Das Mars Express Radio Science Experiment MaRS       

Das Mars Express Radio Science Experiment (MaRS) nutzt das Radiosubsystem der Raumsonde, um die Atmosphäre, die Ionosphäre, das Schwerefeld und die Oberfläche des roten Planeten zu untersuchen. Da Mars Express nicht mit einem Ultrastabilen Oszillator ausgestattet ist, werden die Experimente im sogenannten Zweiweg-Verfahren (siehe Was ist Radio Science?) durchgeführt.

Die Radiookkultationen am Mars können hierbei den Höhenbereich knapp über der Oberfläche (nur limitiert durch Diffraktion) bis zu einer Höhe von ca. 35 -40 km abdecken (etwa bis zu einem Druck von 5 Pa) (s. Fig . 1). Die Temperatur-, Druck- und Neutralteilchendichteprofile haben eine Höhenauflösung von wenigen hundert Metern, so dass auch kleine Strukturen wie atmosphärische Schwerewellen untersucht werden können. Die Unsicherheiten im Temperaturprofil liegen im Bereich zwischen ca. 10% am oberen Rand der Messung und Bruchteilen von einem Kelvin am unteren Rand.

Figure 1: Typisches MaRS-Temperaturprofil  aus der Polarregion (aus (Tellmann et al., 2013)). Die durchgezogene Linie gibt die Sättigungskurve von CO2 an.

Ausserdem ist es möglich, mit dem MaRS-Experiment die bodennahe Grenzschicht des Mars aufzulösen. Da die Marsatmosphäre ausgeprägte tageszeitliche Temperaturschwankungen aufweist, entwickelt sich in Bodennähe tagsüber eine konvektive Grenzschicht, die bis zu einigen Kilometern oberhalb der Oberfläche reichen kann (s. Fig. 2, s. auch (Hinson et al., 2008)). Aufgrund der geringen Dichte kühlt die Temperatur nachts stark ab und in Bodennähe bildet sich eine tiefe Temperaturinversion aus.

Figure 2: Bodennahe Grenzschicht (aus (Tellmann et al., 2013, Fig. 19)). (a) Vier Tagestemperaturprofile aus tiefgelegenen Bereichen (Profile (a) und (c)) und aus hochgelegenen Gebieten (Profile (b) und (d)). (b) Dazugehörige potentielle Temperaturprofile. (c) Lokation der Temperaturmessungen. 

Neben der Neutralatmosphäre werden von MaRS auch Elektronendichteprofile in der Ionosphäre ausgewertet. Da Mars Express in einem hochelliptischen Orbit ist, können diese Profile die gesamte Topside der Ionosphäre und die Ionopause abdecken (s. (Peter et al., 2014)). Hierbei wurden auch sporadische dritte Schichten in der Marsionosphäre entdeckt (Pätzold et al., 2005).

MaRS konnte mittlerweile ca. 1000 Neutralatmosphären- und Ionosphärenprofile auswerten, und weitere Experimente sind geplant.

Darüberhinaus konnte mit dem MaRS-Experiment anhand von so genannten bistatischen Radarmessungen („Bistatic Radar“) auch Untersuchungen der Planetenoberfläche durchgeführt werden (s. (Simpson et al., 2006)).

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