oben im Bild. Auf­fal­lend ist auch die To­po­gra­phie ei­nes 30 Ki­lo­me­ter großen und knapp zwei Ki­lo­me­ter tie­fen Ein­schlags­kra­ters im Nor­den von Jo­vis Tho­lus mit ter­ras­sen­för­mi­gen Ge­län­de­stu­fen in­nen an den Kra­ter­rän­dern, die von ei­ner mäch­ti­gen Aus­wurf­de­cke um­ge­ben sind, die wie­der­um von Strö­men dünn­flüs­si­ger La­va „an­ge­flu­tet“ wur­den.
Der Schildvulkan Jovis Tholus in der Region Tharsis auf dem Mars
Der Schild­vul­kan Jo­vis Tho­lus in der Re­gi­on Thar­sis auf dem Mars
Bild 5/5, Credit: NASA/JPL (MOLA); FU Berlin

Der Schildvulkan Jovis Tholus in der Region Tharsis auf dem Mars

Der Vul­kan Jo­vis Tho­lus be­fin­det sich in der Re­gi­on Thar­sis. Sie ist ei­ne der ehe­mals ak­tivs­ten Vul­k­an­re­gio­nen am Mar­s­äqua­tor und be­her­bergt die meis­ten Vul­ka­ne des Pla­ne­ten. Die vom DLR be­trie­be­ne Ste­reo­ka­me­ra HR­SC auf der ESA-Son­de Mars Ex­press fo­to­gra­fier­te die Land­schaft bei et­wa 242 Grad öst­li­cher Län­ge und 19 Grad nörd­li­cher Brei­te wäh­rend der Or­bits 21.944 und 22.011 von Mars Ex­press. Am lin­ken Rand der to­po­gra­phi­schen Kar­te ist der west­li­che Rand des größ­ten Vul­kans auf dem Mars, des et­wa 100 Ki­lo­me­ter ent­fern­ten Olym­pus Mons, zu se­hen.
  • Neben den Vulkangiganten des Mars zeugen unzählige kleine vulkanische Förderzentren von einem früher geologisch sehr aktiven Planeten
  • Seit 18 Jahren kartiert die vom DLR entwickelte Stereokamera HRSC an Bord der ESA-Mission Mars Express den Mars in hoher Auflösung, Farbe und in „3D“
  • Schwerpunkte: Raumfahrt, Exploration des Sonnensystems, Mars

Diese Bilder der Marskamera HRSC zeigen den Vulkan Jovis Tholus und vielfältige andere Landschaftsformen, wie tektonische Gräben, Einschlagskrater und erstarrte Lavaströme in der Marsregion Tharsis. Die mehrere Kilometer hohe Tharsis-Aufwölbung ist eine der ehemals aktivsten Vulkanregionen am Marsäquator. Mit einem Durchmesser von fast viertausend Kilometern ist sie beinahe so groß wie Europa. Dort befinden sich auch die meisten der Marsvulkane, vor allem vier der zwischen 14 und 24 Kilometer hohen Vulkangiganten.

Die High Resolution Stereo Camera (HRSC) wurde am Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) entwickelt und wird am DLR-Institut für Planetenforschung in Berlin-Adlershof betrieben. Seit 2004 kartiert sie an Bord der ESA-Raumsonde Mars Express den Mars in hoher 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.

Jovis Tholus (lat.: „die Kuppel des Jupiters“) ist ein sogenannter Schildvulkan. Dieser Vulkantyp entsteht durch dünnflüssige, aus dem Vulkanschlot schnell abfließende Lavaströme, die einen ausgedehnten und mit geringer Hangneigung abfallenden Kegel entstehen lassen, der an einen flachen Schild erinnert. Die Lava ist vergleichbar mit jener, die 2021 vom Vulkan Cumbre Vieja auf der Kanareninsel La Palma ausgestoßen wurde. Der größte Schildvulkan auf der Erde ist mit 17 Kilometern (von seinem unterseeischen Fuß bis zum Gipfel gerechnet) der Mauna Loa auf Hawaii. Sein Pendant auf dem Mars ist der 24 Kilometer aus der Tharsis-Aufwölbung herausragende Olympus Mons, der höchste Vulkan im Sonnensystem.

Lange vulkanische Aktivität

Der vergleichsweise kleine, 1500 Meter hohe Schildvulkan Jovis Tholus liegt gewissermaßen im ‚Nachmittagsschatten‘ des Olympus Mons, auf halber Strecke zwischen dessen fünf- bis sechstausend Meter hohen östlichen Steilabbrüchen und dem 18 Kilometer hohen Vulkan Ascreus Mons, dem nördlichen der drei Tharsis-Vulkane.

Jovis Tholus befindet sich am nördlichen Rand einer weitreichenden Lava-Ebene, südöstlich des Grabensystems Ceraunius Fossae und nordöstlich der Grabenbrüche Ulysses Fossae. Die markante Aufwölbung des Jovis Tholus hat einen Durchmesser von 58 Kilometern, vergleichbar mit der Insel Gran Canaria. Seine mit 28 Kilometern vergleichsweise große Caldera besteht aus insgesamt fünf Kratern, was auf eine lange vulkanische Aktivität schließen lässt. Die einzelnen Calderen sind miteinander verbunden, die jeweils jüngeren haben einen etwas tiefer gelegenen Grund, was zeigt, dass die Decken der ehemals darunter befindlichen Magmakammern immer tiefer eingebrochen sind.

Wie die meisten Schildvulkane ist „Jupiters Kuppel“ von jüngeren Lavaströmen umgeben. Sie lassen von der ursprünglichen Landschaft nicht mehr viel erkennen – noch nicht einmal einen Kraterrand - und dürften deshalb, einem „steinerner See“ gleich, mehrere hundert Meter mächtig sein. Sie überdecken ebenfalls eine Reihe von Gräben in der unmittelbaren Umgebung des Vulkans. Seine östliche Vulkanflanke bildet die steile Felswand eines Grabens, der von dort weiter Richtung Norden verläuft. Einige Teile dieses Grabens sind auch noch viele Kilometer weiter nördlich in den Ebenen zu erkennen. Bei näherem Hinsehen kann man auf den Lava-Flächen die Umrisse vieler einzelner Lavaströme erkennen. Sie bestehen aus erstarrter Basaltlava, die einen sehr niedrigen Gehalt an Silikatmineralen und Wasser hat. Deshalb ist sie sehr dünnflüssig, nicht explosiv und kann auch bei ganz geringem Gefälle durch den „Lava-Nachschub“ sehr weit in die Ebene fließen beziehungsweise geschoben werden, ehe der Lavastrom erstarrt.

Eine sehr interessante Struktur befindet sich etwa 30 Kilometer östlich der Vulkanflanke. Hier erhebt sich ein zweiter, weniger entwickelter Vulkan. Ihn erkennt man am besten in der topographischen Farbdraufsicht in der rechten unteren Bildhälfte (Bild 4). Hier trat wahrscheinlich weniger dünnflüssige, zähere Lava aus einer Spalte aus. Solche Spaltenvulkane gibt es auf der Erde beispielsweise auf Island oder Hawaii.

Ein "matschiger" Einschlag

Aber es gibt auf diesen Bildern noch andere Phänomene als vulkanische Strukturen zu sehen. Etwa 60 Kilometer nördlich von Jovis Tholus liegt ein 30 Kilometer durchmessender Einschlagskrater, dessen Auswurfdecke eine besondere Form hat. Seine Morphologie lässt erkennen, dass der Auswurf eine eher flüssige Konsistenz hatte und um die Kratervertiefung wie Schlamm verteilt wurde, der beispielsweise bei einem Steinwurf in eine Pfütze „mobilisiert“ und in ähnlicher Form abgelagert wurde; in der englischen Fachsprache wird dies als ‚fluidized ejecta layer‘ bezeichnet. Um eine derartige Auswurfdecke zu bilden, muss im Untergrund Wasser oder Eis vorhanden gewesen sein, das beim Einschlag verflüssigt oder verdampft wurde.

Außerdem entspringen direkt am nordwestlichen Rand der scharfen Grabenverwerfung, die den Einschlagskrater begrenzt (und die obere linke Bildecke wie mit einem Messerschnitt durchzutrennen scheint), mehrere Ausflusskanäle, in denen einzelne, 0,5 bis 3,4 Kilometer breite Schichten von Sedimenten zurückblieben. Dort wurde offenbar Wasser in Schüben freigesetzt, das stromlinienförmige Inseln und terrassenförmige Rinnenwände bildete. Einige sehr viel kleinere Kanäle durchziehen die nördliche Auswurfdecke des großen Einschlagskraters. Es wird vermutet, dass diese gewaltigen Wassermengen durch einen unter Druck stehenden Grundwasserleiter freigesetzt wurden, während sich die Verwerfungen aufbauten, oder dass die vulkanische Erwärmung zum Schmelzen des Bodeneises führte und das Wasser dann den einfachsten Weg durch das Grabensystem an die Oberfläche nahm.

Diese eine HRSC-Aufnahme ermöglicht bereits viele Einblick in eine faszinierende aktive Planetengeschichte mit Einschlägen, Vulkanen, tektonischen Gräben und Flusskanälen.

Bildverarbeitung

Die Aufnahmen mit der HRSC (High Resolution Stereo Camera) entstanden am 13. Mai 2021 und 2. Juni 2021 während der Orbits 21.944 und 22.011 von Mars Express. Die Bildauflösung beträgt etwa 17 Meter pro Bildpunkt (Pixel). Die Bildmitte liegt bei etwa 242 Grad östlicher Länge und 19 Grad nördlicher Breite. Die Farbaufsicht wurde aus dem senkrecht auf die Marsoberfläche gerichteten Nadirkanal und den Farbkanälen der HRSC erstellt, die perspektivischen Schrägansichten wurden aus den Geländemodell-Daten, den Nadir- und Farbkanälen der HRSC berechnet. 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 HRSC wurde am Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) gemeinsam mit der deutschen Industrie 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) Dr. Thomas Roatsch besteht aus 50 Co-Investigatoren, die aus 34 Institutionen und 11 Nationen stammen.

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

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