Das Verständnis des heutigen Marsklimas gibt uns Einblicke in das vergangene Klima, das wiederum einen wissenschaftlich fundierten Kontext für die Beantwortung von Fragen zur Möglichkeit des Lebens auf dem alten Mars bietet.
Unser heutiges Verständnis des Marsklimas ist ordentlich als Klimamodelle verpackt, die wiederum leistungsstarke Konsistenzprüfungen - und Inspirationsquellen - für die Klimamodelle bieten, die die anthropogene globale Erwärmung hier auf der Erde beschreiben.
Aber wie können wir herausfinden, wie das Klima auf dem Mars heute ist? Eine neue, koordinierte Beobachtungskampagne zur Messung von Ozon in der Marsatmosphäre gibt uns, der interessierten Öffentlichkeit, ein eigenes Fenster, wie mühsam und doch aufregend die wissenschaftliche Grunzarbeit sein kann.
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Die Marsatmosphäre hat eine Schlüsselrolle bei der Gestaltung der Geschichte und Oberfläche des Planeten gespielt. Beobachtungen der wichtigsten atmosphärischen Komponenten sind für die Entwicklung genauer Modelle des Marsklimas unerlässlich. Diese wiederum sind erforderlich, um besser zu verstehen, ob die Klimabedingungen in der Vergangenheit möglicherweise flüssiges Wasser unterstützt haben, und um das Design zukünftiger oberflächenbasierter Vermögenswerte auf dem Mars zu optimieren.
Ozon ist ein wichtiger Indikator für photochemische Prozesse in der Marsatmosphäre. Seine Häufigkeit, die sich aus den charakteristischen Absorptionsspektroskopie-Merkmalen des Moleküls in den Spektren der Atmosphäre ableiten lässt, ist eng mit der anderer Bestandteile verknüpft und ein wichtiger Indikator für die Chemie der Atmosphäre. Um Vorhersagen anhand aktueller Modelle photochemischer Prozesse und allgemeiner atmosphärischer Zirkulationsmuster zu testen, sind Beobachtungen räumlicher und zeitlicher Ozonschwankungen erforderlich.
Die Spektroskopie zur Untersuchung der Eigenschaften der Marsatmosphäre (SPICAM) auf Mars Express misst seit 2003 die Ozonhäufigkeit in der Marsatmosphäre und baut allmählich ein globales Bild auf, während das Raumschiff den Planeten umkreist.
Diese Messungen können durch bodengestützte Beobachtungen zu unterschiedlichen Zeiten und zur Untersuchung verschiedener Standorte auf dem Mars ergänzt werden, wodurch die räumliche und zeitliche Abdeckung der SPICAM-Messungen erweitert wird. Um die bodengestützten Beobachtungen quantitativ mit denen von Mars Express zu verknüpfen, werden koordinierte Kampagnen eingerichtet, um simultane Messungen zu erhalten.
Infrarot-Heterodyn-Spektroskopie, wie sie das Heterodyn-Instrument für planetaren Wind und Zusammensetzung (HIPWAC) bietet, bietet den einzigen direkten Zugang zu Ozon auf dem Mars mit bodengestützten Teleskopen. Das sehr hohe spektrale Auflösungsvermögen (größer als 1 Million) ermöglicht die Auflösung von Mars-Ozon-Spektralmerkmalen, wenn sie Doppler-verschoben von Ozonlinien terrestrischen Ursprungs sind.
Seit 2006 läuft eine koordinierte Kampagne zur Messung von Ozon in der Marsatmosphäre mit SPICAM und HIPWAC. Das jüngste Element dieser Kampagne war eine Reihe bodengestützter Beobachtungen mit HIPWAC an der NASA Infrared Telescope Facility (IRTF) Mauna Kea auf Hawaii. Diese wurden zwischen dem 8. und 11. Dezember 2009 von einem Team von Astronomen unter der Leitung von Kelly Fast vom Planetary Systems Laboratory im Goddard Space Flight Center (GSFC) der NASA in den USA erhalten.
Über das Bild:
HIPWAC-Spektrum der Marsatmosphäre über einem Ort auf dem Mars-Breitengrad 40 ° N; erworben am 11. Dezember 2009 während einer Beobachtungskampagne mit dem IRTF 3 m Teleskop in Hawaii. Dieses unverarbeitete Spektrum zeigt Merkmale von Ozon und Kohlendioxid vom Mars sowie Ozon in der Erdatmosphäre, durch die die Beobachtung gemacht wurde. Verarbeitungstechniken modellieren und entfernen den terrestrischen Beitrag aus dem Spektrum und bestimmen die Ozonmenge an dieser nördlichen Position auf dem Mars.
Die Beobachtungen wurden im Voraus mit dem wissenschaftlichen Einsatzteam von Mars Express koordiniert, um eine Überschneidung mit Ozonmessungen zu gewährleisten, die im selben Zeitraum mit SPICAM durchgeführt wurden.
Das Hauptziel der Kampagne im Dezember 2009 war es zu bestätigen, dass Beobachtungen mit SPICAM (das die breiten Ozonabsorptionsspektren bei etwa 250 nm misst) und HIPWAC (das Ozonabsorptionsmerkmale bei 9,7 μm erkennt und misst) dasselbe Gesamtozon liefern Häufigkeiten, obwohl sie an zwei verschiedenen Stellen des elektromagnetischen Spektrums durchgeführt werden und unterschiedliche Empfindlichkeiten gegenüber dem Ozonprofil aufweisen. Eine ähnliche Kampagne im Jahr 2008 hatte die Konsistenz der mit SPICAM und dem HIPWAC-Instrument erzielten Ozonmessergebnisse weitgehend bestätigt.
Die Wetterbedingungen und das Sehen am IRTF-Standort waren während der Kampagne im Dezember 2009 sehr gut, wodurch mit dem HIPWAC-Instrument Spektren von guter Qualität erhalten werden konnten.
Kelly und ihre Kollegen sammelten Ozonmessungen für eine Reihe von Orten auf dem Mars, sowohl auf der Nord- als auch auf der Südhalbkugel des Planeten. Während dieser viertägigen Kampagne beschränkten sich die SPICAM-Beobachtungen auf die nördliche Hemisphäre. Mehrere HIPWAC-Messungen wurden gleichzeitig mit Beobachtungen von SPICAM durchgeführt, was einen direkten Vergleich ermöglichte. Andere HIPWAC-Messungen wurden zeitnah zu SPICAM-Orbitalpässen durchgeführt, die außerhalb der bodengestützten Teleskopbeobachtungen auftraten, und werden ebenfalls zum Vergleich herangezogen.
Das Team führte auch Messungen der Ozonhäufigkeit in der Region Syrtis Major durch, um die photochemischen Modelle in dieser Region einzuschränken.
Die Analyse der Daten dieser jüngsten Kampagne ist noch nicht abgeschlossen. Eine weitere Folgekampagne koordinierter HIPWAC- und SPICAM-Beobachtungen ist bereits für März dieses Jahres geplant.
Wenn Sie die Kompatibilität der Daten dieser beiden Instrumente auf eine solide Basis stellen, können Sie die bodengestützten Infrarotmessungen mit den SPICAM-Ultraviolettmessungen kombinieren, um die photochemischen Modelle der Marsatmosphäre zu testen. Die erweiterte Abdeckung, die durch die Kombination dieser Datensätze erhalten wird, hilft, Vorhersagen durch atmosphärische Modelle genauer zu testen.
Außerdem werden die SPICAM-Beobachtungen quantitativ mit Langzeitmessungen verknüpft, die mit dem HIPWAC-Instrument und seinem Vorgänger IRHS (dem Infrarot-Heterodyn-Spektrometer) aus dem Jahr 1988 durchgeführt wurden. Dies wird die Untersuchung des Langzeitverhaltens von Ozon und der damit verbundenen Chemie unterstützen in der Atmosphäre des Mars auf einer Zeitskala, die länger ist als die aktuellen Missionen zum Mars.
Quellen: ESA, ein Artikel, der in der Icarus-Ausgabe vom 15. September 2009 veröffentlicht wurde
