Weltraumforschung: Flüssiges Wasser und Schneeschichten auf dem Mars

Knochentrocken und staubig zeigt der Mars sich heute – doch die Untersuchung des Istok-Kraters hat jetzt gezeigt: In regelmäßigen Abständen strömten von seinen Kraterwänden so genannte Muren – flüssiges Wasser vermischt mit Gesteins- und Staubpartikeln – in sein Inneres.

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„Das Überraschende daran ist: Dies muss ziemlich häufig geschehen sein“, erläutert Ernst Hauber, Planetenforscher am Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR).

FOTO: Planetenforscher des DLR und der Universität Utrecht haben Spuren von Muren aus Sand und Geröll an den Innenwänden des Istok-Kraters auf dem Mars untersucht.

Er ist Co-Autor einer Studie, die von Tjalling de Haas von der Universität Utrecht geleitet wurde und die am 23. Juni 2015 im Fachjournal Nature Communications erschienen ist.

Die Forscher haben untersucht, wieviel Muren in welchen zeitlichen Abständen notwendig waren, um die festgestellten Ablagerungen im Krater zu erklären. Die jüngsten Ströme mit flüssigem Wasser sind nach diesen Schätzungen in den letzten Hunderttausenden von Jahren erfolgt.

„Für uns Planetenforscher ist das quasi gestern“, betont DLR-Wissenschaftler Ernst Hauber. Die Muren im Istok-Krater gingen seit seiner Bildung mit einer Häufigkeit ab, die auch in extrem trockenen Gebieten auf der Erde festgestellt wurde.

Für ihre Untersuchungen wählten die Planetenforscher einen eher jungen, nur eine Million Jahre alten Krater in den mittleren südlichen Breiten des Mars und analysierten die Spuren von Muren aus Sand und Geröll an seiner Innenwand.

„Mindestens anderthalb bis fünf Zentimeter Schmelzwasser sind für solche großen Muren notwendig“, sagt Tjalling de Haas, Doktorand der Universität Utrecht.

„Das bedeutet, dass die Schneeschichten im Krater mehrere Dezimeter dick gewesen sein müssen. Die Schneeschmelze hat dann zu flüssigem Wasser und der Bildung von Muren geführt. Dies konnte immer nur dann geschehen, wenn die Rotationsachse des Roten Planeten um mehr als 30 Grad zur Sonne geneigt war und sich Eis der Polarregionen in Richtung Äquator verlagert hatte.

Der Mars ist dann über die Hälfte mit Schnee bedeckt, der teilweise an denjenigen Kraterwänden schmilzt, die dem Äquator und damit der Sonne zugewandt sind. Eine Situation, die nur etwa alle 120000 Jahre vorliegt“, erläutert DLR-Planetenforscher Ernst Hauber.

Während beispielsweise die Erdachse eine konstante Neigung von etwa 23 Grad zur Sonne hat, was die Jahreszeiten verursacht, variiert die Neigung beim Mars in den letzten zehn Millionen Jahren zwischen 15 und 35 Grad und verursacht so große Klimaschwankungen. „Zurzeit schmilzt auf dem Mars allerdings nichts“, sagt Planetenforscher Ernst Hauber vom DLR. „Und es könnte auch wieder einige Hunderttausend Jahre dauern, bis es wieder flüssiges Wasser dort gibt.“

Quelle hier: http://www.dlr.de/dlr/presse/desktopdefault.aspx/tabid-10172/213_read-14010/year-all/#/gallery/19807

Foto: NASA/JPL/University of Arizona.


Der Mars in einer großformatigen Karte

Bisher gab es den Mars im Streifenformat, Bahn um Bahn sorgfältig mit der europäischen Sonde Mars Express abgeflogen und zu dreidimensionalen Höhenmodellen und Perspektivbildern verarbeitet.Die Topographie des Mars im Großformat

Nun haben die Planetenforscher unter der Leitung des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) erstmals diese unterschiedlichen 50 bis 100 Kilometer breiten Streifen zu einer großformatigen und einheitlichen Karte zusammengefügt.  

2,3 Millionen Quadratkilometer Oberfläche deckt das erste Mosaik ab, das sich über die weitläufige, kraterübersäte Hochlandregion des Roten Planeten, Teile des Ausflusstals Ares Vallis, des chaotischen Gebiets Aram Chaos oder auch die Ebenen Meridiani Planum und Chryse Planitia erstreckt.

„Gerhard Mercator und Carl Friedrich Gauß haben die Erde vermessen, wir folgen mit unserer Vermessung des Mars ihrer Tradition“, sagt Prof. Ralf Jaumann, DLR-Planetenforscher und wissenschaftlicher Leiter der hochauflösenden Stereokamera HRSC auf der Mars-Express-Sonde. „In der Qualität, die wir jetzt mit den Aufnahmen der HRSC-Kamera erreichen, wurde dies vorher noch nicht umgesetzt.“

Das Mosaik erstreckt sich über 1800 Kilometer von Nord nach Süd und 1300 Kilometer von Ost nach West. Für dieses Produkt wurden einzelne Stereo- und Farbbilder von insgesamt 89 Orbits um den Mars verwendet und zusammengefügt.

„Die Streifen wurden in unterschiedlicher Auflösung, bei unterschiedlichen Sonnenständen und unterschiedlichem Wetter aufgenommen – die anspruchsvolle Herausforderung ist es, diese ohne sichtbare Grenzen und einheitlich miteinander zu einem großen Ganzen zu kombinieren“, erläutert Prof. Ralf Jaumann.

Dafür müssen die geometrischen Beziehungen der einzelnen Bilder zueinander und ihre geographische Lokalisierung mit hoher Präzision bestimmt werden, damit eine genaue und globale Vermessung des Mars entstehen kann. 

Quelle und vollständiger Artikel mit Bildern hier: http://www.dlr.de/dlr/presse/desktopdefault.aspx/tabid-10172/213_read-13327/year-all/#/gallery/19116


Warum der Mars „zwei Gesichter“ hat

Ein mondgrosser Himmelskörper, der in den Südpol einschlug: ETH-Forscher zeigen mit einer Simulation auf, weshalb der Mars aus zwei dermassen unterschiedlichen Halbkugeln besteht.  Marsdichotomie (Credits: MOLA Science Team)

Kein anderer Planet unseres Sonnensystems weist zwei so verschiedene Hälften auf wie der Mars. Vulkanarme flache Tiefländer prägen die Nordhemisphäre, ausgedehnte, von unzähligen Vulkanen durchsetzte Hochländer die Südhemisphäre.

BILD: Zweigeteilter Mars: Die Tiefländer der Nordhemisphäre (blau) kontrastieren mit den vulkanreichen Hochländern der Südhemisphäre. (Foto: MOLA Science Team)

Über die Entstehung dieser sogenannten und viel diskutierten Mars-Dichotomie bestehen zwar Theorien und Vermutungen, aber kaum definitive Antworten. Nun liefern Geophysiker der ETH Zürich mit Giovanni Leone einen neuen Erklärungsansatz. Leone ist der Erstautor eines Papers, das eben in der Fachzeitschrift «Geophysical Research Letters» erschienen ist.

Mithilfe eines Computermodelles sind die Wissenschaftler zur Einsicht gelangt, dass in der Frühgeschichte des Sonnensystems ein grosser Himmelskörper in den Südpol des Mars eingeschlagen haben muss. Ihre Simulation zeigt, dass dieser Einschlag dermassen viel Energie erzeugte, dass ein Magma-Ozean entstand, der die Ausdehnung der heutigen Südhemisphäre hatte.

Der Einschlagkörper musste mindestens ein Zehntel der Marsmasse betragen haben. Das flüssige Gestein erstarrte schliesslich zum bergigen Hochland, aus dem die heutige Südhalbkugel des Mars‘ besteht.

Quelle und Fortsetzung des Berichts hier: https://www.ethz.ch/de/news-und-veranstaltungen/eth-news/news/2015/01/marsdichotomie.html


Gibt es organisches Material auf dem Mars?

Pressemitteilung der Universität Heidelberg:

Chlormethan auf dem „Roten Planeten“ stammt möglicherweise aus dem Marsboden – Meteoriten lieferten vermutlich den darin enthaltenen Kohlenstoff und Wasserstoff
Mikrometeorit

Aus dem Rasterelektronenmikroskop stammende Aufnahmen von einem Mikrometeoriten. Diese Mikrometeoriten wurden auf der Erde (Antarktis) gesammelt.
Es wird angenommen, dass jedes Jahr eine relativ große Menge an Mikrometeoriten mit ähnlicher Zusammensetzung auf den Mars fällt. Ein Teil des darin enthaltenen organischen Materials könnte beim Erhitzen in Chlormethan umgewandelt werden.

Das vor kurzem mit dem NASA-Mobil „Curiosity“ auf dem Mars entdeckte organische Material könnte einen anderen Ursprung haben als von der Erde mitgebrachte „Verunreinigungen“, wie Wissenschaftler bislang gedacht haben:

Ein deutsch-britisches Forscherteam um den Geowissenschaftler Prof. Dr. Frank Keppler von der Universität Heidelberg geht davon aus, dass die auf dem „Roten Planeten“ aufgefundene gasförmige chlororganische Verbindung – das Chlormethan – möglicherweise aus dem Boden des Mars‘ stammt und der darin enthaltene Kohlenstoff und Wasserstoff vermutlich durch einschlagendes Meteoritengestein geliefert wurde.

Gestützt wird diese Annahme durch Isotopenmessungen, mit denen die Wissenschaftler die Experimente von „Curiosity“ nachvollzogen haben. Untersucht wurden dazu die Proben eines 4,6 Milliarden Jahre alten Meteoriten, der 1969 in Australien auf der Erde eingeschlagen ist. Die Forschungsergebnisse wurden in den „Scientific Reports“ veröffentlicht.

Die Frage, ob organisches Material auf dem Mars existiert und damit eine der Voraussetzungen für Leben auf diesem Planeten gegeben ist, beschäftigt die Wissenschaft schon lange Zeit. Das NASA-Mobil „Curiosity“, das Mitte 2012 auf dem Mars gelandet ist, führt dazu Untersuchungen auf dem Marsboden durch.

Bei Experimenten mit dem Erhitzen von Bodenproben haben sich tatsächlich einfache organische Moleküle gebildet, wie die Analyse mit einem „Curiosity“-Messinstrument gezeigt hat. Dazu gehört auch Chlormethan, das Kohlenstoff-, Wasserstoff- und Chloratome enthält, wie Prof. Keppler erläutert.

Nach Meinung der NASA-Experten entstand diese Verbindung möglicherweise jedoch während der Experimente in einer Reaktion von Perchloraten aus dem Marsboden mit einem chemischen Stoff von Bord der Sonde. Obwohl das Chlor des Chlormethans damit vom Mars selbst stammt, könnten Kohlenstoff und Wasserstoff durch „Curiosity“ zum Mars gelangt sein. Derartiges organisches Material ist bereits in früheren Experimenten während der Viking-Mission 1976 entdeckt worden. Diese Entdeckung wurde jedoch ebenfalls mit „Verunreinigungen“ von der Erde begründet.

Das deutsch-britische Wissenschaftlerteam um Prof. Keppler ist in diesem Zusammenhang der Frage nachgegangen, ob es nicht auch eine andere Erklärung für den Nachweis von Chlormethan auf dem Mars geben könnte.

Ihre Annahme: Die gasförmige chlororganische Verbindung kommt tatsächlich im Marsboden vor, wobei der darin enthaltene Kohlenstoff und Wasserstoff von Meteoriten stammt.

Um diese These zu erhärten, haben die Forscher Proben eines 4,6 Milliarden Jahre alten Meteoriten untersucht, der 1969 nahe der australischen Stadt Murchison auf der Erde eingeschlagen ist. Nach Angaben von Prof. Keppler enthält dieses meteoritische Material zwei Prozent Kohlenstoff. Astronomen gehen davon aus, dass jedes Jahr eine relativ große Menge an Mikrometeoriten mit ähnlicher Zusammensetzung auf den Mars fällt.

Als die Wissenschaftler um Frank Keppler das meteoritische Material aus Murchison in Gegenwart von Chlor erhitzten, konnten sie Chlormethan nachweisen.

„Das Verhältnis aus schwerem und leichtem Kohlenstoff und Wasserstoff, der sogenannte isotopische Fingerabdruck dieses Gases, zeigt eindeutig, dass das organische Material einen extraterrestrischen Ursprung hat“, so Prof. Keppler. Die Wissenschaftler haben die Ergebnisse dieser Isotopenmessungen auf die Bodenbedingungen auf dem Mars übertragen, wo vergleichbar zusammengesetztes Meteoritengestein zu finden ist.

„Demnach könnte das Chlormethan, das bei zwei Marsmissionen gefunden wurde, im Marsboden vorkommen. Kohlenstoff und Wasserstoff hätten dagegen ihren Ursprung in den Mikrometeoriten, die auf den Mars niederregnen“, erläutert Prof. Keppler. „Ausgeschlossen wäre aber auch nicht, dass lebende Organismen, die es eventuell vor längerer Zeit auf dem Planeten gegeben hat, zu einem Teil dieses organischen Materials beigetragen haben.“

Nach den Worten des Heidelberger Wissenschaftlers könnte der isotopische Fingerabdruck des Chlormethans auch bei künftigen Weltraummissionen Hinweise darauf geben, ob das organische Material vom Mars selbst stammt, durch Meteoriten dort hingelangt ist oder auf Verunreinigungen durch Sonden von der Erde zurückgeht.

Frank Keppler leitet die Forschungsgruppe Biogeochemie am Institut für Geowissenschaften der Universität Heidelberg. Neben den Wissenschaftlern der Ruperto Carola haben an den Untersuchungen auch Experten des Max-Planck-Instituts für Chemie in Mainz sowie der School of Biological Sciences an der Queen‘s University Belfast mitgewirkt.

Originalpublikation: F. Keppler, D.B. Harper, M. Greule, U. Ott, T. Sattler, G.F. Schöler & J.T.G. Hamilton: Chloromethane release from carbonaceous meteorite affords new insight into Mars lander findings. Scientific Reports 4 : 7010 (13 November 2014), doi: 10.1038/srep0701

Foto: Bastian Baecker (Universität Heidelberg / Max-Planck-Institut für Chemie, Mainz), Luigi Folco (Universität Pisa) und Carole Cordier (Universität Grenoble)

Quelle: http://www.uni-heidelberg.de/presse/news2014/pm20141113_gibt-es-organisches-material-auf-dem-mars.html


Winterstimmung existiert jetzt auch auf dem Mars

Die Beobachtung jahreszeitlicher Phänomene hat auch auf dem Mars ihren besonderen Reiz. Da die Rotationsachse des Planeten etwa die gleiche Neigung aufweist wie die Drehachse der Erde, kommt es auch auf unserem Nachbarplaneten zu ausgeprägten Jahreszeiten – nur sind sie wegen der etwa zweijährigen Umlaufzeit des Mars um die Sonne doppelt so lange.

Frostablagerungen sind dann im Winter auch in gemäßigten Breitengraden keine Seltenheit, wie die Bilder der Charitum-Berge (lateinisch:  mons, Berg) zeigen.

Sie wurden mit der vom DLR betriebenen hochauflösenden Stereokamera HRSC auf der ESA-Sonde Mars Express am 18. Juni 2012 aufgenommen.  CharitumMontes_co_l

Beim Blick auf die Farbbilder fällt sofort auf, dass Teile der gewöhnlich orange bis ockerfarbene Marsoberfläche hier von einer weißen Substanz bedeckt sind. Dabei handelt es sich um eine hauchdünne Schicht aus festem Kohlendioxid („Trockeneis“), die sich im Laufe des Winters wie Raureif über die Landschaft gelegt hat.

Die Kohlendioxid-Eiskristalle sind aus der Marsatmosphäre auf den Boden gerieselt. Die wärmeren Temperaturen des Frühlings werden bald dafür sorgen, dass das Eis wieder sublimiert, also direkt vom festen in den gasförmigen Zustand übergeht.

Viele Krater – ein Anzeichen für eine sehr alte Marsregion

Bei den HRSC-Bildern fallen sofort die vielen Krater in allen unterschiedlichen Größen auf. Das ist ein untrügliches Zeichen dafür, dass die großen Strukturen der Landschaft schon sehr alt sind, wahrscheinlich mehr als drei Milliarden Jahre. Die höchsten Punkte in diesem Gebiet, die besonders gut in der mit Farben kodierten topographischen Bildkarte ausgemacht werden können, bilden dabei die „Berge“ der Charitum Montes.

In der Bildmitte der Farbansicht (siehe Foto)  befindet sich ein großer Krater mit einem Durchmesser von fast 50 Kilometern, also etwa der Größe des Stadtgebiets von Berlin, dessen schüsselförmige Vertiefung zu einem erheblichen Teil von dicken Sedimentschichten angefüllt ist, die eine ebene Fläche bilden.

Die Sedimente wurden durch Flüsse, die in Breschen im Norden und Westen in den Krater münden, eingebracht und abgelagert. Die oberste, jüngste Schicht dieser Ablagerungen zeigt ein schlierenartiges Muster, was den Transport und die Ablagerung durch ein fließendes Gewässer belegt.

Unterhalb des Kraterrandes im Nordosten sind einige ungewöhnliche, dreieckige schwarze Flecken zu sehen. Dabei handelt es sich um ein Feld von verstreut angeordneten Dünen, die der Wind durch Ablagerung von dunklem Material – vermutlich Asche oder Staub von ursprünglich vulkanischer Herkunft – vor dem „Hindernis“ des Kraters abgelagert und angehäuft hat. (…)

Das Kameraexperiment HRSC auf der Mission Mars Express der Europäischen Weltraumorganisation ESA wird vom Principal Investigator (PI) Prof. Dr. Gerhard Neukum (Freie Universität Berlin), der auch die technische Konzeption der hochauflösenden Stereokamera entworfen hatte, geleitet.

Das Wissenschaftsteam besteht aus 40 Co-Investigatoren, aus 33 Institutionen und zehn Nationen stammen. Die Kamera wurde am Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) unter der Leitung des PI entwickelt und in Kooperation mit industriellen Partnern gebaut (EADS Astrium, Lewicki Microelectronic GmbH und Jena-Optronik GmbH).
Vollständige Meldung mit sechs Bildern siehe hier: http://www.dlr.de/dlr/desktopdefault.aspx/tabid-10333/623_read-5841
 
Quelle:
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)
Prof. Dr. Ralf Jaumann
Institut für Planetenforschung, Planetengeologie
Tel.: 030 67055-400
Fax: 030 67055-402