Zwanzig Jahre Mars Express-Bilder tragen zum Aufbau eines Mosaiks des Roten Planeten bei

7. Juni 2023

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von Matt Williams, Universe Today

Der Mars-Express-Orbiter, die erste interplanetare Mission der Europäischen Weltraumorganisation (ESA), betrat am 2. Juni 2003 die Umlaufbahn um den Mars. Seitdem kartiert die Sonde die Marsoberfläche mit ihrer hochauflösenden Stereokamera (HRSC), einem von ihr gebauten Instrument vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) mit kommerziellen Partnern. Zu Ehren des 20-jährigen Jubiläums der Mission fand am vergangenen Freitag (2. Juni) im Europäischen Raumflugkontrollzentrum (ESOC) der ESA in Darmstadt eine Feier statt.

Während der Feierlichkeiten wurde eine Reihe globaler Farbmosaikbilder live vom Mars-Express-Orbiter zur Erde übertragen. Das Mosaik ist das Ergebnis einer vom HRSC-Wissenschaftsteam durchgeführten Höhenkampagne und modernster Bildverarbeitung. Das Ergebnis ist ein Mosaik, das in Detailgenauigkeit, räumlicher Auflösung und Farbvielfalt seinesgleichen sucht und wertvolle Einblicke in die Marsumgebung bietet. Dazu gehört die Aufdeckung der Oberflächenbeschaffenheit, die Demonstration, wie dort in der Vergangenheit Wasser floss, und moderne meteorologische Phänomene.

Fast 20 Jahre lang kartierte das HRSC nahezu die gesamte Marsoberfläche in Farbe und dreidimensional mit beispielloser Auflösung. Dies ist dank der vier Farbkanäle der Kamera (Rot, Grün, Blau und Infrarot) sowie fünf panchromatischen Nadir-, Stereo- und fotometrischen Kanälen möglich. Die vom DLR-Institut für Planetenforschung betriebene Kamera sollte ursprünglich nur ein Marsjahr (ca. 687 Erdentage) halten. Doch der Erfolg der Mission veranlasste die ESA, die Mission immer wieder zu verlängern, zuletzt bis Ende 2026.

Die Höhenaufnahmen wurden vom HRSC-Team am Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Berlin geplant und aufgenommen. Die Entwicklung des Farbmodells und die Verarbeitung des Mosaiks wurden von Dr. Greg Michael durchgeführt, einem Astrophysiker und Radioastronomen an der Freien Universität Berlin und Co-Investigator des HRSC. Eine wissenschaftliche Arbeit des HRSC-Teams wird in naher Zukunft zusammen mit dem georeferenzierten Datensatz veröffentlicht, der über die ESA-Gastspeicheranlage bereitgestellt wird.

Seit seiner Inbetriebnahme im Januar 2004 hat das HRSC fast den gesamten Planeten mit einer Auflösung von 50 bis 20 m (164 bis 65,6 Fuß) pro Pixel abgebildet. Normalerweise würde die Mission den Mars aus einer Höhe von etwa 300 km (186 Meilen) fotografieren, wenn sich die Raumsonde in ihrer Umlaufbahn dem Planeten am nächsten befindet. Für das Mosaik wurden jedoch 90 Einzelbilder verwendet, die aus Höhen von 4.000 bis 10.000 km (2485,5 bis 6215 Meilen) aufgenommen wurden und ein Gebiet mit einem Durchmesser von etwa 2500 km (1550 Meilen) und einer räumlichen Auflösung von 2 km (1,2 Meilen) abdecken. pro Pixel. Viele Bereiche im Mosaik erscheinen in der höchstmöglichen Auflösung des Instruments von 12,5 m pro Pixel.

Ein weiteres beeindruckendes Merkmal ist die Farbintensität der Bilder. Normalerweise ist es aufgrund der sich ständig ändernden Transparenz seiner Atmosphäre sehr schwierig, Bilder vom Mars zu machen, die seine Oberflächenfarbe genau wiedergeben. Dies wird durch den unterschiedlichen Staubgehalt der Atmosphäre verursacht, der dazu führt, dass das Licht gestreut und reflektiert wird, was zu Farbverschiebungen zwischen den Bildern führt. Um diesen Effekt zu unterdrücken, setzen Raumfahrtbehörden häufig Bildverarbeitung ein, die dazu führt, dass Farbabweichungen über größere Entfernungen abnehmen.

Dieses Mal wurde eine neue Beobachtungskampagne in großer Höhe genutzt, um ein globales Farbmodell zu erstellen, mit dem das HRSC-Team jedes Bild im Mosaik farblich referenzierte. Dies ermöglichte weitreichende Farbvariationen und führte zu einem Bild des Mars mit einer noch nie dagewesenen Farbvielfalt. Die Farbvariationen geben auch Aufschluss über seine Zusammensetzung, zu der auch der hohe Anteil an oxidiertem Eisen in seinem Oberflächenregolith gehört. Dies hat dem Mars den Beinamen „Roter Planet“ eingebracht, aber Beobachtungen haben auch gezeigt, dass er dunkle Bereiche aufweist, die blau, grau und schwarz erscheinen.

Diese Regionen entsprechen vulkanischen Sanden, die große, dunkle Sandschichten gebildet haben, die Astronomen seit Jahrhunderten beobachten. Diese Sande wurden hauptsächlich durch den Wind zu Feldern mit Barchan-Dünen aufgetürmt, die aus unverwitterten Basaltmineralien bestehen (ähnlich wie vulkanische Sande und vom Wind verwehte Dünen auf der Erde). Es gibt auch Flecken mit leichterem Vulkansand, der im Laufe der Zeit durch Wasser verwittert wurde, das einst (vor etwa 3 bis 2 Milliarden Jahren) auf die Marsoberfläche floss. Dies wurde von den Rovern Curiosity und Perseverance in Form von Tonablagerungen in den Kratern Gale bzw. Jezero untersucht.

Tone und Sulfatmineralien, die beiden am häufigsten auf dem Mars vorkommenden Mineralien, sind in Farbkompositionsbildern relativ leicht zu erkennen, da sie besonders hell sind. Beispielsweise sind im Canyonsystem Valles Marineris entlang des Äquators große Vorkommen von Kalziumsulfat (Gips) und Magnesiumsulfat (Kieserit) zu sehen (siehe unten). Diese Mineralien sind von einer dünnen Schicht aus dunklerem Sand bedeckt, sind aber dank der vom HRSC aufgedeckten Farbvariationen sichtbar. Die Tone und Sulfate auf der Oberfläche sind einer von vielen Beweisen für die wässrige Vergangenheit des Planeten.

Die Tiefen der Valles Marineris werden von atmosphärischen Phänomenen überlagert, wie zum Beispiel den schwachen Wolken, die durch den hellen weißen Fleck unten links angezeigt werden. Außerdem gibt es in Valles Marineris eine dunstige Nebelschicht, die sich typischerweise zu bestimmten Tages- und Jahreszeiten in der Schlucht bildet. Ähnliche Nebelschichten wurden in Senken und anderen tief gelegenen Gebieten beobachtet, wie dem Argyre- und Hellas-Becken im südlichen Hochland sowie in Kratergebieten im nördlichen Tiefland (wie dem Isidis- und Utopia-Becken).

Der Erfolg des HRSC war ein wesentlicher Faktor bei der Entscheidung, die Mars-Express-Mission zu verlängern, die seit 19 Jahren, fünf Monaten und zwölf Tagen (zum Zeitpunkt der Veröffentlichung dieses Artikels) rund um den Mars in Betrieb ist. Bis zum 19. Oktober 2023 wird die Mission 25.000 elliptische Umlaufbahnen um den Mars absolviert haben und ist damit nach der Mars Odyssey der NASA aus dem Jahr 2001, die ebenfalls immer noch um den Roten Planeten aktiv ist, die zweitlängste kontinuierlich aktive Raumsonde.

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