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Wolkentürme über dem Amazonas

„Bitte anschnallen. Wir durchfliegen gerade ein Gebiet mit starken Turbulenzen.“ Was so manchen Fluggast in Schrecken versetzen würde, erfreute im vergangenen Monat Atmosphären- und Klimaforscher aus Deutschland, Brasilien und Israel.

Unter den Tragflächen des Forschungsflugzeugs HALO befinden sich Sonden, um die Eigenschaften von Aerosolen und Wolkenteilchen zu bestimmen. Foto: Prof. Dr. Manfred Wendisch
Unter den Tragflächen des Forschungsflugzeugs HALO befinden sich Sonden, um die Eigenschaften von Aerosolen und Wolkenteilchen zu bestimmen.
Foto: Prof. Dr. Manfred Wendisch

Im Rahmen einer groß angelegten Expedition erkundeten mehr als 60 Wissenschaftler hoch aufsteigende Wolkentürme über dem Amazonas-Regenwald mit Hilfe des Forschungsflugzeugs HALO. Ziel der ACRIDICON-CHUVA-Messkampagne war es, herauszufinden, wie Gase und Aerosolpartikel, Wolkentropfen und -eiskristalle, Wind und Sonnenstrahlung in der Atmosphäre wechselwirken, und so die Entstehung und Eigenschaften von Wolken und Niederschlag sowie deren Auswirkung auf das Klima beeinflussen. Das Projekt wird unter anderem von Manfred Wendisch vom Institut für Meteorologie der Universität Leipzig koordiniert.

Um das zu untersuchen, flogen die Forscher vom brasilianischen Manaus aus in 14 Messflügen von etwa sieben Stunden Dauer über dem Regenwald hoch in die Atmosphäre. Dabei flog das Flugzeug oft direkt in sogenannte konvektive Wolken ein, wie Meteorologen aufsteigende Regen- und Gewitterwolken bezeichnen. Mit an Bord hatten die Wissenschaftler eine Kombination neuartiger und leistungsfähiger Messinstrumente, um die Zusammensetzung und die physikalisch-chemischen Eigenschaften von Luft und Wolken zu bestimmen.

Besondere Aufmerksamkeit galt den Unterschieden zwischen Wolken in reiner Luft über dem Regenwald und in verschmutzter Luft über der Millionenstadt Manaus und Brandrodungsgebieten.

„Wir wollen unter anderem verstehen, welchen Einfluss die Luftverschmutzung auf die Bildung von Wolken hat“, sagt Meinrat O. Andreae vom Max-Planck-Institut für Chemie aus Mainz. „Wenn große Waldgebiete abgebrannt werden, entstehen riesige Mengen an Rauchpartikeln, die hoch in die Atmosphäre steigen und dort die Wolkenbildung beeinflussen.“ „Verschmutzte Wolken enthalten um ein Vielfaches mehr, aber dafür kleinere Wassertröpfchen als saubere Wolken“, erläutert Manfred Wendisch vom Institut für Meteorologie der Universität Leipzig die ersten Ergebnisse der Messkampagne. Verschmutzte Wolken bilden daher weniger schnell Regen und erscheinen heller, da kleinere Tröpfchen mehr Sonnenlicht reflektieren als große.

„Auf den ACRIDICON-CHUVA-Flügen mit HALO konnten wir erstmals die chemische Zusammensetzung und mikrophysikalischen Eigenschaften der Wolkenteilchen, Aerosolpartikel und Spurengase in hochreichenden konvektiven Wolken simultan messen und umfassend charakterisieren“, sagt Ulrich Pöschl vom Max-Planck-Institut für Chemie, der das Forschungsprojekt gemeinsam mit Meinrat Andreae, Manfred Wendisch und Luiz Machado vom brasilianischen Forschungsinstitut INPE koordiniert. „Dadurch wird es möglich, den Prozess der Wolkenentstehung genauer zu erfassen und die Auswirkungen von Luftverschmutzung auf Wetter und Klima besser zu verstehen und vorherzusagen.“ Für quantitative Aussagen, wie sich die beobachteten Effekte auf das Klima im Amazonas-Regenwald und weltweit auswirken, ist es jedoch noch zu früh, da die Forscher die riesigen Datenmengen erst vollständig analysieren und auswerten müssen.

Neben der Begeisterung für die einzigartigen wissenschaftlichen Daten, die das Forschungsflugzeug HALO auf seinem fünfwöchigen Auslandseinsatz sammelte, freuten sich alle Beteiligten darüber, dass die Messkampagne nach jahrelangen Vorbereitungen trotz schwieriger logistischer Bedingungen erfolgreich durchgeführt werden konnte, was ohne die enge Zusammenarbeit mit den brasilianischen Partnern nicht möglich gewesen wäre.

Forschungsflüge nahe großer Gewitterzellen, die in größere Wolkenformationen hineinführen, sind für die Testpiloten des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR), dem Betreiber von HALO, ein nicht ganz alltägliches Handwerk. „Die Messflüge waren die bisher komplexesten Flugabläufe für HALO“, sagt DLR-Testpilot Steffen Gemsa. „Fliegerisch besonders anspruchsvoll waren für uns die wiederholten Durchflüge von Quellwolken und von Ausflussgebieten hochreichender tropischer Gewitterwolken.“

Die Piloten flogen über dem brasilianischen Regenwald fünf verschiedene wissenschaftliche Basisflugmuster in niedrigen Flughöhen. Zudem stiegen sie auch in extreme Flughöhen von fast 15 Kilometer auf. Bei diesen Flügen überwand das Flugzeug regelmäßig Temperaturunterschiede von weit über 100 Grad Celsius. Während es am Boden oft über 35 Grad Celsius heiß wurde, herrschen in der oberen Troposphäre etwa minus 65 Grad Celsius. Aufgrund der herausfordernden Temperaturen und Turbulenzen war zwar viel Wartungsarbeit an Flugzeug und Messinstrumenten zu bewältigen, es gab aber keine größeren technischen Ausfälle. Und auch alle mitfliegenden Wissenschaftler landeten wieder wohlbehalten auf der Erde.

Über die ACRIDICON-CHUVA-Messkampagne:

Die Abkürzung steht für „Aerosol, Cloud, Precipitation, and Radiation Interactions and Dynamics of Convective Cloud Systems (ACRIDICON)“ und das brasilianische Wort „Regen“ (CHUVA).

Zahlreiche Bilder und ein Tagebuch der ACRIDICON-CHUVA-Messkampagne finden sich auf folgenden Webseiten:

Das deutsch-brasilianische ACRIDICON-CHUVA-Forschungsprojekt erfolgt in enger Kooperation mit dem brasilianischen Regenforschungsprojekt CHUVA, dem US-amerikanisch-brasilianischen Atmosphärenforschungsprojekt GO-Amazon und dem internationalen Amazonasforschungsprojekt LBA:

Zu den direkt an ACRIDICON-CHUVA beteiligten Institutionen gehören:

das Max-Planck-Institut für Chemie (MPIC), die Universität Leipzig, das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR), das Forschungszentrum Jülich (FZJ), das Leibniz-Institut für Troposphärenforschung (TROPOS), das Karlsruher Institut für Technologie (KIT), die Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB), die Universität Frankfurt, die Universität München, die Universität Heidelberg und die Universität Mainz aus Deutschland. Die Beiträge der universitären Partner werden von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) finanziert. Weiterhin beteiligt sind die Hebrew University of Jerusalem aus Israel sowie das Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE), die Universidade de São Paulo (USP), das Centro Técnico Aeroespacial (CTA), die Sistema de Proteção da Amazônia (SIPAM) und das Instituto Nacional de Pesquisas da Amazônia (INPA) aus Brasilien.

Über das Forschungsflugzeug HALO:

Das Forschungsflugzeug HALO ist eine Gemeinschaftsinitiative deutscher Umwelt- und Klimaforschungseinrichtungen. Gefördert wird HALO durch Zuwendungen des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF), der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG), der Helmholtz-Gemeinschaft, der Max-Planck-Gesellschaft (MPG), der Leibniz-Gemeinschaft, des Freistaates Bayern, des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT), des Deutschen GeoForschungsZentrums GFZ, des Forschungszentrums Jülich und des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt e.V. (DLR).

Quelle: Gemeinsame Pressemeldung des Max-Planck-Instituts für Chemie und der Universität Leipzig

Menschenhandel in Deutschland und Frankreich

Nicht immer sind sie jung und stammen aus osteuropäischen Ländern wie Rumänien, Bulgarien oder Ungarn. „Opfer von Menschenhandel können auch ältere Frauen aus der Bundesrepublik sein, die sich in einer Zwangslage befinden und dadurch zur Prostitution gezwungen werden“, sagt Prof. Dr. Rebecca Pates, Politikwissenschaftlerin an der Universität Leipzig. „Unser alltägliches Verständnis von Menschenhandel ist geprägt durch popkulturelle Phänomene wie Spielfilme, die allerdings mit der Realität in vielen Fällen nicht übereinstimmen.“ Pates forscht derzeit zum Thema „Menschenhandel im Lichte institutioneller Praktiken“ und vergleicht dabei Deutschlands und Frankreich.

„Wir wollen damit auch zur öffentlichen Debatte um Menschenhandel beitragen, indem wir die Diskrepanz zwischen politischen Regulierungsinstrumenten auf nationaler und internationaler Ebene einerseits und den konkreten lokalen Praktiken andererseits näher beleuchten“, erläutert Pates. „Bei der sozialwissenschaftlichen Auseinandersetzung mit der Problematik stößt man von Beginn an auf ein irritierendes Paradox: Obwohl die Frage des Menschenhandels die internationale Debatte um die Bekämpfung der organisierten Kriminalität beherrscht und obwohl Menschenhandel  durch den Kauf und Verkauf von Menschen und die Ausbeutung als eine der schwersten Menschenrechtsverletzungen gilt, werden nur wenige Fälle vor Gericht gebracht.“

Das dreijährige Forschungsprojekt wird von der Deutschen Forschungsgemeinschaft und ihrem französischen Pendant Agence nationale de la recherche finanziert. 13 Wissenschaftler sind daran beteiligt, fünf davon aus der Bundesrepublik.

Juristisch kann in Deutschland für das strafrechtliche Verfolgen von Menschenhandel Paragraf 232 des Strafgesetzbuches herangezogen werden. Danach ist, um wegen Menschenhandel Ermittlungen gegen mutmaßliche Täter aufnehmen zu können, nicht notwendig, dass das potenzielle Opfer aus einem anderen Land stammen muss. Zumindest laut dem Gesetzestext ist es ausreichend, dass eine Zwangslage ausgenutzt wird. „Die Zwangslage wird dann oft so ausgenutzt, dass die Sexarbeiter gezwungen werden, Kunden anzunehmen, die sie eigentlich nicht wollen und Praktiken anzubieten, die sie ebenfalls nicht wollen“, sagt Pates.

Eine „Hilflosigkeit, die mit dem Aufenthalt in einem fremden Land verbunden ist“, ist ein zweiter Aspekt bei der Aufnahme von Ermittlungen; sie muss allerdings nicht zwingend vorhanden sein. „Das ist in Frankreich anders“, berichtet Pates, „dort ist es für den Opferbegriff erforderlich, dass die Prostituierte keinen französischen Pass besitzt.“ Ein weiterer Unterschied zu Frankreich besteht darin, dass die Ermittler dort öfter zu Methoden wie dem Abhören von Telefonaten oder dem Überwachen von Kontobewegungen greifen. In der Bundesrepublik ist jedoch der Zeugenbeweis notwendig: Die mutmaßlichen Opfer von Menschenhandel müssen also schon während der Ermittlungen der Polizei eine auswertbare Aussage machen. Sollten sie das nicht tun, etwa aufgrund der Angst vor ihren Menschenhändlern, können sie im Gegensatz zu Frankreich ausgewiesen werden.

Im Unterschied zu Frankreich sind daher Migranten, die Opfer von Menschenhandel sind, in Deutschland  weniger aussagebereit. Sie könnten deswegen weniger häufig als Opfer anerkannt werden und für die Strafverfolgungsbehörden unsichtbar bleiben. Das Projekt wird also auch der Frage nachgehen, ob Frankreichs Statistiken mehr Menschenhandelsopfer mit Migrationshintergrund aufgrund der für Menschenhandelsopfer in Deutschland ungünstigen ausländerrechtlichen Bestimmungen aufweisen.

Die Wissenschaftler um Pates wollen sich deshalb Strafverfahren wegen Menschenhandels ansehen und mit Strafverfolgern von Staatsanwaltschaften und Polizei sprechen. „Wir wollen herausfinden, ob und wie der Paragraf 232 im konkreten Alltag der Behörden Anwendung findet. Generell ist die Polizei ja bemüht, Opfern von Menschenhandel zu helfen und die Täter zu überführen, sie berichtet aber auch, dass der Paragraf für die Ermittlungsarbeit große Schwierigkeiten in sich birgt“, berichtet Pates.

Der Beitrag zur öffentlichen Debatte um den Menschenhandel, den die Wissenschaftler des Projektes leisten wollen, könnte auch die Debatte um das Prostitutionsgesetz befruchten, das seit 2002 in der Bundesrepublik gilt und 2001 von der damaligen rot-grünen Regierung unter Kanzler Gerhard Schröder (SPD) verabschiedet worden war. Die gegenwärtige große Koalition von CDU und SPD unter Kanzlerin Angela Merkel (CDU) hat im Koalitionsvertrag von 2013 vereinbart, das Gesetz „umfassend“ zu überarbeiten. „Es existieren zum Beispiel keine empirischen Belege dafür, dass eine Verschärfung der Gesetze Menschenhandel verhindert“, schätzt Pates ein. „So einfach läuft das nicht.“

Sie verweist auf Schweden, wo Prostitution seit 1999 illegal ist und Kunden der Strafverfolgung unterliegen. „Die Prostitution gibt es in Schweden weiterhin, nur ist sie nicht mehr so stark öffentlich sichtbar“, berichtet Pates. Von Forderungen nach der Registrierung von Prostituierten bei der Polizei hält die Politikwissenschaftlerin nichts. „Das wäre ein Rückfall in das 19. Jahrhundert.“

Eine heiße Alternative zum elektrischen Strom

Die Physiker der Universität Bielefeld experimentieren mit Nanoschichten auf Chipträgern (Bild). Die Schichten bestehen aus magnetischen Isolatoren, also Material, das keinen oder nur wenig elektrischen Strom leitet. Foto: Universität Bielefeld
Die Physiker der Universität Bielefeld experimentieren mit Nanoschichten auf Chipträgern (Bild). Die Schichten bestehen aus magnetischen Isolatoren, also Material, das keinen oder nur wenig elektrischen Strom leitet. Foto: Universität Bielefeld

Die Fakultät für Physik der Universität Bielefeld ist künftig an vier statt drei Projekten des Schwerpunktprogramms „Spin Caloric Transport“ (SpinCaT) der Deutschen Forschungsgemeinschaft beteiligt. Die Wissenschaftler der Universität Bielefeld arbeiten an den physikalischen Grundlagen, um magnetische Signale mit Wärme zu erzeugen. Langfristig könnten auf der Basis zum Beispiel energiesparende Computer entwickelt werden. 2011 startete das Schwerpunktprogramm SpinCaT, das jetzt in die zweite Förderungsphase geht. Die SpinCaT-Forschung in Bielefeld wird mit insgesamt 800.000 Euro gefördert. Angesiedelt ist sie am „Center for Spinelectronic Materials and Devices“ (CSMD, Zentrum für Spinelektronische Materialien und Geräte).

Dr. Timo Kuschel ist zuständig für eines der neuen Projekte im Schwerpunktprogramm „SpinCaT“ der Deutschen Forschungsgemeinschaft. Foto: Universität Bielefeld
Dr. Timo Kuschel ist zuständig für eines der neuen Projekte im Schwerpunktprogramm „SpinCaT“ der Deutschen Forschungsgemeinschaft. Foto: Universität Bielefeld

Elektronen besitzen einen Eigendrehimpuls, der sich Elektronenspin nennt. Dieser sorgt dafür, dass sich Elektronen wie kleine Magnete verhalten. Auch wenn sie ihre Position beibehalten, können sie ihren Elektronenspin an benachbarte Elektronen weitergeben.

Neuerdings kann der Transport dieser Elektronenspins gezielt mit Wärme ausgelöst werden. „Wärme fällt oft als Abfallprodukt an – zum Beispiel als Betriebsabwärme im Computer“, sagt Professor Dr. Günter Reiss. „Wir wollen Verfahren entwickeln, die Wärme nutzen, um Elektronenspins gezielt zu steuern“. Reiss leitet die Arbeitsgruppe „Dünne Schichten und Physik der Nanostrukturen“ im CSMD, die in vier von insgesamt rund 30 Projekten des Schwerpunktprogramms „SpinCaT“ forscht.

Moderne Elektronik basiert auf Elektronentransport, der durch elektrische Spannung erzeugt wird. Beim elektrischen Strom bewegen sich die Elektronen also durch einen elektrischen Leiter, etwa einen Kupferdraht. Die Bielefelder Physiker wollen aber den Elektronenspin verwenden und nicht den Transport der Elektronen selber, um neuartige Schaltungen zu bauen, die vielleicht sogar durch Wärme betrieben werden können. Der Transport von Elektronenspins geschieht, ohne dass die Elektronen sich selber bewegen.

Nur der Eigendrehimpuls wird von Elektron zu Elektron weitergegeben. Da also kein elektrischer Strom für so einen „Spinstrom“ nötig ist, können diese magnetischen Signale auch in Material erzeugt und weitergegeben werden, das keinen oder nur wenig elektrischen Strom leiten kann. „So entsteht ein reiner Spinstrom, bei dem Elektronenspins ohne elektrischen Strom übermittelt werden können“, sagt Reiss. Die Physiker nutzen dafür magnetische Isolatoren. Zu ihnen gehören zum Beispiel ultradünne Schichten, die aus Nickelferrit oder Eisengranat bestehen.

Dieses Prinzip kann verwendet werden, um beispielsweise Computerdaten zu übertragen. Computer nutzen die Werte „0“ und „1“ als Zahlensystem, um zu rechnen und Daten zu speichern. Der Eigendrehimpuls des Elektrons kann ebenfalls zwei bestimmte Richtungen haben. Um Computerdaten also per Elektronenspin zu übermitteln, wird eine Drehimpulsrichtung als „0“ festgelegt und die andere als „1“. Weil die Elektronen sich selber in isolierenden Materialien nicht fortbewegen, verbraucht die Übertragung von Daten auf diese Art weitaus weniger Energie als der herkömmliche Elektronentransport. „Computer, die mit solchen Spin-Schaltkreisen arbeiten würden, sparen also von vornherein Energie. Sie könnten zudem nicht benötigte Wärme nutzen, um den Spin-Transport zu steuern“, sagt Dr. Timo Kuschel. Der Physiker gehört zur Arbeitsgruppe von Günter Reiss und leitet mit dem Professor und seinen Bielefelder Kollegen Dr. Andy Thomas und Dr. Jan-Michael Schmalhorst Projekte im SpinCaT-Programm.

Die Wissenschaftler der Universität Bielefeld konzentrieren sich auf die Grundlagenforschung zur Erzeugung und Manipulation von Spinströmen mit Wärme. Dafür entwickeln sie extrem dünne Schichten, die sie als magnetische Isolatoren einsetzen. Diese Nanoschichten analysieren sie mit einem Synchrotron, einer besonderen Art von Teilchenbeschleuniger. Dafür besuchen sie Forschungseinrichtungen in Hamburg, Berlin, Grenoble (Frankreich) und Berkeley (USA). Für die Forschung in den SpinCaT-Projekten kooperieren sie zudem mit Arbeitsgruppen aus München, Regensburg, Braunschweig, Greifswald, Alabama (USA) und Sendai (Japan). Auf Einladung der Fakultät für Physik diskutierten Anfang Oktober rund 20 Physiker aus vier Ländern auf einer Tagung in der Universität Bielefeld über ihre Messungen und Analysen zu thermisch generierten Spinströmen.

Quelle/Text/Redaktion: www.uni-bielefeld.de

Weitere Informationen:
www.spincat.info

Geologen müssen Mond-Entwicklung überdenken

Die amerikanische Mondmission „Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO)“ hat Hinweise darauf geliefert, dass die vulkanische Aktivität auf dem Mond nicht wie bisher angenommen vor etwa einer Milliarde Jahren abrupt zum Erliegen kam. Vielmehr hat es auch in der jüngeren Vergangenheit zumindest kleine vulkanische Eruptionen gegeben.

Dr. Carolyn van der Bogert und Prof. Dr. Harald Hiesinger Foto: WWU/Frank Bartschat
Dr. Carolyn van der Bogert und Prof. Dr. Harald Hiesinger
Foto: WWU/Frank Bartschat

An der Studie, die nun in dem Fachmagazin „Nature Geoscience“ veröffentlicht wurde, sind Prof. Dr. Harald Hiesinger und Dr. Carolyn van der Bogert vom Institut für Planetologie der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster (WWU) beteiligt.

Die Wissenschaftler stützen ihre These auf die Entdeckung vulkanischer Ablagerungen auf dem Mond, deren Alter sie auf weniger als 100 Millionen Jahre datieren. Auf der Erde würde dies dem Erdzeitalter der Kreide entsprechen, also einer Zeit, zu der die Dinosaurier die Erde bevölkerten. Einige der neu entdeckten vulkanischen Ablagerungen sind sogar weniger als 50 Millionen Jahre alt. Diese Entdeckung werde dazu führen, dass Geologen die jüngste geologische und thermische Entwicklung des Mondes neu überdenken müssen, so die Forscher.

Künstlerische Darstellung des Lunar Reconnaissance Orbiter Foto: Chris Meaney / NASA 2008
Künstlerische Darstellung des Lunar Reconnaissance Orbiter
Foto: Chris Meaney / NASA 2008

Die Ablagerungen, fachsprachlich „unregelmäßige Mare-Flecken“, finden sich in dunklen vulkanischen Tiefebenen, Mare genannt, auf dem Mond. Eines der größten Vorkommen vulkanischer Ablagerungen ist unter dem Namen „Ina“ bekannt. Es ist gekennzeichnet durch seine auffällige Helligkeit und die ungewöhnliche Form, die dem Großbuchstaben „D“ ähnelt. Dachte man bisher, Ina sei einzigartig, haben die Forscher nun viele weitere dieser Strukturen in den hochauflösenden Bildern der Spezialkameras der LRO-Mission entdeckt. Insgesamt hat das Team 70 bisher unbekannte Ablagerungen auf der Mondvorderseite identifiziert, die mit weniger als 500 Metern im Durchmesser zu klein sind, um sie von der Erde aus beobachten zu können.

„Bisherige Studien hatten bereits Hinweise darauf ergeben, dass es sich bei Ina um eine sehr junge Struktur handeln muss. Die Entdeckung zahlreicher ähnlich junger Strukturen in den Mare-Gebieten der Mondvorderseite hat jedoch fundamentale Auswirkungen auf die Modelle der thermischen Bedingungen des Mondinneren und seine thermische Entwicklung“ erklären Prof. Harald Hiesinger und Dr. Carolyn van der Bogert, die den Artikel gemeinsam mit Forschern der Arizona State University (USA) verfasst haben. Mit anderen Worten: Die Entdeckung dieser jungen vulkanischen Strukturen ist nur schwer mit den bisherigen Vorstellungen der Temperatur des Mondinneren in Einklang zu bringen. Die jungen vulkanischen Strukturen sind laut Experten für die zukünftige Exploration des Mondes von enormer Bedeutung.

Die NASA-Mission LRO wird vom Goddard Space Flight Center (Nähe Washington) betreut. An Bord der um den Mond kreisenden Sonde ist das Kamerasystem „LROC“. Es besteht aus insgesamt drei Kameras, die von Malin Space Science Systems entworfen und gebaut wurden und von der Arizona State University betrieben werden. Harald Hiesinger ist der einzige deutsche Wissenschaftler, der an LROC beteiligt ist.

Originalpublikation:

Braden S. E. et al. (2014): Evidence for basaltic volcanism on the Moon within the past 100 million years. Nature Geoscience advance online publication; doi:10.1038/ngeo2252

Quelle/Text/Redaktion: www.uni-muenster.de

Link:

Pressemeldung der NASA
Link zur Originalpublikation
LRO/Weitere Informationen
Institut für Planetologie

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