Scharfe Bilder vom Mars

  • 29. November 2016

Kamera CaSSIS näherte sich der Oberfläche auf bis zu 250 Kilometer an.

Die Mars­kamera CaSSIS auf der ExoMars-Sonde Trace Gas Orbiter hat ab dem 22. November die ersten hoch auf­gelösten Bilder des Roten Planeten aufgenommen. Die Berner Kamera arbeitete fast perfekt und hat einen spekta­kulären Blick auf die Oberfläche geliefert. CaSSIS (Colour and Stereo Surface Imaging System) wurde von einem Team der Universität Bern unter der Leitung von Nicolas Thomas vom Center for Space and Habi­tability (CSH) entwickelt. Die Kamera startete am 14. März 2016 mit der ExoMars-Sonde Trace Gas Orbiter (TGO) der Euro­päischen Raumfahrtagentur ESA ihre Reise zum Mars. Ihr Ziel erreichte die Sonde am 19. Oktober und trat in die Marsum­laufbahn ein. CaSSIS hat nun ihre ersten Bilder aus dem Orbit gesendet. „Die ersten Bilder, die wir erhielten, sind absolut spektakulär – und es sollte nur ein Test sein“, sagt Nicolas Thomas.

Abb.: Bild eines Kraters von 1.4 km Durchmesser (links) auf dem Rand eines noch viel grösseren Kraters beim Mars-Äquator. Die Auflösung beträgt 7.2m/Pixel. (Bild: ESA / Roscosmos / ExoMars / CaSSIS / UniBE)

Abb.: Bild eines Kraters von 1.4 km Durchmesser (links) auf dem Rand eines noch viel grösseren Kraters beim Mars-Äquator. Die Auflösung beträgt 7.2m/Pixel. (Bild: ESA / Roscosmos / ExoMars / CaSSIS / UniBE)

Die Sonde befindet sich derzeit in einer sehr ellip­tischen Umlauf­bahn von etwas mehr als vier Tagen Dauer um den Mars. Sie kommt kurz­zeitig bis auf 250 km an die Planeten­oberfläche heran und entfernt sich dann wieder bis auf über 100.000 km. Zwei dieser nahen Vorbei­flüge wurden ausgewählt, um CaSSIS und die drei anderen Instrumente an Bord des TGO zu prüfen. Die erste Annäherung fand am 22. November statt. „Das geglückte Abbremsen des TGO in der Marsumlaufbahn hat wenig Beachtung gefunden, da die Bruch­landung des Landers Schia­parelli die öffent­liche Aufmerk­samkeit auf sich gezogen hat. Wir hatten aber alle Hände voll zu tun, unser wissen­schaftliches Programm zu starten“, sagt Nicolas Thomas. Das Berner Team war in den letzten Wochen intensiv damit beschäftigt, die Beobachtungs­sequenzen für die beiden nahen Vorbeiflüge zu planen. Insgesamt elf Bilder wurden während des ersten Vorbei­flugs zurückgeschickt. Die Raumsonde überflog an ihrem nächsten Punkt zum Mars eine Region namens Hebes Chasma.

„Wir haben Hebes Chasma mit 2,8 Metern pro Pixel gesehen“, sagt Thomas. „Das ist, als ob wir mit 15.000 Stunden­kilometern über Bern hinweg rasen und gleichzeitig scharfe Bilder von Autos in Zürich schiessen würden. Zusätzl­iche Daten wurden erhoben, um die Qualität der Bilder bei der Nachbe­arbeitung zu verbessern. Die daraus resul­tierende Bild­qualität beeindruckte das gesamte Team: „Wir waren ziemlich nervös, aber es sieht so aus, als ob fast alles so funktioniert, wie wir es geplant haben. Die so entstandenen Bilder sind wirklich scharf“, freut sich Antoine Pommerol, CaSSIS Co-Inves­tigator vom Center of Space and Habi­tability (CSH) an der Universität Bern.

Die Farb- und Stereo­fähigkeiten von CaSSIS wurden ebenfalls erfolgreich getestet. „Die Techniken zur Herstellung von Stereo­bildern aus dieser Art von Daten werden noch entwickelt, aber unsere italie­nischen Kollegen vom Astro­nomischen Obser­vatorium von Padova, die Experten auf diesem Gebiet sind, konnten in nur wenigen Tagen ein erstes Ergebnis erzielen“, sagt Thomas. So wurde eine 3D-Rekonstruktion der Region Noctis Laby­rinthus anhand von zwei Stereo­bildern erstellt. Diese erste Analyse zeigt eine der für die Region charak­teristischen Steilhänge.

Auch der Farbtest war erfolg­reich. Da jedoch die ersten Bilder von einer Region mit grossen Vulkanen stammen, deren Oberflächen mit Staub bedeckt sind und nur wenige Farb­veränderungen aufweisen, kann das CaSSIS-Team noch nicht ab­schliessend sagen, wie die Farb­qualität letztendlich sein wird. „Wir müssen noch ein wenig warten, bis wir eine buntere Region überfliegen“, sagt Thomas. Bis dahin werden die Bilder schwarz-weiss sein. In den nächsten Monaten wird das Team die Vorbe­reitungen für die Haupt­mission starten. „Obwohl der Test sehr erfolgreich war, haben wir ein paar Dinge identi­fiziert, die in der Onboard-Software und in der Boden­nachbear­beitung verbessert werden müssen“, sagt Thomas.

Um seine endgültige Umlaufbahn zu erreichen, wird der TGO im März 2017 damit beginnen, die Mars­atmosphäre zum Abbremsen zu nutzen. Nach etwa neun bis zwölf Monaten wird die Sonde dann in einen kreis­förmigen Orbit 400 km über der Mars­oberfläche eingeschwenkt sein. Die wissen­schaftliche Hauptphase beginnt Ende 2017. CaSSIS wird dann mit dem normalen Betrieb beginnen und 12 bis 20 hochauf­lösende Stereo- und Farbbilder von ausge­wählten Zielen pro Tag liefern.

Abb.: Erste Rekonstruktion eines kleinen Gebiets der Region Noctis Labyrinthus anhand von Stereo-Bildern. Die Darstellung zeigt eine 3D-Höhenkarte des Gebiets bei einer Auflösung von weniger als 20 Meter. (Bild: ESA / Roscosmos / ExoMars / CaSSIS / UniBE)

Abb.: Erste Rekonstruktion eines kleinen Gebiets der Region Noctis Labyrinthus anhand von Stereo-Bildern. Die Darstellung zeigt eine 3D-Höhenkarte des Gebiets bei einer Auflösung von weniger als 20 Meter. (Bild: ESA / Roscosmos / ExoMars / CaSSIS / UniBE)

Die von CaSSIS verwendete bild­gebende Technik wird als „Push-Frame“ bezeichnet. Hierbei werden kurze Belich­tungen (Framelets) mit einer sehr schnellen Rate aufgenommen, und diese Bilder werden dann auf dem Boden zusammen­gesetzt, um das Endprodukt herzu­stellen. Für die Mars-Region Hebes Chasma wurden die einzelnen Bilder mit einer Belichtungs­zeit von 700 Mikro­sekunden bei einer Rate von einem Framelet alle 150 Milli­sekunden aufgenommen. Die hoch­auflösende Kamera unterstützt die drei anderen Instrumente auf dem TGO und ergänzt deren sowie bisher vorhandene Daten zur Mars-Oberfläche.

Es ist jetzt bekannt, dass Mars dynamischer ist als bisher angenommen. Von besonderem Interesse für das 25-köpfige Wissenschafts­team aus neun Ländern ist die Möglichkeit, dass CaSSIS die Verän­derungen untersucht, die über den Tag und über die Mars­jahres­zeiten statt­finden. Weitere Unter­suchungen von möglicher­weise flüssigem Wasser an der Oberfläche werden eines der Hauptziele sein. CaSSIS wird auch die anderen Instrumente auf TGO unter­stützen, indem die Kamera Quellen von Spuren­gasen wie Methan identi­fizieren soll.

U Bern / JOL

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