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Zuverlässig auch dank PTB-Kalibrierung: Mars Express findet Wasser und Methan

Die europäische Raumsonde Mars Express hat am Südpol des Roten Planeten erhebliche, bisher unbekannte Mengen von Wasser als „Perma-frost“-Eis entdeckt. Kürzlich gelang zudem mit einem der Messgeräte, dem Planeten-Fourier-Spektrometer (PFS), der Nachweis von Methan. Einen Beitrag zu diesen Entdeckungen hat auch die PTB geleistet: Die radiometrische Kalibrierung des kurzwelligen PFS-Kanals – nicht nur vor dem Start, sondern auch in der Mars-Umlaufbahn – ist auf PTB-Normale rückgeführt.

Ausschnitt aus zwei PFS-Spektren vom Südpol des Mars und vom Äquator. Im Pol-Spektrum ist die Absorptionsbande von eisförmigem Wasser zwischen 3750 cm-1 und 3950 cm-1 deutlich zu sehen, die im Äquator-Spektrum fehlt. Beide Spektren zeigen Absorptionslinien von Wasserdampf. Das Pol-Spektrum zeigt darüber hinaus ein Absorptionsband von festem Kohlendioxid bei 4370 cm-1. Eingeblendet ist eine Aufnahme der Marsoberfläche am Südpol im sichtbaren Licht. Überlagert ist das Raster der PFS-Aufnahmen, die zum Nachweis von Wassereis geführt haben.

Als erste europäische Mars-Mission erreichte Mars Express Ende vergangenen Jahres seine Marsumlaufbahn. Schon kurz danach gelang mit Infrarot-Messungen von OMEGA (einer Kamera-Spektrometer-Kombination), SPICAM (einem UV- und IR-Spektrometer) und dem PFS (dem Planten-Fourier-Spektrometer) die Aufsehen erregende Entdeckung des Wassers am Südpol und bald danach mit dem PFS von Methan als Spurengas in der Kohlendioxid-Atmosphäre des Mars.

Das in italienisch-polnisch-deutscher Kooperation entwickelte, gebaute und betriebene PFS ist ein Zweikanalspektrometer für den Wellenlängenbereich von 1,2 µm bis 45 µm, das die vom Mars reflektierte Sonnenstrahlung misst. Damit kann auch mit Sand und Gestein vermischtes, im sichtbaren Spektralbereich „verstecktes“ Eis auf der Marsoberfläche erkannt werden.

Der kurzwellige Kanal des Spektrometers (1,2 µm bis 4,8 µm) wurde auf PTB-Normale rückgeführt radiometrisch kalibriert. Dazu wurden durch direkten Vergleich mit dem PTB-Primärnormal für spektrale Strahldichte, einem Hochtemperatur-Hohlraumstrahler, die spektralen Strahlstärken von fünf Infrarot-Miniaturstrahlern der PFS-Kalibriereinrichtung über den gesamten Spektralbereich des Kanals bestimmt. Die von der PTB kalibrierten Strahler dienten zunächst zur „Preflight“-Kalibrierung des PFS. Ein kalibrierter Infrarotstrahler wurde in das PFS integriert und erlaubt jetzt in der Mars-Umlaufbahn die regelmäßige „Inflight“-Kalibrierung des kurzwelligen Kanals. Damit ist sichergestellt, dass nicht durch unerkannte Änderungen der PFS-Empfindlichkeit Strukturen in den gemessenen Spektren vorgetäuscht werden.

Ansprechpartner:

Arbeitsgruppe 7.3
Telefon: 030-3481-7369

© Physikalisch-Technische Bundesanstalt, letzte Änderung: 2011-11-17, Volker Großmann Seite drucken DruckansichtPDF-Export PDF