26. Oktober 2022
Mission Mars Express

Kom­ple­xe Mars­land­schaft im „Land der Si­re­nen“

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Terra Sirenum: Senkrechte Draufsicht in Echtfarben
Ter­ra Si­re­num: Senk­rech­te Drauf­sicht in Echt­far­ben
Bild 1/6, Credit: ESA/DLR/FU Berlin, CC BY-SA 3.0 IGO

Terra Sirenum: Senkrechte Draufsicht in Echtfarben

Ein Ge­biet et­wa von der Grö­ße 220 mal 70 Ki­lo­me­ter süd­öst­lich des Kra­ters Picke­ring (au­ßer­halb der Sze­ne) in der Re­gi­on Ter­ra Si­re­num zeigt vie­le ty­pi­sche Land­schaf­ten des al­ten Mars­hoch­lands, wie zum Bei­spiel ei­nen we­gen sei­nes Al­ters von mehr als drei Mil­li­ar­den Jah­ren schon stark ero­dier­ten und von Se­di­men­ten an­ge­füll­ten, 115 Ki­lo­me­ter durch­mes­sen­den Ein­schlags­kra­ter. Dar­über hin­aus gut zu er­ken­nen: Tal­ver­läu­fe von ab­flie­ßen­dem Was­ser so­wie von lang­sam über die Ober­flä­che krie­chen­den, schutt­be­la­de­nen Block­glet­schern, er­starr­te und über­ein­an­der ge­scho­be­ne La­va­strö­me, tek­to­ni­sche Bruch­struk­tu­ren und jün­ge­ren For­men von Win­de­ro­si­on. Nor­den ist im Bild rechts.
Schrägansicht auf einen 20 Kilometer großen Krater in Terra Sirenum
Schrä­gan­sicht auf ei­nen 20 Ki­lo­me­ter großen Kra­ter in Ter­ra Si­re­num
Bild 2/6, Credit: ESA/DLR/FU Berlin, CC BY-SA 3.0 IGO

Schrägansicht auf einen 20 Kilometer großen Krater in Terra Sirenum

Die­ser Kra­ter be­fin­det sich im Nor­den des großen Kra­ters der von der HR­SC-Mars­ka­me­ra be­ob­ach­te­ten Sze­ne. Von den höchs­ten Stel­len des Kra­ter­rands bis zum tiefs­ten Punkt be­trägt der Hö­hen­un­ter­schied fast 1500 Me­ter. Im Nor­den ist der Kra­ter­rand viel stär­ker ero­diert, was auf her­ab­stür­zen­des Ma­te­ri­al vom noch ein­mal mehr als tau­send Me­ter hö­he­ren Rand des grö­ße­ren Kra­ters im Hin­ter­grund zu­rück­zu­füh­ren ist. In­ner­halb des Kra­ters sind mit ge­wun­de­nen Li­ni­en durch­zo­ge­ne Ab­la­ge­run­gen zu se­hen – Über­res­te ehe­ma­li­ger Glet­scher, die in den Kra­ter hin­ein­ge­flos­sen sind und sich in sei­ner Mit­te tra­fen. Sie wer­den als „Lo­ba­te Cra­ter Fill“ (ge­wun­de­ne Kra­t­er­fül­lung) be­zeich­net. Da­bei han­delt es sich um Glet­scher, de­ren Eiss­trom von Ge­steins­schutt be­deckt ist, so­ge­nann­te Block­glet­scher.
Regionaler Überblick des Gebiets Terra Sirenum
Re­gio­na­ler Über­blick des Ge­biets Ter­ra Si­re­num
Bild 3/6, Credit: ESA/DLR/FU Berlin, CC BY-SA 3.0 IGO

Regionaler Überblick des Gebiets Terra Sirenum

Der Aus­schnitt aus der glo­ba­len to­po­gra­phi­schen Kar­te des Mars mar­kiert die La­ge der in die­ser Bild­ver­öf­fent­li­chung ge­zeig­ten Re­gi­on im Mars­hoch­land, süd­öst­lich des schon stark ero­dier­ten, 115 Ki­lo­me­ter großen Kra­ters Picke­ring. Der lan­ge, weiß um­rahm­te Strei­fen be­schreibt die ge­sam­te, von der High Re­so­lu­ti­on Ste­reo Ca­me­ra (HR­SC) auf Mars Ex­press am 5. April 2022 auf­ge­nom­me­nen Sze­ne, das klei­ne Recht­eck die hier ge­zeig­ten Bil­der.
Terra Sirenum: Topographische Bildkarte
Ter­ra Si­re­num: To­po­gra­phi­sche Bild­kar­te
Bild 4/6, Credit: ESA/DLR/FU Berlin, CC BY-SA 3.0 IGO

Terra Sirenum: Topographische Bildkarte

Die DLR-Ste­reo­ka­me­ra HR­SC auf der ESA-Missi­on 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 zwei nach vor­ne und den bei­den nach hin­ten schräg auf die Ober­flä­che ge­rich­te­ten 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. An der Farbs­ka­la rechts oben im Bild las­sen sich die Hö­hen­wer­te ab­le­sen. In der ge­zeig­ten Sze­ne be­tra­gen die Hö­hen­un­ter­schie­de von den tiefs­ten, in blau dar­ge­stell­ten Ge­bie­ten bis zu den höchs­ten Hoch­land­re­gio­nen (rot und ro­sa) et­wa vier­ein­halb­tau­send Me­ter.
Terra Sirenum: 3D-Ansicht der Region südöstlich des Pickering-Kraters
Ter­ra Si­re­num: 3D-An­sicht der Re­gi­on süd­öst­lich des Picke­ring-Kra­ters
Bild 5/6, Credit: ESA/DLR/FU Berlin, CC BY-SA 3.0 IGO

Terra Sirenum: 3D-Ansicht der Region südöstlich des Pickering-Kraters

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 und ge­ben dem Be­trach­ter ei­ne räum­li­che Vor­stel­lung der Hö­hen­un­ter­schie­de. Be­ein­dru­ckend ist bei sol­cher Be­trach­tung, wie die un­ter­schied­li­chen, von As­te­roi­den­ein­schlä­gen her­rüh­ren­den Kra­ter wie in das Mars­hoch­land ge­stanzt er­schei­nen: Die 3D-Bril­le lässt die ins­ge­samt vier­ein­halb­tau­send Me­ter Hö­hen­un­ter­schied stei­ler als in der Rea­li­tät er­schei­nen.
Terra Sirenum: Übersicht der beschriebenen Hochlandregion
Ter­ra Si­re­num: Über­sicht der be­schrie­be­nen Hoch­landregi­on
Bild 6/6, Credit: ESA/DLR/FU Berlin, CC BY-SA 3.0 IGO

Terra Sirenum: Übersicht der beschriebenen Hochlandregion

Das 220 mal 70 Ki­lo­me­ter große, am 5. April 2022 vom Ka­me­ra­sys­tem HR­SC auf dem ESA-Or­bi­ter Mars Ex­press auf­ge­nom­me­ne Ge­biet im al­ten süd­li­chen Mars­hoch­land zeigt meh­re­re geo­lo­gi­sche Land­schafts­for­men, die im Text der Bild­ver­öf­fent­li­chung be­schrie­ben sind. Von links nach rechts: ein von ber­gab strö­men­dem Was­ser ins Hoch­land ge­schürf­tes Flus­stal („lar­ge val­ley“); ein tek­to­ni­scher Gra­ben oder Deh­nungs­bruch („lar­ge frac­ture“); von Staub und Sand in die Land­schaft ge­fräs­te ‚Wind­gas­sen‘ („wind ero­ded sur­face“); von Block­glet­schern zu­rück­ge­las­se­ne Kra­t­er­fül­lun­gen („lo­ba­te cra­ter fill“, „fil­led cra­ter“); ein von dünn­flüs­si­ger, er­starr­ter La­va ge­füll­ter Kra­ter („la­va fil­led cra­ter“); ein ver­zweig­tes Netz von Tä­lern, die von ab­flie­ßen­dem Nie­der­schlag – Re­gen­was­ser oder Schnee und Eis – in die Land­schaft ero­diert wur­den („den­dri­tic val­leys“); Run­zel­rücken zu­sam­men­ge­scho­be­ner La­va­de­cken („wrinkle ridges“).
  • Bilddaten der High Resolution Stereo Camera (HRSC) des DLR an Bord der ESA-Mission Mars Express zeigen eine vielfältig gestaltete Region südöstlich des Kraters Pickering in Terra Sirenum.
  • In den Bildern dominiert ein Krater von etwa 70 Kilometern Durchmesser die Szenerie.
  • Auf dem östlichen Kraterboden sind interessante Landschaftsformen zu sehen, die auf Winderosion zurückgehen.
  • Im kleineren Einschlagskrater im nördlichen Teil des großen Kraters sind mit Linien durchzogene Ablagerungen zu sehen - Überreste ehemaliger Gletscher, die die Kraterhänge hinabgeflossen sind
  • Ein anderes Erscheinungsbild zeigt ein Einschlagskrater weiter nördlich: Hier deutet die Oberfläche auf eine Füllung mit dünnflüssiger Lava hin.
  • Schwerpunkte: Raumfahrt, Mars Express, DLR-Stereokamera

Bilddaten der vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) betriebenen HRSC an Bord der ESA-Mission Mars Express zeigen eine vielfältig gestaltete Region südöstlich des Kraters Pickering in Terra Sirenum an der Grenze zu Daedalia Planum. Terra Sirenum, das „Land der Sirenen“, ist eine ausgedehnte, über dreieinhalb Milliarden Jahre alte Hochlandregion im Südwesten der Vulkanprovinz Tharsis. Hier – wie im südlichen Hochland generell – gibt es mehr Einschlagskrater an der Oberfläche als im nördlichen Tiefland.

Die große Vielfalt der Oberflächenstrukturen ist auf mehrere Prozesse zurückzuführen. Die HRSC-Aufnahmen vom 5. April 2022 (Orbit 23067) erzählen eine komplexe geologische Geschichte: Die Bodenauflösung der Bilddaten beträgt etwa 15 Meter pro Bildpunkt, die Bildmitte befindet sich etwa bei 232 Grad Ost und 38 Grad Süd. Der prominente Krater Pickering ist auf den HRSC-Bildern nicht zu sehen, aber zur Orientierung in der regionalen Übersichtskarte im Nordwesten der gezeigten Szene abgebildet. Er hat einen Durchmesser von 115 Kilometern und ist, was ihn unter den mit Namen belegten Marskratern außergewöhnlich macht, gleich nach drei Personen benannt: dem amerikanischen Astronomen und Physiker Edward Charles Pi-ckering (1846-1919), seinem Bruder William Henry Pickering (1858-1938), ebenfalls ein Astronom, und dem in Neuseeland geborenen Raketentechniker und früheren Direktor des Jet Propulsion Laboratory der NASA, William Hayward Pickering (1910-2004).

In den gezeigten Bildern dominiert ein namenloser Krater von etwa 70 Kilometern Durchmesser die Szenerie. Links unten beziehungsweise südöstlich des Kraters ist ein Tal mit einer Breite von bis zu 1,8 Kilometern zu erkennen, das sich durch die Landschaft windet. In dem Tal könnte Schmelzwasser aus dem umgebenden Hochland in die Vertiefung unterhalb des Kraterbeckens (am unteren Bildrand) geflossen sein. Nur zehn Kilometer nördlich des Tals verläuft annähernd parallel dazu eine Bruchstruktur, die auch den Südrand des Beckens durchschneidet. Solche großen, kanalartigen Brüche werden als tektonische Gräben bezeichnet. Sie entstehen in Regionen mit Dehnungstektonik, in denen das Grundgestein durch Spannungen in der spröden Kruste auseinandergezogen wird, entlang einer Schwächezone bricht, und ein Gesteinsblock zwischen den beiden Bruchlinien in die Tiefe sackt. Diese typischen Merkmale für tektonische Gräben finden sich an vielen Stellen auf dem Mars, wie zum Beispiel an den südöstlich gelegenen Gräben von Icaria Fossae.

Typische Oberflächenstrukturen für Eisströme

Der große, bildfüllende und aufgrund seiner Erosionsspuren sehr alte Einschlagskrater in der Bildmitte weist in seinem Zentrum eine teilweise dunkel getönte Region auf. Die dunkle Färbung wird hier von einer dünnen Schicht aus vulkanischen Sanden verursacht, die Winde in den Krater getragen und abgelagert haben. Der Kraterboden ist sehr flach und längst nicht mehr schüsselförmig, wie es kurz nach seiner Entstehung durch den Einschlag eines fünf bis zehn Kilometer großen Asteroiden typisch ist. Diese Verfüllung ist ein weiteres Indiz für das hohe Alter des Kraters. Im unteren (östlichen) Kraterboden sind interessante Landschaftsformen zu sehen, die auf Winderosion zurückgehen. Hier finden sich zahlreiche kleine, vom Wind aus dem Gestein modellierte Hügel sowie einige langestreckte Rücken, die alle in die gleiche Richtung weisen. Letztere werden Jardangs genannt. Der auf dem Mars bisweilen sehr stark und über lange Zeiträume in eine Richtung wehende Wind schmirgelt durch mitgeführte Staub- und Sandpartikel „Windgassen“ in das Gestein, die die dominierende Windrichtung anzeigen. Die lange, dünne, quer verlaufende Struktur ist höchstwahrscheinlich ein mit erosionsresistentem Material verfülltes, ehemaliges Tal.

Lava-gefüllte Krater und verzweigte Täler

Ein kleinerer Einschlagskrater mit einem Durchmesser von knapp 20 Kilometern befindet sich im nördlichen (rechten) Teil des großen Kraters. Innerhalb des Kraters sind mit Linien durchzogene Ablagerungen zu sehen. Diese stellen Überreste ehemaliger Gletscher dar, die die Kraterhänge hinabgeflossen sind und sich in seiner Mitte trafen. Sie werden in der beschrifteten Draufsicht als „Lobate Crater Fill“ (gewundene Kraterfüllung) bezeichnet. Auch in unmittelbarer Nähe im Norden wie auch in kleinen benachbarten Kratern ist die Oberfläche eben und „glatt“, was Gletschern auf der Erde ähnelt, deren Eisstrom von Gesteinsschutt bedeckt ist. In der Glaziologie werden solche Eisströme als Blockgletscher bezeichnet. Diese Strömungsstrukturen entstehen, wenn ein Gemisch aus Schutt und Eis von einem Gletscher bergab fließt und der Schutt dann die Bewegungen des Eisstroms nachzeichnet, der unter der Gesteinslast und dem Druck des eigenen Gewichts plastische Eigenschaften annimmt. Die beschriebenen Fließstrukturen sind gut in der perspektivischen Ansicht des Kraters zu sehen.

Ein ganz anderes Erscheinungsbild zeigt ein alter Einschlagskrater weiter nördlich, der im Übersichtsbild als „lava filled crater“ bezeichnet ist. Hier deutet die Oberfläche eher auf eine Füllung mit dünnflüssiger Lava hin, die in die schüsselförmige Kraterstruktur geflossen ist. Das Oberflächenmuster unterscheidet sich von den für polare Landschaften typischen „periglazialen“ Merkmalen, also Prozessen und Landformen, die mit kalten, aber nicht von Eis bedeckten Regionen verbunden sind. Nördlich angrenzend findet sich ein großes Netz stark erodierter, baumartig verzweigter Täler. Solche „dendritischen“ Talmuster entstehen auf der Erde typischerweise durch den Abfluss von Niederschlagswasser auf der Oberfläche. So kann angenommen werden, dass sich diese Täler relativ früh in der Marsgeschichte durch atmosphärischen Niederschlag (wahrscheinlich eher Schnee als Regen) gebildet haben.

Schließlich befindet sich rechts unten, also im Nordosten der Draufsichten, ein großes Lavafeld. Hier sind sogenannte Runzelrücken („wrinkle ridges“) zu finden. Diese entstehen, wenn zum Beispiel durch tektonische Kräfte geschichtetes Oberflächenmaterial (hier ist es eine noch weiche und elastische Lavaschicht) zusammengedrückt wird und sich dadurch seine Oberfläche verkleinert. Diese Rücken sind sehr typisch für Lavaablagerungen auf dem Mars und auch dem Mond. Die steilere Seite der mehrere Dutzend Meter hohen Runzelrücken markiert deren Vorderseite: Dort wölbte sich das Material nach oben und über die „überfahrene“ Lavaschicht. All diese unterschiedlichen Landschaftsformen demonstrieren die komplexe Geschichte und Entwicklung des Mars in einem einzigen Bild.

Bildverarbeitung

Mars Express befindet sich seit Weihnachten 2003 in einer Marsumlaufbahn. Die Bilder wurden von der HRSC (High Resolution Stereo Camera) am 5. April 2022 während des Mars-Express-Orbits 23067 aufgenommen. Die Auflösung beträgt etwa 15 Meter pro Bildpunkt (pixel), und das Bild ist bei etwa 232 Grad Ost und 38 Grad Süd zentriert. Das Farbbild wurde mit Daten aus dem senkrecht zur Marsoberfläche ausgerichteten Nadirkanal und den Farbkanälen der HRSC erstellt. Die perspektivische Schrägansicht wurde aus dem digitalen Geländemodell, dem Nadir- und den Farbkanälen der HRSC generiert. Aus dem Nadirkanal und einem Stereokanal wurde das Anaglyphenbild abgeleitet, das bei Betrachtung mit einer Rot/Blau- oder Rot/Grün-Brille einen dreidimensionalen Eindruck der Landschaft vermittelt. Die farbcodierte topografische Ansicht basiert auf einem digitalen Geländemodell (DTM) der Region, aus dem sich die Topografie der Landschaft ableiten lässt. Der Referenzkörper für das HRSC-DTM ist eine Mars-Äquipotentialfläche, das so genannte Areoid (vom Griechischen „Ares“ für den Mars), eine globale Kugelfläche identischer Anziehungskraft, die auf der Erde durch den Meeresspiegel verkörpert wird.

Das HRSC-Experiment auf Mars Express

Die High Resolution Stereo Camera 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) Dr. Thomas Roatsch vom DLR-Institut für Planetenforschung besteht aus 50 Co-Investigatoren, die aus 34 Institutionen und zehn Nationen stammen. Die Kamera wird vom DLR-Institut für Planetenforschung in Berlin-Adlershof betrieben.

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

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    Kom­mu­ni­ka­ti­on und Pres­se
    Telefon: +49 2203 601-3717
    Fax: +49 2203 601-3249
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High Resolution Stereo Camera. Hochauflösende Stereokamera auf der Raumsonde Mars Express der Europäischen Weltraumoganisation ESA. Die Stereoaufnahmen der HRSC ermöglichen die Berechnung von digitalen Geländemodellen und die Generierung von virtuellen Überflügen über die Marsoberfläche.