Mit einem neuen Radarsystem haben Wissenschaftler im Rahmen der Mission MarsExpress der ESA erstmals den Marsboden gründlich durchleuchtet. Wie die Forscher im Wissenschaftsmagazin Science berichten, sind sie dabei nahe des Nordpols tief unter der Oberfläche auf einen riesigen „See“ aus Wassereis gestoßen.
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MARSIS (Mars Advanced Radar for Subsurface and Ionospheric Sounding) heißt das Tiefensondierungsradar an Bord von MarsExpress, das die Marsoberfläche aus einer Höhe von circa 250 bis 800 Kilometern vermisst und den Untergrund erstmals bis in eine Tiefe von rund sieben Kilometern topographisch und morphologisch untersuchen kann. So tief gelegene Strukturen und Schichten waren bislang durch keine anderen Sensoren erkennbar.
Tiefliegende Strukturen mit Eis unter der Marsoberfläche
Erste Auswertungen der MARSIS-Messungen vom 26. Juni, 6. und 9. Juli 2005, an denen auch Forscher der Ruhr Universität Bochum beteiligt waren, zeigen nun zum Beispiel in der Umgebung des Nordpols von Mars geschichtete Ablagerungen von nahezu reinem Wassereis in einer Schichtdicke von ungefähr 1,8 Kilometern über einer stark reflektierenden Grenzfläche aus basaltartigem Regolith. Wie die Forscher ermittelten, erstreckt sich diese Schichtstruktur circa 160 Kilometer entlang der Flugrichtung des Radars. In einem anderen, 50 Kilometer seitlich versetzten Messbereich war die Struktur nicht mehr zu erkennen.
Auch versteckter Krater gefunden
In der auf mittleren nördlichen Breiten liegenden Mars-Tiefebene „Chryse Planitia“ entdeckten die Forscher jedoch noch etwas anderes: eine kreisförmige, nahezu gleichmäßig verteilte bassinartige Struktur mit einem Durchmesser von rund 250 Kilometern. Sie nehmen an, dass die Vertiefung von einem Einschlag mit Kraterwänden herrührt und mit verlustarmen dielektrischem Material großen Volumens aufgefüllt ist, das für die Radarsignale nahezu transparent ist.
Es stellt sich heraus, dass man diese kreisförmige Struktur nicht anhand der Daten erkennen kann, die von einem Mars Orbiter Laser Altimeter (MOLA) über der gleichen Tiefebene gemessen wurden: Bei optischen Frequenzen dringen Wellen kaum in den Boden ein.
„Das zeigt, dass MARSIS tatsächlich in der Lage ist, auf der Marsoberfläche auch bislang versteckte oder begrabene Eisablagerungen und Einschlagkrater zu finden und als solche zu identifizieren“, so Professor Peter Edenhofer von der Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik der RUB. Zweifellos werde die Auswertung der MARSIS-Radarmessungen noch an zusätzlichem Wert gewinnen, wenn man sie mit den Messungen in Bezug bringt, die vom Kamera-Experiment bei MarsExpress verfügbar sind (High Resolution Stereo Camera/HRSC).
Messungen auf der Nachtseite
Zurzeit läuft bei MARSIS eine Messkampagne („South Polar Project“) vor allem auf der Nachtseite von Mars. Die Radarmessungen erfolgen über einen größeren Zeitraum hinweg und sollen Aufschluss über die als besonders interessant und vielversprechend eingeschätzte Südpolregion von Mars geben.
„Es ist zu erwarten, dass hierbei MARSIS seiner Funktion als ein Schlüsselexperiment bei der Suche nach Wasser beziehungsweise Eis auf dem Mars im Rahmen der Mission MarsExpress auch weiterhin in überzeugender Weise gerecht werden kann“, so Edenhofer.
Technik des Radarsystems
Das für MARSIS entwickelte Radargerät ist ein Mehrfrequenz-Instrument vom Typ des Synthetic Aperture Radar (SAR) mit bordseitiger Datenvorverarbeitung. Es kann vor allem deshalb so große Eindringtiefen mit einem radialen räumlichen Auflösungsvermögen von etwa 150 Meter erzielen, weil es bei relativ niedrigen Frequenzen in vier Bändern zwischen 1,3 und 5,5 MHZ mit einer jeweiligen Bandbreite von einem MHz (stepped frequency concept) betrieben wird. Das Auflösungsvermögen beträgt mit einer Pulswiederholfrequenz von 127 Hz und einer Mittelung über typischerweise 100 Pulse bei einer Spitzensendeleistung von zehn W ungefähr fünf bis zehn Kilometer.
(idw – Ruhr-Universität Bochum, 30.01.2006 – DLO)
