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Paleopole investigation of Martian magnetic field anomalies
Thomas, Paul
Ever since the start of the space era, magnetometer carrying spacecrafts were sent to measure the magnetic fields of the Earth and other terrestrial planets in the solar system. The first attempt to measure the magnetic field of Mars was during the flyby of the Mariner 4 spacecraft and it was concluded that unlike Earth a current core dynamo is absent. Even though magnetometer carrying spacecrafts approached Mars in the following decades, it was not until 1997 that the Mars Global Surveyor (MGS) mission discovered a strong remanent magnetic field originating from the Martian crust. Ever since, the results of MGS were integrated in local and global magnetic field models, which were eventually used for paleopole reconstruction. By comparing all paleopole investigations since the year 2001 it was revealed that determined paleopole locations are widely spread all over the Martian surface and it was therefore an objective of this study to find the reason for the spread and give an estimate of uncertainty for paleopole locations on Mars. From synthetic tests, as well as tests on real data, it can be concluded that perturbation in the measured magnetic signal causes residuals in the determined paleopole location, which explains the spread found in earlier studies. Eight Martian magnetic field anomalies were investigated in detail and the determined areas of admissible paleopole locations show a mean surface coverage of 35.5%. These areas constrain paleopole locations to either the northern or southern hemisphere as well as an area in the mid-latitudes. It could therefore be concluded that Mars underwent at least one polar reversal and an event of true polar wander in its past.
Mit Beginn der Raumfahrt war es möglich magnetische Messungen im Orbit der Erde und anderer terrestrischer Planeten durchzuführen. Durch Einsatz der Mariner 4 Sonde wurde zum ersten Mal während eines Vorbeiflugs versucht das Magnetfeld des Mars zu messen. Jedoch konnte das an Bord befindliche Magnetometer kein signifikantes Magnetfeld detektieren. Dies führte zu dem Schluss, dass der Planet Mars zum momentanen Zeitpunkt keinen Dynamo in seinem Kern aufrecht erhalten kann. Der Mariner 4 Sonde folgten weitere Missionen, doch es dauerte bis zum Jahr 1997 bis die Mars Global Surveyor (MGS) Sonde ihre Mission im Orbit des Mars antrat und ein deutliches Magnetfeld detektierte, dessen Ursprung in der Kruste des Planeten liegt. Die gewonnenen Daten wurden für die Erstellung von lokalen und globalen Magnetfeldmodellen genutzt, welche wiederum dazu dienten die Positionen von magnetischen Paläopolen zu bestimmen. Die Analyse der seit dem Jahr 2001 durchgeführten Untersuchungen zeigte, dass sich die errechneten Paläopolpositionen kaum auf einen definierten Bereich auf der Marsoberfläche einschränken lassen. Das Ziel dieser Arbeit ist es die Ursachen der weiträumigen Verteilung der Paläopole zu untersuchen und ein Maß für die mögliche Streuung von Paläopolpositionen zu definieren. Hierzu wurden synthetische Magnetfeldanomalien erzeugt, sowie reale Anomalien des Mars untersucht, welche zu dem Ergebnis führten, dass die weiträumige Verteilung durch die Überlagerung von Magnetfeldsignalen hervorgerufen wird und das Ausmaß der jeweiligen Signalveränderung abgeschätzt werden muss. Im Detail wurden acht Magnetfeldanomalien des Mars untersucht und für jede Anomalie konnte ein Bereich erlaubter Paläopolpositionen (area of admissible paleopole locations) definiert werden. Im Mittel bedecken die errechnteten Bereiche 35, 5% der Marsoberfläche, wodurch Paläopolpositionen auf die nördliche und südliche Hemisphäre, sowie auf einen Bereich mittlerer Breite beschränkt werden können. Die Verteilung von Paläopolpositionen lässt den Schluss zu, dass in der Vergangenheit des Mars mindestens eine Polumkehr (polar reversal), sowie eine ausgeprägte Polwanderung (true polar wander) stattgefunden haben muss.
