Fachbereich Geowissenschaften

Am 2. Juni 2023 jährt sich der Start der europäischen Raumsonde Mars Express zum 20. Mal. Mars Express gilt als eine der erfolgreichsten Raumfahrtmissionen, die jemals zu unserem Nachbarplaneten geschickt wurden. Mit an Bord ist die deutsche "High Resolution Stereo Camera" (HRSC), die seitdem vom Marsorbit aus ununterbrochen Bilder aufnimmt. Der Datenstrom der HRSC hat in den letzten Jahren eine Vielzahl von neuen Erkenntnissen hervorgebracht. Gerhard Neukum (1944-2014) leitete die Entwicklung der HRSC, die dafür ausgelegt ist, eine globale Kartierung des Mars in Farbe und Stereo und mit einer hohen Auflösung von 12 Metern pro Bildpunkt durchzuführen. Die HRSC wurde erstmals auf der russischen Sonde Mars 96 installiert, die unglücklicherweise nach dem Start nicht die Erdumlaufbahn verließ und in der Atmosphäre verglühte. Doch Gerhard Neukum machte weiter, als Direktor des DLR Instituts für Planetenforschung in Berlin Adlershof wurde er der maßgebliche Befürworter für die erste ESA Forschungssonde, die zu einem anderen Planeten entsandt wurde. 2002 wechselte Gerhard Neukum als Professor an die Freie Universität, wo er die Fachrichtung Planetologie und Fernerkundung neu aufbaute.

Die sich ständig verändernde Transparenz der Marsatmosphäre macht es schwierig, genaue Oberflächenfarben aus dem Orbit zu bestimmen. Die Streuung und Reflexion des Lichts am Staub in der Atmosphäre führt zu Farbverschiebungen zwischen den Bildern, so dass ein Mosaik aus mehreren Bildern zusammen einen Farbflickenteppich ergibt. Bisher hatte die Unterdrückung dieses Effekts zur Folge, dass die Farbvariationen über Entfernungen, die größer sind als der Maßstab eines einzelnen Bildes, verringert wurden. In diesem Fall haben wir neue Aufnahmen aus großer Höhe genutzt, um ein globales Farbmodell zu erstellen, das dann zur Farbreferenzierung jedes einzelnen Bildes des Mosaiks verwendet wurde, so dass die Farbvariationen über große Entfernungen erhalten bleiben und ein viel reichhaltigeres Farbbild des Planeten entsteht als bisher.

Die hier gezeigte globale Ansicht des Mars hat eine räumliche Auflösung von 2 Kilometern pro Pixel, obwohl Datenprodukte mit höherer Auflösung durchaus möglich und bereits in Arbeit sind. Dieses kontrastverstärkte Mosaik (Bild 1) zeigt eine noch nie dagewesene Vielfalt und Detailtreue der Farben auf der Marsoberfläche und gibt gleichzeitig Aufschluss über deren Zusammensetzung.

Es ist allgemein bekannt, dass der größte Teil der Marsoberfläche rötlich gefärbt ist, was auf den hohen Anteil von oxidiertem Eisen im Staub auf der Oberfläche zurückzuführen ist und ihm den Spitznamen "Roter Planet" eingebracht hat. Aber es fällt auch sofort auf, dass ein nicht geringer Teil des Mars eher dunkel, auf Bild 1 bläulich, gefärbt ist. Tatsächlich handelt es sich um gräulich-schwarze Sande, die vulkanischen Ursprungs sind und ausgedehnte dunkle Sandschichten auf dem Mars bilden, vor allem aber auch vom Wind zu imposanten Sanddünen oder riesigen Dünenfeldern auf dem Boden von Einschlagskratern aufgeschüttet wurden. Diese unverwitterten Sande bestehen aus dunklen, basaltischen Mineralen, aus denen auch vulkanische Lava auf der Erde zusammengesetzt ist.

Material, das unter dem Einfluss von Wasser verwittert ist, neigt dagegen dazu, mit der Zeit hellere Farbtöne anzunehmen. So erscheinen beispielsweise Ton- und Sulfatminerale, die beiden häufigsten wasserverwitterten Mineralien auf dem Mars, auf solchen Farbkompositen besonders hell und sind bei näherer Betrachtung relativ leicht zu erkennen. Eines der größten Tonmineralvorkommen auf dem Mars rund um den ehemaligen Ausflusskanal Mawrth Vallis ist auf dieser Ansicht des Mosaiks nicht zu sehen, wurde aber bereits früher von der HRSC beobachtet und zeugt von der langfristigen Existenz von flüssigem Wasser auf dem Mars, wobei das ursprüngliche, basaltische Ausgangsgestein bei neutralem pH-Wert und relativ warmen Temperaturen zu Tonmineralen verwitterte.

Große Vorkommen der ebenfalls hellen Sulfatminerale sind hingegen in dieser Ansicht des Mosaiks zu sehen, und zwar innerhalb des Canyonsystems der Valles Marineris (Bild 4). Hier sind sie von einer dünnen Schicht dunklen Sandes bedeckt und zeigen daher erst bei näherer Betrachtung durch die HRSC ihre beeindruckenden Farbvariationen. Sulfatminerale weisen auf weniger lebensfreundliche Umweltbedingungen bei niedrigen pH-Werten hin. 

Schwache, helle bis hellblaue Bereiche sind ein Hinweis auf Wolken in der Atmosphäre (Bild 4), da bei der Erstellung dieser ersten Version des globalen Mosaiks Bilder mit Wolken bisher nicht vermieden werden konnten. Die Tiefen der Valles Marineris sind ebenfalls von atmosphärischen Erscheinungen überdeckt. Dabei handelt es sich jedoch um Nebel und Dunst (Bild 4), die sich zu bestimmten Tages- und Jahreszeiten besonders gerne in Senken bilden.