Mission Mars Express

Gewässernetze aus der Frühzeit des Mars

Donnerstag, 21. Februar 2019

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    Blick auf das stark verästelte Talnetzwerk auf dem Mars

    Dieses Bild zeigt ein System ausgetrockneter, stark verästelter Flusstäler östlich des über 450 Kilometer großen Einschlagskraters Huygens auf dem Mars. Solche Talnetzwerke entstanden vor mehr als dreieinhalb Milliarden Jahren und kommen deshalb typischerweise in den ältesten, stark verkraterten Regionen des Mars vor, die sich im südlichen Hochland befinden. Die Existenz solcher Talnetzwerke belegt, dass der Planet früher zumindest zeitweise ein anderes, vermutlich wärmeres und feuchteres Klima und vermutlich sogar einen Wasserkreislauf gehabt haben muss. Norden ist rechts im Bild.

  • Perspektivische Ansicht des Talnetzwerks östlich des Huygens%2dKraters
    Perspektivische Ansicht des Talnetzwerks östlich des Huygens-Kraters

    Diese perspektivische Schrägansicht wurde aus den Stereokanälen der hochauflösenden DLR-Stereokamera HRSC berechnet. Aus diesen Bilddaten werden digitale Geländemodelle abgeleitet, die die Berechnung von perspektivischen Ansichten der Marslandschaft ermöglichen. Die Ansicht zeigt ein stark verästeltes Talnetzwerk östlich des Einschlagskraters Huygens. Der namenlose Krater am linken Bildrand hat einen Durchmesser von etwa 20 Kilometern, seine steile Kraterwand ist ungefähr tausend Meter hoch. Das große Tal in der Bildmitte ist zirka zwei Kilometer breit.

  • Die Musa%2dBucht im Iran mit verästeltem Talnetzwerk
    Die Musa-Bucht im Iran mit verästeltem Talnetzwerk

    Diese Aufnahme der Bucht von Musa im Nordosten des Iran stammt vom Copernicus Sentinel-2A-Satelliten der ESA. Hier sieht man sehr gut, wie ähnlich sich die "dendritischen" Muster von Tälern auf der Erde und dem Mars sind.

  • Topographische Übersichtskarte der Umgebung des Talnetzwerks östlich des Huygens%2dKraters
    Topographische Übersichtskarte der Umgebung des Talnetzwerks östlich des Kraters Huygens

    Die im Artikel beschriebenen Aufnahmen des Talnetzwerks östlich des Einschlagskraters Huygens entstammen dem kleineren Rechteck, das sich innerhalb des größeren, markierten Bildstreifens befindet. Dieser wurde während Orbit 18.831 der ESA-Raumsonde Mars Express von der hochauflösenden DLR-Stereokamera (HRSC) aufgenommen. Norden ist in dieser Darstellung oben.

  • 3D%2dAnsicht eines Talnetzwerks östlich des Kraters Huygens
    3D-Ansicht eines Talnetzwerks östlich des Kraters Huygens

    Aus dem senkrecht auf die Marsoberfläche gerichteten Nadirkanal des vom DLR betriebenen Kamerasystems HRSC auf der ESA-Sonde Mars Express und einem der vier schrägblickenden Stereokanäle lassen sich sogenannte Anaglyphenbilder erzeugen. Sie ermöglichen bei der Verwendung einer Rot-Blau - oder Rot-Grün-Brille einen realistischen, dreidimensionalen Blick auf die Landschaft.

  • Farbkodierte topographische Bildkarte des Talnetzwerks östlich des Huygens%2dKraters
    Farbkodierte topographische Bildkarte des Talnetzwerks östlich des Kraters Huygens

    Aus den unter verschiedenen Winkeln aufgenommenen Bildstreifen des Kamerasystems HRSC auf Mars Express werden digitale Geländemodelle der Planetenoberfläche berechnet, die für jeden aufgenommenen Bildpunkt eine Höheninformation beinhalten. Das Referenzniveau, auf den sich die Höhenangaben beziehen, ist eine Marskugel. Norden ist rechts im Bild.

  • Das auf den HRSC-Bildern zu sehende System ausgetrockneter, stark verästelter Flusstäler belegt, dass der Mars früher zumindest zeitweise ein anderes, vermutlich wärmeres und feuchteres Klima gehabt haben muss.
  • Man geht davon aus, dass vor etwa 3,7 bis 3,8 Milliarden Jahren ein Klimawandel stattgefunden hat.
  • Durch die dünne Atmosphäre heute kann Wasser auf der Oberfläche des Mars nicht stabil sein. Aber im Untergrund ist es noch in großen Mengen vorhanden, und zwar in Form von Wassereis.
  • Schwerpunkt(e): Raumfahrt, Planetenforschung, Mars

Die neuesten Bilder der vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) betriebenen hochauflösenden Stereokamera HRSC an Bord der ESA-Mission Mars Express zeigen ein System ausgetrockneter, stark verästelter Flusstäler östlich des über 450 Kilometer großen Einschlagskraters Huygens. Solche Talnetzwerke entstanden vor mehr als dreieinhalb Milliarden Jahren und kommen deshalb typischerweise in den ältesten, stark verkraterten Regionen des Mars vor, die sich im südlichen Hochland befinden. Die Existenz solcher Talnetzwerke belegt, dass der Planet früher zumindest zeitweise ein anderes, vermutlich wärmeres und feuchteres Klima und vor mehr als vier bis vor etwa 3,7 Milliarden Jahren vermutlich sogar einen Wasserkreislauf gehabt haben muss.

Die systematische Verarbeitung der Kameradaten zu digitalen Geländemodellen 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.

Auf den Bildern sieht man, dass die Landschaft von einem Netzwerk aus gewundenen Tälern überzogen ist, die allesamt einem dendritischen, also verästelten oder verzweigten Muster folgen. In der Hydrologie wird der Begriff 'dendritisch' von dendron (griech. für Baum) abgeleitet und beschreibt ein Tal, in das talaufwärts immer kleinere Nebentäler münden, die wiederum von noch kleineren Zuflüssen gespeist werden. Dadurch ergibt sich ein Muster, das der Struktur eines Baumes ähnelt, mit Stamm, Ästen und kleinen Zweigen. Auf der Erde ist dieses Erosionsmuster bei den meisten Flüssen anzutreffen und ist das Ergebnis des Wasserkreislaufs mit Niederschlag, Abfluss, Verdunstung und erneutem Niederschlag. Im Gegensatz dazu stehen kaum verzweigte, ebenfalls längst ausgetrocknete Flusstäler auf dem Mars, die eher eine geradlinig verlaufende Talstruktur ohne viele Nebenflüsse aufweisen, und die eine andere Entstehungsgeschichte haben, weil sie durch austretendes Grundwasser gebildet wurden.

Um solche verästelten Täler zu formen, war auch auf dem Mars fließendes Wasser nötig. Der jeweilige Ursprung des Wassers - ob Niederschlag, Grundwasser oder Schmelzwasser aus dem Eis von Gletschern - kann oft an der Art der Talstruktur abgelesen werden: Talnetzwerke, die einen dendritischen Grundriss aufweisen, wurden auch auf dem Mars höchstwahrscheinlich durch Oberflächenabfluss von Niederschlag oder Schmelzwasser gebildet. Die Ursprünge der Täler befinden sich typischerweise an einem topographischen Höhenzug, beispielsweise an einer Wasserscheide, und der Verlauf der Abflussrinnen folgt dem lokalen Gefälle. Der Begriff Wasserscheide bezeichnet dabei den Grenzverlauf zwischen zwei benachbarten Flusssystemen, der sich in der Regel entlang von Höhenzügen erstreckt.

Wie man aus dem farbkodierten Höhenmodell (Bild 6) ableiten kann, sind die Wassermassen von Norden (rechts im Bild) nach Süden (links im Bild) geflossen. Die größten Täler in den gezeigten Bildern sind bis zu zwei Kilometer breit und erreichen eine Tiefe von bis zu 200 Metern. Insbesondere diejenigen, die in Ost-West Richtung verlaufen, zeigen stark verwitterte und von der Erosionskraft des talwärts fließenden Wassers ausgeschürfte Talränder. Dendritische Talsysteme finden sich auch an anderen Stellen auf dem Kraterrand und wurden von der HRSC auf Mars Express erstmals am 20. Juni 2004 während Orbit 532 erfasst .

Klimawandel verwandelt den Mars in einen "salzigen" Planeten

Heute geht man davon aus, dass auf dem Mars vor etwa 3,7 bis 3,8 Milliarden Jahren ein Klimawandel stattgefunden hat, bei dem sich die Umweltbedingungen von einem eher neutralen, lebensfreundlichen, sporadisch feuchten Milieu zu einem deutlich saureren, lebensfeindlichen, trockenen und kalten Milieu hin verändert haben. Die Hauptursache dafür liegt nach heutigem Kenntnisstand in dem graduellen Verlust der Marsatmosphäre und einer veränderten vulkanischen Aktivität des Planeten. "Dieser Klimawandel hat unseren Nachbarplaneten sozusagen von einem hinsichtlich der möglichen Entstehung und Entwicklung von Leben 'hoffnungsvollen' Planeten mit zeitweilig existierenden Flüssen und Seen zu einem Planeten umgeformt, der nur noch trocken, kalt und salzig war", so Prof. Ralf Jaumann vom DLR-Institut für Planetenforschung, Leiter des Kameraexperiments HRSC.

Einer der Gründe, warum der Mars seine Atmosphäre verloren hat, liegt an seinem heute fehlenden, aber während der ersten fünfhundert Millionen Jahre noch existierenden Magnetfeld. Weil das Magnetfeld immer schwächer wurde, konnte der Sonnenwind sukzessive die Atmosphärenmoleküle spalten, und die beschleunigten Ionen gingen ans Weltall verloren: Dadurch und wegen des nachlassenden Vulkanismus' wurde die Atmosphäre immer dünner. Außerdem ist Mars nur halb so groß wie die Erde, weshalb seine Anziehungskraft kaum ausreicht, um Atmosphärenmoleküle durch die eigene Schwerkraft an sich zu binden. Ab einem bestimmten Atmosphärendruck kann Wasser physikalisch auf einem Planeten nicht mehr flüssig sein, sondern nur noch eis- oder gasförmig. Durch das Ausbleiben der Niederschläge brach der Wasserkreislauf auf dem Mars schließlich zusammen.

Gibt es heute noch fließendes Wasser auf der Marsoberfläche?

Durch die dünne Atmosphäre heute kann Wasser auf der Oberfläche des Mars nicht stabil sein. Selbst wenn die Temperaturen dafür noch ausreichen würden - es würde sofort verdampfen. Aber im Untergrund scheint Wasser noch in großen Mengen vorhanden zu sein, und zwar in Form von Wassereis. Auch die beiden Polkappen des Mars bestehen aus einer Mischung aus Wasser- und Kohlendioxideis. Unter ganz extremen Bedingungen (zum Beispiel in sehr salzhaltigen Lösungen) könnte Wasser theoretisch auch heute noch als Flüssigkeit auf dem Mars kurzzeitig existieren.

  • Bildverarbeitung

    Die Aufnahmen mit der HRSC (High Resolution Stereo Camera) entstanden am 19. November 2018 während Orbit 18.831 von Mars Express. Die Bildauflösung beträgt 14 Meter pro Bildpunkt (Pixel). Die Bildmitte liegt bei etwa 66 Grad östlicher Länge und 17 Grad südlicher Breite. Die Farbdraufsicht wurde aus dem senkrecht auf die Marsoberfläche gerichteten Nadirkanal und den Farbkanälen der HRSC erstellt, die perspektivische Schrägansicht wurde aus den Stereokanälen 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).

  • 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) Prof. Dr. Ralf Jaumann besteht aus 51 Co-Investigatoren, die aus 35 Institutionen und 11 Nationen stammen. Die Kamera wird vom DLR-Institut für Planetenforschung in Berlin-Adlershof betrieben.

Zuletzt geändert am:
21.02.2019 11:01:15 Uhr

Kontakte

 

Elke Heinemann
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)

Politikbeziehungen und Kommunikation

Tel.: +49 2203 601-2867

Fax: +49 2203 601-3249
Prof. Dr. Ralf Jaumann
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)

Institut für Planetenforschung, Planetengeologie

Tel.: +49 30 67055-400

Fax: +49 30 67055-402
Ulrich Köhler
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)

DLR-Institut für Planetenforschung

Tel.: +49 30 67055-215

Fax: +49 30 67055-402
Dr. Daniela Tirsch
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)

DLR-Institut für Planetenforschung

Tel.: +49 30 67055-488

Fax: +49 30 67055-402