Die sieben Forschungsinstrumente

Der Orbiter über dem Mars

Mars Express ist mit sieben wissenschaftlichen Instrumenten ausgerüstet, die die Atmosphäre, die Oberfläche sowie die Schichten im Untergrund mit einer nie zuvor erreichten Genauigkeit erkunden. Die Mission realisiert einen einzigartigen Wissenschaftsmix.

Kernstück der Nutzlast und zugleich technisches Highlight ist die vom DLR-Institut für Weltraumsensorik und Planetenerkundung in Berlin-Adlershof entwickelte und bei Astrium in Friedrichshafen gebaute hochauflösende Stereokamera HRSC. Aus dieser Marskamera entstand für irdische Zwecke die Flugzeugkamera HRSC-AX.

Mit der High Resolution Stereo Camera (HRSC) ist es möglich, die Oberfläche des Roten Planeten mit sehr hoher Genauigkeit in neun Spektralbereichen von 440 Nanometer (blau) bis 970 Nanometer (nahes Infrarot) aufzunehmen und räumlich wiederzugeben, was weit reichende Schlüsse über die Beschaffenheit des Bodens ermöglicht. Außerdem wurden die beiden Marsmonde, Deimos und Phobos mit bisher unerreichter Auflösung aufgenommen. Im so genannten Lupen-Modus (Super Resolution Channel, SRC) werden sogar Gegenstände mit etwa 2 Meter Größe sichtbar.

Die Forschungsinstrumente

1. Experimente zur Untersuchung der Marsoberfläche und des Marsbodens

HRSC (High Resolution Stereo Camera)
OMEGA (Visible and Infrared Mineralogical Mapping Spectrometer)
MARSIS (Subsurface Sounding Radar Altimeter)

2. Experimente zur Erforschung der Atmosphäre und Ionosphäre

PFS (Planetary Fourier Spectrometer)
SPICAM (Ultraviolet and Infrared Atmospheric Spectrometer)
ASPERA (Energetic Neutral Atoms Analyser)
MARS (Mars Radio Science Experiment

An der wissenschaftlichen und technischen Realisierung der Instrumente an Bord des Orbiters beteiligte Institute und Universitäten in Deutschland, Österreich sowie in der Schweiz

Deutschland:

  • DLR-Institut für Weltraumsensorik und Planetenerkundung, Berlin
  • DLR-Institut für Raumsimulation, Köln
  • FU Berlin, Institut für Geologische Wissenschaften
  • Max-Planck-Institut für Aeronomie Katlenburg-Lindau
  • Universität Köln, Institut für Geophysik und Meteorologie
  • Universität der Bundeswehr; Institut für Photogrammetrie und Kartographie; München
  • Universität der Bundeswehr; Institut für Raumfahrttechnik, München
  • TU Dresden, Institut für Kartographie
  • Universität Hannover, Institut für Photogrammetrie und Ingenieurvermessungen
  • Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB), Braunschweig

Österreich:

  • TU Wien; Institut für Photogrammetrie und Fernerkundung

Schweiz

  • Universität Bern, Physikalisches Institut

An allen Instrumenten sind multinationale Firmen- und Forschergruppen sowie Institutionen mehrerer Länder beteiligt. In der folgenden Beschreibung wurde deshalb nur der für das jeweilige Instrument verantwortliche Wissenschaftler und dessen Institution aufgeführt.

HRSC: High/Super Resolution Stereo Color Imager

Das Herzstück der Instrumente - Die Kamera HRSC

Die Hauptaufgabe besteht in der Kartierung der Marsoberfläche zur Beantwortung fundamentaler Fragen zur geologischen und klimatologischen Geschichte unseres Nachbarplaneten.

Ziel ist es, die komplette Marsoberfläche mit einer Auflösung von 30 bis 40 Metern/Pixel und mindestens 50 Prozent der Oberfläche in einer Auflösung von 10-20 Metern/Pixel zu erfassen. Bis heute konnten etwa 90 Prozent der Oberfläche erfasst werden, davon zwei Drittel in hoher Auflösung und in 3D.

Entwickelt wurde die Kamera vom DLR-Institut für Weltraumsensorik und Planetenerkundung in Berlin-Adlershof.

Principal Investigator: Gerhard Neukum, Freie Universität Berlin (Deutschland)

MARSIS: Subsurface Sounding Radar/Altimeter

Mars Express mit den 20 m langen Antennen des MARSIS-Radars

Mit dem aktiven Radar soll der Marsboden bis in eine Tiefe von fünf Kilometern nach Wasser und Eis untersucht werden. Eine zweite Aufgabe besteht in der Sondierung der Ionosphäre.

Principal Investigators: G. Picardi, Università di Roma ‘La Sapienza’ (Italien); J. J. Plaut, NASA-JPL, Pasadena (USA); R. Orosei, Instituto di Astrofisica e Planetologia Spaziali, Rom (Italien)

MARS: Mars Radio Science Experiment

Schema des Signalweges beim MARS Radioscience-Experiment

Das Radiosondierungsverfahren bietet den Forschern Wissenschaft zum Nulltarif. Bei dem Experiment werden die zwischen Mars Express und der Bodenstation ausgetauschten Signale genutzt, um aus ihrer Beeinflussung durch den Mars und seiner Umgebung Rückschlüsse auf die Atmosphäre, das Schwerefeld und die Marsoberfläche zu ziehen. Hierzu gehören auch die Ermittlung von Gravitationsanomalien sowie die Untersuchung der Sonnenkorona.

Principal Investigator: Martin Pätzold, Institut für Geophysik und Meteorologie, Universität zu Köln (Deutschland)

OMEGA: IR Mineralogical Mapping Spectrometer

OMEGA sucht spezifische Minerale auf dem Mars

Das Spektrometer mit 352 Spektralkanälen dient der mineralogischen Erkundung der Marsoberfläche sowie zur Suche nach Wasser, Eis und zur Bestimmung der Zusammensetzung der Atmosphäre.

Ziel ist es, die komplette Marsoberfläche mit einer Auflösung von 1 bis 4 Kilometern/Pixel sowie in besonders interessanten Gebieten von 300 Metern/Pixel zu erfassen.

Principal Investigator: Jean-Pierre Bibring, Institut d´Astrophysique Spatiale, Orsay / Paris (Frankreich)

PFS: Planetary Fourier Spectrometer

Das Planetary Fourier Spectrometer

Das Infrarot-Spektrometer dient der Untersuchung der Marsatmosphäre. Hierzu gehören die Suche nach seltenen Gasen, wie Kohlenmonoxid, Methan und Formaldehyd, der Einfluss des Staubes auf das Marswetter sowie die Erstellung vertikaler Temperatur-Druck-Profile vom Kohlendioxid, aus denen sich die globalen Wind-Zirkulationsströme ableiten lassen.

Ziel ist es, ein besseres Verständnis des Aufbaus der Atmosphäre und der Entwicklung des Klimas zu gewinnen.

Principal Investigator: M. Giuranna, Instituto Fisica Spazio Interplanetario, Rom (Italien)

SPICAM: UV and IR Atmospheric Spectrometer

SPICAM untersucht die Marsatmosphäre

Ziel ist die Untersuchung der Marsatmosphäre und -ionosphäre im ultravioletten- und infraroten Wellenlängenbereich. Neben der Erfassung der UV-Strahlung soll die globale Verteilung von CO2, Ozon und Wasserdampf ermittelt werden.

Principal Investigator: F. Montmessin, Service d´Aéronomie du CNRS, Verrières-le-Buisson (Frankreich)

ASPERA: Energetic Neutral Atoms Analyser

Haupteinheit von ASPERA mit dem ENA-Detektor

Vier Sensoren ermitteln die Wechselwirkung des Sonnenwindes mit der Marsatmosphäre sowie die Menge und Masse energiereicher Partikel, Ionen und Elektronen in der oberen Atmosphäre.

Ziel ist es zu klären, weshalb die zu Urzeiten vorhandene dichte Atmosphäre sowie das auf der Marsoberfläche reichlich vorhandene Wasser verschwanden.

Principal Investigator: S. Barabash, Swedish Institute of Space Physics, Kiruna (Schweden)

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