Jubiläum für Mars-Veteranen

Am 2. Juni 2018 jährt sich der Start der europäischen Raum­sonde Mars Express zum 15. Mal. Heute noch im Orbit um den Mars, markiert Mars Express eine der erfolg­reichsten Raum­fahrt­missionen, die jemals zu unserem Nachbar­planeten geschickt wurden. Eines der Instrumente, das nach wie vor arbeitet, ist die deutsche „High Resolution Stereo Camera“ (HRSC). Im Oktober 2017 nahm die vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raum­fahrt (DLR) betriebene, hoch­auflösende Stereo­kamera eine spektakuläre globale Ansicht des Mars auf, die die Schönheit unseres einst vulkanisch sehr aktiven Nachbar­planeten zeigt. Mitarbeiter der Fach­richtung Planetologie und Fern­erkundung der Freien Universität Berlin erstellten die Bild­produkte. Die systematische Prozessierung der Daten erfolgte am DLR-Institut für Planeten­forschung in Berlin-Adlershof.

Während der letzten 15 Jahre hat das HRSC-Instrument viel geleistet, um unseren Nachbar­planeten Mars in all seinen Facetten zu zeigen. Sogar jetzt noch, nach nahezu 18.000 Mars­umrundungen, schickt die Kamera zuverlässig Daten zur Erde, die unser Wissen zum roten Planeten bereichern.

Schon seit der NASA-Mission Mariner 9 im Jahr 1971 war den Wissenschaftlern klar, dass Wasser über den Mars geflossen sein muss. Täler, die heute allesamt staub­trocken sind, legen davon Zeugnis ab. Deshalb war es eines der wichtigsten wissen­schaftlichen Ziele von Mars Express und dabei auch des HRSC-Experiments, die Klima­geschichte des Mars zu entschlüsseln: Wohin ist das ganze Wasser verschwunden? Was ist die Ursache für einen dramatischen Klima­wandel vor drei­einhalb bis vier Milliarden Jahren? Auffallend ist nämlich, dass sich sowohl die Art der Täler wie auch die Mineralogie von Gesteinen, die mit Wasser in Berührung gekommen sind, stark verändert haben. Waren es bis vor etwa 3,8 Milliarden Jahren verästelte Tal­systeme, die auf Ober­flächen­abfluss ähnlich wie auf der Erde hinweisen und auf einen Wasser­kreislauf mit Nieder­schlägen schließen lassen, waren es später lange große, oft nahezu gerad­linig verlaufende und kanal­artige Täler, die auf Wasser­quellen aus dem Unter­grund hindeuten und auf eine eher episodische, dafür sehr heftige Aktivität schließen lassen.

Zudem fand das französische Spektrometer Omega auf Mars Express heraus, dass sich mit diesem Wechsel auch eine Veränderung der Mineralogie einstellte. Ältere Ablagerungen enthalten wasser­haltige Ton­minerale, die typisch sind für vulkanisches Gestein, das in der Anwesen­heit von Wasser verwittert. Jüngere Sedimente hingegen enthalten wasser­haltige Salze wie Gips, einem Kalzium­sulfat, oder Kieserit, einem Magnesium­sulfat. Das wässrige Milieu wurde also wesentlich saurer und damit auch lebens­feindlicher – was bei Über­legungen, ob und wann der Mars Leben beherbergen konnte, eine Rolle spielt. Die Ursache für diesen Wandel ist noch nicht bekannt. Es gibt Über­legungen, dass der Mars um diese „Klimawende“ auch sein einst vorhandenes, schwaches aktives Magnet­feld verloren hat, was auf die Ausgesetzt­heit der Atmosphäre gegenüber Sonnenwind, UV- und kosmischer Strahlung zurück­zuführen ist, die diese stark ausgedünnt haben.

Die Region Tharsis gehört zu den geologisch interessantesten und am meisten erforschten Gebieten auf dem Mars. Tharsis ist eine ehemals vulkanisch und tektonisch aktive Region in der Nähe des Mars­äquators. Sie erstreckt sich über einen großen Teil der westlichen Hemi­sphäre und enthält die weitaus meisten der Mars­vulkane. Die Region bildet eine fast fünf Kilometer hohe „Beule“ im Mars­hochland und erhebt sich zehn Kilometer über die „Mars-Bezugshöhe“: Da es auf dem Mars keinen Meeres­spiegel gibt, entspricht die Bezugs­höhe einer Äquipotential­fläche, die durch ein bestimmtes Druck­niveau in der Atmosphäre definiert ist. Vulkanismus in Tharsis steht im Zusammen­hang mit mehreren Vulkan­zentren, von denen das älteste in der Thaumasia-Region im südlichen Hoch­land liegt. Weitere, später aktive Vulkan­zentren befinden sich in Syria Planum, bei Pavonis und bei Alba Mons. Eine Vielzahl von stern­förmig und rings umlaufend angeordneten vulkanischen Gangschwärmen in der Tharsis-Region können zu diesen verschiedenen Vulkan­zentren zurück­verfolgt werden.

Die Entwicklung unterschiedlicher Vulkanzentren in Tharsis erforderte eine lang­lebige Magma­zufuhr, möglicher­weise durch einen oder mehrere Mantel­diapire (mantle plumes), die ihre Lage mit der Zeit verändert haben. Mantel­diapire sind pilz­förmige Körper aus Gestein erhöhter Temperatur innerhalb des zäh­plastischen Mars­mantels, die eine geringere Dichte im Vergleich zur Umgebung besitzen und deshalb bis zur oberen elastischen Schicht des Planeten, der Litho­sphäre, aufsteigen. Solche heißen, aufsteigenden Mantel­diapire können Intrusionen, Magma­kammern und große Vulkan­provinzen erzeugen.

DLR / DE