Fachbereich Geowissenschaften


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10.01.2007

HRSC Produktserie #320 - 3 Jahre HRSC

Und sie läuft und läuft und läuft: Die Deutsche Stereokamera HRSC fotografiert seit drei Jahren die Marsoberfläche

Heute vor genau drei Jahren nahm die High Resolution Stereo Camera (HRSC) an Bord der Raumsonde Mars Express ihre ersten Bilddaten von unserem Nachbarplaneten auf. Nach nunmehr 3 800 Marsumrundungen hat die Kamera eine Fläche größer als Nord- und Südamerika in einer Auflösung von zehn bis zwanzig Metern pro Bildpunkt in Farbe und in "3D" aufgenommen. Das Kameraexperiment an Bord der ersten Planetensonde der Europäischen Weltraumorganisation ESA wird vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) betrieben. Die wissenschaftliche Führung der HRSC liegt bei der Freien Universität Berlin (FUB).
RGB Farbbild: Orbit 3695
RGB Farbbild: Orbit 3695
In der N√§he des Nordpols des Mars befindet sich ein etwa 30 Kilometer gro√üer Einschlagkrater, dessen Inneres von blankem Wassereis bedeckt ist. Auch √∂stlich des Kraters ist der Marsboden von einer d√ľnnen Frostschicht √ľberdeckt. Um den Krater befinden sich ausgedehnte dunkle D√ľnenfelder.
Die High Resolution Stereo Camera (HRSC) auf der ESA-Raumsonde Mars Express nahm diese Szene bei 78 Grad nördlicher Breite und 89 Grad östlicher Länge aus einer Höhe von etwa 450 Kilometern in einer Bildauflösung von 21 Metern pro Bildpunkt (Pixel) auf. Die Bilddaten wurden am 23. November 2006 während des 3695. Orbits von Mars Express aufgezeichnet. Zur besseren Darstellung im Internet wurde die Originalauflösung der Bilddaten reduziert.
Bild: Copyright ESA/DLR/FU Berlin (G. Neukum).

"Nach fast viertausend Marsumrundungen funktioniert das Instrument noch absolut einwandfrei", freut sich Experimentmanager Ralf Jaumann vom DLR-Institut für Planetenforschung in Berlin-Adlershof über die Zuverlässigkeit der HRSC, "und es spricht nichts dagegen, dass die HRSC noch viele weitere Jahre ihren Dienst verrichten wird". Auch der wissenschaftliche Leiter des HRSC-Experiments, der "Principal Investigator"" (PI) Gerhard Neukum von der Freien Universität Berlin gibt sich zuversichtlich, dass zumindest die bis zum Ende dieses Jahres gesteckten Ziele erreicht werden können: "Wir werden dann mehr als fünfzig Prozent des Mars in sehr hoher Auflösung, in Farbe und vor allem in "3D" kartiert haben", erklärt der Wissenschaftler. "Gemeinsam mit den Leitern der anderen sechs Experimente auf Mars Express streben wir jedoch eine zweite Verlängerung der Mission an: Wir wollen so viel Oberfläche wie möglich in der für die HRSC höchstmöglichen Auflösung von zehn bis zwanzig Metern pro Pixel aufzeichnen." Die ESA wird Ende Februar über eine weitere Verlängerung von Mars Express entscheiden.

In einem von der Raumfahrt Agentur des DLR ab 2007 speziell gefördertem Projekt werden die komplexen Bilddaten gemeinsam von DLR und FUB zu einem globalen 3D-Bildkartenwerk aufgearbeitet. Damit wird weltweit allen Marswissenschaftlern in den kommenden Jahren der Zugriff zu auf so genannten digitalen Geländemodellen ermöglicht: Die HRSC wird einen topographischen Datensatz der Marsoberfläche in bisher nicht vorhandener Qualität erzeugen. Die Aufnahmen der Stereokamera in Auflösungen von zehn bis hundert Metern pro Pixel decken inzwischen etwa zwei Drittel der Marsoberfläche ab. Ziel des Kameraexperiments ist es, bis zum vorläufigen Missionsende von Mars Express am 31. Oktober 2007 die Hälfte des Planeten in einer Auflösung von 10-20 Metern pro Pixel dreidimensional und in Farbe abgetastet zu haben.

Datenaufnahme-Prinzip der HRSC
Datenaufnahme-Prinzip der HRSC
Mit neun lichtempfindlichen, quer zur Flugrichtung angeordneten Sensorzeilen scannt die am DLR unter der Leitung des Principal Investigator entwickelte und gemeinsam mit deutschen Industriepartnern gebaute Kamera die Marsoberfläche unter verschiedenen Blickwinkeln und in vier Farbfiltern in viele hundert Kilometer langen Bildstreifen ab, die viele hundert Kilometer lang sind. Erwartungsgemäß überstand die HRSC Ende 2006 auch problemlos zum zweiten Mal eine Phase, als der Mars hinter der Sonne verschwand und die Kamera zur Sicherheit für einige Wochen abgeschaltet blieb. Das HRSC-Projekt ist das bislang umfangreichste deutsche Experiment auf einer Planetenmission.

Bereits am 10. Januar 2004, während des zehnten Orbits von Mars Express - als die Umlaufbahn vom Bodenkontrollzentrum der ESA in Darmstadt noch fein justiert wurde - nahm die HRSC ihren ersten Bildstreifen von 700 Kilometer Länge auf. Wenige Stunden später trafen die digitalen Bildsignale via Darmstadt beim HRSC Experiment-Team im DLR-Institut für Planetenforschung in Berlin ein und ließen erste Details der Marslandschaft auf dem Monitor erkennen - unter begeisterter Anteilnahme der beteiligten Wissenschaftler und Ingenieure.

"Auch heute, im Routinebetrieb, entdecken wir in den neuen Bildern immer wieder phantastische, vor allem wissenschaftlich hoch interessante Details", freut sich Gerhard Neukum. Nach drei Jahren hat die HRSC 45 Millionen Quadratkilometer in einer Auflösung zwischen zehn und zwanzig Metern pro Pixel aufgenommen. Das sind 31 Prozent der 145 Millionen Quadratkilometer messenden Marsoberfläche, die in etwa so groß ist wie die Fläche aller Kontinente auf der Erde zusammengenommen. Besser als 40 Meter pro Pixel wurden knapp 80 Millionen Quadratkilometer aufgezeichnet (54,4%): Das entspricht etwa der achtfachen Fläche Europas. Insgesamt wurden 68 Prozent oder fast 100 Millionen Quadratkilometer erfasst. Experimentmanager Ralf Jaumann: "Mit einer Länge von 4000 Kilometern haben wir das größte je im Sonnensystem aufgenommene Bild erzeugt!"
Orbit-Abedeckung nach 3 Jahren
Orbit-Abedeckung nach 3 Jahren
Stand der Marskartierung nach drei Jahren mit der High Resolution Stereo Camera (HRSC) auf Mars Express. Sämtliche von der Kamera aufgenommenen Bildstreifen des Nadirkanals (des senkrecht nach unten blickenden Kanals der HRSC) sind auf einer globalen Marskarte abgebildet: Je schmaler ein einzelner Farbstreifen, desto höher die Bildauflösung: Die dunkelgrünen Farbstreifen, die etwa ein Drittel der Marsoberfläche abdecken, zeigen die Lage der HRSC-Aufnahmen mit der höchsten Auflösung von 10-20 Metern pro Bildpunkt (Pixel). Bild: DLR/FUB, USGS.

Hierzu wurden etwa 1,5 Terabyte an komprimierten Rohdaten von Mars Express zur Erde übertragen. Das HRSC-Experiment-Team in Berlin-Adlershof dekomprimiert und kalibriert die Rohdatenpakete und prüft sie zunächst auf kleine Datenfehler. Das Experiment-Team rechnet dann alle Daten in die geometrische Projektion von Bildkarten um. Anschließend werden aus der Kombination verschiedener HRSC-Kanäle so genannte "digitale Geländemodelle" generiert, womit die dritte Dimension sichtbar gemacht wird und in den Bilddaten Höhenmessungen vorgenommen werden können. Die unterschiedlichen Datenprodukte werden nach etwa einem halben Jahr weltweit allen Wissenschaftlern über Datenarchive der ESA und NASA zur Verfügung gestellt.

Mars Express erreichte den mindestens 55 Millionen Kilometer von der Erde entfernten äußeren Nachbarplaneten nach einem sechsmonatigen Flug am 25. Dezember 2003. Ursprünglich war die Mission nur auf ein Marsjahr ausgelegt, was zwei Erdenjahren entspricht. Aufgrund des großen wissenschaftlichen Erfolgs der Mission beschloss die ESA eine erste Verlängerungsphase für die Jahre 2006 und 2007.

Neben Mars Express befinden sich außerdem die beiden NASA-Sonden Mars Odyssey (Ankunft am Mars am 24. Oktober 2001) und Mars Reconnaissance Orbiter (Ankunft am 10. März 2006) aktiv in einer Umlaufbahn. Erst kürzlich verlor die NASA den Kontakt zum Orbiter Mars Global Surveyor, einem zehn Jahre alten, ausgesprochen erfolgreichen "Marsveteranen". Fast genauso lang wie Mars Express, nämlich seit Januar 2004, rollen mit Spirit und Opportunity zwei NASA-Rover langsam über den trockenen Marsboden. Sämtliche Marsmissionen stehen nicht zueinander in Konkurrenz sondern ergänzen sich gegenseitig im Rahmen eines weltweiten Mars Explorationsprogramms. Hierbei bilden die 3D-Bilddaten der HRSC die Grundlage für ein erstes den ganzen Mars umspannendes topographisches Kartenwerk.

Seit den ersten Aufnahmen werden die HRSC-Bilder aber auch zur Beantwortung zahlreicher wissenschaftlicher Fragestellungen herangezogen: So konnte das 45-köpfige HRSC-Wissenschaftsteam anhand der Spuren, die Gletscher, Wasserläufe und stehende Gewässer vor Millionen oder Milliarden von Jahren auf der heute trockenen Oberfläche hinterlassen haben, einige Klarheit in die Diskussion bringen, wann und wo Wasser und Eis die Marsoberfläche gestalteten - nämlich hauptsächlich in der Frühzeit des viereinhalb Milliarden Jahre alten Planeten.
RGB Farbbild: Orbit 3663
RGB Farbbild: Orbit 3663
Dieses Bild von zahlreichen im jahreszeitlichen Wechsel abgelagerten Eis- und Staubschichten nahe dem Marsnordpol wurde von der High Resolution Stereo Camera (HRSC) auf der ESA-Sonde Mars Express am 14. November 2006 aufgenommen. Da auf dem Mars ein Jahr, also ein Umlauf um die Sonne, etwa doppelt so lange dauert wie auf der Erde und gleichzeitig die Rotationsachse des Mars fast genau so geneigt ist wie auf unserem Planeten, sind die Jahreszeiten √§hnlich stark ausgepr√§gt wie auf der Erde. Wegen der d√ľnneren Atmosph√§re und der gr√∂√üeren Entfernung zur Sonne sind die Temperaturen auf dem Mars allerdings noch wesentlich niedriger als auf der Erde. W√§hrend des Winters w√§chst die Polkappe zu gro√üer Ausdehnung und schrumpft mit Einsetzen des Fr√ľhjahrs wieder zusammen. Die auf dem Mars ablaufenden atmosph√§rischen Prozesse im Zusammenspiel mit saisonalen Ver√§nderungen in den Polgebieten sind f√ľr die Entschl√ľsselung der Klimageschichte des Planeten von gro√üer Bedeutung. Das aus etwa 375 Kilometer H√∂he w√§hrend Orbit 3663 aufgenommene Gebiet nahe der polaren Schlucht Chasma Boreale befindet sich bei 85 Grad n√∂rdlicher Breite und 338 Grad √∂stlicher L√§nge. Zur besseren Darstellung im Internet wurde die Originalaufl√∂sung der Bilddaten reduziert.
Bild: Copyright ESA/DLR/FU Berlin (G. Neukum).

Auch bei der Auswahl zukünftiger Landeplätze unbemannter Marssonden werden die topographischen Bildkarten Verwendung finden. So plant die ESA zu Beginn des kommenden Jahrzehnts im Rahmen ihres Aurora-Programms zur intensiven Erkundung des Erdmondes und insbesondere des Mars mit dem Projekt ExoMars eine so genannte "Flaggschiffmission" zu unserem Nachbarplaneten. ExoMars wird unter anderem mit einem über weite Geländestrecken beweglichen Rover die nach wie vor ungeklärte Frage nach früherem oder sogar noch heute existentem Leben auf dem Mars zu beantworten versuchen. Das DLR wird an ExoMars mit verschiedenen wissenschaftlichen Beiträgen und technischen Entwicklungen mitwirken; auch das Team an der Freien Universität Berlin wird eine wissenschaftliche Beteiligung haben.



Die Farbansichten wurden aus dem senkrecht blickenden Nadirkanal und den Farbkanälen erstellt, die Schrägansicht wurde aus den Stereokanälen der HRSC berechnet. Die Anaglyphen werden aus dem Nadirkanal und einem Stereokanal abgeleitet. Die schwarzweißen Detailaufnahmen wurden dem Nadirkanal entnommen, der von allen Kanälen die höchste Auflösung zur Verfügung stellt.


Das Kameraexperiment HRSC auf der Mission Mars Express der Europäischen Weltraumorganisation ESA wird vom Principal Investigator Prof. Dr. Gerhard Neukum (Freie Universität Berlin), der auch die technische Konzeption der hochauflösenden Stereokamera entworfen hatte, geleitet. Das Wissenschaftsteam besteht aus 40 Co-Investigatoren aus 33 Institutionen und zehn Nationen. Die Kamera wurde am Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) unter der Leitung des Principal Investigators (PI) G. Neukum entwickelt und in Kooperation mit industriellen Partnern gebaut (EADS Astrium, Lewicki Microelectronic GmbH und Jena -Optronik GmbH). Sie wird vom DLR -Institut für Planetenforschung in Berlin-Adlershof betrieben. Die systematische Prozessierung der Daten erfolgt am DLR. Die Darstellungen wurden vom Institut für Geologische Wissenschaften der FU Berlin in Zusammenarbeit mit dem DLR-Institut für Planetenforschung erstellt.




Download
hochaufgelöste Bilddaten / high resolution image data

Orbit-Abedeckung nach 3 Jahren:   TIF
(3 MBs)
JPG
(3 MBs)
RGB Farbbild: Orbit 3695:   TIF
(33 MBs)
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(11 MBs)
RGB Farbbild: Orbit 3663:   TIF
(22 MBs)
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(8 MBs)
Datenaufnahme-Prinzip der HRSC:   TIF
(18 MBs)
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(277 KBs)

© Copyright: ESA/DLR/FU Berlin (G. Neukum)

 

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Stand: 18.07.2012

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