Archive for the tag 'Mars'

Augen auf im Weltraumverkehr!

März 6th, 2010

MRO: Dünenbewegungen zwischen 2007 und 2009 (NASA)

MRO: Dünenbewegungen zwischen 2007 und 2009 (NASA)

Was beim Kauf eines Gebrauchtwagens gilt, stimmt in der extraplanetarischen Forschung schon lange. Man weiß bereits, dass auf dem Mars Dünenfelder existieren. Nun konnten hochgenaue Bilder der NASA-Sonde Mars Reconnaissance Orbiter zeigen, dass sie sich auch bewegen. Zwischen 2007 und 2009 um rund 20 Meter. Phil Plait vom Blog Bad Astronomy fasst das so zusammen:

Als ich ein Kind war, galt Mars als toter Planet. Ausgetrocknet, tiefgefroren, kaum Atmosphäre. Ich hielt ihn deswegen für nicht sonderlich interessant.

So ändern sich die Zeiten.

Apropos genau hinschauen: Morgen (Sonntag) fliegt die ESA-Sonde Mars Express in einem Abstand von nur rund 100 Kilometern am größeren Marsmond Phobos vorbei. Erste Bilder davon sind für Mittwoch zu erwarten. Eigentlich will die ESA aber mit ihrem Radio Science-Experiment den inneren Aufbau von Phobos untersuchen. Über Genaueres berichtet Axel Orth.

Flussschlingen auf dem Mars

März 3rd, 2010

Die NASA veröffentlichte gestern eine nette Radaraufnahme des Mars Reconnaissance Orbiters. Radarwellen bieten den Vorteil, auch unter die Planetenoberfläche blicken zu können. Hochreflektierende Materialien wie Eis werfen die Wellen zurück und sind mit gutem Kontrast auszumachen. Der abgebildete Teil der Region Deuteronilus Mensae ist knapp 1000 mal 1000 Kilometer groß und umfasst etliche vereiste Flusstäler.

Unterirdisches Eis auf dem Mars (NASA)

Unterirdisches Eis auf dem Mars (NASA)

Die Interpretation der NASA: Hierbei dürfte es sich um die Überreste eines großen Eisschildes handeln, der vor langer Zeit verschwand. Große Wassermengen mussten abgeführt werden und sind durch diese von Bergrücken umgebene Region geflossen – und erstarrten schließlich. Sie trocknete wie die meisten anderen Gegenden des Mars nicht aus, weil die Gletschermassen mit Geröll bedeckt waren. So sedimentierten sie völlig zu und lagern bis heute im Untergrund.

Anders als die Kollegen Astronomen glaube ich nicht, dass das Geröll später auf die Gletschermassen stürzte. Denn gerade in tief eingeschnittenen Tälern rutscht ständig Geröll auf bestehende Gletscher. Wenn diese abtauen (oder das Eis sublimiert), steigt die Gerölldichte an der Oberfläche sogar noch, weil tiefer im Eis liegendes Geröll freigelegt wird.

In der Bildhälfte unten links sind mehrere Mäanderschlingen und sogar Altarme zu erkennen, schon fast ein Lehrbuchbeispiel. Gletscherzungen können nicht mäandrieren. Die Täler müssen also zuerst durch fließendes Wasser eingetieft worden sein.

Die gelben Linie markieren die einzelnen Überflüge des Orbiters.

Stürmische Eiszeiten auf dem Mars

Oktober 5th, 2009

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.

Marsforschung und die Jagd nach Gletschern [Update]

August 31st, 2009

Svalbard liegt mitten im Nordpolarmeer und ist rund 850 von der norwegischen Küste entfernt (Openstreetmap, CC BY-SA)

Svalbard liegt mitten im Nordpolarmeer und ist rund 850 von der norwegischen Küste entfernt (Openstreetmap, CC BY-SA)

Mit modernen Methoden gelingt es heute, ein immer detailliertes Bild davon zu erlangen, wie Atmosphäre, Biosphäre mit den Ozeanen und der Geosphäre zusammenspielen. Die Planetologie hat sich von einer rein deskriptiven zu einer quantitativen Wissenschaft gewandelt. Wir verstehen immer besser, wie dynamische Prozesse auf der Erde ineinander greifen – und beginnen damit, dieses Wissen auch auf andere Körper des Sonnensystems zu übertragen.

Juan Diego Rodriguez-Blanco ist Mitglied des AMASE 2009-Teams, der diesjährigen Arctic Mars Analog Svalbard Expedition auf der Inselgruppe Svalbard. Ihr Ziel ist es, in einer lebensfeindlichen Umwelt unter widrigen Umständen wissenschaftliche Forschung zu betreiben und so etwas für den optimalen Betrieb von menschgemachten Erkundern zulernen –  auf dem Mars und anderswo im Sonnensystem. Manchmal geht es aber auch um rein menschliche Unzulänglichkeiten.

„Das Jagen von Eisbergen gehört hier zu den lustigsten Aktivitäten: Natürlich machen wir das aus streng wissenschaftlichen Gründen. Wir suchen Eisberge, in denen noch Sedimente eingeschlossen sind. Immerhin sind wir mitten in der Arktis und völlig umgeben von massiven Eiskappen. Wir sehen täglich dutzende Eisberge wobei die meisten von ihnen bestehen nur aus Blaueis bestehen. Manchmal treffen wir aber auf Exemplare mit eingeschlossenen Sedimentschichten – und die sehen wir uns genauer an.“ Eisberge gehören zu den wichtigen Nährstofflieferanten mariner Hochseehabitate. Welche Zutaten sie zum Menü der Meeresbewohner beitragen, möchte sein Team herausfinden.

Blaues, schmutziges Eis

Blaueis entsteht, wenn frischer Schnee, der auf einen Gletscher fällt, durch die Auflast jüngerer Niederschläge allmählich zusammengedrückt wird. Dabei steigt der Druck an und das Eis bildet größere Kristalle aus, die neue physikalische Eigenschaften besitzen. Rote und gelbe Wellenlängen werden nun stärker absorbiert, wodurch das Eis für uns blau erscheint. Ein blauer Eisberg ist also ein Stück eines kalbenden Gletschers und entstand nicht aus kürzlich gefrorenem Meerwasser, wie viele andere Schollen im Nordpolarmeer. Damit ist er für Rodriguez-Blancos Gruppe interessant und wert, näher in Augenschein genommen zu werden.

Auf Gletschern landet nicht nur Schnee. Von den Hängen des Gletschertals rutschen Gerölllawinen hinab und verteilen ihre Fracht auf der vormals weißen Eisfläche. Im Sommer taut ein Teil der Oberfläche und legt ältere Sedimentlagen frei. So akkumuliert in regelmäßigen Abständen feinkörnige Gesteinsfracht im Gletschereis. Dort verbleiben sie vorerst, doch Eis ist immer in Bewegung. Eine durchschnittliche Gletscherzunge speit erst nach hunderten bis tausenden Jahren die Eispakete wieder aus, die einmal aus frischem Schnee entstanden. Endet der Gletscher im Meer – wie auf Svalbard, in Norwegen oder Alaska – driften die schmutzigen blauen Eisberge hinaus ins arktische Meer und geraten hier in die Hände von Juan Diego Rodriguez-Blanco.

„Die Aufgabe klingt einfach: Finde einen frisch gekalbten Eisberg, entscheide, ob es sicher ist, sich ihm zu nähern, nimm Proben, schmilz` das Eis und separiere so Sedimenlage für Sedimentlage. Zurück im Labor nutzen wir verschiedene Techniken wie Mikroskopie, Röntgendiffraktometrie oder Infrarotspektroskopie, je nach spezifischer Fragestellung an die vorkommenden Eisenminerale“, schreibt Rodriguez-Blanco.

Die schwimmenden Eisschollen sind gefährliche Gebilde. Abhängig von Größe und Form kann selbst der geringste Auflastdruck dazu führen, dass er sich plötzlich komplett umdreht. Da sich das AMASE-Team auf Schlauchbooten nähert, gilt die Gefährdung für die gesamte Besatzung. Da 90% der Masse eines Eisbergs unter Wasser liegt, ist es oft nicht leicht, seine Form und Masse zu bestimmen. „Erst wenn wir schmutziges blaues Eis sehen und uns sicher sind, dass keine Gefahr besteht, schicken wir eine Person, die vom Schlauchboot aus gesichert wird. Die muss mit ihrer Eisaxt schnell arbeiten, denn nach maximal fünf Minuten sollte sie zurückkehren“, so Juan Diego Rodriguez-Blanco.

Die gesammelten Proben werden zur weiteren Untersuchung ins Labor der Universität Leeds in England geschickt. Im Mittelpunkt der Forschung steht die Frage, in welchem Maße eisenreiche Sedimente zum Eisenbudget des arktischen Ozeans heute im Vergleich zur letzten Eiszeit beiträgt. Eisen ist ein wichtiges Spurenelement und limitierender Faktor für die Bioproduktion mariner Habitate.

Mars an Erde

Ein Grundproblem stellt die Natur von robotischer Missionen dar. Wie entscheidet ein Rover, welchen Stein er untersuchen soll? Fahrzeuge wie Spirit oder Opportunity können täglich hundert Meter zurücklegen. Aufnahmen ihrer Umgebung reisen ein bis zwei Stunden durchs Sonnensystem, bevor Wissenschaftler auf der Erde entscheiden können, welche Anweisungen sie zurückschicken. Ein Ziel von AMASE ist die Simulation solcher Situationen, um zukünftige Rovermissionen wie Exomars der ESA oder Sample Return-Missionen der NASA effizienter zu machen.

Svalbard eignet sich auch besonders gut für die Aufgabe, die spezielle Situation robotischer Planetenerkunder zu simulieren: Karge Hügel bilden eine lebensfeindliche Umgebung, die marsianischen Landschaften recht nahe kommt, mit einem Unterschied: Es ist wegen wild lebenden Eisbären immer gut ein Gewehr dabei zu haben.

Die Science Operation Work Group innerhalb des AMASE-Teams besteht aus zwei Teams. Während eine Gruppe im Feld unterwegs ist und Daten sammelt, befindet sich die andere Gruppe im Basislager, um dort wissenschaftliche Fragestellungen zu diskutieren und daraus Anweisungen abzuleiten. Die Möglichkeiten des Basisteams sind begrenzt, denn sie können nur auf Fotos der Feldgruppe zurückgreifen und dürfen nicht direkt mit ihren Kollegen sprechen. Die Kommunikation ist – wie zwischen Erde und Mars – auf elementare Handlungsanweisungen begrenzt, die mit einiger Verzögerung zugestellt werden.

Mehr Berichte von AMASE 2009 gibt es in deren Blog bei der Planetary Society.

Rosetta: Auf dem Weg zu Šteins

August 28th, 2008

Šteins am Morgen des 4. August 2008 gesehen von Rosetta. Während die helleren Punkte Sterne darstellen, sind die kleineren weißen Punkte Artefakte der CCD-Kamera.

Šteins am Morgen des 4. August 2008 gesehen von Rosetta. Während die helleren Punkte Sterne darstellen, sind die kleineren weißen Punkte Artefakte der CCD-Kamera. (ESA)

Unter den vielen Himmelskörpern, die Nikolai Stepanowitsch Tschernych am Krim-Observatorium entdeckte, war der 1969 entdeckte Šteins kein herausragender. Der russische Astronom konnte in seinem Leben 537 Asteroiden und viele Kometen entdecken. Der im Durchmesser etwa fünf Kilometer messende Šteins im Asteroidengürtel zwischen Mars und Jupiter gehörte eher zu den kleineren und wurde von Tschernych nach Karlis Šteins benannt, einem wichtigen sowjetisch-lettischen Astronomen des 20. Jahrhunderts.

In Kürze wird Šteins berühmt sein. Gegen 22.30 Uhr am Freitag, den 5. September erwarten die ESA-Mitarbeiter im Europäischen Weltraumkontrollzentrum in Darmstadt erste Signale vom Vorbeiflug von Rosetta an dem kleinen Asteroiden. Spätestens am folgenden Tag wird die ESA erste Bilder veröffentlichen. Der Flyby der Sonde gilt als wichtiger Test für die Mission. Auf dem Weg zu ihrem Zielkometen 67P/Churyumov-Gerasimenko (C-G), den sie 2014 erreichen soll, ist Šteins der erste Asteroid, der noch dazu in einem besonders geringen Abstand von nur 800 Kilometern mit einer Geschwindigkeit von 8,6 km/s passiert wird. Um die nötige Geschwindigkeit für das Rendezvous mit C-G zu erreichen, musste Rosetta zuvor bereits zweimal das Erdschwerefeld und einmal das des Mars nutzen. Nach ESA-Angaben arbeitet Rosetta während des Vorbeiflugs an seinem Limit. So ist eine schnelle Rotation direkt vor der Annäherung notwendig, um die Instrumente zum Asteroiden auszurichten. Die Distanz zu Šteins stellt das absolute Minimum für eine sinnvolle Beobachtung dar.

Bis vor kurzem wusste man nur wenig über Šteins. Wegen der herannahenden europäischen Sonde wurde er jedoch etwas näher untersucht. Mit dem Very Large Telescope der Europäischen Südsternwarte ESO gelang es einem Forscherteam um den italienischen Astronomen Fornasier im Jahr 2006, den Asteroiden anhand seines Spektrums und seines Albedos, also dem Anteil reflektierten Lichts relativ zum eingestrahlten, zu klassifizieren. Er gehört zu den E-Typ-Asteroiden, die zwar nur einen kleineren Teil aller Objekte des Asteroidengürtels ausmachen, in seinen äußeren Regionen aber mit bis zu 60% die Mehrheit stellen. Sie bestehen aus basaltischen Silikatmineralen, überwiegend Enstatit, das auch im Erdmantel besonders häufig ist. Der Schluss liegt also nahe, dass Šteins ein Vertreter von Asteroiden ist, die während der Kollision mit differenzierten planetenartigen Körpern entstand, die zumindest Ansätze eines Schalenaufbaus besaßen. Solche Kollisionen dürften im jungen Sonnensystem häufig vorgekommen sein, als deutlich mehr kleine Objekte unterwegs waren, als das heute der Fall ist.

Berühmte und für die unbemannte Raumfahrt einzigartige Aufnahme: Lander Philae fotografiert ein Solarpaneel der Muttersonde Rosetta und dahinter Planet Mars während des Vorbeiflugs im Februar 2007.  (ESA)

Berühmte und für die unbemannte Raumfahrt einzigartige Aufnahme: Lander Philae fotografiert ein Solarpaneel der Muttersonde Rosetta und dahinter Planet Mars während des Vorbeiflugs im Februar 2007. (ESA)

Zuletzt hatte Rosetta selbst Informationen über den in Sichtweite kommenden Asteroiden gesammelt. Um die von der Erde aus nur ungenau bestimmbare Flugbahn von Šteins zu spezifizieren, hatten die ESA-Techniker die Sonde mehrmals pro Woche ein Bild des Zielobjekts mit der optischen Kamera gemacht. Dadurch gelang es ihnen, die Genauigkeit bisheriger Daten deutlich zu verbessern.

„Je näher wir Steins kommen, desto präziser wird unsere Kenntnis seiner Position relativ zu Rosetta sein,“ sagte Trevor Morley, Leiter des Rosetta Flugdynamik-Teams im Europäischen Weltraum-Kontrollzentrum ESOC in Darmstadt. „Dank der Rosetta-Kameras werden wir immer präzisere Messungen bekommen, die uns erlauben, Rosettas Orbit gegebenenfalls noch einmal zu justieren, um einen optimalen Vorbeiflug am Asteroiden zu gewährleisten.“

„Obwohl wir das nicht erwartet hatten, war der Asteroid bereits zu Beginn der aktuellen Bahnberechnung ständig zu sehen und das trotz der großen Distanz“, sagte Andrea Accomazzo, Rosetta-Flugleiter im ESOC. „Die außergewöhnliche Auflösung der Osiris-Kamera ermöglichte ausgesprochen scharfe Aufnahmen, was eine exakte Bahnberechnung von Šteins zuließ.“

Die Navigation über optische Aufnahmen ist nicht neu, sie wurde erstmalig im Jahr 1961 von Eugene F. Lally vom Jet Propulsion Laboratory unter dem Namen Mosaic Guidance for Interplanetary Travel beschrieben. Für die ESA bedeutet der Einsatz bei Rosetta aber eine Premiere, deren Erfolg vor allem auf die hohe Auflösungseigenschaften der Hauptkamera an Bord zurückzuführen ist. Zuletzt unternahm Rosetta am 14. August eine Kurskorrektur, welche die Geschwindigkeit der Sonde um 12,8 cm/s relativ zu Šteins veränderte und die sich anhand der neu berechneten Bahndaten des Asteroiden empfohlen hatte.

Šteins bekommt zum ersten Mal Besuch von einer Raumsonde. Es ist vermutlich ein gewöhnlicher Tag für den Himmelskörper, der kaum etwas vom vorbeischießenden Technikgeschoss spüren dürfte. Auf dem blauen Planeten rund zwei astronomische Einheiten entfernt wird das Ereignis aber einigen Wirbel erzeugen. Raumfahrer.net berichtet natürlich zeitnah darüber.