Tief unten im Hellas Becken

Blickt man mit einem Teleskop von der Erde zum Mars, so erkennt man meist nicht viele Landschaftsmerkmale. Zumal die Beobachtungen häufig durch Staubstürme beeinträchtigt sind, die sich in der Marsatmosphäre austoben. Das Einschlagsbecken Hellas Planitia jedoch ist als große, fast kreisrunde Fläche von über 2200 Kilometern Durchmesser leicht als heller Fleck auf der Südhalbkugel zu sehen. Mit der vom DLR betriebenen hochauflösenden Stereokamera HRSC auf der ESA-Raumsonde Mars Express gelangen nun Aufnahmen der tiefsten Stellen dieses Einschlagsbeckens bei ungewöhnlich guten Sichtverhältnissen. Die systematische Prozessierung der Daten erfolgt am DLR-Institut für Planetenforschung in Berlin-Adlershof. Mitarbeiter der Fachrichtung Planetologie und Fernerkundung der Freien Universität Berlin erstellten die hier gezeigten Bildprodukte.

Hellas Perspektive
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Das Hellas-Becken entstand durch den Einschlag eines riesigen, vermutlich weit über 100 Kilometer großen Asteroiden in die junge Marskruste. Das geschah vor etwa 4,1 Milliarden Jahren, gegen Ende der Noachischen Periode, dem "Mars-Altertum", das bis vor etwa 3,7 oder 3,8 Milliarden Jahren vor unserer Zeit andauerte. In dieser frühen Zeit ereigneten sich auf den Planeten des inneren Sonnensystems die heftigsten Asteroideneinschläge, wovon beispielsweise auch die zahlreichen kreisrunden, von dunklem Vulkangestein angefüllten Becken auf der Mondvorderseite zeugen. Auch die Erde blieb nicht von diesen schweren kosmischen Treffern während der Phase des sogenannten "späten, schweren Bombardements" verschont. Durch die vielen dynamischen Prozesse in der Erdkruste sind die Spuren dieser Einschläge bei uns jedoch längst ausgelöscht. Mit über 2000 Kilometern Durchmesser gehört das Hellas-Becken mit dem Südpol-Aitken-Becken auf der Mondrückseite oder dem Valhalla-Becken auf dem Jupitermond Callisto zu den größten Kollisionsereignissen in unserem Sonnensystem.

          

Hellas Farbaufsicht
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Wasser könnte auf dem Grund von Hellas stabil sein

Heute ist Hellas Planitia das tiefste erhaltene Einschlagsbecken auf dem Mars. Von seinem Grund bis zum Rand des innersten von mehreren konzentrischen Kraterrand-Ringgebirgen werden mehr als 4000 Meter Höhenunterschied gemessen. Bis zu den Gipfeln auf den weiter außen gelegenen Bergketten der beim Einschlag aufgeschobenen Kraterringe sind es zum Teil mehr als 9000 Meter Höhenunterschied. Im Laufe der Zeit wurde das Innere von Hellas Planitia durch geologische Prozesse stark verändert. Der Wind wehte Staub in das Becken,  Gletscher und Wasserläufe haben Sedimente mit sich geführt und abgelagert und  Vulkane haben auf dem Boden von Hellas mit dünnflüssiger Lava Schichten gebildet. Trotz der langen Zeit, die Hellas Planitia der Erosion ausgesetzt war und durch Ablagerungen verändert wurde, ist es das am besten erhaltene große Einschlagsbecken auf dem Mars.

Die tiefsten Punkte von Hellas befinden sich im westlichen Teil, in dem auch die hier gezeigten HRSC-Aufnahmen am 17. Dezember 2013 während des Mars Express-Orbits 12690 bei 57 Grad östlicher Länge und 33 Grad südlicher Breite entstanden. Die an diesem Tag herrschenden guten Sichtbedingungen aus dem Orbit sind ungewöhnlich, denn meist wehen vom Hochland und aus den Ringgebirgen heftige Staubstürme über die Hellas-Tiefebene und machen es dann unmöglich, durch diesen Dunst aus Staub und Aerosolen die Oberfläche zu sehen. An den tiefsten Stellen von Hellas ist der atmosphärische Druck fast doppelt so hoch wie auf dem Nullniveau im angrenzenden Marshochland. Die Druck- und Temperaturbedingungen liegen stellenweise sogar über dem sogenannten "Tripelpunkt" des H2O-Moleküls, so dass mancherorts sogar Wasser auf der Oberfläche stabil sein könnte. An allen höher gelegenen Regionen auf dem Mars würde Wasser wegen des zu niedrigen Atmosphärendrucks rasch "verdunsten".

    

Hellas Farbkodiertes Höhenmodell
Hellas Farbkodiertes Höhenmodell
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Gletscher von bis zu 450 Metern Mächtigkeit vermutet

Form und Gestalt von zahlreichen Landschaftsmerkmalen in Hellas Planitia deuten an, dass Eis und Gletscher im Innern des Beckens wirkten - und vielleicht noch heute unter der dicken Staubbedeckung existent sind. So lassen Radarmessungen mit dem Instrument SHARAD an Bord des Mars Reconnaissance Orbiters der NASA vermuten, dass unter den länglichen, gewundenen Schutt- und Geröllstrukturen in einigen kleineren Kratern in Hellas noch heute Gletscher mit bis zu 450 Meter Eismächtigkeit vor den Blicken der Kameras verborgen sind. Die großräumige Betrachtung der Bilder legt nahe, dass das gesamte Gebiet von einer dicken Staubschicht bedeckt sein muß. Ein 40 Kilometer großer alter Krater ist in der südlichen (linken) Bildhälfte nur noch an seinen Umrissen zu erkennen: Vermutlich wurde er von Lavaströmen angefüllt, deren Fließfront sich von Ost nach West, quer durch die Bildmitte, erstreckt.

Auf den Bildern sind noch zwei deutlich besser erhaltene Krater zu erkennen. Der größere der beiden hat einen Durchmesser von etwa 25 Kilometern. Auffallend ist die ungewöhnliche Morphologie in den Kratern und in ihrer Umgebung. Von Norden (rechts oben in den Bildern 2, 3 und 4, links oben auf Bild 1) erstreckt sich ein dickes Band, das aussieht wie ein staubbedeckter Feuerwehrschlauch, bis zum Kraterrand. Im Innern des größeren Kraters befindet sich eine ähnlich gemusterte ovale Struktur. Und am südlichen Kraterrand gibt es Material, dessen Oberfläche Fließstrukturen zeigt. Bei genauerer Betrachtung zeigt es die Fließrichtung an, die parallel zu den Rändern dieser Strukturen verlief. Es ist sehr wahrscheinlich, dass von Geröll und Gesteinsschutt bedecktes Gletschereis diese Phänomene erzeugt hat. Bei Betrachtung von Bild 3 mit einer 3D-Brille lassen sich zudem Schichtungen in den Kraterrändern erkennen.

     

Hellas Anaglyphe
Hellas Anaglyphe
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Bildverarbeitung und das HRSC-Experiment auf Mars Express

Die Aufnahmen mit der HRSC (High Resolution Stereo Camera) entstanden am 17. Dezember 2013 während Orbit 12.690 von Mars Express. Die Bildauflösung beträgt etwa 15 Meter pro Bildpunkt (Pixel). Die Bildmitte liegt bei etwa 33 Grad südlicher Breite und 57 Grad östlicher Länge. Die Farbaufsicht (Bild 2) wurde aus dem senkrecht auf die Marsoberfläche gerichteten Nadirkanal und den Farbkanälen der HRSC erstellt; die perspektivische Schrägansicht (Bild 1) wurde aus den Stereokanälen der HRSC berechnet. Das Anaglyphenbild (Bild 4), das bei Betrachtung mit einer Rot-Blau- oder Rot-Grün-Brille einen dreidimensionalen Eindruck der Landschaft vermittelt, wurde aus dem Nadirkanal und einem Stereokanal abgeleitet. Die in Regenbogenfarben kodierte Aufsicht (Bild 3) beruht auf einem digitalen Geländemodell der Region, von dem sich die Topographie der Landschaft ableiten lässt.

Die High Resolution Stereo Kamera wurde am Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) entwickelt und in Kooperation mit industriellen Partnern gebaut (EADS Astrium, Lewicki Microelectronic GmbH und Jena-Optronik GmbH). Das Wissenschaftsteam unter Leitung des Principal Investigators (PI) Prof. Dr. Ralf Jaumann besteht aus 52 Co-Investigatoren, die aus 34 Institutionen und elf Nationen stammen. Die Kamera wird vom DLR-Institut für Planetenforschung in Berlin-Adlershof betrieben.