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Autor: Ralph-Mirko Richter / 12. September 2013, 15:20 Uhr

Die Verteilung von Wasserstoff im Gale-Krater

Die bisherigen Messungen des DAN-Instrumentes an Bord des Marsrovers Curiosity zeigen, dass sich im Untergrund des Gale-Kraters anscheinend weniger wasserstoffhaltige Minerale befinden als ursprünglich vermutet. Deren horizontale und vertikale Verteilung ist zudem stark von der Zusammensetzung des Untergrundes abhängig.

Quelle: EPSC 2013
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NASA, JPL-Caltech, Russian Space Research Institute

Bild vergrößernAuf dem Weg von Curiosity konnte das DAN-Instrument die Wasserstoffverteilung in Untergrund ermitteln.
(Bild: NASA, JPL-Caltech, Russian Space Research Institute)
Bei einem der zehn wissenschaftlichen Instrumenten, mit denen der von der US-amerikanischen Weltraumbehörde NASA betriebene Marsrover Curiosity seit dem 6. August 2012 die Oberfläche unseres Nachbarplaneten erforscht, handelt es sich um das "Dynamic Albedo of Neutrons"-Instrument (kurz "DAN"). Die Aufgabe dieses Instrument besteht darin, die Menge und die Verteilung der im Marsboden befindlichen wasserstoffhaltigen Minerale zu ermitteln. Zu diesem Zwecks "beschießt" das Instrument die Oberfläche unseres Nachbarplaneten im Rahmen einer aktiv durchzuführenden Messung mit Neutronen und ermittelt anschließend das energetische Profil der von der Oberfläche zurückgestreuten Teilchen. Im passiven Modus misst das Instrument dagegen die Reflektionen der kosmischen Strahlung, welche den gleichen Effekt auf die oberste Schicht der Marsoberfläche ausübt.

Durch einen regelmäßig erfolgenden Einsatz kann das DAN auf diese Weise auf der von dem Rover befahrenen Strecke die Veränderungen in der Menge und in der vertikalen Verteilung von Wasserstoff bis zu einer Tiefe von maximal einem Meter unter der Oberfläche mit einer Genauigkeit von bis zu 0,1 Prozent bestimmen.

Zu früheren Zeitpunkten erfolgte Messungen mit dem HEND-Spektrometer an Bord des Marsorbiters Mars Odyssey - dieses Instrument ist vom Aufbau und von der Funktionsweise her mit dem DAN vergleichbar, führt seine Messungen jedoch aus einer Höhe von etwa 300 Kilometern über der Marsoberfläche durch - führten zu dem Schluss, dass sich im Untergrund des Gale-Kraters etwa vier bis sechs Prozent Wasser befinden sollten.

In der ersten Phase der Curiosity-Mission führte das DAN-Instrument in regelmäßigen räumlichen Abständen sowohl im aktiven Modus als auch im passiven Modus mehrere tausend Messungen durch. Die bisher ausgewerteten Daten des DAN zeigen, dass der bisher passierte Bereich der Marsoberfläche zumindestens bis zu einer Tiefe von etwa einem Meter deutlich "trockener" ausfällt als erwartet. Abhängig von den passierten Bereichen liegt der Anteil an Wasserstoff laut den bisher ausgewerteten Daten bei lediglich einem bis hin zu etwa drei Prozent. Im Durchschnitt liegt der gemessene Wasseranteil bei 2,3 Prozent, in den obersten Zentimetern des Bodens sogar bei lediglich 1,3 Prozent.

NASA, JPL-Caltech, Russian Space Research Institute

Bild vergrößernDie deutlich erkennbaren Variationen im Wasserstoffgehalt des Untergrundes treten zeitweise innerhalb weniger Meter auf und sind anscheinend durch die unterschiedliche Zusammensetzung des Untergrundes (felsiges Oberflächenmaterial vs. lockerer Sand) begründet.
(Bild: NASA, JPL-Caltech, Russian Space Research Institute)
Diese Diskrepanz, so die beteiligten Wissenschaftler, könnte daraus resultieren, dass das HEND-Spektrometer an Bord von Mars Odyssey seine Daten nur in einem relativ großen Areal mit einer Abmessung von 300 x 300 Kilometern sammeln kann und somit keine effiziente Auflösung einzelner, räumlich relativ eng begrenzter Oberflächenbereiche erreicht. Im Gegensatz zu Curiositys DAN-Instrument beschreiben die Ergebnisse des HEND die Wasserstoffverteilung innerhalb mehrerer Tausend Quadratkilometer. Der Rover Curiosity hat dagegen bisher nur einen Bereich der Marsoberfläche durchquert, welcher über eine Ausdehnung von wenigen hundert Metern verfügt.

Dabei liefern die Messdaten des DAN den an dieser Mission beteiligten Wissenschaftlern allerdings interessante Einblicke in den Untergrund unseres Nachbarplaneten, denn bei den Messungen von Curiosity zeigen sich neben den horizontal variierenden Mengenanteilen auch deutliche Unterschiede in der vertikalen Verteilung des Wasserstoffs. Hieraus lassen sich unter anderem auch Rückschlüsse über die unterschiedliche mineralogische Zusammensetzung der obersten Schicht der Marsoberfläche ziehen.

Auf dem Weg von der Landestelle des Rovers zur Region "Yellowknife Bay" konnten verschiedene Bodenschichten mit unterschiedlichen Wasserstoffkonzentrationen ermittelt werden. In einigen Bereichen der passierten Oberfläche - speziell in der Umgebung der Landezone - tritt ein erhöhter Wasserstoffanteil direkt unterhalb der Oberfläche auf. In anderen Bereichen konnte Wasserstoff dagegen erst ab einer Tiefe unterhalb von 50 Zentimetern in nennenswerten Mengen nachgewiesen werden. Diese unterschiedliche Verteilung, so die bisherige Interpretation der beteiligten Wissenschaftler, könnte in der Zusammensetzung der obersten Schicht der Marsoberfläche begründet liegen, welche an manchen Stellen mehr, an anderen Orten dagegen weniger Lockermaterial beherbergt.

Besonders deutlich zeigte sich dies erstmals Anfang Oktober 2012. Mit dem Erreichen der Region "Glenelg" geriet der Rover in eine Zone, in der die Marsoberfläche offensichtlich andere Eigenschaften aufweist. Diese Veränderungen machten sich unter anderem durch eine erhöhte thermische Trägheit bemerkbar, welche offenbar durch eine unterschiedlich bedingte Zusammensetzung und Struktur der Marsoberfläche bedingt ist. Nach dem Überschreiten dieser "Grenzlinie" bei Glenelg detektierte ein anderes Instrument des Rovers, die Wetterstation REMS, deutlich erkennbare Veränderungen in der Oberflächentemperatur, welche sich nicht ausschließlich durch plötzlich veränderte meteorologische Umweltbedingungen erklären lässt.

NASA, JPL-Caltech, Russian Space Research Institute

Bild vergrößernDas DAN-Instrument führt regelmäßig Messungen durch, mit denen die Menge und Verteilung von Wasserstoff in Untergrund ermittelt wird.
(Bild: NASA, JPL-Caltech, Russian Space Research Institute)
Diese Veränderung der Bodenzusammensetzung wird dabei durch weitere Messungen des DAN bestätigt, welches ab hier wieder erhöhte Wasserstoffkonzentrationen in der obersten Bodenschicht nachweisen konnte. Nach dem Erreichen der Region "Yellowknife Bay", deren Oberfläche durch an der Oberfläche zutage tretende Gesteinsaufschlüsse dominiert wird, verlagerte sich die wasserhaltige Schicht dann wieder mehr in den Untergrund.

Allgemein kann somit gesagt werden, dass der bisher untersuchte Untergrund des Gale-Kraters weniger wasserhaltige Minerale enthält als bisher angenommen. Deren Verteilung in der obersten Bodenschicht ist offenbar stark von der Zusammensetzung und Struktur des Bodens abhängig.

Es kann dabei nicht ausgeschlossen werden, dass sich diese Konzentration von Wasserstoff in anderen Bereichen des Kraters, welche noch im Rahmen der zukünftigen Mission untersucht werden müssen, nochmals signifikant verändert. Weitere, stetig erfolgende Messungen des DAN-Instrumentes sind nötig, um letztendlich eine wissenschaftlich belastbare Aussage über die großflächige Verteilung von Wasserstoff im Untergrund des Gale-Kraters tätigen zu können. Eventuell könnten sich dabei im weiteren Missionsverlauf auch noch höhere Wasserstoffkonzentrationen zeigen.

Die hier kurz dargestellten Ergebnisse des DAN-Instrumentes wurden am heutigen Tag auf dem European Planetary Science Congress 2013, einer gegenwärtig in London stattfindenden Fachtagung der Planetenforscher, vorgestellt.

Die aktuelle Situation

NASA, JPL-Caltech, University of Arizona, Phil Stooke (UMSF-Forum)

Bild vergrößernDie von Curiosity während der letzten Tage zurückgelegte Strecke. Der Rover befindet sich derzeit nur noch wenige Meter vom "Waypoint-1" ("Darwin") entfernt.
(Bild: NASA, JPL-Caltech, University of Arizona, Phil Stooke (UMSF-Forum))
Während der letzten Tage hat der Marsrover Curiosity auf seiner Fahrt in Richtung des Fußes des im Inneren des Gale-Kraters gelegenen Berges Aeolis Mons weitere Fortschritte erzielt. Auf der vorgesehenen Route zum Rand des Aeolis Mons wurden von den an der Mission beteiligten Wissenschaftlern insgesamt fünf Punkte - die sogenannten "Waypoints" - ausgewählt, an denen der Rover jeweils mehrtägige Stopps für ausführlichere wissenschaftliche Untersuchungen einlegen soll.

Bereits am Dienstag gelangte Curiosity durch eine Fahrt über rund 75 in die unmittelbare Nähe des ersten diesen Wegpunkte (Raumfahrer.net berichtete). Jetzt wird der Rover zunächst eine für eingehendere Analysen optimale Position einnehmen und anschließend mit seiner mehrtägigen Untersuchung der hier befindlichen Gesteinsaufschlüsse beginnen. Dabei werden sich die an der Mission beteiligten Wissenschaftler unter anderen auf Klasten und Konglomerate konzentrieren, welche durch fließendes Wasser in diesen Bereich des Gale-Kraters transportiert wurden.

Bis zum heutigen Tag, dem "Sol" 392 seiner Mission, hat der Marsrover Curiosity eine Distanz von rund 2.800 Metern auf der Oberfläche unseres Nachbarplaneten zurückgelegt. Seit dem Erreichen des Mars haben die Kamerasysteme von Curiosity 81.948 Bilder aufgenommen und an das Roverkontrollzentrum des Jet Propulsion Laboratory (JPL) in Pasadena/Kalifornien übermittelt. Diese Aufnahmen sind für die interessierte Öffentlichkeit auf einer speziellen Internetseite des JPL einsehbar.

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