Marsbilder zeigen viele Hinweise auf Wassereis im Einschlagsbecken Utopia Planitia
15. April 2026 | Mission Mars Express
Marsbilder zeigen viele Hinweise auf Wassereis im Einschlagsbecken Utopia Planitia
Eis im Untergrund von Utopia Planitia
Blick auf zwei kleinere Krater im großen Einschlagsbecken Utopia Planitia auf dem Mars. Ihre Auswurfdecken haben eine spezifische Form, die auf das Vorhandensein von Untergrundeis während des Einschlags hinweisen.
Verzweigte Grabenstrukturen als Hinweis auf einen ehemaligen Ozean?
Vertiefungen von bis zu zwei Kilometern Breite und 20 Kilometer Länge überschneiden sich und bilden dadurch ein polygonales Muster. Der Ursprung dieser Gräben ist komplex und deutet möglicherweise auf eine Entstehung unter Wasser hin. Daher könnte es sein, dass das nördliche Tiefland, wozu auch Utopia Planitia gehört, in der Frühgeschichte des Mars ein stehendes Gewässer, möglicherweise sogar einen Ozean beherbergt hat.
3D- (Anaglyphen-) Bild eines Teils von Utopia Planitia
Aus dem senkrecht auf die Marsoberfläche gerichteten Nadirkanal und einem der schräg blickenden Stereokanäle der Kamera HRSC lassen sich sogenannte Anaglyphenbilder erzeugen. Bei Betrachtung mit einer Rot-Blau- oder Rot-Grün-Brille liefern sie einen dreidimensionalen Anblick der Landschaft. Die hohe Bildauflösung von 17 Meter pro Bildpunkt ermöglicht die Visualisierung selbst kleinster topographischer Merkmale.
Bilder der deutschen Stereokamera HRSC zeigen einen Teil des 3.300 Kilometer großen Einschlagsbeckens Utopia Planitia auf dem Mars.
Hier gibt es zahlreiche Landschaftsformen, die auf ein sehr großes Vorkommen an Wassereis im Untergrund hinweisen.
Die HRSC-Aufnahmen werden genutzt, um eine für die Region typische Landschaft mit ihren vielfältigen Merkmalen darzustellen und zu untersuchen.
HRSC ist ein vom DLR entwickeltes Kameraexperiment an Bord der europäischen Mission Mars Express. Seit Januar 2004 schickt HRSC zuverlässig Aufnahmen des Mars zur Erde.
Schwerpunkte: Raumfahrt, Exploration, Mars
Auf der Nordhalbkugel des Mars liegt das riesige Einschlagsbecken Utopia Planitia. Hier befinden sich beachtliche Mengen an Wassereis unter der Oberfläche, deshalb ist es für die Marsforschung von großem Interesse. Auf neuen Bildern der DLR-Marskamera HRSC sind besonders viele typische Landformen zu erkennen, die auf das Vorhandensein solcher unterirdischer Eisvorkommen hinweisen. HRSC ist ein Kameraexperiment an Bord der Raumsonde Mars Express, das vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) entwickelt wurde und seit 2004 betrieben wird.
Die eisige Weite von Utopia Planitia
Utopia Planitia ist mit einem Durchmesser von etwa 3.300 Kilometern eines der drei größten Einschlagsbecken auf dem Mars. Man nimmt an, dass es durch den Einschlag eines Asteroiden vor etwa vier Milliarden Jahren entstanden ist. Bereits 1976 entdeckte der Lander der NASA-Mission Viking 2, dass die Tiefebenen dort eine Vielzahl von Oberflächenformen aufweisen, die auch in Landschaften auf der Erde zu finden sind, die durch frostgesteuerte Prozesse geprägt wurden. Solche werden periglazial genannt. Diese Formen lassen auf ein großes Eisreservoir im Untergrund des Mars schließen. Das wurde im Jahr 2008 von der Landesonde Phoenix mittels Grabungen und spektraler Messungen bestätigt.
Landschaftsformen in Utopia Planitia
Die Beschriftungen auf dem Bild der Marskamera HRSC markieren besondere Merkmale dieser Gegend. Links im Bild sieht man verzweigte Vertiefungen, die ein polygones Muster ergeben (polygonal graben structure), das unter Wasser entstanden sein könnte. In der Mitte ist ein kleiner Einschlagskrater (small impact crater) eingerahmt, der, wie der große Krater (large impact crater with ejecta) rechts oben, eine charakteristische Auswurfdecke besitzt, die auf Eis im Untergrund hindeutet. Zusätzlich zeigt der große Krater eine konzentrischen Kraterfüllung (concentric crater fill), die ebenfalls auf Eis, dieses Mal in Form von Gletschern, hindeutet. Im Rechteck unten sind muschelförmigen Vertiefungen (scalloped depressions) zu erkennen, die ebenfalls eine typische Landschaftsform periglazialer Regionen sind.
Besondere Form der Kraterumgebung deutet auf Untergrundeis hin
Die erste typische Landschaftsform, die auf Untergrundeis schließen lässt, befindet sich in der rechten Hälfte der Aufnahme (siehe kommentiertes Bild): Hier ist ein etwa 15 Kilometer großer Einschlagskrater zu sehen, dessen Auswurfdecke auffällig ist. Beim Einschlag wurde Material aus dem Untergrund herausgeschleudert und um den Krater als Auswurfdecke abgelagert. Ihr geschichtetes Erscheinungsbild deutet darauf hin, dass unterirdisches Eis während des Einschlags geschmolzen ist und sich mit den Gesteinsmassen zu einer Art Schlammlawine vermischt hat. Solch halbflüssige Auswurfmassen bilden typischerweise die hier im Bild zu sehenden lappenförmigen Ablagerungen, die auch an kleineren Einschlagskratern in der Region zu sehen sind.
Der große Krater zeigt darüber hinaus ein weiteres charakteristisches Merkmal, das auf Prozesse in Verbindung mit Eis hindeutet. Das ringförmige Muster auf seinem Boden wird als konzentrische Kraterfüllung bezeichnet. Es besteht zumeist aus eisreichem Material und ähnelt irdischen Blockgletschern. Solche Gletscher sind von einer Schicht aus Schutt oder Gestein bedeckt und bewegen sich langsam hangabwärts. Stoßen diese Eis-Schuttmassen im Inneren der Kraterböden aufeinander, ersteht solch eine konzentrische Formation.
Die Ozean-Hypothese
Die linke Seite des Bildes zeigt ein markantes Merkmal des Utopia-Beckens: Gräben von bis zu zwei Kilometer Breite und 20 Kilometer Länge überschneiden sich und bilden dadurch ein polygonales Muster. Sie sind auch in der Mitte des Bildes zu sehen, aber erscheinen dort „verblasst“ und zeigen keine klaren Grenzen wie die Gräben auf der linken Seite. Das könnte daran liegen, dass die Vertiefungen von anderen Materialien aufgefüllt wurden oder von Anfang an nicht sehr tief waren.
Der Ursprung dieser Gräben ist komplex und hängt möglicherweise mit dem Vorhandensein großer Mengen an Wasser zusammen. Da es zum nördlichen Tiefland gehört, wurde lange Zeit angenommen, dass Utopia Planitia schon früh in der Geschichte des Mars ein stehendes Gewässer beherbergt hat – möglicherweise einen See oder sogar einen Ozean. In Utopia Planitia könnten sich Sedimente am Boden des Gewässers angesammelt haben und durch die große Last des Wassers im Laufe der Zeit verdichtet und entwässert worden sein. Dabei kam es zu einer ungleichmäßigen Verformung der Sedimentschichten, die das Aufreißen der Oberfläche begünstigt hat. Alternativ könnten auch tektonische Prozesse eine Rolle gespielt haben: Nach dem Verschwinden der Gewichtslast eines ehemaligen Ozeans könnte es zu einem Anheben und Aufbrechen der Kruste gekommen sein, was ebenfalls zur Bildung der beobachteten Grabenstrukturen beigetragen haben könnte.
Auch auf der Erde wurden bei seismischen Untersuchungen polygonale Grabennetze in Schlammschichten unterhalb der Ozeane in Sedimentbecken entdeckt.
„Muschelförmige“ Vertiefungen in einer periglazialen Umgebung
Eine weitere typische Landschaftsform ist im dunklen Bereich auf der rechten Seite des Bildes zu erkennen. Bei genauerem Hinsehen sind dort zahlreichen Vertiefungen zu erkennen, die wegen ihrer unregelmäßig elliptischen Umrisse und ihrem gestuften Inneren als Scalloped Depressions bezeichnet werden. Anhand von Bildern mit höherer Auflösung (wie zum Beispiel Daten des HiRISE-Instruments an Bord des Mars Reconnaissance Orbiters) wird die Namensgebung dieser Vertiefungen deutlich: Die Morphologie der Ränder ähnelt der Form von Jakobsmuscheln.
„Muschelförmige“ Vertiefungen als Indiz für Bodeneis
Diese Nahaufnahme vom HiRISE-Instrument an Bord des Mars Reconnaissance Orbiters zeigt mehrere gestufte Vertiefungen, die durch das Verschwinden von Eis im Untergrund entstanden sind. Ihre Form erinnert an Jakobsmuscheln, weshalb sie im Fachjargon als „scalloped depressions“ bezeichnet werden.
Credit:
NASA/JPL/Univ. of Arizona
Muschelförmige Vertiefungen sind in den mittleren Breitengraden auf dem Mars, wo Eis im Untergrund vorhanden ist, sehr häufig und werden als Indiz für periglaziale Landschaften interpretiert. Sie entstehen durch das Verschwinden von eisreichem Untergrundmaterial, entweder durch Schmelzen oder durch Sublimation (direkter Übergang vom gefrorenen in den gasförmigen Aggregatszustand), gefolgt von einem Einsturz des darüberliegenden Geländes. Diese Vertiefungen treten nicht isoliert auf, sondern verschmelzen zu größeren Gebieten und sind ein perfektes Beispiel dafür, wie sich die Marsoberfläche ständig verändert.
Dunkle Asche „wandert“ über den Mars
Zu guter Letzt ist auch das Farbenspiel auf den Bildern eine Betrachtung wert: Helle Oberflächen auf der linken Seite gehen in dunkle Oberflächen-Ablagerungen von rechts über. Die linke Oberfläche ist mit dem typisch rötlichen Marsregolith (sehr feinzerkleinertes Material, meist Staub) bedeckt, während das Gebiet rechts von vulkanischen Asche-/Sand-Ablagerungen bedeckt ist, die hauptsächlich aus dunklen Mineralen wie Olivin und Pyroxen bestehen.
Vergleich der Ascheablagerung auf einer Viking-Aufnahme und der Marskamera HRSC
Das linke Bild ist eine Aufnahme, die 1976 von der Viking-Sonde gemacht wurde. Das Bild rechts stammt von der DLR-Marskamera HRSC aus dem Jahr 2024. Vor 50 Jahren waren die dunklen vulkanischen Asche/Sand-Ablagerungen nicht so weit ausgedehnt wie heute. Das Material muss also in dem Zeitraum durch die Marswinde entweder weiter nach Süden verlagert worden sein oder der rote Staub, der die Aschelage früher bedeckte, wurde verweht.
Credit:
NASA (Bild1) und ESA/DLR/FU Berlin CC BY-SA 3.0 IGO (Bild 2)
Interessanterweise war das dunkle Material bei der Aufnahme durch den Viking-Orbiter im Jahr 1976 nicht so weit auf der Marsoberfläche ausgedehnt wie heute. Es muss also in den letzten 50 Jahren durch die Marswinde entweder weiter nach Süden verlagert worden sein (siehe Viking-Bild) oder der rote Staub, der die Aschelage früher bedeckte, wurde verweht.
Hintergrundinfo: Bildverarbeitung
Die Bilder wurden von der HRSC (High Resolution Stereo Camera) am 9. November 2024 während Mars Express Orbit 26.327 aufgenommen. Die Bodenauflösung beträgt etwa 17 Meter pro Pixel und das Bild ist auf etwa 43 Grad Nord und 102 Grad Ost zentriert. Das Farbbild wurde unter Verwendung von Daten aus dem Nadir-Kanal, dem senkrecht zur Marsoberfläche ausgerichteten Sichtfeld, und den Farbkanälen der HRSC erstellt. Die schrägen Perspektiven wurden aus dem digitalen Geländemodell, dem Nadir- und den Farbkanälen der HRSC generiert. Das Anaglyphenbild, das bei Betrachtung mit einer Rot-Blau- oder Rot-Grün-Brille einen dreidimensionalen Eindruck der Landschaft vermittelt, wurde aus dem Nadir-Kanal und einem Stereokanal abgeleitet. Die farbkodierte topografische Ansicht basiert auf einem digitalen Geländemodell der Region, aus dem die Topografie der Landschaft abgeleitet werden kann.
Die hochauflösende Stereokamera wurde am Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) entwickelt und in Zusammenarbeit mit Beteiligung aus der Industrie gebaut (EADS Astrium, Lewicki Microelectronic GmbH und Jena-Optronik GmbH). Das Wissenschaftsteam unter der Leitung von Dr. Daniela Tirsch, Principal Investigator (PI), besteht aus 50 Co-Investigatorinnen und Co-Investigatoren aus 35 Institutionen und elf Ländern. Die Kamera wird vom DLR-Institut für Weltraumforschung in Berlin-Adlershof betrieben.
