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Mars - Was kann man sehen?

Mars bei der Opposition im Jahr 2014
Mars bei der Opposition im Jahr 2014.

Der rote Planet ist der obere Nachbar der Erde und regt schon lange die Phantasie der Menschen an. Von allen Planeten ist seine Präsenz in der Popkultur wahrscheinlich die stärkste. Auch wenn er sich immerhin am Rand der habitablen Zone befindet, ist er nach heutigem Wissen entgegen der Science Fiction-Phantasien ein toter Planet. Denn seine Masse reichte nicht aus, um eine erdähnliche, dichte Atmosphäre zu halten.
Als Beobachtungsobjekt ist er dennoch äußerst spannend – auch seine dünne Atmosphäre. Dieser Artikel soll einen Überblick darüber geben, was es auf Mars zu entdecken gibt.

Marsbahn

Mars bei Sternhaufen M44
Der rote Planet zu Besuch bei Sternhaufen M44.
Der synodische Umlauf von Mars dauert 779,9 Tage und somit steht er etwa alle zwei Jahre in Opposition. Dann erreicht er eine scheinbare Helligkeit von fast -3 mag und ist ein sehr auffälliges Objekt. Mit ca. 1,7 mag nah einer Konjunktion fällt er hingegen kaum auf.
Der mittlere Abstand zwischen Sonne und Mars beträgt etwa 1,5 AE, folglich schwankt unsere Distanz zu ihm im Mittel zwischen 0,5 und 2,5 AE. Aufgrund der Exzentrizität der Marsbahn unterscheiden sich die Minimalabstände bei Oppositionen jedoch relativ stark. Im besten Fall trennen Erde und Mars nur 56 Mio. km, dann kann der rote Planet bis zu 24" scheinbaren Durchmesser erreichen. Doch leider liegen die Bahnen von Mars und Erde derart zueinander, dass die günstigen Oppositionen bzgl. des Abstand immer aud die Sommermonate fallen, wenn Mars leider nur bescheidene Höhen um 25° über dem Horizont erreicht.

Skizze der Bahnen von Erde und Mars
Bei den günstigen Winteroppositionen ist sein scheinbarer Durchmesser relativ klein (ca. 13"). Der wahrscheinlich beste Kompromiss für Beobachter in unseren Breiten sind die Herbstoppositionen mit Durchmessern um 20" und Höhen von über 50°.

Rotation

Noch ein kurzer Blick die Rotation von Mars, denn seine Tageslänge ist mit 24,6 Stunden der Erde sehr ähnlich. Für Beobachter bedeutet dies, dass in zwei aufeinander folgenden Nächten zur gleichen Zeit fast dieselbe Seite zu sehen ist. Es dauert daher eine Weile, bis man die gesamte Oberfläche beobachtet hat.
Außerdem ist die Drehachse des Mars vergleichbar zur Erde um 25,2° geneigt. Dies erzeugt einen jahreszeitlichen Rythmus, der in den folgenden Abschnitten immer wieder eine Rolle speilt. Auf diesen Beispielbildern sind die unterschiedlichen Perspektiven durch die Achsneigung zu sehen:

Mars: Albedoveränderungen südlich von Sinus Sabaeus

Mars im Teleskop

Jupiter in einem kleinen Teleskop
Mars ist in einem kleinen Einsteigerteleskop ein schwieriges Objekt, nur gröbste Einzelheiten sind sichtbar.
Mars ist ein etwas anspruchsvolleres Beobachtungsobjekt als beispielsweise Jupiter oder Saturn. Sein scheinbarer Durchmesser ist meistens relativ gering und Albedostrukturen sind eher kontrastarm. Oft sticht nur eine der hellen Polkappen deutlich hervor. Um feinere Details zu erkennen braucht es Übung und hohe Vergrößerungen. Neben den Albedostrukturen ist praktisch kein Oberflächenrelief zu erkennen, wie wir es vom Mond her kennen. Doch der Mond ist das einzige Objekt, bei dem das mit Amateurmitteln möglich ist. Es sind auf Mars also keine Krater beobachtbar.

So richtig rot ist Mars eigentlich nicht. Die dominierenden Farbe auf Mars' Oberfläche sind Beige-, Ocker- und Brauntöne verschiedener Helligkeit, die zu unterschiedlichen Landschaftsformen gehören. Helle Farben sind mit staubigen Tiefebenen asoziiert, während in bis mehrere Kilometer hohen Gebirgsplateaus eher die dunkleren Brauntöne vorherrschen. Schnell fällt auf, dass Mars scheinbar zweigeteilt ist: die Südhemisphäre ist weitgehend dunkel, die Nordhemisphäre fast nur hell Beige.

Polregionen

Polkappen
Das wechselnde Erscheinungsbild der NPC
Das wechselnde Erscheinungsbild der NPC.
Der Anblick der Polregionen erinnert ein wenig an die Erde: Mars besitzt zwei strahlend weiße Polkappen, wobei aufgrund der Achsneigung immer nur eine gut zu sehen ist. Es gibt aber auch deutliche Unterschiede: Wasser ist zwar auch ein Bestandteil der Polkappen, jedoch bestehen sie hauptsächlich aus Trockeneis, also ausgefrorenes CO2.

An den Polregionen ist der jahreszeitliche Rythmus des Mars am deutlichsten zu sehen. Im Laufe eines Marsjahres schmelzen, bzw. resublimieren die Eiskappen wechselseitig beträchtlich ab und wachsen durch Sublimation von CO2 aus der Atmosphäre wieder an. Jedoch unterscheiden sich die längen der Jahreszeiten für Nord-und Südhemisphäre um rund 20 Jahre und die Polkappen unterscheiden sich deutlich in ihrer maximalen Ausdehung. Die südliche Polkappe (SPC) wird deutlich größer und erreich den 55. südlichen Breitengrad. Bei koninuierlicher Beobachtung fällt auf, dass die Sichtbarkeit der SPC schwankt. Die Ursache ist, dass sie nicht exakt auf dem aerografischen Südpol liegt, sondern um rund 150 km versetzt liegt, was wahrscheinlich mit den lokalen Wetterbedingungen zusammenhängt. Im Norden breitet sich das Trockeneis der Polkappe (NPC) nur bis zum 63. nördlichen Breitengrad aus.

Das Abschmelzen der SPC 2005.
Novus Mons (Mountains of Mitchell)
Novus Mons, auch Mountains of Mitchell genannt am 23.08.2003.
Das Schrumpfen und Anwachsen der Polkappen geht nicht gleichmäßig vonstatten, sondern wird durch die topografischen Gegebenheiten geprägt. Daher sind sie im Allgemeinen unregelmäßig geformt. Ein besonders schönes Beispiel: Bei den Koordinaten 75S 315W im Bereich der SPC befindet sich eine Berggruppe namens Novus Mons, die auch Mountains of Mitchell genannt wird. Dort hält sich das Eis deutlich länger als in der flacheren Umgebung. Dadurch trennt sich beim Schmelzprozess im Laufe von Tagen eine weiße Insel ab.

Diesen Prozess konnte ich bei der Opposition 2003 am 23. August festhalten. Auf der Aufnahme (Abb. rechts) ist am rechten Rand der Kappe Novus Mons als Ausbuchtung zu sehen.
Weitere Phänomene in den Polregionen
Die NPC mit deutlichem Polsaum
Die NPC mit deutlichem Polsaum.
Mit dem jahreszeitlichen Rythmus der Polregionen sind neben der veränderlichen Eismasse noch zwei weitere Phänomene zu beobachten.

Polsaum
Schmilzt eine der Polkappen ab, so ist in direkter Umgebung zu den Eismassen ein dunkler Saum zu sehen. Das Material an der Oberfläche hellt sich im weitere Prozess auf. Offenbar ändert sich hier die Albedo, wofür Raureifbildung verantwortlich gemacht wird. Der Kontrast zum blendend hellen Trockeneis ist sehr hoch, sodass der Polsaum visuelle relativ leicht zu sehen ist.

Mars mit nördlicher Polhaube NPH
Mars mit nördlicher Polhaube NPH.
Polhaube
Das erneute Anwachsen während einer Polarnacht macht sich indirekt bemerkbar. Zwar ist der betreffende Pol von der Erde abgewandt, jedoch bildet sich über der Polregion ein ausgedehnter Nebel, der bis auf die sichtbare Seite übergreift. Entsprechend der Hemisphäre wir die Nebelhaube als "north polar hood" (NPH), bzw. "south polar hood" (SPH) bezeichnet. Die Polhaube sind durchaus unregelmäßig geformt und können sich in relativ kurzer Zeit sichtbar verändern.

Albedostrukturen

Markante Regionen
Die Albedostrukturen sind wie schon oben erwähnt mit verschiedenen Landschaftsformen assoziiert. Ihre Nomenklatur erinnert teilweise an die des Mondes, wobei es eine alte und im Amateurbereich noch gerne verwendete und eine neue Nomenklatur gibt. Ich verwende gerne die alten Namen. Hier ist eine eigene Fotokarte aus dem Jahr 2005:

Mars Fotokarte
Im folgenden sollen ein paar Highlights kurs vorgestellt werden.

Syrtis Major
Die große Syrte / Syrtis Major
Das wahrscheinlich bekannteste dunkle Gebiet auf Mars ist Syrtis Major ("Große Syrte"), bei dem es sich um eine ausgedehnte Hochebene mit einer Ausdehnung von rund 1300 km × 1500 km handelt. Ihre Kontur ist in erster Näherung von dreieckiger Form. Syrtis Major liegt in der Nähe des Äquators und ist die auffälligste dunkle Region. Aktuell geht man davon aus, dass es sich um ein vulkanisches Gebilde handelt und die dunklen Gesteine sind basaltisch.

Hellas-Basin
Das Hellas-Becken / Hellas Planitia
Ein anderes auffälliges Merkmal ist das riesige Hellas-Becken mit einer Größe von 2300 km. Mit rund 7.000 m unter Normalnivaeu findet sich hier der tiefste Punkt auf dem Mars. Hellas Planitia ist das Resultat eines Einschlags von einem größeren Objekt, wahrscheinlich in der Frühzeit des Sonnensystems während des großen Bombardements vor 4 Mrd. Jahren. Aufgrund der relativ hellen, gelblichen Färbung hebt es sich gut von den umliegenden dunklen Hochland ab.

Argyre
Argyre
Argyre Planitia ist ebenfalls ein rundes Basin wie Hellas Planitia und geht auf einen Einschlag vor rund 3,9 Mrd. Jahre zurück. Es ist jedoch mit 900 km Durchmesser nur etwa halb so groß und auch etwas weniger auffällig. Am besten lässt es sich während eines Süd-Sommers beobachten. Auf dem Beispielbild rechts hat sich Dunst gebildet, wodurch das Basin auffälliger wird.
Veränderungen
Die dunklen Gebiete scheinen mit der Zeit ihre Farbe und Form etwas zu ändern. Dies liegt am Wettersystem, genauer an Winden, die für eine Umverteilung von Staub auf der Oberfläche sorgen. Solche Veränderungen werden über Zeiträume von Wochen sichtbar. Hier ein Beispiel mit der Region südlich von Sinus Sabaeus, wo sich die Helligkeit von der Opposition 2007 bis zur Opposition 2009/10 deutlich verändert hat.

Mars: Albedoveränderungen südlich von Sinus Sabaeus
Vulkane
Die Tharsis-Region mit Olympus Mons
Die Tharsis-Region mit Olympus Mons – sehr hell an diesem Tag.
Ein besonderes Merkmal des Planeten sind eine Reihe riesiger Schildvulkane, deren Aktivität vor rund 100 Mio. Jahren endete. Die bekannteste Region mit Vulkanen ist Tharsis mit Olympus Mons, dem höchsten Vulkan des Sonnensystems. Sein Gipfel liegt beeindruckende 26,4 km über der Tharsis-Ebene und sein Schild hat einen Basisdurchmesser von rund 600 km. Südöstlich von Olympus Mons befindet sich eine Gruppe aus drei weiteren sehr großen Vulkanen von Nordost nach Südwest aufgereiht, die als Tharsis Montes zusammengefasst werden. Ascraeus Mons, Pavonis Mons und Arsia Mons sind 15, 14 und 20 km hoch.

Ascraeus Mons (rechts) und Pavonis Mons (links) überragen morgentlichen Nebel
Ascraeus Mons (rechts) und Pavonis Mons (links) überragen morgentlichen Nebel.
Die Beobachtung der Vulkane ist jedoch schwierig und bedarf größerer Teleskope. Und selbst dann ist mnachmal keine eindeutige Sichtung möglich, da sich ihr Albedo kaum von der Umgebung unterscheidet. Doch manchmal helfen günstige Begleitumstände. Nicht selten sind (orographische) Wolken-, Nebel- oder Reifbildung mit den Vulkanen assoziiert. Im Falle von Olympus Mons gibt es dafür den Begriff „Nix Olympica“, was „Schnee des Olymp“ bedeutet.

Außerdem fallen die Vulkane aufgrund ihrer Schatten nahe des Terminators auf. Ist gerade Sonnenauf- oder untergang über Tharsis, lohnt es sich nach dunklen Flecken passend zur charakteristischen Anordnung der Tharsis-Vulkane Ausschau zu halten. Weiter oben hatte ich erwähnt, dass Mars praktisch nur Albedodetails Preis gibt, dies hier ist quasi die einzige mir bekannte Ausnahme bei der die Topografie des Planeten sichtbar wird.

Die Schatten der Tharsis-Vulkane.
Als weiteres interessantes Vulkangebiet sei noch Elysium erwähnt. Dort findet man die großen Schildvulkane Elysium Mons, Hecates Tholus und Albor Tholus, die jedoch schwieriger zu beobachten sind.

Wettererscheinungen

Mars besitzt zwar nur eine dünne Atmosphäre – der Druck an der Oberfläche ist 160× geringer als auf der Erde –, doch es gibt einige Wetterphänomene zu beobachten. Getrieben werden diese durch den Tageswechsel und die Jahreszeiten. Erwähnt wurden ja schon die Erscheinungen in Verbindnung mit den Polkappen und die orografischen Wolken bei den Vulkanen. Zu beobachten gibt es außerdem lokale Reif-, Nebel- oder Dunst-Erscheinungen. Weiterhin können Winde Staubstürme erzeugen, die manchmal sogar den gesamten Planeten einhüllen. Von all diesen Phänomenen ist einiges bereits auf den Bildern oben zu sehen. Hier sind noch weitere Beispiele.

Die Schatten der Tharsis-Vulkane.

Filter für die visuelle Beobachtung

Hier noch ein Hinweis, denn bei der visuellen Beobachtung ist es sinnvoll mit Farbfiltern zur Kontraststeigerung zu arbeiten. Farbunterschiede zwischen hellen und dunklen Zonen, sowie den Wetterphänomenen könne so genutzt werden. Die folgenden Filter haben sich als gewinnbringend erwiesen:

Zusammenfassung

Zum Schluss noch einmal die interessanten Punkte zusammengefasst:



[Artikel vom 18.03.2018]