Erste Daten von MARSIS

Radarexperiment MARSIS: Der Mars-Nordpol ist 1,8 km dick mit Wassereis bedeckt.

Der Nordpol des Planeten Mars ist bis in eine Tiefe von 1,8 Kilometern mit nahezu reinem gefrorenem Wasser bedeckt. Das zeigt eine erste Auswertung von Daten des Radarexperiments MARSIS an Bord der europäischen Sonde Mars Express. Die Forscher stießen außerdem in der nördlichen Tiefebene Chryse Planitia auf eine bislang unbekannte Impaktstruktur mit einem Durchmesser von 250 Kilometern. Das internationale Forscherteam präsentierte seine Ergebnisse in Paris auf einer Pressekonferenz der Europäischen Raumfahrtbehörde ESA. Zudem erscheinen sie online auf der "Sciencexpress"-Website des Magazins Science.

Bis zur Inbetriebnahme von MARSIS im Juni dieses Jahres war es den Planetenforschern unmöglich, direkten Aufschluss über die Beschaffenheit des Mars unter der Oberfläche zu bekommen. Sie waren ausschließlich auf die Interpretation sichtbarer Ablagerungen und Modellrechnungen angewiesen. Die jetzt veröffentlichten Daten stammen von den ersten Testmessungen von MARSIS im Juni und Juli 2005.

MARSIS steht für „Mars Advanced Radar for Subsurface and Ionospheric Sounding“ – zu Deutsch etwa: Hochentwickeltes Radar für unterirdische und ionosphärische Sondierungen auf dem Mars. Die Antenne von MARSIS, die sich erst in der Marsumlaufbahn entfaltet hat, durchmisst 40 Meter. „Wir brauchen eine so große Antenne, weil wir mit langen Wellenlängen arbeiten“, erläutert Roberto Seu von der Europäischen Raumfahrtbehörde ESA, „nur diese langwellige Strahlung vermag einige Kilometer tief in den Boden einzudringen.“

Der größte Teil der Radarstrahlung wird dabei zwar von der Marsoberfläche reflektiert, doch ein kleiner Teil dringt in den Marsboden ein und erzeugt so weitere Echos von Grenzschichten zwischen verschiedenen Materialien – zum Beispiel zwischen trockenem Gestein und Wasser führenden Schichten. „Aus der zeitlichen Abfolge der Echos können wir dann die Tiefe der Grenzschichten ermitteln“, erklärt Giovanni Picardi von der Universität Rom, der das MARSIS-Experiment als Chefwissenschaftler betreut. Das Mars-Radar sendet Radarstrahlen mit zwei unterschiedlichen Wellenlängen aus. Da das Reflexionsvermögen der Grenzschichten von den elektrischen Eigenschaften der Materialien abhängt und für verschiedene Wellenlängen unterschiedlich ist, können die Forscher so aus der Stärke der Radarechos auch Rückschlüsse auf die Zusammensetzung der unterschiedlichen Schichten im Marsboden ziehen.

Am Nordpol des Mars stießen die Forscher auf ein zweites Echo aus 1,8 Kilometern Tiefe. Aus den Daten leiten die Wissenschaftler ab, dass die 1,8 Kilometer dicke Schickt aus nahezu purem Wassereis bestehen muss: Die Verunreinigungen können ihrer Ansicht nach maximal zwei Prozent betragen. Unter dem Eis scheint sich eine Schicht aus basaltischem Regolit zu befinden.

Schematische Darstellung der Entdeckung des Einschlagbassins in der Chryse Planitia. Die unter Ablagerungen verborgenen Ringwälle der Struktur reflektieren die Radarstrahlen von MARSIS und sorgen so für Mehrfachechos. (Quelle: ESA)

Im Bereich der Tiefebene Chryse Planitia, die in mittleren nördlichen Breiten liegt, stießen die MARSIS-Forscher auf sekundäre Radarechos, die sich weder durch tief im Boden liegende Grenzschichten, noch durch Reflexionen an sichtbaren Oberflächenstrukturen erklären lassen. Das MARSIS-Team interpretiert die Echos als Reflexionen von unter Ablagerungen verborgenen ringförmigen Strukturen. Offenbar befindet sich in der Tiefebene ein bislang unbekanntes großes Einschlagbassin mit einem Durchmesser von etwa 250 Kilometern.

Rainer Kayser

Weitere Infos:

• Giovanni Picardi et al., Radar Soundings of the Subsurface of Mars, Sciencexpress (2005).
  http://dx.doi.org/10.1126/science.1122165 
• Mars Express: 
  http://www.esa.int/SPECIALS/Mars_Express/ 
• MARSIS:
  http://www.marsis.com

Weitere Literatur:

• Mars Express: A European Mission to the Red Planet, SP-1240, (ESA Publications Division, ESTEC, Noordwijk, The Netherlands, 2004)