Stürmische Eiszeiten auf dem Mars

5. Oktober 2009

Mit dem Radar-Instrument an Bord der NASA-Sonde Mars Reconnaissance Orbiter haben US-amerikanische Wissenschaftler die geologischen Spuren vergangener klimatischer Zyklen auf dem Roten Planeten gliedern können.

Geologischer Aufbau des Mars-Nordpols (NASA / JPL)

Geologischer Aufbau des Mars-Nordpols (NASA / JPL)

Aus 358 Einzelaufnahmen wurden verschieden mächtige Schichtpakete im Untergrund von Eismassen von Planum Boreum aufgenommen, einer ausgedehnten Ebene, die große Teile der nördlichen Hemisphäre ausmacht. Sie wurden einer Karte zusammengefügt, die auf eine bewegte Klimageschichte in den letzten Millionen Jahren schließen lässt.

Irdische Sedimentgesteine sind für Geologen wie Geschichtsbücher, denn mit ihnen lässt sich die Erdgeschichte minutiös nachvollziehen. Sie entstehen, wenn Erosionsprozesse zur Abtragung vorhandener Gesteine führen und es nach einer Transportphase erneut zur Ablagerung kommt. Auch wenn unser Nachbar im Vergleich zur Erde den Anschein eines  toten Wüstenplaneten macht, wirken auch hier urgewaltige Kräfte. Eismassen haben am Marsnordpol ein komplexes Muster hinterlassen. Auch vorhandene Gletscher wachsen durch Niederschlag ständig weiter oder schrumpfen, um dann stärker mit Staub bedeckt zu werden.

Jedoch haben die Geologen es auf dem Mars nicht leicht, denn bisher konnte noch niemand die Gesteinsaufschlüsse an den Polen direkt in Augenschein

nehmen. Die optische Auflösung der Kamera an Bord von Mars Reconnaissance Orbiter und nun auch die Fähigkeiten des Radarinstruments Shallow Radar (SHARAD) ermöglichen jetzt erste geologische Interpretationen. Damit werden die Gesteine zwischen 100 und 1.000 Meter tief durchleuchtet.

„Was wir mit dem Radar sehen können, sind vor allem Kontraste in den elektrischen Eigenschaften zwischen den Schichten“, sagt Nathaniel Putzig, Teamleiter vom Southwest Research Institute in Boulder im US-Bundesstaat Colorado. „Wir beobachten ein Muster in der Reflektivität gegenüber den Radarwellen. Das sagt uns etwas über das Muster der Materialunterschiede im Untergrund.“

Planum Boreum (NASA, HiRISE Blog)

Planum Boreum mit drei geologischen Einheiten (NASA, HiRISE Blog)

Bisher hatte man frühere Radaraufnahmen anders gedeutet: Die verschiedenen Schichten bestünden vor allem aus Eis. Tatsächlich sind sie von Staubschichten überzogen worden, die sich jahreszeitlich oder klimatisch gesteuert veränderten. Schwankungen in den Bahnparametern aller Planeten führen zu Klimazyklen, die auf der Erde als Milanković-Zyklen bekannt sind und für den Wechsel zwischen Kalt- und Warmzeiten verantwortlich sind.  Während der Erdmond die ständigen Veränderungen auf ein für uns erträgliches Maß reduziert, kommt es auf dem Mars zu ungleich stärkeren Effekten.

Die Radardaten zeigen, dass sich hochreflektierende Bereiche sehr kontrastreicher Schichten mit homogeneren Zonen geringer Reflektivität abwechseln. Dieser geologische Rhythmus kann nun mit existierenden Modellen über die marsianische Klimageschichte in den vergangenen vier Millionen Jahren abgeglichen werden. Diese wurde vor allem über die schwankende Achsenneigung des Planeten gesteuert.

„Wir machen selbst gar keine Klimamodellierung, sondern vergleichen nur die Modelle anderer mit unseren Radar-Messdaten. Daraus versuchen wir zu schließen, wie die Schichtfolge wirklich entstand“, so Putzig. Die vergangenen 300.000 Jahre waren eine Periode einer relativ stabilen Achsenneigung vergleichen mit den 600.000 Jahren davor. Da besonders die obersten  – und damit die jüngsten – Schichten stark reflektieren, schlagen die Forscher vor, sie mit der klimatisch ruhigen Periode zu korrelieren.

Ringsystem seitlich beleuchtet

30. September 2009

Saturns Ringsystem ist sehr dünn – so dünn, dass es alle 15 Jahre zu verschwinden scheint. Eine neue Aufnahme zeigt, wie sich der Planet in dieser Phase einem nahen Betrachter zeigt.

Wie sieht Saturn aus, wenn sein Ringsystem exakt von der Seite aus beleuchtet wird? Das passiert immer dann, wenn Saturn den Punkt seiner Tagundnachtgleiche durchläuft, also alle 15 Jahre. Mit einfachen Fernrohren beobachtet scheint das Ringsystem dann einfach zu verschwinden, um einige Zeit später wieder aufzutauchen.

Dass die Ringe tatsächlich nicht verschwinden, sondern ihre Schönheit voll entfalten, konnte die NASA-Sonde Cassini jetzt zeigen. Das Bild wurde aus 75 Einzelaufnahmen zusammengesetzt ist.

Saturn zur Tagundnachtgleiche

Saturn zur Tagundnachtgleiche (NASA)

Alpiner Klimawandel

29. September 2009

Die alpinen Gletscher ziehen sich schnell zurück. Zurück bleiben Moränen und Seen, die man mit etwas geologischem Spürsinn leicht erkennt.

Das Geologiestudium bietet den Vorteil, etwas herumzukommen und in die ein oder andere einsame Gebirgsregion vorzudringen. Natürlich gilt es dann in erster Linie, vor Ort Gesteine zu beproben, anzusprechen und in den erdgeschichtlichen Kontext einzuordnen. Aber es bleibt genügend Zeit, einfach nur den Blick schweifen und die Landschaft auf sich wirken zu lassen.

Gletscherpanoramen gehören definitiv nicht zu den alltäglichen Exkursionszielen, deren einfache Schönheit einem schnell die Sprache verschlägt. Ich kannte auch schon einige besonders ästhetische isländische Gletscher, so dass ich nicht erwartet hätte, in den Alpen Vergleichbares zu finden. Meine schwachen Erwartungen wurden nicht erfüllt, als ich in der letzten Exkursion des Jahres mit dem Steingletscher in den Schweizer Alpen Kontakt aufnehmen durfte. Alpine Gletscher haben etwas zu bieten.

Der Steingletscher liegt am Sustenpass, einer touristischen Gegend zwischen den Kantonen Uri und Bern. Von der Passstraße erhält man einen guten Überblick.

Steingletscher am Sustenpass (Karl Urban)

Steingletscher am Sustenpass (Karl Urban)

Gut erkennbar sind fünf Ablagerungselemente des Gletschervorlands: Aus dem Gletschertor tritt Schmelzwasser unter dem Eis hervor und bildet einen braided river, ein hochenergetisches Flusssystem mit Sandbarren und sich ständig verlagernden Kanälen. Dieses System formt die Sanderfläche. Der Begriff ist dem isländischen Sandur entlehnt und beschreibt weit ausgedehnte glaziale Schwemmebenen. In Island können diese hunderte Quadratkilometer ausfüllen, da dort unter Gletschern aktive Vulkane lauern.

Hier verzweigt sich der Fluss jedoch schon bald zu einem Delta, das in einen Gletschersee mündet. Dieser liegt deutlich über dem Tal, da auf der anderen Seite durch die alte Endmoräne aufgestaut wird. Diese entstand, als der Steingletscher noch bis hierhin ausgedehnt war – doch dazu später mehr. Am Rand des Sees erkennt die kegelförmig aufgeschüttete Seitenmoräne, die ebenfalls entstand, als das Eis noch das gesamte Tal erfüllte. Sie entsteht durch von den Hängen abrutschendes Geröll, das durch das Eis aufgehalten wird.

Geologische Einheiten des Steingletschers am Sustenpass

Geologische Einheiten des Steingletschers am Sustenpass

Viel deutlicher als bei isländischen Gletschern sieht man hier, wie schnell der Klimawandel zum Rückzug der Gletscherzunge führt. Ich muss aber vorwegschieben, dass die natürlichen Klimaschwankungen ständig zu Vorstoß und Rückzug von Gletschern geführt haben. Zur Zeit des letzten glazialen Maximums vor rund 20.000 Jahren füllte der Gletscher das gesamte Tal bis auf die obersten 200 Höhenmeter auf. Das Abschmelzen dieser Eismassen, die bis nach Süddeutschland reichten, hatte keine anthropogenen Ursachen und war vor allem in schwankenden Erdbahnparametern begründet.

Als Geologe ist man es jedoch gewohnt, solche Schwankungen in geologischen Zeitskalen zu akzeptieren. Die Erde ist ein dynamischer Körper, das Klima hat immer geschwankt und so tun es die Eismassen. Schwankungen, die in menschlichen Zeiträumen passieren, lassen einen aber aufhorchen. Hier passiert etwas zu viel hastig.

Rückzug des Steingletschers am Sustenpass (Karl Urban)

Rückzug des Steingletschers am Sustenpass (Karl Urban)

Unser Professor besucht den Sustenpass jährlich mit einer Studentengruppe. Allein seit dem letzten Jahr hat sich der Gletscher um 100 Meter zurückgezogen. Im vergangenen Jahr hatte das Wasser speiende Gletschertor noch am Seeeingang gestanden.

Juno, die nächste große Sonde

25. September 2009

Mit Juno startet 2011 eine neue NASA-Sonde zum Jupiter. Sie ist Teil des New Frontiers-Programms, in der vormals bereits die Plutosonde New Horizons startete.

Juno (NASA)

Juno (NASA)

Überall konnte man es lesen: Mit dem Start der Sonde Cassini zum Saturn beginnt auch die letzte der großen Missionen der NASA. In einer Reihe wurden so große Namen genannt wie: Pioneer, Voyager, Galileo, Cassini.

Nun steckt also doch der nächste Braten in der Röhre der US-Weltraumbehörde: Mit Juno soll 2011 eine 700 Millionen US-Dollar teure Mission zum Jupiter fliegen. Man setzt auf große Innovationen: Drei Solarpaneele, jedes zwei mal neun Meter groß, werden die Sonde mit Energie versorgen. Bisher haben ausnahmslos alle Raumfahrzeuge in dieser Entfernung von der Sonne mit nuklearthermischen Energiequellen gearbeitet. Da die großen Gasriesen einen signifikanten Strahlungsgürtel besitzen, ist der Betrieb von Solarzellen eigentlich problematisch. Besonders beschichtete Solarzellen sollen der Strahlung aber standhalten. Zudem wird die Sonde auf einer polaren Umlaufbahn um Jupiter kreisen und dem gefährlichen Feld gar nicht so nahe kommen. Damit erübrigen sich aber leider auch Ausflüge zu den Galileischen Monden. Schade.

Auch wenn 700 Millionen Dollar nach viel Geld klingen: Wirklich in einer Reihe mit Cassini und Co. steht Juno eigentlich nicht. Die Saturnsonde verschlang immerhin die fünffache Summe.

Juno (NASA)

Juno (NASA)

Supererde mit großer Schwester

17. September 2009

Der erdähnliche Exoplanet Corot-7b besitzt eine feste Oberfläche und ist nicht allein.

Künstlerische Ansicht des Exoplaneten und seines Zentralsterns

Künstlerische Ansicht des Exoplaneten und seines Zentralsterns (ESO/L. Calcada)

Der im Februar entdeckte Exoplanet Corot-Exo-7b ist ein Gesteinsplanet. Dies konnte mit ergänzenden Messungen des Teleskops in La Silla der Europäischen Südsternwarte (ESO) in Chile nachgewiesen werden. Bei regelmäßig auftretenden Transits konnte sein Radius bestimmt werden und damit ein Rückschluss auf seine Dichte geschlossen werden, die im Bereich der Erddichte liegt. Desweiteren konnte ein weiterer Planet mit dem Namen Corot-Exo-7c in dem Sonnensystem entdeckt werden, der eine etwas größere Masse besteht.

Die Entdeckung von Corot-Exo-7b wurde bereits im Februar von einem internationalen Forscherteam bekannt gegeben (Raumfahrer.net berichtete), das ihn mit dem französisch geführten CoRoT-Observatorium nachgewiesen hatte.  Auch das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) ist beteiligt.

Mit einer Umlaufzeit von nur 23 Tage ist der Planet eine extreme Welt, die seinen Stern 23 mal dichter passiert als der innerste Planet unseres Sonnensystems, Merkur: In einem Abstand von nur 2,5 Millionen Kilometern. Seine Rotationsebene verläuft zufällig genau zwischen uns und dem Stern, so dass es alle 22 Stunden zu einer minimalen Verdunkelung kommt. CoRoT versteht sich im besonders exakten Vermessen von Helligkeitsschwankungen. Jedoch können die auch durch Sonnenflecken ausgelöst werden, abhängig von der aktuellen solaren Aktivität. Daher galt eine unabhängige Verifizierung des Planeten als notwendig, auch weil es sich um einen der kleinsten bisher gefundenen Exoplaneten handelt.

„Obwohl unser Instrument bei der Entdeckung kleiner Exoplaneten bisher ungeschlagen ist, mussten wir ganze 70 Beobachtungsstunden zusammenbringen, um Corot-7b genau zu vermessen“, sagte François Bouchy, Coautor der neusten Studie.

Die Messungen des 3,6-Meter-Teleskop der ESO konnte zeigen, dass Corot-Exo-7c eine etwas höhere Masse von rund fünf Erdmassen besetzt – bisher war man von 1-2 Erdmassen ausgegangen.

Der auf Exoplanetensuche spezialisierte High Accuracy Radial velocity Planet Searcher (HARPS), ein zusätzlicher Spektrograph in La Silla, entdeckte zudem den Schwesterplaneten Corot-Exo-7c mit rund acht Erdmassen, der den Stern in  nur drei Tagen und 17 Stunden umkreist. Damit ist der Stern Corot-7 der erste Stern mit zwei kurzperiodischen Supererden. Leben existiert auf ihnen wohl nicht: Dafür ist es auf der sternzugewandten Seite zu heiß – und auf der -abgewandten  zu kalt. Denn in diesem Abstand rotiert jeder Körper in gebundener Rotation, weist der Sonne also immer die gleiche Hemisphäre entgegen.