Studying the Structure and Composition of the Atmosphere of Mars by High-Resolution Infrared Heterodyne Spectroscopy

• Antragsteller: Dr. Guido Sonnabend
• Fachliche Zuordnung: Physik und Chemie der Atmosphäre
• Förderung: Förderung von 2010 bis 2013
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 161471805

• Erstellungsjahr: 2013

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Das Verständnis der physikalischen Prozesse in Planetenatmosphären ist wichtig für die Entwicklung von Zirkualtionsmodellen (GCM) und für langfristige Klimaprognosen. Neben der Erde gilt das Interesse besonders den erdähnlichen Planeten Mars und Venus. Detaillierte Simulationen von wichtigen Parametern in den verwendeten Modellen wie Windgeschwindigkeit, Temperatur oder Häufigkeiten führen zu einer detaillierten Vorhersage des atmosphärischen Verhaltens und verlangen nach experimenteller Überprüfung. Ein ideales Werkzeug zur Fernerkundung planetarer Atmosphären ist die hoch spektrale auflösende infrarot-heterodyn Spektroskopie. Im Gegensatz zu den Mikrowellenbeobachtungen gelingt hier auch eine ausreichende räumliche Auflösung. Aus vollständig aufgelösten Linienprofilen lassen sich Geschwindigkeit, Temperatur oder Häufigkeit von Gasen direkt ableiten. Insbesondere für den Mars hat man in den letzten Jahren deutlich verbesserte Daten aus mehreren Weltraummissionen bekommen. Jedoch sind diese Daten selektiv und nur aus begrenzten Bereichen der Marsatmosphäre verfügbar. Weitere Beobachtungen aus anderen (meist höheren) atmosphärischen Regionen sind notwendig. Im Rahmen des Projektes wurden zu verschiedenen Jahreszeiten auf dem Mars Wind und Temperaturmessungen in der mittleren Marsatmosphäre (∼65 km) durchgeführt und mit Modellvorhersagen verglichen. Es hat sich gezeigt, dass insbesondere in den hohen Breiten systematische Abweichungen zwischen Modell und Beobachtunge existieren. Die experimentell gefundenen Temperaturen waren zudem durchweg höher, als vom Modell vorhergesagt. Zudem wurde eine Suche nach dem biologisch relevanten Methangas durchgeführt, welche jedoch nicht zu einem Nachweis führte.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• Modeling the atmospheric CO2 10-µm non-thermal emission in Mars and Venus at high spectral resolution, 2011, PSS, 59, 999
  López-Valverde, M. A., Sonnabend, G., Sornig, M., & Kroetz, P.
  
• Mars mesospheric zonal wind around northern spring equinox from infrared heterodyne observations of CO2, 2012, Icarus, 217, 315
  Sonnabend, G., Sornig, M., Krötz, P., & Stupar, D.
  
• Observations of the Atmosphere of Mars using Mid-Infrared Heterodyne Spectroscopy and Investigation of Fabry-Pérot Quantum Cascade Lasers as Radiation Sources for Spectroscopy, PhD thesis, I. Physikalisches Institut der Universitaet zu Koeln, 2012
  Stupar, D.