Der Nordpol des Mars als Klimaarchiv: Aufnahmen der HRSC-Kamera zeigen die gesamte Nordpoleiskappe des Mars

02. Februar 2017

Der Nordpol des Mars als Klimaarchiv

Aufnahmen der HRSC-Kamera zeigen die gesamte Nordpoleiskappe des Mars

Eiskappe des Mars. Quelle: ESA/DLR/FU Berlin, NASA MGS MOLA Science Team

In dieser perspektivischen Ansicht ist der terrassenförmige Aufbau der Polkappe des Mars gut zu erkennen. Die Eisbedeckung am Nordpol ist stellenweise über zwei Kilometer dick. Durch welchen Prozess es zwischen den spiralförmig angeordneten Eisflächen zu den mehrere hundert Meter tiefen Taleinkerbungen kommt, ist noch nicht geklärt. Möglicherweise hat es mit den in dieser Gegend vorherrschenden Windrichtungen zu tun. Quelle: ESA/DLR/FU Berlin, NASA MGS MOLA Science Team

Anfang 2017 ist es Winter in der Nordhemisphäre des Mars. Ein neu erstelltes Farbmosaik zeigt das ungewöhnliche, fast perfekt symmetrische Muster der elfhundert Kilometer durchmessenden Nordpoleiskappe des Mars. Die Untersuchung der Nordpolkappe soll dazu beitragen, mehr über die Entwicklung des Klimas unseres Nachbarplaneten zu erfahren. Das Farbmosaik besteht aus 32 Aufnahmestreifen, die bei ebenso vielen Überflügen der ESA-Raumsonde Mars Express mit der High Resolution Stereo Camera (HRSC) aufgenommen wurden. Das HRSC-Kameraexperiment wird seit nunmehr 13 Jahren vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) betrieben.

Die Nordpolkappe besteht aus einem Gemisch aus Wassereis und Eis aus Kohlendioxid, dem Hauptbestandteil der Marsatmosphäre. In das Kohlendioxid-Eis wurde durch die Marswinde auch Staub eingebracht, wodurch die spektakulären Farbwechsel zu erklären. Die Eiskappe bedeckt permanent eine Fläche von etwa einer Million Quadratkilometern und dehnt sich vom Nordpol nach Süden bis zum 80. Breitengrad aus. Damit ist sie etwa ein Viertel so groß wie die Sommereiskappe am Nordpol der Erde. Entdeckt wurde die markante Eiskappe des Mars 1672 vom holländischen Astronomen Christiaan Huygens. Bereits 1681 beobachtete Friedrich Wilhelm Herschel, dass sich beide Polkappen im Laufe der Mars-Jahreszeiten verändern. 

Bei Temperaturen von unter minus 125 Grad „schneit“ es Trockeneis

Das Volumen der Nordpoleiskappe wird auf 1,2 Millionen Kubikkilometer geschätzt. Das ist ungefähr die Hälfte der Masse der Grönlandeiskappe der Erde. Im Schnitt ist die Eiskappe etwa zwei Kilometer mächtig. Im Marswinter, der wegen der zweijährigen Umlaufzeit des Planeten doppelt so lange dauert wie auf der Erde und wegen der schräg stehenden Drehachse mit einer langen Polarnacht einhergeht, fallen die Temperaturen auf Werte von unter minus 125 Grad Celsius.

Dabei kondensiert ein beträchtlicher Teil aus der dünnen Marsatmosphäre des Kohlendioxids zu Eis (Schätzungen gehen von bis zu einem Drittel aus), kristallisiert in der Atmosphäre und rieselt dann auf die Oberfläche. Dadurch wächst die Wintereiskappe bis zum 68. Breitengrad an. Die zusätzliche Eisdecke ist allerdings nur einen oder zwei Meter dick. Beim Einsetzen des Frühlings sublimiert sie rasch – geht also vom festen direkt in den gasförmigen Zustand über. Durch die großen Temperaturunterschiede zwischen polaren und gemäßigten Breiten entwickeln sich auf dem Mars Stürme mit Geschwindigkeiten von bis zu 400 Kilometern pro Stunde.

Schluchten am Nordpol ermöglichen Untersuchung der Klimageschichte

Zu den charakteristischen Merkmalen der Nordpolkappe gehören dunkle Furchen, die sich spiralförmig entgegen des Uhrzeigersinns vom Polzentrum nach außen winden. Chasma Boreale, die „nördliche Schlucht“, ist ein besonders auffälliger, bis zu zwei Kilometer tiefer Einschnitt bei zirka 300 Grad Ost, mit einer Länge von 500 Kilometern und einer Breite von bis zu 100 Kilometern. An den steilen Abhängen sind Schichtungen zu sehen, die, ähnlich Baumringen, den jahreszeitlichen Wechsel von Eisablagerung und Staubbedeckung durch die Marsstürme widerspiegeln. Von der Untersuchung dieser Schichtprofile erhoffen sich die Wissenschaftler Aufschlüsse über die Entwicklung des Marsklimas. Warum Chasma Boreale von den Kräften der Erosion gerade an dieser Stelle in die Eiskappe des Nordpols eingeschnitten wurde, ist nicht klar. Möglicherweise sind vorherrschende Windrichtungen die Ursache oder die Schlucht ist durch ein gigantisches Ausflussereignis eines Sees unterhalb der Eiskappe entstanden.

Die dreidimensionale Struktur der gesamten Nordpoleiskappe wurde unter anderem mit dem MARSIS-Radarexperiment auf Mars Express sowie mit dem SHARAD-Radar auf dem Mars Reconnaissance Orbiter der NASA untersucht. Sie haben gezeigt, dass die gesamte Eiskappe aus vielen einzelnen Eis- und Staublagen aufgebaut ist. Die geschichteten Nordpolablagerungen bilden ein wertvolles Archiv für das Marsklima der letzten Millionen Jahre. Einige Radardaten legen nahe, dass die spiralförmigen Einschnitte und Furchen durch Windtransport von Staub, der hier abgelagert wurde, geschaffen wurden.

Das HRSC-Experiment auf Mars Express

Die High Resolution Stereo Camera wurde am Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) entwickelt und in Kooperation mit industriellen Partnern gebaut (EADS Astrium, Lewicki Microelectronic GmbH und Jena-Optronik GmbH). Das Wissenschaftsteam unter Leitung des Principal Investigators (PI) Prof. Dr. Ralf Jaumann besteht aus 51 Co-Investigatoren, die aus 34 Institutionen und 11 Nationen stammen. Die Kamera wird vom DLR-Institut für Planetenforschung in Berlin-Adlershof betrieben. Seit 2004 liefert die Kamera hochauflösende Bilder von dem Roten Planeten.

Kontakte

Elke Heinemann 
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) 
Kommunikation, Gruppenleitung Crossmedia 
Tel.: +49 2203 601-2867 
Fax: +49 2203 601-3249 
elke.heinemann@dlr.de

Prof. Dr. Ralf Jaumann 
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) 
Institut für Planetenforschung, Planetengeologie 
Tel.: +49 30 67055-400 
Fax: +49 30 67055-402 
ralf.jaumann@dlr.de

Ulrich Köhler 
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) 
DLR-Institut für Planetenforschung 
Tel.: +49 30 67055-215 
Fax: +49 30 67055-402 
ulrich.koehler@dlr.de

www.dlr.de

Meldungen dazu

Das erste Bild der HRSC-Kamera. DLR Planetenforschung Berlin Adlershof. Quelle: ESA/DLR/FU Berlin, CC BY-SA 3.0 IGO
5400 Gigabyte Bilddaten vom Mars
Seit 15 Jahren sendet die DLR-Stereokamera HRSC Rohmaterial zur Erde / ESA-Mission Mars Express wurde schon siebenmal verlängert und dauert voraussichtlich bis Ende 2022
Mars. Quelle: ESA/DLR/FU Berlin
15 Jahre Mission Mars Express
Zahlreiche Erkenntnisse über die Entwicklung des Klimas und geologische Geschichte des Mars dank hochaufgelöster Bilder
Überflug über den Krater Becquerel auf dem Mars. Quelle: ESA/DLR/FU Berlin, CC BY-SA 3.0 IGO
Mission Mars Express bis Ende 2018 verlängert
Stereokamera HRSC des DLR ist das langlebigste deutsche Experiment im Sonnensystem
Herr Jaumann erklärt die Marskamera
Fernsehteam zu Gast bei Adlershofer DLR-Planetenforschern