Ergebnisse des SHARAD-Radars

Mars Reconnaissance Orbiter hatte genau wie schon vor ihm Mars Express eine Radareinrichtung an Bord, das SHARAD-Radar ("Shallow Radar"), welches ähnlich dem Marsis-Radar des ESA-Raumschiffes mit drei senkrecht zueinanderstehenden langen Antennen den Marsboden bis in 5 km Tiefe hinein auf Boden-Grenzschichten analysieren konnte. Besonders interessant für dieses Meßgerät ist natürlich der Aufbau der beiden Marspole, die nahezu das gesamte auf dem Mars vorkommende Wasser als Eis gespeichert haben. Zur Analyse dieses Sachverhaltes wurden genau wie bei der ESA beide Pole mit SHARAD genau vermessen und damit eine Reihe von interessanten Resultaten ermittelt. Gemessen wurde z.B. eine Region in der Nähe des Mars Nordpols, nahe des Chasma Boreale Tals. Die Originalveröffentlichung vom 14. Dezember 2006 ist hier.

Dieses MRO-Falschfarbenbild zeigt einen Ausschnitt der Randstrukturen des Chasma Boreale-Tals am Mars-Nordpol, das in bisher nie gekannter Deutlichkeit die geschichteten Strukturen dieses Talrandes aufzeigt. Er erhebt  sich über 1 km nahezu senkrecht aus dem sandigen Chasma-Boreale-Tal in die vereisten Höhen der Nordpolarkappe des Mars. Die HiRISE- Originalveröffentlichung dieser fantastischen Formation ist hier:
 
Schichtstrukturen am Rande des Chasma Boreale-Tals
Abb.1  zeigt das Talende des Chasma Boreale-Tals, das sich nahezu 400 km in die Nordpolarkappe hineinschiebt. Oben ist die Eispkappe des Mars-Nordpols zu sehen, die zu dieser Jahreszeit hauptsächlich aus Wassereis besteht. Diese Kappe erscheint wegen des eingebundenen Staubes leicht rötlich. Am unteren Ende befindet sich der dunkle und sandige Talgrund, der das Gebiet rund um die Nordpolarkappe als Sandwüste umfliesst. Die Talklippe besteht aus einer geschichteten Struktur, Sand und Eis, die sich in Jahrmillionen allmählich gebildet hat. Die Eiskappe des Nordpols ist etwa 1.1 km dick, so dass diese Talkante sich nahezu 1 km senkrecht über den Talgrund erhebt.

Hier der mit SHARAD erhaltene Querschnitt durch die Schichtstruktur des Mars Nordpoles an dieser Stelle:
 
SHARAD Querschnitt durch den Mars Nordpol
Abb. 2: Die horizontale Achse des Bildes oben rechts ist die 180 km lange Querschnittsspur des 1512. Orbits von MRO, die sich von 83.5 Grad Nord bis 80.5 Grad Nord erstreckt (Bild rechts unten zur Verdeutlichung der Spur). Die vertikale Achse ist die Zeitdifferenz des Echos der Radarstrahlen zurück zum Raumschiff. Man erkennt die geschichtete Struktur der Nordpolkappe des Mars, die sich vom indifferenten Felsgrund bis in eine Höhe von fast 2 km erstreckt. Die Kappe ist geschichtet, d.h. durch die Jahrtausende immer wieder mehr oder weniger stark angewachsen bzw. kleiner geworden. Das Bild unten links zeigt eine echten Ausschnitt des Chasma Boreale Talendes, links oben sind zwei Ausschnitte des rechten oberen Bildes zu sehen, die die geschichtete Struktur der Nordpolkappe sehr anschaulich zeigen.

Durch eine spezielle Aufnahmetechnik, bei der durch Drehung des Raumschiffes um 25° die Auftreffwinkel der Radarstrahlen optimiert werden konnte, gelang es, eine besonders hochaufgelöste SHARAD-Aufnahme der Eiskappe des Nordpols zu erstellen. Sie zeigt sehr anschaulich den inneren Aufbau der über 2 km dicken Nordpolkappe des Mars, nur die obere, dichter geschichtete Eisregion ist bereits über 600 m dick. Sie besteht aus fast reinem Wassereis. Letztere Aufnahme war dem Jet Propulsion Laboratory im September 2007 eine eigene Presseveröffentlichung wert:
 
hochaufgelöste Aufnahme des Querschnitts durch den Mars Nordpol
Abb. 3: Querschnitt durch die marsianische Nordpolkappe. Man sieht deutlich die geschichtete Struktur, die sich im Laufe der Jahrmillionen durch Auftau- und Einfrierperioden gebildet hat. Bemerkenswert an dieser Stelle ist, das sich die unter dem 2 km dicken Eispanzer liegende Marskruste nur relativ geringförmig eingedellt hat. Dies ist mit den bisherigen Modellen über die Bedingungen im Planetenkern nicht ganz erklärbar.

Ähnliche Strukturen wie in der Nordpolkappe sind mit dem SHARAD-Radar auch in der Südpolkappe des Mars zu erkennen:
 
SHARAD-Querschnitt durch den Mars-Südpol
Abb. 4: Die horizontale Achse des Bildes ist die 590 km lange Querschnittsspur des 1360. Orbits von MRO, die sich von 75 bis 85 Grad Nord erstreckt (Bild unten zur Verdeutlichung der Spur). Die vertikale Achse ist die Zeitdifferenz des Echos der Radarstrahlen zurück zum Raumschiff. Man erkennt die ebenfalls geschichtete Struktur der Südpolkappe des Mars, die sich vom indifferenten Felsgrund bis in eine Höhe von fast 1.5 km erstreckt. Die Kappe ist genau wie am Nordpol geschichtet, d.h. durch die Jahrtausende immer wieder mehr oder weniger stark angewachsen bzw. kleiner geworden. 

Beide Pole binden nahezu das gesamte auf dem Mars vorkommende Wasser. Wäre dieses flüssig, so könnte man damit den gesamten Planeten Mars mit einem etwa 15 m tiefen Ozean bedecken. Also eigentlich doch schon eine ganze Menge.

Eine weitere Arbeit zum Thema "polare Eiskappen" auf dem Mars wurde im September 2009 von Putzig et. al. im Journal Icarus veröffentlicht. Die Arbeit interpretierte neuere Ergebnisse des Sharad-Radars an Bord von Mars Reconnaissance Orbiter zur Dicke und der Historie der Nordpoleiskappe des Mars.
 
SHARAD-Querschnitt der nordpolaren Eiskappe
Abb. 5: SHARAD-Radarquerschnitt der polaren Nordpolkappe. Bild a zeigt die geschichtete Struktur der Polarkappe, wie sie durch die Reflektionen des Radars erkannt wird. Der Querschnitt umfasst 100 km in der Breite und 1 km in der Höhe, d.h. die vertikale Skalierung ist um den Faktor 100 überhöht. Bild b zeigt einen von MRO aufgenommenen Ausschnitt der Eiskappe vom 28.11.2006, der den Messergebnissen zugrunde liegt. Bild c zeigt die Orientierung des Querschnittes in Bild a, während in Bild d die herausgerechnete nackte Basaltoberfläche des Mars-Nordpols ohne Eis gezeigt ist und Bild e den reinen Eispanzer zeigt.

Aus den Ergebnissen ist ersichtlich, dass sich die Drehachse des Mars in den letzten paar Millionen Jahren um etwa 400 km verlagert hat und dass in den letzten 300.000 Jahren die Schichtung deutlich intensiver ist als in den 600.000 Jahren davor. Daraus läßt sich schliessen, dass die Veränderung der Achsneigung in den letzten 300.000 Jahren deutlich geringer gewesen ist als in den früheren Zeitaltern der Marsgeschichte.

Der nordpolare Eispanzer des Mars liegt auf einer Basaltoberfläche auf und ist bis zu 2 km dick. Er besteht nahezu aus reinem Wassereis gemischt mit Trockeneis. Die Gesamtmenge des Eises ist 821.000 km3 und damit etwa 30% des grönländischen Eispanzers auf der Erde.

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