Alle sieben Stunden umkreist die europäische Raumsonde Mars Express einmal unseren planetaren Nachbarn Mars, und dies bereits seit mehr als zwanzig Jahren. Während des Orbits mit der Nummer 25.000 gelang mit der vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) entwickelten hochauflösenden Stereokamera HRSC (High Resolution Stereo Camera) kürzlich eine weitere besondere Aufnahme. Sie reicht von den mit Wolken bedeckten Hochlandregionen der Südhalbkugel bis zum nördlichen Tiefland.
Das Bild bietet einen weitläufigen Blick auf eine der geologisch interessantesten Regionen des Planeten: die Region Tharsis. Das Tharsisplateau ist riesig – es umfasst mit einer Ausdehnung von rund 25 Millionen Quadratkilometern eine Fläche, die ungefähr so groß ist wie der nordamerikanische Kontinent. Dort ragen vier der größten Marsvulkane in den Himmel. Von Norden nach Süden sind dies die Schildvulkane Olympus Mons mit 22 Kilometern Höhe, sowie die drei als Tharsis Montes bezeichneten Vulkane Ascraeus Mons (18 Kilometer), Pavonis Mons (12 Kilometer) und Arsia Mons (14 Kilometer).).
Vulkangiganten, ein Grabenbruch und der Marsmond Phobos
Sogar die Region Tharsis selbst ist eine riesige Aufwölbung von mehr als vier Kilometern Höhe. Ihr Name rührt von der antiken Stadt Tartessus im heutigen Andalusien her, um die sich seit mehr als zweitausend Jahren biblische Mythen ranken.
Eine kleine Meisterleistung gelang dem HRSC-Team, dem die Aufnahmeplanung obliegt, indem es sogar den Marsmond Phobos in dieser semi-globalen Ansicht auf dem Bild einfangen konnte. Der nicht einmal 30 Kilometer große, innere der beiden Begleiter des Mars (weiter außen kreist noch der rund 15 Kilometer große Deimos) umrundet in etwa acht Stunden den Planeten in einer Höhe von 6.000 Kilometern. Auf der mit Breiten- und Längengradangaben versehenen Gesamtansicht ist er als kleiner roter, gelber und grüner Punkt zu erkennen, jeweils dort, wo sich der Mond bei der zeitversetzen Aufnahme des Rot- Grün und Blaukanals befand.
Es ist Ziel der japanisch-europäischen Mission MMX, die voraussichtlich 2026 in Richtung Marssystem aufbrechen wird, 2029 erstmals ein Landefahrzeug auf Phobos abzusetzen und die von dort genommenen Proben 2031 zur Erde zu bringen.
Das Blickfeld der DLR-Kamera HRSC über den Mars im Orbit 25.000
Die ESA-Raumsonde Mars Express hat eine polare Umlaufbahn. Seit mehr als 20 Jahren „umkreist“ sie den Planeten also auf einer Bahn, die sie bei jedem Orbit über die beiden Pole führt. Dabei bewegt sich die Sonde auf einer langgestreckten Ellipse. Während jeder siebenstündigen Umkreisung nähert sich Mars Express der Oberfläche bis auf etwa 350 Kilometer und entfernt sich dann wieder bis auf eine Entfernung von etwa 10.500 Kilometern. Bilder aus großer Höhe, wie dieser viele tausend Kilometer lange Scan vom Marshochland im Süden bis ins nördliche Tiefland, werden in der Regel zur Beobachtung des Wetters in der dünnen Marsatmosphäre genutzt, oder zur Erstellung globaler Ansichten der Oberfläche und zu Kalibrierungszwecken aufgenommen. Dabei wird das Raumschiff in einer schwungvollen Bewegung über den Mars geschwenkt, wodurch die Sensoren der HRSC solch große Gebiete abscannen können.
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Schwungvolle Kameraführung
Die Sonde Mars Express hat eine polare Umlaufbahn, sie „umkreist“ den Planeten also auf einer Bahn, die sie jedes Mal über seine beiden Pole führt. Dabei bewegt sich die Sonde auf einer langgestreckten Ellipse. Während jeder siebenstündigen Umkreisung nähert sich Mars Express der Oberfläche bis auf etwa 350 Kilometer an und entfernt sich dann wieder bis zu einem Abstand von etwa 10.500 Kilometer.
Bilder aus dieser großen Höhe werden in der Regel zur Beobachtung des Wetters in der dünnen Marsatmosphäre genutzt, oder zur Erstellung globaler Ansichten der Oberfläche und zu Kalibrierungszwecken aufgenommen. Dabei wird das Raumschiff in einer schwungvollen Bewegung über den Mars geschwenkt, wodurch die Sensoren der HRSC solch große Gebiete abscannen können. Das Sichtfeld der Zeilensensoren, die quer zur Flugbahn angeordnet sind, wird wie ein breiter "Pinselstrich" über die Oberfläche geführt. Während einer HRSC-Aufnahme tasten alle Sensoren nacheinander die Oberfläche unter demselben Beobachtungswinkel ab, wodurch sich ein Zeitintervall zwischen den einzelnen Bildkanälen ergibt.
Dies ist im Übersichtsbild erkennbar bar, wo Phobos an drei verschiedenen Stellen (jeweils als roter, gelber und grüner Punkt) zu sehen ist, weil er sich während des Scanvorgangs weiterbewegt hat. Bei der Nachbearbeitung solcher Aufnahmen werden die einzelnen Farbbilder dann übereinandergelegt, um die vollständige Farbansicht zu erstellen. Dabei ist es bei den „unbeweglichen“ Landschaftsmerkmalen auf der Oberfläche kein Problem, sie in mehreren, zu unterschiedlichen Zeitpunkten aufgenommenen Scans zur Deckung zu bringen. Beim schnellen, ortsveränderlichen Phobos in dessen Umlauf ist das schon schwieriger: Hier müssen die Aufnahmen einzeln rekonstruiert werden, um einen einheitlichen Eindruck der Szene zu erhalten.
Die Tharsis-Region bedeckt etwas mehr als ein Sechstel der Marsoberfläche. Auch kleinere Vulkane wie Jovis Tholus, Biblis Patera und Ulysses Patera sind auf dem Bild zu sehen. Die verzweigten Schluchten von Noctis Labyrinthus, dem westlichen Ausläufer der riesigen Grabenbrüche der Valles Marineris, befinden sich am rechten unteren Bildrand. Hervorzuheben sind außerdem viele andere Oberflächenmerkmale, wie zum Beispiel die „knittrige“ Landschaft von Lycus Sulci nördlich von Olympus Mons oder die tektonischen Grabensysteme Tantalus Fossae, Ceraunius Fossae und Ulysses Fossae.
Wenn man in die Aufnahme hineinzoomt, fallen viele weitere Details auf: So sind zum Beispiel im unteren Teil des Bildes sogenannte Leewellenwolken zu erkennen. Sie entstehen auf der dem Wind abgewandten Seite von topographischen Hindernissen, wie zum Beispiel Bergen oder Kraterrändern: Wenn die Luft über den Bergrücken strömt und aufsteigen muss, erhält sie dabei einen Impuls, der dann in Bewegungsenergie umgewandelt wird. Die aus verschiedenen Schichten bestehende Luftströmung bildet dann eine wellenförmige Struktur auf der Leeseite des Hindernisses. Ein weiteres schmales, vermutlich staubbeladenes Wolkenband befindet sich südlich von Solis Planum.
Vier der höchsten Vulkane im Sonnensystem
Wie gigantische Insektenstiche präsentieren sich die drei großen Tharsis-Vulkane Arsia Mons, Pavonis Mons und Ascraeus Mons (von links nach rechts) sowie der höchste Vulkan im Sonnensystem, der 22 Kilometer hohe Olympus Mons am Horizont auf der Tharsis-Aufwölbung, einem vor Milliarden von Jahren aktiven Vulkangebiet am Marsäquator. Östlich von den Tharsis-Vulkanen sind die tektonischen Grabenbrüche von Noctis Labyrinthus zu sehen, deren Fortsetzung außerhalb des Bildes die über 4.000 Kilometer langen und zehn Kilometer tiefen Gräben der Valles Marineris bildet.
Bildverarbeitung
Die Bilder wurden von der HRSC-Kamera am 19. Oktober 2023 während des Mars Express-Orbits 25.000 aufgenommen. Die Bodenauflösung beträgt weniger als 450 Meter pro Pixel und das Bild ist auf etwa 248 Grad Ost und 2 Grad Nord zentriert. Das Farbbild wurde aus Daten des Nadirkanals, des senkrecht zur Marsoberfläche ausgerichteten Sichtfeldes, und den Farbkanälen der HRSC erstellt. Die Kontextkarten basieren auf HRSC-Daten und Daten des Mars Orbiter Laser Altimeter (MOLA) Experiments an Bord der Mars Global Surveyor (MGS) Mission der NASA. Die schrägperspektivische Ansicht wurde aus einem digitalen Geländemodell aus MOLA-Daten, dem HRSC-Nadir-Kanal und den Farbkanälen der HRSC erzeugt. Das Anaglyphenbild, das bei Betrachtung mit einer Rot/Blau- oder Rot/Grün-Brille einen dreidimensionalen Eindruck der Landschaft vermittelt, wurde aus den Informationen des digitalen Geländemodells von MOLA und aus dem Nadirkanal abgeleitet.
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)
Fotos: DLR
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