Das Studium der Oberflächenmerkmale eines anderen Planeten kann einen Einblick in seine tiefe Vergangenheit bieten. Nehmen Sie zum Beispiel den Mars, einen Planeten, dessen Oberfläche eine Mischung aus Merkmalen ist, die Bände sprechen. Neben alten Vulkanen und Schwemmfächern, die auf vergangene geologische Aktivitäten hinweisen, und flüssigem Wasser, das einst an der Oberfläche floss, gibt es auch die vielen Einschlagskrater, die seine Oberfläche punktieren.
In einigen Fällen gehen von diesen Einschlagskratern seltsame helle Streifen aus, die viel weiter reichen, als es die grundlegenden Auswurfmuster erlauben würden. Laut einer neuen Forschungsstudie eines Teams der Brown University sind diese Merkmale das Ergebnis großer Einschläge, die massive Wolken erzeugten. Diese hätten mit der Marsatmosphäre interagiert, argumentieren sie, und Überschallwinde verursacht, die die Oberfläche durchkämmten.
Diese Merkmale wurden vor Jahren von Professor Peter H. Schultz, Professor für Geologie mit dem Institut für Erd-, Umwelt- und Planetenwissenschaften (DEEPS) an der Brown University. Beim Betrachten von Bildern, die nachts von der Mars-Odyssee Orbiter mit seinem THEMIS Instrument bemerkte er Steaks, die nur erschienen, wenn sie im Infraroten abgebildet wurden.
Künstlerische Konzeption der Raumsonde Mars Odyssey. Bildnachweis: NASA/JPL
Diese Schlieren waren nur im IR sichtbar, da nur bei dieser Wellenlänge Kontraste in der Wärmespeicherung auf der Oberfläche sichtbar waren. Im Wesentlichen weisen hellere Regionen bei Nacht auf Oberflächen hin, die tagsüber mehr Wärme speichern und länger brauchen, um abzukühlen. Wie Schultz in einer Brown University erklärte Pressemitteilung , so konnten Merkmale erkannt werden, die sonst nicht aufgefallen wären:
„Auf Bildern mit sichtbaren Wellenlängen konnte man diese Dinge überhaupt nicht sehen, aber im nächtlichen Infrarot sind sie sehr hell. Helligkeit im Infrarotbereich weist auf blockige Oberflächen hin, die mehr Wärme speichern als Oberflächen, die mit Pulver und Schmutz bedeckt sind. Das sagt uns, dass etwas gekommen ist und diese Oberflächen blank gescheuert hat.“
Zusammen mit Stephanie N. Quintana, einer Doktorandin von DEEPS, begannen die beiden, über andere Erklärungen nachzudenken, die über die grundlegenden Auswurfmuster hinausgingen. Wie sie in ihrer Studie angeben – die kürzlich in der Zeitschrift erschienen istIkarusunter dem Titel ' Einschlagserzeugte Winde auf dem Mars “ – diese bestand aus der Kombination geologischer Beobachtungen, Labor-Impaktexperimente und Computermodellierung von Impaktprozessen.
Letztlich kamen Schultz und Quintana zu dem Schluss, dass kraterbildende Einschläge zu wirbelartigen Stürmen führten, die Geschwindigkeiten von bis zu 800 km/h (500 mph) erreichten – also das Äquivalent eines F8-Tornados hier auf der Erde. Diese Stürme hätten die Oberfläche durchkämmt und letztendlich zu den beobachteten Streifenmustern geführt. Diese Schlussfolgerung basierte teilweise auf der Arbeit, die Schultz in der Vergangenheit bei der Vertical Gun Range der NASA geleistet hat.
Ein Infrarotbild zeigt seltsame helle Streifen, die sich vom Santa Fe-Krater auf dem Mars erstrecken. Bildnachweis: NASA/JPL-Caltech/Arizona State University.
Mit dieser Hochleistungskanone, die Projektile mit einer Geschwindigkeit von bis zu 24.000 km/h (15.000 mph) abfeuern kann, werden Aufprallexperimente durchgeführt. Diese Experimente haben gezeigt, dass sich während eines Aufprallereignisses Dampfwolken mit unglaublicher Geschwindigkeit vom Aufprallpunkt (direkt über der Oberfläche) nach außen bewegen. Für ihre Studie skalierten Schultz und Quintana die Größe der Einschläge so hoch, dass sie den Einschlagskratern auf dem Mars entsprachen.
Die Ergebnisse zeigten, dass die Geschwindigkeit der Dampfwolke Überschall wäre und dass ihre Wechselwirkung mit der Marsatmosphäre starke Winde erzeugen würde. Die Plume und die damit verbundenen Winde wären jedoch nicht für die seltsamen Streifen selbst verantwortlich. Da sie sich knapp über der Oberfläche bewegen würden, wären sie nicht in der Lage, die Art von Tiefenreinigung zu verursachen, die in den streifigen Bereichen existiert.
Stattdessen zeigten Schultz und Quintana, dass beim Auftreffen der Wolke auf eine erhabene Oberflächenstruktur – wie die Kämme eines kleineren Einschlagskraters – sie stärkere Wirbel erzeugen würde, die dann an die Oberfläche fallen würden. Diese sind ihrer Studie zufolge für die von ihnen beobachteten Scheuermuster verantwortlich. Diese Schlussfolgerung basierte auf der Tatsache, dass helle Streifen fast immer mit der unteren Seite eines Kraterrandes in Verbindung gebracht wurden.
IR-Bilder, die die Korrelation zwischen den Streifen und kleineren Kratern zeigen, die vorhanden waren, als der größere Krater gebildet wurde. Bildnachweis: NASA/JPL-Caltech/Arizona State University
Als Schultz erklärt , könnte sich die Untersuchung dieser Streifen als nützlich erweisen, um die Geschwindigkeit zu bestimmen, mit der Erosion und Staubablagerung auf der Marsoberfläche in bestimmten Gebieten auftritt:
„Wo diese Wirbel auf die Oberfläche treffen, fegen sie die kleinen Partikel weg, die lose auf der Oberfläche sitzen, und legen das größere blockige Material darunter frei, und das ist es, was uns diese Streifen gibt. Wir wissen, dass diese gleichzeitig mit diesen großen Kratern entstanden sind, und wir können das Alter der Krater datieren. Jetzt haben wir also eine Vorlage für die Betrachtung der Erosion.“
Darüber hinaus könnten diese Streaks zusätzliche Informationen über den Zustand des Mars während des Einschlags liefern. Schultz und Quintana stellten beispielsweise fest, dass sich die Streifen um Krater mit einem Durchmesser von etwa 20 km (12,4 Meilen) zu bilden scheinen, aber nicht immer. Ihre Experimente zeigten auch, dass das Vorhandensein flüchtiger Verbindungen (wie Oberflächen- oder unterirdisches Wassereis) die Dampfmenge, die bei einem Aufprall erzeugt wird, beeinflussen würde.
Mit anderen Worten, das Vorhandensein von Streifen um einige Krater herum und andere nicht, könnte anzeigen, wo und wann sich in der Vergangenheit Wassereis auf der Marsoberfläche befand. Es ist seit längerem bekannt, dass das Verschwinden der Marsatmosphäre im Laufe von mehreren hundert Millionen Jahren auch zum Verlust ihres Oberflächenwassers führte. Durch die Möglichkeit, Einschlagsereignisse mit Daten zu versehen, können wir möglicherweise mehr über die schicksalhafte Transformation des Mars erfahren.
Die Untersuchung dieser Streaks könnte auch verwendet werden, um zwischen den Einschlägen von Asteroiden und Kometen auf dem Mars zu unterscheiden – letzterer hätte höhere Konzentrationen an Wassereis in sich gehabt. Einmal mehr ermöglichen detaillierte Studien der Oberflächenmerkmale des Mars es Wissenschaftlern, eine detailliertere Zeitleiste seiner Entwicklung zu konstruieren und so zu bestimmen, wie und wann er zu dem kalten, trockenen Ort wurde, den wir heute kennen!
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