Steile Hänge zeigen Strukturen von vergrabenen Eis auf dem roten Planeten

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Forscher der NASA haben acht Stellen gefunden, an denen dicke Eisvorkommen unterhalb der Marsoberfläche an erodierenden Hängen hervorscheinen. Das Eis wurde wahrscheinlich vor langer Zeit als Schnee abgelagert. Die Vorkommen könnten Hinweise liefern, wie sich das Klima auf dem Planeten entwickelte und möglicherweise Energiequellen für zukünftige bemannte Erkundungsmissionen bieten.

Mithilfe von NASA’s Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) entdeckten Forscher acht dicke Eisvorkommen unter der erodierten Marsoberfläche, die an einem Hang liegen. Diese acht Steilhänge, mit einem Hangwinkel von 55 Grad, könnten neue Informationen über die innere Schichtstruktur der zuvor erkannten unterirdischen Eisschichten in den mittleren Breites des Mars liefern.

Das Eis wurde wahrscheinlich als Schnee abgelagert. Die Ablagerungen, in Form von Wassereis, sind bedeckt  von einer ein bis zwei Meter mächtigen Schicht aus zementiertem Gestein oder Staub. Die Eisschichten geben Hinweise auf die Klimahistorie vom Mars und könnten außerdem für zukünfigte Explorationen und Raumfahrtmissionen genutzt werden.

Ein Querschnitt des unterirdischen Eises ist an dem steilen Hang freigelegt, der in dieser verbesserten Farbansicht der HiRISE-Kamera auf dem Mars Reconnaissance Orbiter der NASA hellblau erscheint. Die Szene ist ungefähr 550 Yards breit. Die Steilstufe fällt etwa 140 Yards von dem ebenen Boden im oberen Drittel des Bildes ab© NASA/Jet Propulsion Laboratory (s. Veröffentlichung)

Forscher publizierten die Ergebnisse am 11.01.2018 in dem Journal Science. Die Aufnahmen wurden mittels High Resolution Imaging Science Experiment (HiRISE) Kamera aufgenommen. Die Hänge befinden sich sowohl in der nördlichen als auch in der südlichen Hemisphäre, bei einer Latitude von 55-58 Grad.
Colin Dundas von der U.S.G.S berichtet: “Unter etwa einem Drittel der Marsoberfläche befindet sich Eis, das die jüngste Geschichte des Mars dokumentiert. Was wir sehen sind Querschnitte durch das Eis, die uns eine 3D-Ansicht mit mehr Details als je zuvor geben.”

Fenster in den Untergrund

Die Hänge zeigen ein Einblick in den riesigen Untergrund des Eises, welches zuvor mit Spektrometern auf dem Nasa Mars Odyssey (MRO) Orbit nachgewiesen wurde. Diese Spektren wurden mithilfe von Radarsinstrumenten des MRO und European Space-Agency’s Mars Express Orbit sowie durch Beobachtungen an frischen Impaktkratern nachgewiesen. Die NASA schickte den Phoenix-Lander als Antwort auf die Odyssey-Ergebnisse zum Mars. Im Jahr 2008 bestätigte und analysierte die Phoenix-Mission das vergrabene Wassereis bei 68 Grad nördlicher Breite.

“Durch die Entdeckung ergibt sich ein Einblick, in denen wir direkt in die unterirdischen Eisschichten sehen können”, sagt Shane Byrne von der Universität Arizona. Tuscon, ein Co-author, beschreibt es mit folgenden Worten: “Es ist wie bei einer Ameisenfarm, wo man durch das Glas schauen kann und sieht wie sich Ameisen unterhalb des Bodens verhalten.”

Wissenschaftler können bis zum jetzigen Zeitpunkt nicht eindeutig sagen, wie die Hangbildung von statten ging. Sobald jedoch das vergrabene Eis der Atmosphäre  ausgesetzt wird, wird ein Steilhang aufgrund der Phasenübergänge des Eises direkt aus der festen Form in Wasserdampf wahrscheinlich breiter und höher, wenn es sich “zurückzieht”. Bei einigen von ihnen ist die freigelegte Ablagerung von Wassereis mehr als 100 Meter dick. Die Untersuchung einiger Steilhänge mit dem MRT-Bildaufnahmespektrometer für Mars (CRISM) bestätigt, dass es sich bei dem hellen Material um gefrorenes Wasser handelt.

Forscher verwendeten früher MROs Shallow Radar (SHARAD), um ausgedehnte unterirdische Wassereisschichten in mittleren Breiten des Mars zu kartieren und schätzen, dass die Spitze des Eises weniger als etwa 10 Meter unter der Bodenoberfläche liegt. Doch um wie viel weniger? Die Radarmethode hatte keine ausreichende Auflösung, um dies zu sagen. Die neuen Eis-Scarp-Studien bestätigen Hinweise aus Beobachtungen an frischen Kratern und Neutronenspektrometern, dass eine wasserreiche Schicht in einigen Gebieten innerhalb von nur ein oder zwei Metern unterhalb der Oberfläche beginnt.

Zugang der Astronauten zum Wasser

Die neue Studie legt nicht nur nahe, dass das unterirdische Wassereis unter einer dünnen Abdeckung über weite Gebiete liegt, es identifiziert auch acht Stellen, an denen Eis direkt zugänglich ist, in Breiten mit weniger feindlichen Bedingungen als an den polaren Eiskappen des Mars. “Astronauten könnten im Wesentlichen einfach mit einem Eimer und einer Schaufel dorthin gehen und alles Wasser bekommen, das sie brauchen”, sagt Byrne.

Das exponierte Eis hat neben seinem potenziellen Ressourcenwert auch einen wissenschaftlichen Wert, weil es Beweise über langfristige Muster im Marsklima enthält. Die Neigung der Rotationsachse des Mars variiert viel mehr als die der Erde, über Jahrmilliarden hinweg. Heute sind die Neigungen der beiden Planeten ungefähr gleich. Wenn der Mars mehr kippt, können die klimatischen Bedingungen den Aufbau von Eis mittlerer Breite begünstigen. Dundas und Koautoren berichten, dass Streifenbildung und Farbvariationen, die in einigen Steilhängen sichtbar sind, Schichten vermuten lassen, “die sich möglicherweise mit Änderungen des Eis- und Staubanteils unter unterschiedlichen Klimabedingungen ablagern”. Die Forschung  profitierten von den Beobachtungen aus den Missionen Odyssey und MRO, welche die vorher geschätzte Lebensdauer bereits um 16 bzw. 11 Jahren überschritten haben. Die Orbitalbeobachtungen werden zwar fortgesetzt, jedoch sind zukünftige Missionen mit moderneren Instrumenten geplant, um zum Beispiel eine bessere Auflösung zu erhalten.

“Wenn Sie eine Mission an einem dieser Orte haben, die die Schichten entlang der Hänge abtastet, könnten Sie eine detaillierte Klimageschichte des Mars erhalten”, schlug MRO-Deputy-Projektwissenschaftler Leslie Tamppari vom Jet Propulsion Laboratory der NASA in Pasadena, Kalifornien, vor. “Es ist Teil der ganzen Geschichte was mit Wasser auf dem Mars im Laufe der Zeit passiert ist: Wohin fließt es? Wann sammelt sich Eis an? Wann tritt es zurück?” Sind Fragen die zukünftige Missionen klären sollen.

Die Universität von Arizona betreibt HiRISE, die von Ball Aerospace & amp; Technologies Corp., Boulder, Colorado gebaut wurde. Das Labor für Angewandte Physik der Johns Hopkins University, Laurel, Maryland, leitet die CRISM-Untersuchung der MRO. Die italienische Weltraumagentur stellte das MRO-Instrument SHARAD zur Verfügung, die Sapienza-Universität Rom leitet die SHARAD-Operationen, und das Planetary Science Institute mit Sitz in Tucson, Arizona, führt die Beteiligung der USA an SHARAD. Die Arizona State University, Tempe, leitet die THEMIS-Untersuchung der Odyssey Mission. JPL, eine Abteilung von Caltech in Pasadena, Kalifornien, leitet die MRO- und Odyssey-Projekte für das NASA-Wissenschaftsmandat in Washington. Lockheed Martin Space, Denver, baute beide Orbiter und unterstützt deren Betrieb.

Artikel:

NASA/Jet Propulsion Laboratory. “Steep slopes on Mars reveal structure of buried ice on Red Planet.” ScienceDaily. ScienceDaily, 11 January 2018.

Weitere Quellen:

Colin M. Dundas et al. Exposed subsurface ice sheets in the Martian mid-latitudes. Science, 2018 DOI: 10.1126/science.aao1619

 

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