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Das Rätsel der Dark Dune Spots (DDS) auf dem Mars

Auf neuesten Aufnahmen, welche der amerikanischen Marssonde Mars Reconaissance Orbiter (MRO) im Januar 2009 gelangen, entdeckten NASA-Wissenschaftler der University of Arizona merkwürdige dunkle Flecken am Kraterrand des Marsvulkans Malea Patera. Dieser nach augenblicklichem Kenntnisstand erloschene Marsvulkan befindet sich inmitten des 2300 km durchmessenden Einschlagsbeckens Hellas Planitia auf der Südhalbkugel des Mars.

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Die Topographie des Mars. Hellas Planitia ist der dunkelblaue Krater im Süden der östlichen Hemisphäre (rechtes Bild links unten). Quelle: NASA

Der Boden dieses riesigen Kraters, der durch den Einschlag eines grösseren Himmelskörpers in der Frühzeit des Mars entstand, liegt 7km tiefer als die unmittelbare Umgebung. Der Luftdruck ist hier deshalb mit 14 hPa doppelt so hoch wie direkt oberhalb des Kraters. Das ist ausreichend, damit Wasser in flüssiger Form über längere Zeit existieren kann. Die Wissenschaftler gehen davon aus, dass die dunklen Flecken aus schwarzer Vulkanasche bestehen, die aufgrund ihrer dunklen Färbung das Sonnenlicht besonders gut absorbieren und so im Marsfrühling darüberliegndes Eis schon frühzeitig auftauen. Doch warum soll die Vulkanasche so scharf gezeichnete Ränder ergeben, wie sie alle Flecken nun einmal aufweisen? Eine plausible Erklärung wären austretende heisse vulkanische Gase, die von unten das Eis auftauen. Soweit die Überlegungen der NASA-Wissenschaftler. 

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Die rätselhaften dunklen Flecken  des Marsvulkans Malea Patera. Quelle.: NASA MRO http://hirise.lpl.arizona.edu/

Es ist nun allerdings nicht das erste Mal, dass derartig merkwürdige dunkle Flecken auf dem Mars gesichtet werden. Ganz im Gegenteil: das Phänomen wurde über Jahre hinweg immer wieder beobachtet.

Auf Aufnahmen des “Mars Global Surveyor” (MGS), beispielsweise, einer Vorgängersonde des Mars Reconaissance Orbiter(MRO) fand man ebenfalls dunkle Flecken. Diese “Dark Dune Spots”(DDS) genannten Flecken erscheinen und verschwinden in Dünenfeldern der Südpolarregion mit dem Wechsel der Jahreszeiten auf dem Mars. Die Flecken tauchen zu Frühlingsbeginn auf, werden dann kräftiger (Maximum im späten Frühling) und verblassen dann mit dem beginnenden Sommer. Auch der Mars-Reconaissance-Orbiter (MRO) fotografierte mehrfach diese Flecken.

Die meisten Wissenschaftler erklären bis heute die Flecken mit dem abwechselnden Gefrieren und Auftauen der Dünen. Im Winter gefrieren sie und tauen wieder auf im Frühling, wenn es wärmer wird. Wegen des geringen Luftdrucks auf dem Mars (6-10 hPa) gehen das zunächst noch gefrorene Wasser (H2O) und Kohlendioxid (CO2) direkt vom gasförmigen in den festen bzw. vom festen in den gasförmigen Zustand über (Sublimation). Diese Vorgänge werden durch die Oberflächenstruktur und die inneren physikalischen Eigenschaften der Dünen entscheidend bestimmt, wodurch sich Lage und Anordnung der DDS ergeben.

Im Jahre 2001 stellten mehrere ungarische ESA-Wissenschaftler aus Budapest in der Zeitschrift “Lunar and Planetary Science” eine faszinierende Theorie  zur Erklärung des DDS – Phänomens vor:

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Dark Dune Spots (DDS):  ESA (oben links), NASA MGS und MO (oben rechts, unten links, unten mitte, mitte links), NASA MRO (unten links), Vegetation in Australien (oben mitte) Quelle: WetterJournal (ESA, NASA)

Nach der Analyse von über 100 Detailaufnahmen, die jeweils ein 1-3 km breites und 20-80 km langes Gebiet zeigen, wobei die zumeist kreisförmigen DDS Abmessungen zwischen einigen dutzend und einigen hundert Metern haben, kommen die ESA-Wissenschaftler zu überraschenden Ergebnissen:

Der Aufenthaltsort, die Form und die Anordnung der DDS ist unabhängig von der genauen Oberflächenstruktur der Dünen. Die DDS folgen nicht dem Höhenprofil der Landschaft, sondern scheinen radial nach außen zu “wachsen”. Während des Frühlings beginnen die einzelnen, ursprünglich kreisförmigen DDS hangabwärts zu fliessen, so dass ein sehr charakteristisches Muster paralleler Fliessrinnen entsteht. Die DDS verlaufen wie Tinte auf einem senkrecht gehaltenen Blatt Löschpapier. Das deutet nun aber nicht auf Sublimationsvorgänge, sondern auf flüssiges Wasser hin.

Die DDS entstehen vorwiegend nicht  oben auf den Dünen, sondern weiter unten, und sie entstehen auch nicht an den der Sonne besonders ausgesetzten Bereichen, wie es eigentlich zu erwarten wäre, wenn die konventionelle Erklärung stimmen würde. Ausserdem tauchen die DDS in den meisten Fällen in aufeinander folgenden Jahren immer wieder an denselben Stellen auf. Hieraus ergibt sich, das komplizierte Sublimationsvorgänge als Erklärung für das Erscheinen und die weitere Entwicklung der DDS nicht überzeugen.

Eine alternative Erklärung ist die mögliche Existenz einfacher photoautotropher (d.h. nur lichtabhängiger)Organismen, sogenannter Mars Surface Organism (MSO) in den DDS. Wenn es auf dem Mars Leben gibt, so muss es an die jeweiligen örtlichen Gegebenheiten angepasst sein. Die MSO könnten den folgenden Lebenszyklus durchlaufen:

Im Winter ist der Boden unter den DDS tief gefroren. Die DDS sind mit Eis, Schnee und einer darüberliegenden Trockeneisschicht (CO2-Eis) bedeckt. Die Organismen (MSO) befinden sich in einer Schicht zwischen dem Boden und der Eis- und Schneedecke und liegen (als Sporen?) in einer Art ” Winterschlaf”.

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Lebenszyklus der Mars Surface Organism (MSO). Quelle: http://www.colbud.hu/esa/

Da Eis lichtdurchlässig ist, absorbieren die MSO das erste einfallende Sonnenlicht des beginnenden Frühlings, nehmen ihren lichtabhängigen Stoffwechsel wieder auf, erwärmen sich dabei und schmelzen so das umgebende Eis, wodurch die Sublimation der oberen Trockeneisschicht beschleunigt wird. Die MSO schwimmen nun in einem wässrigen Medium und kommen so auch an die aus dem darunter liegenden Boden herausgelösten Mineralstoffe heran. Die oben aufliegende Eis- und Schneedecke schützt sie vor Kälte, Austrocknung und den gefährlichen UV-Strahlen. Die MSO wachsen und vermehren sich. Immer mehr Eis schmilzt, und es kommt zum Auslaufen der DDS. Wenn die schützende Eisschicht im Frühsommer abgeschmolzen ist verdampft das vorher flüssige Wasser schlagartig und die MSO werden gefriergetrocknet, wodurch die DDS verblassen. Sie müssen sich vorher rechtzeitig in eine dauerhafte und widerstandsfähige Form (Sporen o.ä.) verwandelt haben. Die DDS werden in der südpolaren Region bis hinauf zu -60° SÜD angetroffen. In genau diesem Bereich fand die “Mars Odyssey” (MO), eine weitere amerikanische Marssonde, besonders grosse Mengen an Wasser durch Neutronenspektroskopie.

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In den Gebieten mit den grössten Wasservorkommen erscheinen auch die Dark Dune Spots (DDS). Sie erscheinen und verschwinden mit dem Wechsel der Jahreszeiten. Quelle: http://www.colbud.hu/esa/

Gemessen wurde ein deutliches Defizit an schnellen Neutronen, was auf eine große Menge an Wasser hinweist, das die schnellen Neutronen durch  Zusammenstösse abbremst. Bei den photoautotrophen MSO könnte es sich womöglich um algenartige Lebensformen handeln, ähnlich wie im Eis der Antarktis. Dies würde auch zu dem Befund passen, dass die Marsatmosphäre verglichen mit der Erde zwar nur sehr wenig Sauerstoff enthält, verglichen mit den anderen Planeten des Sonnensystems aber ausserordentlich viel;  immerhin um den Faktor 30.000 mehr !

Das Neutronenspektrometer (NS) der Mars Odyssey: Der Neutronendetektor (NS) bestimmt vom Mars kommende Neutronen in 3 Energiebereichen (Bändern): Thermische Neutronen, epithermische Neutronen und schnelle Neutronen. Neutronen entstehen durch den Beschuss von Oberflächenmaterial mit kosmischer Strahlung. Wasser moderiert Neutronen, d.h. es nimmt ihnen durch Zusammenstösse die Energie. Aufgrund dieser Tatsache kann der Neutronendetektor grössere Mengen an Wasser (ab einer Schichtdicke von 1 m) entdecken. Das Instrument ist ein rechteckig und besteht aus 4 Prismen. Ein Prisma schaut zur Planetenoberfläche, eines in den Weltraum, eines zur Mars Odyssey (MO) und eines in Bewegungsrichtung der Raumsonde. Jedes Prisma besteht aus mit Bor versetztem Kunststoff und mit einer Photomultiplierröhre verbunden. Ein Neutron stößt mit den Wasserstoff- und Kohlenstoffkernen des Kunststoffes zusammen und wird abgebremst. Schliesslich erreicht er eine Geschwindigkeit die ausreicht aus um von Bor-Atomkern eingefangen zu werden. Der Kern des Boratoms zerfällt daraufhin zu einen Lithiumkern. Dies verursacht wiederum einen Lichtblitz, der durch Photomultiplierröhren verstärkt und dann registriert wird. Während ein Prisma die Neutronen vom Mars detektiert, erfasst das zweite Prisma Neutronen aus dem kosmischen Hintergrund. Die beiden anderen Detektoren erfassen thermische Neutronen, welche sich in ihrer Bewegungsenergie entsprechend der Geschwindigkeit der Raumsonde unterscheiden. Dadurch kann man sehr genau zwischen thermischen, von der Oberfläche kommenden oder schnellen Hintergrundneutonen unterscheiden, indem man einfach die Daten zweiter Prismen voneinander abzieht.  

Jens Christian Heuer

Quellen: High Resolution Imaging Science Experiment http://hirise.lpl.arizona.edu/, ESA Mars Astrobiology Group http://www.colbud.hu/esa/

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Kategorien:Wissenswertes
  1. Es gibt noch keine Kommentare.
  1. 11. November 2011 um 17:52

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