Forscher helfen bei der Suche nach Wasser anhand der Analyse von Planetenoberflächen

Die Oberfläche einiger Planeten ist oft von dünnen, rissigen Schichten bedeckt, deren Muster nicht zufällig sind: Ihre Geometrie enthält Informationen über die Bedingungen, die zu ihrer Entstehung geführt haben. Dies ist das Thema einer aktuellen internationalen Studie, an der zwei Forscher der HUN-REN-BME-Forschungsgruppe Morphodynamik beteiligt sind, so eine Mitteilung des Forschungsinstituts.

Die Planeten sind oft von dünnen, rissigen Schichten bedeckt. Ob auf Schlammschichten oder eisbedeckten Felsplatten, diese Risse bilden zweidimensionale Muster, die der überlappenden und lückenlosen Bedeckung eines Flugzeugs entsprechen. Die HUN-REN-BME Forschungsgruppe Morphodynamik und die University of Pennsylvania haben ein Modell zur Beschreibung der zeitlichen Entwicklung dieser Rissnetzwerke entwickelt, das kürzlich in den Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) veröffentlicht wurde.

Im Mittelpunkt der Studie steht ein mathematisches Modell, mit dem die vollständige Entwicklung des Rissmusters im Laufe der Zeit anhand eines einzigen Fotos des Rissmusters annähernd rekonstruiert werden kann. Das Modell, das in dieser Form noch nie auf andere planetarische Oberflächenmuster angewandt wurde, ist von ungarischen Forschern auf der Grundlage einer früheren Studie entwickelt worden, die sie zusammen mit Péter Bálint, dem Direktor des Mathematischen Instituts des BME, durchgeführt haben.

Der Input für das Modell ist eines der grundlegendsten Merkmale des Musters auf dem Foto: die Geometrie der Knotenpunkte. Analytische und numerische Berechnungen des Modells haben es den Forschern ermöglicht, drei Haupttypen von Rissmustern auf der Grundlage dieses Merkmals zu identifizieren:

1. Hierarchische Rissmuster, die von T-Kreuzungen dominiert werden: Dies sind Systeme, in denen Risse nacheinander entstehen und sich neue Risse entlang bestehender Risse bilden. Beispiele hierfür sind Risse in den Trockenflächen der Erde und den zerklüfteten Oberflächen der Venus.
2. Sich zyklisch ausdehnende und zusammenziehende Rissmuster, die von Y-Knoten dominiert werden: Diese Muster bilden sich, wenn das Oberflächenmaterial wiederholten Volumenänderungen unterliegt, zum Beispiel in Gegenwart von Wasser. Es handelt sich um Risse in bestimmten Gebieten des Mars, die möglicherweise durch Wasser entstanden sind.
3. Eisbedingte Risse, die von X-Knoten dominiert werden: Auf eisbedeckten Oberflächen, wie z. B. auf dem Mond Europa, überschneiden sich neue Risse, die sich im Laufe der Zeit bilden, häufig mit älteren. Dies geschieht, weil das Wiedergefrieren des Eises die Risse „heilt“, so dass sich daraus neue Muster bilden können.

Die Analyse der Rissgeometrie könne dazu beitragen, Gebiete auf der Planetenoberfläche zu identifizieren, in denen es früher (oder heute) Wasser gegeben haben könnte,

glauben die ungarischen und US-amerikanischen Forscher.

Auf dem Mars zum Beispiel deuten sechseckige Rissnetzwerke darauf hin, dass es in der Vergangenheit regelmäßige Wasserbewegungen gegeben haben könnte. Auf dem Mond Europa stützen quer verlaufende Risse die Hypothese, dass sich unter dem Schelfeis ein flüssiger Ozean befinden könnte, der ein günstiges Umfeld für Leben bieten könnte.

Das neue Modell ermöglicht es, mit Hilfe von Bildanalysemethoden systematisch Bruchnetzwerke zu kartieren und aus dem riesigen Datensatz Schlussfolgerungen zu ziehen, die Geologen in kurzer Zeit interpretieren können.

Die Ergebnisse einer kürzlich veröffentlichten Studie liefern ein neues Werkzeug für die Planetenforschung. „Die Analyse von Rissmustern könnte uns in Zukunft dabei helfen, die Oberfläche von Himmelskörpern zu untersuchen, von denen Satellitenbilder verfügbar sind.

Sie kann dazu beitragen, Orte zu identifizieren, an denen Wasser eine wichtige Rolle bei der Bildung der Oberflächenmorphologie gespielt und somit die Bedingungen für Leben geschaffen haben könnte“,

sagte Gábor Domokos, Leiter des ungarischen Forschungsteams.

Laut Krisztina Regős, einer weiteren ungarischen Autorin der Studie, wird der nächste Schritt darin bestehen, Methoden zu automatisieren, wie etwa die Entwicklung von Bildanalysesystemen auf der Grundlage künstlicher Intelligenz, die eine genauere und effizientere Identifizierung von Rissnetzwerken auf Weltraumaufnahmen ermöglichen werden.

via hun-ren.hu, Beitragsbild: pixabay