MARS-Express-Radar liefert erste Daten von der Mars-Oberfläche

Das Radar hatte mit Abschluss der ersten Phase der Einsatzerprobung am 4. Juli seinen wissenschaftlichen Betrieb aufgenommen. Infolge der verspäteten Entfaltung der Antenne war zuvor beschlossen worden, die Einsatzerprobung, für die ursprünglich vier Wochen vorgesehen waren, in zwei Phasen aufzuteilen. Die zweite Phase soll im Dezember dieses Jahres beginnen. Die wissenschaftlichen Beobachtungen mit dem Instrument konnten somit früher als geplant, nämlich noch während der Mars-Nacht, eingeleitet werden – optimale Umgebungsbedingungen für Bodensondierungen, denn während des Mars-Tags ist die Ionosphäre energiereicher und wirkt sich deshalb störend auf die zur Sondierung ausgesendeten Radiosignale aus.

Gleich bei ihrer Einsatzerprobung haben die beiden 20 Meter langen Antennenausleger Radiosignale zur Marsoberfläche gefunkt und deren Echos registriert. „Die Einsatzerprobung hat gezeigt, dass das Radar einwandfrei funktioniert und nun ohne Interferenzen mit den anderen Sondeninstrumenten in vollem Umfang betrieben werden kann“, erklärte Roberto Seu, Instrumentleiter für MARSIS von der La-Sapienza-Universität in Rom.

Ein exzellenter Test

Bei der MARSIS-Radarantenne handelt es sich um ein sehr komplexes Instrument, das in verschiedenen Frequenzbändern betrieben werden kann. Für Bodensondierungen eignen sich am besten Signale im niedrigen Frequenzbereich, für die obersten Bodenschichten werden hingegen sehr hohe Frequenzen verwendet. Zur Untersuchung der Mars-Oberfläche sowie der oberen Bereiche der Atmosphäre schließlich kann MARSIS alle Frequenzbereiche einsetzen. „Während der Einsatzerprobung haben wir alle Übertragungsmöglichkeiten getestet und die Leistung des Radars in der Mars-Umlaufbahn optimiert“, so Prof. Giovanni Picardi, Hauptexperimentator für MARSIS von der La-Sapienza-Universität in Rom. „Dies ermöglichte uns seit der Aufnahme der wissenschaftlichen Beobachtungen Anfang Juli einen sehr sauberen Empfang von Oberflächenechos sowie die Erfassung erster Daten zur Ionosphäre.“

Das MARSIS-Radar ist so programmiert, dass es seinen Betrieb nur dann aufnimmt, wenn die Sonde auf ihrer Umlaufbahn der Oberfläche des Planeten möglichst nahe kommt. Sobald die Sonde sich bei ihrer Umrundung dem marsnächsten Punkt nähert, wird das Radar 36 Minuten lang eingeschaltet, wobei die 26 mittleren Einsatzminuten für Bodensondierungen und die jeweils fünf Minuten davor und danach für das Sammeln von Daten aus der Ionosphäre genutzt werden.

MARSIS hat in erster Linie die nördlichen Ebenen auf sämtlichen Längengraden zwischen 30° und 70° nördlicher Breite im niedrigen Frequenzbereich ins Visier genommen. „Mit der Arbeit des Radars sind wir sehr zufrieden. Die bis jetzt vorgenommen Oberflächensondierungen entsprechen den bestehenden Modellen der Mars-Topografie fast bis ins Detail“, teilte Prof. Picardi erfreut mit. Diese Messungen waren also ein ausgezeichneter Test. Der auf den Ebenen des Mars liegende Schwerpunkt der ersten Datenanalysen erklärt sich wissenschaftlich dadurch, dass sich die darunter liegenden Bodenschichten theoretisch leichter erfassen lassen, obwohl die Aufgabe auch in diesem Fall keineswegs einfach ist. „Da das Radar bei Oberflächensondierungen offenbar einwandfrei funktioniert, können wir auch von einer reibungslosen Aussendung von Radiowellen unter die Mars-Oberfläche ausgehen“, erläuterte Prof. Picardi.

„Das ist erst der Anfang unserer eigentlichen Arbeit, denn jetzt müssen wir die von den Bodenschichten reflektierten Echos genau erfassen und zuordnen. Dafür müssen alle Daten sorgfältig ausgewertet werden. Außerdem ist sicherzustellen, dass Signale, die eventuell aus verschiedenen Tiefen stammen könnten, nicht in Wahrheit auf Bodenunregelmäßigkeiten zurückzuführen sind. Damit werden wir sicherlich noch einige Wochen beschäftigt sein.“

Überraschende erste Entdeckungen

Auch die ersten von MARSIS vorgenommenen Messungen der Mars-Ionosphäre haben den Wissenschaftlern einige interessante Ergebnisse beschert: Das Radar reagiert sofort auf die in der Ionosphäre vorhandene Anzahl geladener Teilchen (Plasma), die teilweise höher als erwartet war. „Wir analysieren jetzt die Daten, um herauszufinden, ob diese Messungen eventuell auf ein plötzliches Ansteigen der Sonnenaktivität zurückzuführen sind, wie es etwa am 14. Juli zu beobachten war, oder ob wir neue Erklärungsmodelle brauchen. Eine Antwort werden uns erst eingehendere Datenanalysen geben können“, so Jeffrey Plaut, Co-Hauptexperimentator vom Jet Propulsion Laboratory der NASA im kalifornischen Pasadena.

Die Radarantenne wird ihre Signale, die auf der Marsoberfläche auftreffen und in die darunter liegenden Bodenschichten eindringen, bis Mitte August aussenden. Zu diesem Zeitpunkt werden die Nachtbeobachtungen dann überwiegend abgeschlossen sein. Danach erhalten andere, besser für Tagesbeobachtungen ausgelegte Mars-Express-Instrumente Vorrang, wie z. B. die hochauflösende Stereo-Kamera HRSC und das zur Kartierung eingesetzte Spektrometer OMEGA. MARSIS wird jedoch auch tagsüber seine Beobachtungen der Oberfläche und der Ionosphäre des Planeten fortsetzen. Für die Ionosphärenmessungen, die unter allen verschiedenen Sonneneinstrahlungsbedingungen vorgenommen werden sollen, sind mehr als 20 % der Umlaufzeit von Mars Express veranschlagt.

Im Dezember wird sich der dem Planeten nächste Punkt der Umlaufbahn von Mars Express dann wieder auf der Nachtseite, jedoch in der Nähe des Südpols, befinden, so dass sich für MARSIS erneut optimale Beobachtungsbedingungen für Bodensondierungen – diesmal auf der Südhalbkugel des Mars – ergeben.

Hinweise für die Redakteure:

Während der ersten Phase der Einsatzerprobung wurden Elektronik und Software von MARSIS sowie die beiden 20 Meter langen „Dipol“-Antennenausleger getestet. In der zweiten, etwa zehntägigen Phase der Einsatzerprobung soll dann der 7 Meter lange „Monopol“-Ausleger kalibriert werden, der in Verbindung mit den „Dipol“-Auslegern Auswirkungen von Bodenunebenheiten auf die von den „Dipol“-Auslegern ausgestrahlten und von einer unregelmäßigen Oberfläche reflektierten Radiowellen korrigieren soll. Der „Monopol“-Ausleger wird sich besonders bei Beobachtungen von Gebieten mit größeren Bodenunebenheiten als nützlich erweisen.

MARSIS wurde im Rahmen einer Vereinbarung zwischen der italienischen Raumfahrtagentur ASI und der NASA entwickelt. Mit der Durchführung der Entwicklung war unter der Leitung der ASI sowie unter der wissenschaftlichen Aufsicht der La-Sapienza-Universität in Rom das Unternehmen Alenia Spazio in Zusammenarbeit mit dem Jet Propulsion Laboratory (JPL) und der Universität von Iowa betraut. Das JPL steuerte die von Astro Aerospace hergestellte Antenne bei. MARSIS ist das erste Instrument, das einen Einblick in die Bodenschichten des Mars ermöglicht.

Hauptaufgaben von MARSIS sind die Erfassung der Sedimentschichten unter der Mars-Oberfläche sowie möglicher darunter liegender Wasser- oder Eisvorkommen, eine Altimetriekartierung in großem Maßstab sowie Untersuchungen der Ionosphäre des Planeten.

Für Bodensondierungen muss sich MARSIS in einer Entfernung von 300 km bis 800 km zur Mars-Oberfläche befinden, während es zufriedenstellende Ionosphärenbeobachtungen bereits aus einer Distanz von bis zu 3000 km vornehmen konnte. Die vertikale Auflösung des Radars beträgt etwa 150 m (im offenen Weltraum), die horizontale Auflösung liegt bei wenigen Kilometern und hängt von der Bahnhöhe der Sonde ab.

Das italienisch-amerikanische MARSIS-Team ist auch wesentlich am Sharad-Radar beteiligt, einem von der ASI gelieferten Instrument an Bord des Mars-Orbiters MRO der NASA, dessen Start im August bevorsteht. Die von den beiden Radars MARSIS und Sharad gelieferten Daten über die Bodenschichten des Mars sollen einander ergänzen. MARSIS kann Sondierungen bis in eine Tiefe von 5 km vornehmen, während sich der Einsatz von Sharad auf oberflächennahe Schichten konzentrieren wird.

Weitere Auskunft erteilen:

Giovanni Picardi
MARSIS-Hauptexperimentator, Infocom Dept./Università di Roma „La Sapienza“
picar@infocom.uniroma1.it

Jeffrey Plaut
MARSIS-Co-Hauptexperimentator, NASA/JPL
plaut@jpl.nasa.gov

Roberto Seu
Instrumentleiter für MARSIS und Leiter des Sharad-Teams, Infocom Dept./Università di Roma „La Sapienza“
roberto.seu@uniroma1.it

Agustin Chicarro
Mars-Express-Projektwissenschaftler der ESA
Agustin.chicarro@esa.int

Fred Jansen
Mars-Express-Missionsleiter der ESA
fjansen@rssd.esa.int

Enrico Flamini
ASI-Programmleiter für den italienischen Beitrag zu Mars Express
Enrico.Flamini@asi.it