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MARS
Riesiges Eisreservoir am Südpol entdeckt
Redaktion / RUB
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16. März 2007

Forscher haben riesige Wasserreservoirs in Form von fast reinem Eis in beiden Polarregionen des Mars entdeckt. Die aufgespürten Eisschichten sind bis zu 4.000 Meter dick. Der Fund gelang mit dem Radar-Experiment MARSIS (Mars Advanced Radar for Subsurface and Ionospheric Sounding) der ersten planetaren Mission Mars Express der Europäischen Raumfahrt-Organisation ESA.

Mars-Südpol

Dicke der Eisschicht am Marssüdpol: Die Regionen mit den dünnsten Ablagerungen sind lila, die mit den dicksten Eisschichten rot dargestellt. Direkt um den Südpol konnte MARSIS keine Daten sammeln (schwarzer Kreis).  Bild: NASA / JPL / ASI / ESA / Univ. of Rome / MOLA Science Team/ USGS

"Jüngste wissenschaftliche Auswertungen dieses Experiments allein für den Südpol haben bis in einem Umkreis von 300 km ein asymmetrisch verteiltes Wasservolumen der Größenordnung von einer Million Kubikkilometern ergeben, entsprechend einer globalen Wasserschicht von etwa elf Metern Dicke", erklärt Prof. Dr. Peter Edenhofer von der Arbeitsgruppe "Antennen und Wellenausbreitung" der Ruhr-Universität Bochum, der an dem Experiment beteiligt ist. Über die Ergebnisse berichten die Forscher in der aktuellen Online-Ausgabe des Fachmagazins Science.

Die am Südpol des Mars vermessenen geschichteten Eisablagerungen weisen typischerweise drei verschiedene Arten von Radarechos auf: Zum einen sind besonders starke, von der Mars-Oberfläche herrührende Radarechos zu identifizieren, wobei das Strukturprofil dieser Echos weitgehend der Topografie folgt, die aus Entfernungsmessungen mit einem optischen Sensor Lidar stammen (sog. MOLA-Daten: Mars Orbiter Laser Altimeter, d.h. eine Art optisches Radar). Diese Daten nutzen die Forscher ergänzend als Vorab-Information zur topografischen Kartierung der Marsoberfläche. Zum anderen existiert im allgemeinen das zeitversetzte Profil eines relativ starken Radarechos, das von der Unterseite bzw. der Eis-Grundfläche der in einem ausgedehnten Bassin oder Trog mit einer vorwiegend steinigen Grenzfläche (bedrock) abgelagerten Eisschichten reflektiert wird.

Die Zeitverzögerung zwischen den beiden Arten von Radarechos lässt Rückschlüsse auf das Medium zu, das die ausgesandten und reflektierten Wellen auf ihrem Hin- und Rückweg durchdringen müssen, bis sie wieder gemessen werden: in diesem Fall nahezu verlustloses, reines Wassereis. "Aus der insgesamt gemessenen Zeitverzögerung ergibt sich schließlich als Schichtdicke der Eisablagerungen ein typischer Wert von drei Kilometern mit asymmetrisch um den Südpol verteilten seitlichen Ausdehnungen der Größenordnung 1.000 Kilometern und mehr", fasst Prof. Edenhofer diese Ergebnisse zusammen.

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Die Eisablagerungen verursachen bei einem Staubgehalt von nur wenigen Prozent eine minimale Dämpfung des Radarsignals, so dass auch feinstrukturierte Eisschichten bis zu einer Größenordnung von 10 Metern erkennbar sind. Die Auswertungen hierzu beziehen sich auf Radar-Messkampagnen von MARSIS, die auf der Nachtseite der südlichen Hemisphäre von Mars vorwiegend im Zeitraum November 2005 bis April 2006 während mehr als 300 Orbits durchgeführt wurden.

Basierend auf qualitativ hochwertigen MARSIS-Radarmessungen aus einer Auswahl von ca. 60 Mars Express-Umläufen haben die Forscher für die Mars-Südpolregion (Breitengrade größer als etwa 75 Grad) in Kombination mit den Lidar-Entfernungsmessungen eine Karte der Topografie der Schichtdicke der Eisablagerungen erstellt. Dazu wurde die Differenz zwischen optisch abgetasteter Mars-Oberfläche und radardetektierten Eis-Grundflächen ermittelt. Die maximale Dicke der Eisschicht beträgt demnach fast vier Kilometer, besonders bei hohen Breitengraden und asymmetrisch innerhalb der Längengrade zwischen etwa 320 Grad O bis 10 Grad O. Hieraus lässt sich auch das Volumen der Eisablagerungen in der Südpolregion berechnen: "Würde sich das Eis gleichmäßig über die Planetenoberfläche verteilen, wäre die globale Eisschicht vergleichsweise elf Meter dick", erläutert Prof. Edenhofer.

Das für MARSIS entwickelte Radargerät ist ein hochauflösendes Mehrfrequenz-Instrument vom Typ des Synthetic Aperture Radar (SAR) mit bordseitiger Datenvorverarbeitung. Es kann vor allem deshalb so große Eindringtiefen von bis zu sieben Kilometern in den Marsboden erzielen, weil es bei relativ niedrigen Frequenzen in vier Bändern zwischen 1,3 und 5,5 MHz mit einer jeweiligen Bandbreite von 1 MHz betrieben wird. Das MARSIS-Antennensystem besteht aus einem senkrecht zur Flugrichtung ausgerichteten Dipol mit Dipolarmen der Länge von jeweils 20 Metern und einem senkrecht zur Marsoberfläche positionierten sowie nach oben gerichteten Monopol der Länge sieben Metern.

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