// SCINEXX — SPAZIO & SCIENZA
Fünf neue Marskrater offenbaren Schwächen gängiger Kraterformeln
Beim Anflug des Marsrovers Perseverance schlugen abgeworfene Ballastgewichte und Teile der Reisestufe in den Mars und hinterließen mehrere Meter große Krater, die eine neue Auswertung nun als kalibriertes Experiment nutzt. Die Modelle zeigen, dass übliche Kraterformeln unter diesen Bedingungen deutlich versagen und der getroffene Untergrund nur etwa sieben Kilopascal Kohäsion besitzt.
London (England). Einschlagkrater verraten häufig, wie fest oder porös eine Planetenoberfläche ist, doch bei natürlichen Meteoroiden bleibt meist unsicher, wie groß, schwer und schnell der Einschläger war. Ausgerechnet ausrangierte Teile einer Marsmission bieten nun eine seltene Ausnahme, weil ihre Eigenschaften vor dem Aufprall wesentlich besser bekannt sind.
Bei der Landung von Perseverance im Jahr 2021 wurden zwei Ballastkörper aus Wolfram und Teile der Reisestufe abgetrennt, die rund 70 Kilometer nordwestlich des Jezero-Kraters fünf neue Krater mit Durchmessern von 2,6 bis 6,3 Metern erzeugten. Der Fundort liegt in einem alten Entwässerungsgebiet, dessen Täler in Richtung des Jezero-Deltas führen.
Forscher des Imperial College London um Dr. Aleksandra Sokołowska haben die Einschlagstellen mit Aufnahmen der Context Camera und des High Resolution Imaging Science Experiment auf dem Mars Reconnaissance Orbiter untersucht. Die Krater fehlen auf älteren Bildern und zeigen frische Ränder, Auswurfmaterial sowie typische Helligkeitsmuster. Anschließend
verglich das Team ihre Lage und Form mit berechneten Flugbahnen der abgeworfenen Hardware.
Die beiden sogenannten Cruise Ballast Mass Devices (CBMD) bestanden aus Wolfram und wogen jeweils 77 Kilogramm. Zusätzlich zerbrach die 539 Kilogramm schwere Reisestufe beim Eintritt offenbar in mehrere Teile. Nach Lage, Durchmesser und Auswurfmuster sind die beiden jeweils etwa 3,5 Meter großen Krater CBMD-c und CBMD-e die wahrscheinlichsten Einschlagstellen der Ballastkörper. Die drei übrigen Krater ordnet das Team Fragmenten der Reisestufe zu.
Weil Masse und Flugbahn der Ballastkörper vergleichsweise gut bekannt sind, lassen sich aus ihren Kratern Eigenschaften des getroffenen Materials ableiten, und genau hier zeigte sich die Überraschung. Herkömmliche Skalierungsbeziehungen für Einschlagkrater liefern in dieser ungewöhnlichen Konstellation deutlich andere Werte als detaillierte Stoßphysik-Simulationen und überschätzen die abgeleitete Materialfestigkeit um etwa eine Größenordnung.
Der Grund liegt vor allem im extremen Dichteunterschied und im flachen Einschlag, denn Wolfram ist mit rund 19.250 Kilogramm pro Kubikmeter mehr als zwölfmal so dicht wie das im Modell angesetzte poröse Marsmaterial mit 1.590 Kilogramm pro Kubikmeter. Zugleich trafen die Ballastkörper den Boden nach den Flugbahnberechnungen in einem Winkel von nur etwa zehn Grad zur Horizontalen. Dadurch dringt das dichte Material ungewöhnlich tief ein, statt seine Energie so zu verteilen wie in den Experimenten, auf denen viele gängige Formeln beruhen.
In einer dreidimensionalen Simulation reproduzierte eine Kohäsion von 7,22 Kilopascal die beobachteten Kraterdurchmesser am besten. Unter Einbeziehung der Unsicherheiten geben die Forscher rund 7 ± 1,5 Kilopascal als robustere Schätzung an. Auch das asymmetrische, schmetterlingsartige Auswurfmuster der Simulation ähnelt den Orbitalbildern der beiden wahrscheinlichen Ballastkrater.
Dieser Wert liegt in der Größenordnung schwach verfestigten Marsregoliths und passt zu früheren Messungen anderer Marsmissionen, die ebenfalls Kohäsionswerte von wenigen Kilopascal ergeben haben. Die Aussage gilt allerdings nur für das Material an den beiden wahrscheinlichen Ballast-Einschlagstellen. Für die drei Krater der zerbrochenen Reisestufe sind Masse, Geschwindigkeit und Form der einzelnen Fragmente nicht genau genug bekannt, um daraus bereits eine ähnlich belastbare Festigkeit abzuleiten.