Raumfahrt

Mission Mars Express

Cerberus Fossae: Tausend Kilometer lange, junge tektonische Brüche auf dem Mars

Cerberus Fossae: Tausend Kilometer lange, junge tektonische Brüche auf dem Mars

Donnerstag, 20. September 2018

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  • Blick auf die Region Cerberus Fossae
    Blick auf die Region Cerberus Fossae

    Die Grabenbrüche der Cerberus Fossae in der Elysium-Ebene verlaufen alle von Nordwest nach Südost. In der Bildmitte sind die zwei markantesten Gräben zu sehen, weiter südlich (links im Bild; Norden ist rechts) befinden sich noch zwei weitere, schmale Gräben. Die Kräfte, die zum Aufbrechen der Kruste geführt haben, entfalteten ihre Wirkung senkrecht dazu. Die glatten Flächen bestehen aus erstarrter dünnflüssiger Lava. Die wenigen Einschlagskrater auf ihrer Oberfläche zeigen an, dass die Vulkanausbrüche erst in geologisch jüngster Vergangenheit erfolgt sind. Wenn man in das Bild hineinzoomt, sieht man an manchen Stellen, wo die Fronten der Lavaströme verlaufen sind und wo sie an topographische "Hindernisse" angebrandet sind. Auch aus den Cerberus Fossae drang Lava an die Mars-Oberfläche, zeitweise womöglich auch Wasser.

  • Perspektivischer Blick von Südosten nach Nordwesten über Cerberus Fossae
    Perspektivischer Blick von Südosten nach Nordwesten über Cerberus Fossae

    Wie vom Messer durchschnitten erscheint die Landschaft in der Region Cerberus Fossae auf dem Mars. Die tektonischen Bruchstrukturen entstanden vor weniger als hundert Millionen Jahren, vielleicht sogar erst vor zehn Millionen Jahren. Dies lässt sich auch am Profil der Fossae ablesen, die von extrem steilen, stellenweise fast senkrechten, mehr als 500 Meter hohen Wänden begrenzt sind.

  • Perspektivischer Blick von Nord nach Süd über Cerberus Fossae
    Perspektivischer Blick von Nord nach Süd über Cerberus Fossae

    Würden Astronauten in einer fernen Zukunft in der Elysium-Ebene mit ihren Marsfahrzeugen nordöstlich an den Vulkanen Elysium Mons und Alba Patera auf Erkundungsfahrt gehen, stünde ihnen am Rand der Cerberus Fossae ein ähnliches Erlebnis bevor wie dem Spanier García López de Cárdenas, der 1540 als erster Europäer staunend am Rand des Grand Canyon stand. Und wie dieser müssten die Astronauten auf ihrer Route umkehren oder einen weiten Umweg in Kauf nehmen. Die Cerberus Fossae haben extrem steile, stellenweise fast senkrechte, über 500 Meter hohe Wände. Sie entstanden durch Dehnung der Marskruste als tektonische Brüche, durch die auch Magma an die Oberfläche aufstieg und die Ebenen mit dünnflüssiger Lava überflutete.

  • 3D%2dAnsicht der Region Cerberus Fossae
    3D-Ansicht der Region Cerberus Fossae

    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 einen realistischen, dreidimensionalen Blick auf die Landschaft. Darauf ist gut zu erkennen, wie zahlreiche Krater in der Bildmitte, die ursprünglich ein eher schüsselförmiges Profil hatten, von dünnflüssiger Lava geflutet und manchmal fast bis zum Rand mit vulkanischen Ablagerungen gefüllt wurden. Im Gegensatz dazu hat der etwa 30 Kilometer große Krater am rechten (nördlichen) Bildrand einen mächtigen Kraterrand, der verhinderte, dass die Laven der Flutbasalte in sein etwa 2500 Meter tiefes Innere strömten. Mit der Zoomfunktion kann auch in die nur an wenigen Stellen über einen Kilometer breite Grabenbrüche der Cerberus Fossae geblickt werden.

  • Die Region Cerberus Fossae in der Elysium%2dEbene
    Die Region Cerberus Fossae in der Elysium-Ebene

    In der Elysium-Ebene gibt es mit Elysium Mons und Albor Tholus zwei große Vulkane, die vermutlich bis in die jüngere geologische Vergangenheit noch aktiv waren. In der weiteren Umgebung finden sich daher zahlreiche Spuren tektonischer Vorgänge, wie zum Beispiel Dehnungsbrüche, zu denen auch die Cerberus Fossae gehören. Das vom DLR betriebene Kamerasystem HRSC auf der ESA-Raumsonde Mars Express fotografierte während Orbit 17.813 den eingezeichneten Aufnahmestreifen, die Landschaft der in dieser Bildveröffentlichung gezeigten Bilder befindet sich in dem kleineren Rechteck.

  • Topographische Bildkarte der Region Cerberus Fossae
    Topographische Bildkarte der Region Cerberus Fossae

    Aus den unter verschiedenen Winkeln aufgenommenen Bildstreifen des HRSC-Kamerasystems auf Mars Express werden digitale Geländemodelle der Marsoberfläche berechnet, die für jeden aufgenommenen Bildpunkt eine Höheninformation beinhalten. Das Referenzniveau, auf den sich die Höhenangaben beziehen, ist eine gedachte Fläche gleicher Anziehungskraft, wie es auf der Erde der Meeresspiegel darstellt. Diese sogenannte Äquipotentialfläche hat die Form eines zweiachsigen Ellipsoids und wird in Anlehnung an das griechische Wort für Mars (Ares) Areoid genannt. Mit der Farbkodierung des digitalen Geländemodells lassen sich die Höhenunterschiede gut erfassen: Das am tiefsten gelegene Gebiet in einem etwa 30 Kilometer großen Krater befindet sich 5500 Meter unter dem Areoid, die rot dargestellten Regionen sind mit 3000 Meter gut zweieinhalb Kilometer höher gelegen. Die Cerberus Fossae sind bis zu 500 Meter tief.

  • Die Gräben Cerberus Fossae sind besonders auffällige tektonische Bruchstrukturen, da sie beinahe über eintausend Kilometer parallel verlaufen.
  • Entstanden sind sie durch relativ junge vulkanische Aktivität, wahrscheinlich vor weniger als hundert Millionen Jahren.
  • Schwerpunkt(e): Raumfahrt, Planetenforschung

Vulkanismus geht auf allen erdähnlichen Planeten und dem Mond häufig mit tektonischen Verschiebungen in der Gesteinskruste einher. Magmablasen steigen aus dem Inneren nach oben, schaffen sich beim Aufstieg Platz und ergießen ihr geschmolzenes Gestein als Lava über die Oberfläche. So entstehen durch die entleerte Magmakammer wiederum Hohlräume und die starren Gesteinsmassen der Kruste können absacken und sich verschieben. Auf der Planetenoberfläche lassen sich die tektonischen Bewegungen, je nach Charakter, bei Kontraktion als Überschiebungen und bei Extension als Dehnungsbrüche nachvollziehen. Letzteres ist auf dem Mars die häufigere Form von Tektonik. Die Cerberus Fossae sind zwei über nahezu tausend Kilometer parallel verlaufende Dehnungsbrüche in einer jungen Vulkanebene der Region Elysium Planitia. Das vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) entwickelte und auf der ESA-Mission Mars Express betriebene Kamerasystem HRSC fotografierte die markanten Gräben im Januar 2018. Die systematische Verarbeitung der Kameradaten erfolgte am DLR-Institut für Planetenforschung in Berlin-Adlershof.

Die Cerberus Fossae - lateinisch für die Gräben des Kerberos, des mehrköpfigen "Höllenhundes", der in der griechischen Mythologie den Eingang zur Unterwelt bewacht - sind besonders markante tektonische Bruchstrukturen. Beide Gräben verlaufen fast exakt parallel und erstrecken sich von Nordwesten bis nach Südosten. Sie sind überall extrem steilwandig und durchschneiden die Lavaebenen an manchen Stellen sogar nahezu senkrecht. Das ist ein Hinweis darauf, dass die Gräben noch sehr jung sind, denn im Laufe der Zeit führt die Erosion dazu, dass von den Hängen und der Geländekante immer wieder Gestein abbricht und die Abhänge an Steilheit einbüßen.

Eine der jüngsten geologischen Strukturen auf dem Mars

Auch die wenigen Einschlagskrater in der vulkanischen Ebene zeigen, dass die Landschaft hier noch nicht sehr alt sein kann. Zählt man alle Krater und misst ihre unterschiedlichen Durchmesser, kann das Alter der Lavaströme durch Vergleich mit anderen Gebieten auf dem Mars recht gut bestimmt werden. Diese Methode der Altersbestimmung von geologischen Flächen wird auf allen Körpern mit fester Oberfläche im Sonnensystem angewandt. Die Wissenschaftler gehen deshalb davon aus, dass Teile dieser Ebene erst in geologisch jüngerer Vergangenheit von dünnflüssiger Lava überflutet wurden, möglicherweise sogar vor weniger als hundert Millionen Jahren. Auch aus den Cerberus Fossae drang Lava an die Oberfläche (später vermutlich auch Grundwasser).

Somit ist die nahe des Äquators gelegene Region der Cerberus Fossae eine der jüngsten geologischen Strukturen auf dem Mars. Auch wenn die zahlreichen Raumsonden, die den Planeten aus der Umlaufbahn beobachteten oder wie Mars Express noch heute untersuchen, keinerlei Anzeichen von aktivem Vulkanismus entdecken konnten, rechnen die Wissenschaftler trotzdem mit tektonischen Bewegungen in der Marskruste. Diese Marsbeben soll das Experiment SEIS (Seismic Experiment for Interior Structure) der französischen Weltraumagentur CNES auf der am 6. Mai 2018 gestarteten NASA-Raumsonde InSight aufzeichnen. InSight wird am 26. November 2018 einige hundert Kilometer weiter westlich ebenfalls in der Elysium-Ebene landen und zum Jahreswechsel mit der Aufzeichnung von Marsbeben beginnen. Damit sollen der Zustand und der Aufbau des Marsinneren untersucht werden. An Bord von InSight ist auch das vom DLR entwickelte Experiment HP3 (Heat Flow and Physical Properties Package), mit dem der Wärmefluss von Kern und Mantel zur Marsoberfläche gemessen werden soll, um Rückschlüsse über den Zustand und die Entwicklung des metallischen Kerns des Mars ziehen zu können.

Cerberus und Athabasca Valles: Teile der großen Vulkanprovinz Elysium

Bei den Cerberus Fossae handelt es sich um tektonische Bruchstrukturen, die höchstwahrscheinlich durch Dehnung von Krustenmaterial oder durch Krustenabsenkungen bei der Bildung vulkanischer Gänge entstanden sind. Einzelne rundlich geformte Einsturzkessel weisen auf eine frühe Phase der Dehnung hin und sind besonders gut im nördlichen Teil der Cerberus Fossae zu beobachten. Rund um die im Nordwesten gelegene Vulkanprovinz Elysium mit dem 12,5 Kilometer hohen Vulkan Elysium Mons haben sich in der Vergangenheit außerdem zahlreiche vulkanische Gänge gebildet. Die Bildung solcher Gänge kann zu Deformationen der Marskruste und zur Entstehung von Brüchen und Gräben an der Oberfläche führen.

Westlich des hier gezeigten Bildausschnitts liegt das Ausflusstalsystem Athabasca Valles (siehe Bild 6), das in den Cerberus Fossae entspringt. Vermutlich ist die Marskruste vor Millionen von Jahren entlang der Cerberus Fossae bis in große Tiefe aufgebrochen, was den Austritt von Lava aus einem unterirdischen vulkanischen Magmenreservoir und auch Grundwasser ermöglichte. Das dunkle Material innerhalb der Cerberus Fossae und am Boden des unbenannten Einschlagkraters wurde durch Winde hierher verfrachtet und bildet Dünen, die aus dunklen Sanden bestehen. Dunkle Dünen kommen auf der Marsoberfläche sehr häufig vor und bestehen aus alter vulkanischer Asche.

  • Bildverarbeitung

    Die Aufnahmen mit der HRSC (High Resolution Stereo Camera) entstanden am 27. Januar 2018 während Orbit 17813 von Mars Express. Die Bildauflösung beträgt 16 Meter pro Bildpunkt (Pixel). Die Bildmitte liegt bei etwa 159 Grad östlicher Länge und 10 Grad nördlicher Breite. Die Farbaufsicht (Bild 1) wurde aus dem senkrecht auf die Marsoberfläche gerichteten Nadirkanal und den Farbkanälen der HRSC erstellt, die perspektivischen Schrägansichten (Bilder 2 und 3) wurden aus den Stereokanälen der HRSC berechnet. Das Anaglyphenbild (Bild 4), 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  (Bild 6) 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 Marskugel.

  • 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 (EADS Astrium, Lewicki Microelectronic GmbH und Jena-Optronik GmbH). Das Wissenschaftsteam unter Leitung des Principal Investigators (PI) Prof. Dr. Ralf Jaumann besteht aus 52 Co-Investigatoren, die aus 34 Institutionen und 11 Nationen stammen. Die Kamera wird vom Institut für Planetenforschung des DLR in Berlin-Adlershof betrieben.

Zuletzt geändert am:
20.09.2018 11:00:46 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