22. Dezember 2022
Mission Mars Express

Schnee­ver­wir­bel­tes Mars-Wun­der­land in Ul­ti­mi Sco­pu­li

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Raumfahrt
Spätwinterlandschaft nahe dem Mars-Südpol
Spät­win­ter­land­schaft na­he dem Mars-Süd­pol
Bild 1/6, Credit: ESA/DLR/FU Berlin, CC BY-SA 3.0 IGO

Spätwinterlandschaft nahe dem Mars-Südpol

Wäh­rend wir in Mit­tel­eu­ro­pa fast all­jähr­lich vie­ler­orts auf ei­nen schnee­rei­chen Win­ter ver­zich­ten müs­sen, ist auf dem Mars bis weit in die ge­mä­ßig­ten Brei­ten Ver­lass auf den fros­ti­gen, wei­ßen Nie­der­schlag. Im Mars­win­ter auf der je­wei­li­gen He­mi­sphä­re ist der Pla­net bis et­wa zum 50. Brei­ten­grad in Rich­tung Äqua­tor von Koh­len­di­oxid- und Was­se­reis­schnee be­deckt. Wenn im Früh­jahr die Son­ne wie­der auf die Land­schaft scheint, ver­dampft die Schnee­de­cke und die oran­ge­brau­ne Mar­so­ber­flä­che kommt wie­der zum Vor­schein, wie hier in der Re­gi­on Ul­ti­mi Sco­pu­li, in der ein Ber­grücken und große Tei­le ei­nes fast 40 Ki­lo­me­ter großen Kra­ters be­reits eis­frei sind und die­se äs­the­ti­sche, wie von ei­nem Künst­ler ge­schaf­fe­ne An­sicht er­mög­li­chen.
Winterweißer Mars: Eis und Schnee im Gebiet Ultimi Scopuli
Win­ter­wei­ßer Mars: Eis und Schnee im Ge­biet Ul­ti­mi Sco­pu­li
Bild 2/6, Credit: ESA/DLR/FU Berlin, CC BY-SA 3.0 IGO

Winterweißer Mars: Eis und Schnee im Gebiet Ultimi Scopuli

Zu­min­dest in hö­he­ren nörd­li­chen und süd­li­chen Brei­ten gibt es auf dem Mars all­jähr­lich wei­ße Weih­nach­ten. Denn wie die Er­de durch­läuft auch der Mars mit sei­ner schräg ste­hen­den Dreh­ach­se Jah­res­zei­ten bei sei­ner zwei­jäh­ri­gen Um­lauf­zeit um die Son­ne. Dann sind die Po­lar­ge­bie­te bis zu meh­re­ren Me­tern hoch von Koh­len­di­oxid- und Was­se­reis und -schnee be­deckt. Wer­den sie mit Früh­lings­be­ginn wie­der der Son­nen­strah­lung aus­ge­setzt und er­wär­men sich, weicht die Eis- und Schnee­be­de­ckung bis zu den per­ma­nen­ten Pol­kap­pen zu­rück. Die­ses Bild zeigt ei­ne Drauf­sicht von Ul­ti­mi Sco­pu­li, la­tei­nisch für die „letz­ten Klip­pen“ (vor dem Süd­pol) bei 75 Grad süd­li­cher Brei­te im be­gin­nen­den Süd­früh­ling. Es wur­de En­de Mai 2022 von der DLR-Ste­reo­ka­me­ra HR­SC auf­ge­nom­men.
Der Winter weicht dem Frühling
Der Win­ter weicht dem Früh­ling
Bild 3/6, Credit: ESA/DLR/FU Berlin, CC BY-SA 3.0 IGO

Der Winter weicht dem Frühling

Die­ses Jahr fällt Weih­nach­ten auf dem Mars zwar fast ge­nau auf den Früh­lings­be­ginn auf der Nord­halb­ku­gel. „Wei­ße Weih­nach­ten“ fin­den 2022 des­halb im Mar­s­nor­den statt. Doch die hö­he­ren Brei­ten der Nord­he­mi­sphä­re wer­den nun al­ler­dings nach der Tag- und Nacht­glei­che mehr und mehr eis­frei – das Eis zieht sich bis zur per­ma­nen­ten Pol­kap­pe zu­rück. Die­se Sze­ne zeigt das Ge­biet Ul­ti­mi Sco­pu­li na­he dem Süd­pol we­ni­ge Wo­chen nach Früh­lings­be­ginn auf der Süd­halb­ku­gel. Das Eis weicht mehr und mehr zu­rück und legt fein ge­schich­te­te Se­di­men­te an ei­nem knapp 40 Ki­lo­me­ter großen Kra­ter frei.
Topographische Bildkarte von Ultimi Scopuli
To­po­gra­phi­sche Bild­kar­te von Ul­ti­mi Sco­pu­li
Bild 4/6, Credit: ESA/DLR/FU Berlin, CC BY-SA 3.0 IGO

Topographische Bildkarte von Ultimi Scopuli

Die DLR-Ste­reo­ka­me­ra HR­SC auf Mars Ex­press nimmt mit ih­ren neun quer zur 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. Vom tiefs­ten Punkt des et­wa 70 Ki­lo­me­ter großen Ein­schlags­kra­ters in der rech­ten Bild­hälf­te (hell­blau) bis zum süd­po­la­ren Mars­hoch­land (gelb­grün bzw. li­la auf ei­nem hö­he­ren Pla­teau) be­trägt der Hö­hen­un­ter­schied et­wa 1.000 bis 1.500 Me­ter. Die Kra­ter­rän­der ra­gen et­wa noch ein­mal tau­send Me­ter aus der Ebe­ne her­aus.
Die Region Ultimi Scopuli nahe dem Mars-Südpol
Die Re­gi­on Ul­ti­mi Sco­pu­li na­he dem Mars-Süd­pol
Bild 5/6, Credit: NASA/JPL/MOLA; FU Berlin

Die Region Ultimi Scopuli nahe dem Mars-Südpol

Die­se farb­ko­dier­te to­po­gra­phi­sche Kar­te zeigt die Re­gi­on Ul­ti­mi Sco­pu­li auf dem Mars, die sich ent­lang des 180. Län­gen­grads er­streckt und sich et­wa 15 Brei­ten­gra­de nörd­lich des Süd­pols be­fin­det. Der ESA-Or­bi­ter Mars Ex­press über­flog das Ge­biet am 19. Mai 2022 wäh­rend des Mar­s­um­laufs 23.219 der Raum­son­de, we­ni­ge Wo­chen nach Früh­lings­be­ginn auf der Süd­halb­ku­gel. Da­bei nahm das DLR-Ka­me­ra­sys­tem HR­SC den lang­ge­streck­ten Bild­strei­fen auf. Die hier vor­ge­stell­ten Sze­nen ent­stam­men dem klei­ne­ren tra­pez­för­mi­gen Vier­eck, das ei­ne Flä­che von 215 mal 65 Ki­lo­me­tern um­fasst.
(3D-) Anaglyphenbild der Region Ultimi Scopuli
(3D-) Ana­gly­phen­bild der Re­gi­on Ul­ti­mi Sco­pu­li
Bild 6/6, Credit: ESA/DLR/FU Berlin, CC-BY SA 3.0 IGO

(3D-) Anaglyphenbild der Region Ultimi Scopuli

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 ei­ne drei­di­men­sio­na­le An­sicht der Land­schaft und ge­ben dem Be­trach­ter ei­ne räum­li­che Vor­stel­lung der Hö­hen­un­ter­schie­de. Die bei­den Kra­ter links und rechts der Bild­mit­te ha­ben Durch­mes­ser von 40 bzw. 70 Ki­lo­me­tern und Tie­fen von bis zu 1500 Me­tern.

• Bilddaten der HRSC-Kamera an Bord der Mission Mars Express zeigen geschichtete Ablagerungen, Frost, Eis und dunklen Dünen nahe dem Südpol.
• Die Szenerie wirkt mit stark kontrastierenden Farbschattierungen wie ein abstraktes Kunstwerk.
• HRSC („High Resolution Stereo Camera“) ist ein Kameraexperiment, das vom DLR entwickelt wurde und seit Januar 2004 Bilder der Marsoberfläche zur Erde schickt.
• Schwerpunkt: Raumfahrt

Weihnachts- und Winterstimmung, auch auf dem Mars: Einschlagskrater, die durch ein gestreiftes, farbiges (Geschenk-)Band verbunden sind – mit dem letzten, sehr winterlich angehauchten HRSC-Marsbild dieses Jahres wünschen wir allen Leserinnen und Lesern unserer gemeinsam mit der Europäischen Weltraumorganisation ESA und der Freien Universität Berlin veröffentlichten Bildserien vom Mars frohe Festtage!

Die Bilddaten der hochauflösenden Stereokamera (HRSC) an Bord der ESA-Mission Mars Express zeigen heute eine aufregende Landschaft aus geschichteten Ablagerungen, Frost, Eis und dunklen Dünen nahe der Südpolregion des Mars mit dem Namen Ultimi Scopuli (aus dem Lateinischen: „die letzten Klippen“). HRSC („High Resolution Stereo Camera“) ist ein Kameraexperiment, das vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) entwickelt wurde und seit Januar 2004 Bilder der Marsoberfläche zur Erde schickt.

Dieses erstaunliche Bild zeigt einen etwa 215 mal 65 Kilometer großen Landschaftsausschnitt, der 14 Grad nördlich des Südpols gelegen ist. Dort sind viele interessante Landformen zu sehen, die typisch für dauerhaft gefrorene, aber nicht von Eis bedeckte Regionen sind. Gemeinsam mit vom Wind geschaffenen, so genanntem äolischen Formen und saisonalen Frostwolken komplettieren sie die Kulisse.

Die Szenerie wirkt mit den stark kontrastierenden Farbschattierungen aus den Orangetönen des Marsbodens und dem Weiß von Wasser- und Kohlendioxideis sowie den geschwungenen Landschaftsformen sehr abstrakt und ist auf den ersten Blick nicht leicht zu verstehen. Die Natur scheint sich auch auf dem Mars als expressionistische Künstlerin betätigt zu haben und dem HRSC-Wissenschaftsteam in der Routine beim Aufbereiten der farbigen Stereobilddaten zu Weihnachten und dem Jahreswechsel einen ästhetischen Moment zu schenken.

Die Bilddaten wurden im südlichen Frühling aufgenommen – in der Zeit, in der sich das Eis in Richtung Süden zurückzieht und im Sommer der Südhalbkugel nur eine kleine Eiskappe am Südpol verbleibt. Während des saisonalen Zyklus auf dem Mars wird im Winter Kohlendioxideis an den Polen abgelagert. Die Menge an atmosphärischen Gasen, die im Mars-Winter als Eis an jedem Pol gebunden ist und dann im Frühling verdampft, ist enorm und umfasst über zehn Prozent der Atmosphäre. Dieser Prozess führt zu starken Druckänderungen in der Gashülle des Mars und infolgedessen zu sehr hohen Windgeschwindigkeiten. Diese treten vor allem im Herbst auf und werden durch eben diesen unterschiedlichen Luftdruck in den Hemisphären hervorgerufen.

Geschichtete Ablagerungen aus Wassereis und feinem Staub

Blickfänger im Bild sind zwei große Einschlagkrater, die durch ein gestreiftes Band miteinander verbunden zu sein scheinen. Band und Krater weisen einen intensiven rötlich-braunen Farbton auf, der sich von dem Grau und Weiß der umgebenden Landschaft abhebt. Außerdem sind wechselnde Schichten in den Kraterrändern und dem Band zu erkennen – vor allem, wenn man in das Bild zoomt. Diese Schichten sind aufeinander folgende Lagen von Staub und Sand, die kontinuierlich und annähernd horizontal auf den Geländeformen abgelagert worden sind. Sie bestehen hauptsächlich aus Wassereis und zu ungefähr zehn Prozent aus feinen Sedimenten.

Die einzelnen Schichten unterscheiden sich in ihrer Albedo (dem Reflexionsvermögen von Sonnenlicht), ihrer Farbe und Mächtigkeit sowie in ihrem Verwitterungsgrad voneinander. Gebildet werden diese Ablagerungen durch Staub und Wassereis, die sich aus der Atmosphäre lösen und auf die Oberfläche sinken, sowie durch direkte Frostkondensation am Boden. Die orangefarbenen Regionen im Bild zeigen deutlich die geschichtete Natur dieser Ablagerungen.

Einige Regionen auf dem Bild erscheinen dunstig. Über der Szenerie haben sich Wolken gebildet, die insbesondere im Zentrum oberhalb des Bandes entdeckt werden können. Wolken in der südpolaren Region enthalten nicht nur Wassertröpfchen, die zu Eiskristallen gefroren sind, sondern angesichts der extrem tiefen Temperaturen von weit unter minus 100 Grad Celsius oft auch Nadeln aus Kohlendioxideis. Ihre Flugbahn beim Absinken auf den Boden wird teilweise von den Landschaftsformen an der Oberfläche beeinflusst. An einigen Stellen auf dem Bild sind ausgedehnte Verdampfungsstrukturen zu sehen, wodurch die Oberfläche eingeebnet scheint und dem Wasserspiegel irdischer Seen ähnelt.

Mysteriöses dunkles Material

An zahlreichen Stellen können dunkle Dünen und Dünenfelder identifiziert werden, die oft von einer dünnen Frostschicht bedeckt sind. Dort, wo sie durch den Wind zu dünnen Linien aufgereiht wurden, ähneln sie einer Formation von langgestreckten Felsrücken und Windgassen, die in die gleiche Richtung weisen (sogenannte Jardangs). An ihrer Ausrichtung kann man die vorherrschenden Windrichtungen ablesen, die lokal sehr unterschiedlich sein können und stark von den Geländeformationen beeinflusst werden.

Zur Herkunft des dunklen Materials auf dem Mars gibt es immer noch offene Fragen: Es wird angenommen, dass es aus alten vergrabenen Schichten vulkanischer Asche sowie aus verwitterter Lava stammt. Ablagerungen dieser Art finden sich in nahezu jeder Region auf dem Mars. Während sich die dunklen Dünen auf den unzähligen Kraterböden oft zu großen komplexen Dünenfeldern vereinigen, liegen die Dünen an Nord- und Südpol oft noch in ihrer Einzelform vor, so wie es hier an den unzähligen schwarzen Pünktchen zu erkennen ist. Vermutlich verhindert in den Polarregionen die Bedeckung mit Frost den ohnehin seltenen Materialtransport auf dem Mars und somit die Mobilität und „Vereinigung“ der Dünen.

Das hier vorgestellte Bild zeigt darüber hinaus auch einzelne, kleine dunkle Flecken, aus denen in verschiedene Richtungen schmale Linien, ähnlich Spinnenbeinen, hervorgehen. Diese könnten ein Hinweis auf einen anderen Verteilungsprozess von dunklem Material sein, der für die polaren Breiten auf dem Mars typisch ist: CO2-Jets, die sich durch Erwärmung von dunklem Material unter einer Eisdecke bilden und zu einem direkten Übergang des Eises vom festen in den gasförmigen Zustand führen, das dann in Fontänen, vermischt mit dunklem Sand, mit Hochdruck ausgeworfen wird. Die ständige Beobachtung dieser Phänomene hilft dabei, Prozesse zu verstehen, die das Erscheinungsbild der Oberfläche in den polaren Regionen auf dem Mars stetig verändern.

Bildverarbeitung

Die Bilder wurden am 19. Mai 2022 während der Mars Express-Umlaufbahnen 23219 von der HRSC (High Resolution Stereo Camera) aufgenommen. Die Bodenauflösung beträgt ungefähr 18 Meter pro Pixel. Das Bild ist bei etwa 185 Grad Ost und 76 Grad Süd zentriert.

Das Farbbild wurde aus den Daten des Nadir-Kanals, des senkrecht zur Marsoberfläche ausgerichteten Sichtfeldes, und den Farbkanälen der HRSC erstellt. Die schräge perspektivische Ansicht wurde aus dem digitalen Geländemodell, dem Nadirkanal und den Farbkanälen der HRSC erstellt. Das Anaglyphenbild, das bei Betrachtung mit einer Rot/Blau- oder Rot/Grün-Brille einen dreidimensionalen Eindruck der Landschaft vermittelt, wurde aus dem Nadirkanal und einem Stereokanal abgeleitet. Die farbkodierte topografische Ansicht basiert auf einem digitalen Geländemodell (DGM) der Region, aus dem sich die Topografie der Landschaft ableiten lässt.

Der Referenzkörper für das HRSC-DGM ist eine Marsäquipotentialfläche, das so genannte Areoid (vom Griechischen „Ares“ für den Mars), eine globale Kugelfläche identischer Anziehungskraft, die auf der Erde durch den Meeresspiegel verkörpert wird.

HRSC ist ein Kameraexperiment, das vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) entwickelt wurde und betrieben wird. Die systematische Auswertung der Kameradaten fand am DLR-Institut für Planetenforschung in Berlin-Adlershof statt. Die Arbeitsgruppe Planetenforschung und Fernerkundung der Freien Universität Berlin hat die Daten zu den hier gezeigten Bildprodukten verarbeitet.

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.

Kontakt
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    Deut­sches Zen­trum für Luft- und Raum­fahrt (DLR)
    Kom­mu­ni­ka­ti­on und Pres­se
    Telefon: +49 2203 601-3717
    Fax: +49 2203 601-3249
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