Mars Express der ESA hat eine erstaunliche Vielzahl von Landschaftsformen erfasst, die aus einer dicken Winterdecke aus Frost auftauchen, während im südlichen Polargebiet des Mars der Frühling anbricht. Einige dieser Merkmale sind im Vergleich zu ihrer eisigen Umgebung überraschend dunkel und haben den Spitznamen "kryptisches Terrain" erhalten.
Die saisonalen Polkappen des Mars bestehen hauptsächlich aus Kohlendioxid-Eis mit etwas Wasser-Eis. Das Eis sublimiert teilweise (verwandelt sich direkt von festem Eis in Dampf) im Frühling und setzt große Mengen Gas in die dünne Atmosphäre des Mars frei. Im Herbst kondensiert der Dampf erneut, und die Polkappen wachsen. Bis zum späten Winter können sie sogar bis zu 55 Grad Breite reichen -- ungefähr das Äquivalent zu den südlichen Regionen Schottlands und Dänemarks, wenn man es ins nördliche Erdhalbkugel übersetzt.
Dieser Gefrier-Tau-Zyklus führt zu einer Vielzahl von kuriosen Oberflächenmerkmalen, von denen viele in diesen Bildern der Region Australe Scopuli nahe dem südlichen Pol des Mars festgehalten wurden. Die Bilder wurden am 2. April 2024 von der Hochauflösenden Stereo-Kamera (HRSC) an Bord von Mars Express während des Frühlings der Südhalbkugel aufgenommen.
Die linke Seite des Hauptbildes wird von einem dicken Stapel freigelegter geschichteter Ablagerungen dominiert, die entstanden sind, als sich Eis mit unterschiedlichen Mengen von eingeschlossener Staubschicht gefroren hat. Die rechte Seite des Hauptbildes zeigt die glatte Oberfläche dieser polaren geschichteten Ablagerungen.
Ein dunkeltöniges Terrain dominiert die Mitte der Szene. Ursprünglich als kryptisches Terrain bezeichnet, weil unklar war, warum diese auftauchenden Merkmale viel dunkler sind als der Rest der Polkappe, haben die Forscher jetzt eine bessere Vorstellung von den Prozessen, die in dieser dynamischen Region am Werk sind.
Periglaziale Muster
Ein Zoom in die dunkle Region des Hauptbildes zeigt, dass die Oberfläche mit einem Muster polygonaler Formen in verschiedenen Maßstäben bedeckt ist. Jedes Polygon wird von Gräben oder Kämmen begrenzt, und manchmal fangen die Gräben hellen Frost.
Um einen genaueren Blick auf das polygonale Terrain zu werfen, können wir auf hochauflösende Bilder zurückgreifen, die vom Trace Gas Orbiter der ESA bereitgestellt werden. Obwohl das hier gezeigte Beispiel aus einem anderen Bereich der südlichen Breiten des Mars stammt, veranschaulicht es wunderschön das Vorkommen von verbleibendem Eis an den Polygonkanten in und um einen Einschlagkrater an einem kalten Frühlingsmorgen.
Auf der Erde ist dieses Muster ein häufiges periglaziales Merkmal in arktischen und antarktischen Regionen, das normalerweise auf das Vorhandensein von Wasser-Eis im Boden hinweist. "Periglazial" bezieht sich auf Regionen und Prozesse, in denen ein kaltes Klima zur Evolution von Landschaftsformen und Landschaften beiträgt. Die Polygone entstehen aus Gefrier-Tau-Zyklen von Boden-Eis über mehrere Jahre oder sogar Jahrhunderte. Das Studium dieser Muster auf dem Mars kann den Forschern helfen, die Klimageschichte des Planeten zu entschlüsseln.
Düsen und Fächer
An vielen Stellen im Bild sind helle und dunkle fächerförmige Ablagerungen zu sehen. Sie reichen von mehreren Metern bis zu mehreren Hundert Metern und sind in die Richtung der vorherrschenden Winde ausgerichtet.
Wenn Sonnenlicht zu Beginn des Frühlings durch die durchscheinende Schicht aus Kohlendioxid-Eis eindringt, erwärmt es die darunter liegende Oberfläche. Das Eis am Boden der Schicht beginnt zu sublimieren und erzeugt Taschen von eingeschlossenem Gas. Der Druck baut sich auf und das darüber liegende Eis reißt plötzlich auf. Düsen von Gas brechen durch die Oberfläche und tragen dunklen Staub von unten mit sich. Der Staub fällt zurück auf die Oberfläche in einem Muster, das von der Richtung des vorherrschenden Winds geformt wird.
Der Prozess ähnelt dem, der die "Spinnen"-Merkmale erzeugt, die in einer anderen aktuellen Veröffentlichung von Mars Express gezeigt wurden.
Nachdem das dunkle Material auf dem Eis niedergelassen wurde, beginnt eine zweite Phase, in der das Eis und eine neue Staubschicht interagieren.
Das dunkle Material absorbiert mehr Sonnenlicht als das hellere, reflektierende Eis und erwärmt somit das Eis, auf das es gefallen ist, und die dunklen Körner sinken allmählich durch das Eis. Gleichzeitig beschleunigt dies den Sublimationsprozess und schafft ein Loch. Entweder wird frisches Eis darunter freigelegt oder neuer Frost kann sich dann auf die sinkenden dunklen Körner kondensieren, was zu einem hellen Fächer an der Stelle des ursprünglich dunklen Fächers führt.
Dieser Prozess wird nur im Frühling beobachtet. Sobald die saisonale durchscheinende Eisschicht vollständig sublimiert ist, werden die Fächer von der darunter liegenden Oberfläche nicht mehr zu unterscheiden.
Erforschung des Mars
Es ist der Langlebigkeit von Missionen wie Mars Express zu verdanken, die 2003 in die Umlaufbahn um den roten Planeten eingetreten ist, dass saisonale Veränderungen über viele Jahre hinweg beobachtet werden können und einst kryptische Merkmale besser verstanden werden können.
Zusätzlich zur Untersuchung der Polkappen des Planeten hat die HRSC uns die gesamte Bandbreite der geologischen Merkmale des Mars gezeigt, von vom Wind geschliffenen Kämmen und Rillen bis zu Senklochern an den Flanken kolossaler Vulkane, von Einschlagkratern, tektonischen Verwerfungen, Flusskanälen bis hin zu alten Lavabecken.
Mit seiner Reihe von acht Instrumenten kartiert Mars Express auch die Mineralien des Planeten, untersucht die Zusammensetzung und Zirkulation seiner Atmosphäre, sondiert unter seiner Kruste und studiert die marsianische Umwelt.
Die Mission war über ihre gesamte Laufzeit hinweg immens produktiv und hat ein viel umfassenderes und genaueres Verständnis unseres planetarischen Nachbarn als je zuvor geschaffen.