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Autor: Ralph-Mirko Richter / 01. September 2010, 00:13 Uhr

Orcus Patera im Fokus von Mars Express

Ende der letzten Woche veröffentlichte Aufnahmen der von der ESA betriebenen Raumsonde Mars Express zeigen eine rätselhafte Struktur auf der Oberfläche unseres Nachbarplaneten. Die Entstehung dieser als Orcus Patera bezeichneten Struktur kann auch über 30 Jahre nach deren Entdeckung durch die Viking-Orbiter der NASA noch nicht erklärt werden.

Quelle: DLR, TU Berlin, ESA
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ESA, DLR, FU Berlin (G. Neukum)

Bild vergrößernEine topografische Karte der Region Orcus Patera auf dem Mars zeigt die dortigen Höhenunterschiede. Die Höhenwerte beziehen sich auf ein Referenzniveau, den sogenannten "Areoid", welches auf dem Mars Mangels eines Meeresspiegels verwendet wird.
(Bild: ESA, DLR, FU Berlin (G. Neukum))
Den Begriff "Patera" verwenden Geologen für komplexe oder irregulär geformte Krater und Bodenstrukturen mit einem geringen topographischen Relief. Eine solche Formation auf der Oberfläche unseres Nachbarplaneten zeigen die Ende der letzten Woche veröffentlichten Aufnahmen der von der Europäischen Weltraumagentur ESA betriebenen Marssonde Mars Express. Orcus Patera, so der Name der abgebildeten Struktur, befindet sich ungefähr auf halbem Weg zwischen dem im Osten gelegenen Vulkan Olympus Mons und dem im Westen befindlichen Vulkan Elysium Mons bei ungefähr 14 Grad nördlicher Breite und 177 Grad östlicher Länge.

Hierbei handelt es sich um eine in Nord-Süd-Richtung verlaufende, ellipsenförmige Vertiefung in der Marsoberfläche mit einer Ausdehnung von etwa 380 Kilometern Länge und durchschnittlich 140 Kilometern Breite. Die Ränder dieser sogenannten Depression erheben sich bis zu 1.800 Meter über das nördliche Tiefland des Mars. Der Boden von Orcus Patera liegt dagegen zwischen 400 und 600 Meter unterhalb der Umgebung.

Die Aufnahmen, die den hier kurz vorgestellten Bildern zugrunde liegen, wurden von der an Bord von Mars Express befindlichen High Resolution Stereo Camera (HRSC) am 5. beziehungsweise 11. Oktober 2005 aus einer Höhe von jeweils rund 600 Kilometern aufgenommen. Während dieser Orbits mit den Nummern 2.216 und 2.238 konnte Orcus Patera durch die HRSC-Kamera mit einer Auflösung von bis zu etwa 30 Metern pro Pixel abgebildet werden.

ESA, DLR, FU Berlin (G. Neukum)

Bild vergrößernEin Blick über Orcus Patera von Südosten nach Nordwesten.
(Bild: ESA, DLR, FU Berlin (G. Neukum))
Die meisten der auf dem Mars entdeckten Paterae, wie zum Beispiel Hadriaca Patera und Tyrrhena Patera am nordöstlichen Rande des markanten Hellas-Impaktbeckens auf der Südhemisphäre des Mars, wurden einst, so die Ergebnisse der bisherigen Untersuchungen, durch Vulkanismus gebildet. Die Entstehung von Orcus Patera ist dagegen auch mehr als 30 Jahre nach ihrer Entdeckung durch die amerikanischen Viking-Sonden noch nicht endgültig erklärt.

Eine der gängigen Theorien geht davon aus, dass es sich bei Orcus Patera um die Caldera eines Marsvulkans handeln könnte, was unter anderem auch durch die relative Nähe zu den beiden größten Vulkanregionen unseres äußeren Nachbarplaneten, der Tharsis- und der Elysium-Vulkanregion, begründet wird. Eine andere Theorie sieht die Entstehung von Orcus Patera in einem oder mehreren Impakten von Asteroiden oder Kometen begründet. Demzufolge handelt es sich hier um einen großen und im Laufe der Zeit stark deformierten Impaktkrater, welcher ursprünglich einmal kreisrund war. Durch anschließend auftretende tektonische Kräfte und lokale Bewegungen der Marskruste wurde dieser Krater nach seiner Entstehung zusammengeschoben und dabei zu der jetzt erkennbaren länglichen Struktur verformt. Aber auch die Erosion der Ränder von zwei oder mehreren eng aneinandergrenzenden oder sich sogar überschneidenden Impaktkratern wird in diesem Zusammenhang in Erwägung gezogen. In einer dritten Theorie wird die Depression auf Druckspannungen in der Marskruste zurückgeführt und dabei als eine große tektonische Kompressionsstruktur interpretiert.

ESA, DLR, FU Berlin (G. Neukum)

Bild vergrößernDie Schwarz-Weiß-Aufnahme von Orcus Patera zeigt die verschiedenen Oberflächenstrukturen im Bereich dieser Depression. Norden befindet sich rechts im Bild.
(Bild: ESA, DLR, FU Berlin (G. Neukum))
Dass tektonische Kräfte bei der in der Gegenwart sichtbaren Ausprägung von Orcus Patera auf jeden Fall eine bedeutende Rolle gespielt haben müssen, kann man sehr gut an den zahlreichen markanten und fast geradlinig verlaufenden Gräben erkennen, welche sich durch den östlichen und westlichen Rand der Formation schneiden (Bildausschnitt 1 in der nebenstehenden Schwarz-Weiß-Aufnahme). Diese bis zu zweieinhalb Kilometer breiten und jeweils mehrere hundert Meter tiefen Gräben verlaufen nahezu in Ost-West-Richtung. Diese Ausrichtung der Gräben wird als ein Beweis dafür angesehen, dass die Marskruste während der Entstehung der Gräben in Nord-Süd-Richtung gedehnt wurde.

Diese Gräben sind jedoch nur noch auf den Rändern von Orcus Patera und in deren näheren östlichen und westlichen Umgebung zu erkennen. Im Zentrum der Depression wurden die Spuren dieser relativ großen Gräben dagegen durch spätere Ablagerungen überdeckt. Auf dem Boden der Depression können allerdings trotzdem kleinere Gräben in der gleichen geographischen Orientierung beobachtet werden (Bildausschnitt 2). Dies lässt darauf schließen, dass zum einen im Laufe der Zeit in der hier abgebildeten Region über einen längeren Zeitraum hinweg mehrere tektonische Aktivitäten auftraten, und zum anderen mehrere Ereignisse stattfanden, bei denen der Boden der Depression durch Ablagerungen bedeckt wurde.

Die Existenz von sogenannten Runzelrücken innerhalb von Orcus Patera zeigt des Weiteren, dass neben der Dehnung der Marskruste, wie sie an den Gräben abgeleitet werden kann, zusätzlich auch eine Stauchung der Planetenkruste in dieser Region erfolgte und dabei einen wichtigen tektonischen Prozess darstellte (Bildausschnitt 3). Diese im Englischen "wrinkle ridges" genannten geologischen Formationen entstehen durch tektonische Prozesse, bei denen Ablagerungen komprimiert und übereinander geschoben werden. Einige wenige Einschlagkrater auf der sehr ebenen Oberfläche im Inneren von Orcus Patera legen den Schluss nahe, dass die Depression nach ihrer Entstehung von Sedimenten verfüllt wurde, welche durch vulkanische Prozesse oder Windverfrachtung in Orcus Patera eingebracht worden sein könnten. Die zackenförmigen, dunklen Gebiete nahe des Zentrums der Depression entstanden dagegen sehr wahrscheinlich erst in der geologisch betrachtet jüngeren Vergangenheit durch äolische Prozesse (Bildausschnitt 4). Durch Windverfrachtung wurde hierbei relativ dunkles Material, zum Beispiel vulkanische Asche oder Staub, abgelagert.

ESA, DLR, FU Berlin (G. Neukum)

Bild vergrößernDurch die Farbansicht von Orcus Patera lassen sich die unterschiedlichen Materialien auf der Oberfläche darstellen.
(Bild: ESA, DLR, FU Berlin (G. Neukum))
Die Impaktereignisse, von denen die bis zu 30 Kilometer durchmessenden Krater auf dem Boden von Orcus Patera zeugen, haben das von hellen Ablagerungen bedeckte dunkle Material aus dem Untergrund zutage gefördert und in der Depression ausgeworfen, so dass es anschließend durch Windaktivität weitertransportiert werden konnte. Mit der nebenstehenden Farbansicht lassen sich diese feinen Unterschiede im Oberflächenmaterial darstellen, welche ebenfalls auf äolische Prozesse, also die Einwirkung der über den Mars wehenden Winde, zurückzuführen sind. Wo sich dem Wind im Gelände Hindernisse bieten, zum Beispiel an den bis zu 1.000 Meter hohen Wällen der verschiedenen Impaktkrater, welche aus der Ebene von Orcus Patera heraus ragen, zeigen fahnenförmige Ablagerungen im Lee, also der windabgewandten Seite dieser Strukturen, die vorherrschenden Windrichtungen an.

In der näheren, zum Teil stark zerklüfteten und zudem von Kratern übersäten Umgebung von Orcus Patera sind zudem verschiedene Fließstrukturen erkennbar. Diese Strukturen könnten unter Umständen ein Hinweis darauf sein, dass in diesen Bereichen in Hohlräumen unterhalb der Planetenoberfläche Eis vorhanden gewesen sein könnte, welches infolge eines Asteroidenimpaktes oder einer vulkanischen Aktivität geschmolzen und so zeitweise mobilisiert wurde. Es könnte sich hierbei, so die Interpretation der Wissenschaftler, aber auch um einen Hinweis auf vulkanisches Material handeln, welches im Rahmen einer Eruption über die Oberfläche floss.

Die Farbansichten der hier angeführten Bilder wurde aus dem senkrecht auf die Oberfläche blickenden Nadirkanal und den vor- und rückwärts blickenden Farbkanälen der HRSC-Stereokamera erstellt. Die Schrägansicht wurde aus Bildern der Stereokanäle der HRSC berechnet. Bei dem Schwarzweißbild handelt es sich um eine Nadiraufnahme, welche von allen gewonnenen Aufnahmen die höchste Auflösung erreicht. Die höhenkodierte Bildkarte wurde aus dem digitalen Geländemodell abgeleitet, welches aus den Nadir- und Stereokanälen errechnet wurde.

Das HRSC-Kameraexperiment an Bord der ESA-Sonde Mars Express wird vom Principal Investigator (PI) Prof. Dr. Gerhard Neukum von der Freien Universität Berlin geleitet. Dieser hat auch die technische Konzeption dieser hochauflösenden Stereokamera entworfen. Das Wissenschaftsteam besteht aus 45 Co-Investigatoren von 32 Institutionen aus zehn Ländern. Die HRSC-Kamera wurde am Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt unter der Leitung des PI Gerhard Neukum entwickelt und in Kooperation mit industriellen Partnern (EADS Astrium, Lewicki Microelectronic GmbH und Jena-Optronik GmbH) gebaut. Sie wird vom DLR-Institut für Planetenforschung in Berlin-Adlershof betrieben. Die systematische Prozessierung der Daten erfolgt am DLR. Die Darstellungen wurden vom Institut für Geologische Wissenschaften der FU Berlin in Zusammenarbeit mit dem DLR-Institut für Planetenforschung erstellt.

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