Schmiede ─ Heiligtum ─ Wassermühle. Cham-Hagendorn (Kanton Zug) in römischer Zeit. Ausgrabungen 1944/45 und 2003/04

1944/1945 wurde in Cham-Hagendorn eine Wassermühle ausgegraben, die dank ihrer aussergewöhnlich guten Holzerhaltung seit langem einen prominenten Platz in der Forschung einnimmt. 2003 und 2004 konnte die Kantonsarchäologie Zug den Platz erneut archäologisch untersuchen. Dabei wurden nicht nur weitere Reste der Wassermühle, sondern auch Spuren älterer und jüngerer Anlagen geborgen: eine ältere und eine jüngere Schmiedewerkstatt (Horizont 1a/Horizont 3) sowie ein zweiphasiges Heiligtum (Horizonte 1a/1b). All diese Anlagen lassen sich nun in das in den neuen Grabungen erkannte stratigraphische Gerüst einhängen (s. Beil. 2). Dank der Holzerhaltung können die meisten Phasen dendrochronologisch datiert werden (s. Abb. 4.1/1a): Horizont 1a mit Schlagdaten zwischen 162(?)/173 und 200 n. Chr., Horizont 1b um 215/218 n. Chr. und Horizont 2 um 231 n. Chr. Ferner konnten in den neuen Grabungen Proben für mikromorphologische und archäobotanische Untersuchungen entnommen werden (Kap. 2.2; 3.11). In der vorliegenden Publikation werden der Befund und die Baustrukturen vorgelegt, (Kap. 2), desgleichen sämtliche stratifizierten Funde und eine umfassende Auswahl der 1944/1945 geborgenen Funde (Kap. 3). Dank anpassender Fragmente, sog. Passscherben, lassen sich diese zum Teil nachträglich in die Schichtenabfolge einbinden. Die mikromorphologischen und die archäobotanischen Untersuchungen (Kap. 2.2; 3.11) zeigen, dass der Fundplatz in römischer Zeit inmitten einer stark vom Wald und dem Fluss Lorze geprägten Landschaft lag. In unmittelbarer Nähe können weder eine Siedlung noch einzelne Wohnbauten gelegen haben. Die demnach nur gewerblich und sakral genutzten Anlagen standen an einem Bach, der vermutlich mit jenem Bach identisch ist, der noch heute das Groppenmoos entwässert und bei Cham-Hagendorn in die Lorze mündet (s. Abb. 2.4/1). Der antike Bach führte wiederholt Hochwasser ─ insgesamt sind fünf grössere Überschwemmungsphasen auszumachen (Kap. 2.2; 2.4). Wohl anlässlich eines Seehochstandes durch ein Überschwappen der Lorze in den Bach ausgelöst, müssen diese Überschwemmungen eine enorme Gewalt entwickelt haben, der die einzelnen Anlagen zum Opfer fielen. Wie die Untersuchung der Siedlungslandschaft römischer Zeit rund um den Zugersee wahrscheinlich macht (Kap. 6 mit Abb. 6.2/2), dürften die Anlagen von Cham-Hagendorn zu einer in Cham-Heiligkreuz vermuteten Villa gehören, einem von fünf grösseren Landgütern in diesem Gebiet. Hinweise auf Vorgängeranlagen fehlen, mit denen die vereinzelten Funde des 1. Jh. n. Chr. (Kap. 4.5) in Verbindung gebracht werden könnten. Diese dürften eher von einer der Überschwemmungen bachaufwärts weggerissen und nach Cham-Hagendorn eingeschwemmt worden sein. Die Nutzung des Fundplatzes (Horizont 1a; s. Beil. 6) setzte um 170 n. Chr. mit einer Schmiedewerkstatt ein (Kap. 2.5.1). Der Fundanfall, insbesondere die Schmiedeschlacken (Kap. 3.9) belegen, dass hier nur hin und wieder Geräte hergestellt und repariert wurden (Kap. 5.2). Diese Werkstatt war vermutlich schon aufgelassen und dem Verfall preisgegeben, als man 200 n. Chr. (Kap. 4.2.4) auf einer Insel zwischen dem Bach und einem Lorzearm ein Heiligtum errichtete (Kap. 5.3). Beleg für den sakralen Status dieser Insel ist in erster Linie mindestens ein eigens gepflanzter Pfirsichbaum, nachgewiesen mit Pollen, einem Holz und über 400 Pfirsichsteinen (Kap. 3.11). Die im Bach verlaufende Grenze zwischen dem sakralen Platz und der profanen Umgebung markierte man zusätzlich mit einer Pfahlreihe (Kap. 2.5.3). In diese war ein schmaler Langbau integriert (Kap. 2.5.2), der an die oft an Temenosmauern antiker Heiligtümer angebauten Portiken erinnert und wohl auch die gleiche Funktion wie diese gehabt hatte, nämlich das Aufbewahren von Weihegaben und Kultgerät (Kap. 5.3). Das reiche Fundmaterial, das sich in den Schichten der ersten Überschwemmung fand (s. Abb. 5./5), die um 205/210 n. Chr. dieses Heiligtum zerstört hatte, insbesondere die zahlreiche Keramik (Kap. 3.2.4), und die zum Teil auffallend wertvollen Kleinfunde (Kap. 3.3.3), dürften zum grössten Teil einst in diesem Langbau untergebracht gewesen sein. Ein als Glockenklöppel interpretiertes, stratifiziertes Objekt spricht dafür, dass die fünf grossen, 1944/1945 als Stapel aufgefundenen Eisenglocken vielleicht auch dem Heiligtum zuzuweisen sind (Kap. 3.4). In diesen Kontext passen zudem die überdurchschnittlich häufig kalzinierten Tierknochen (Kap. 3.10). Nach der Überschwemmung befestigte man für 215 n. Chr. (Kap. 4.2.4) das unterspülte Bachufer mit einer Uferverbauung (Kap. 2.6.1). Mit dem Bau eines weiteren, im Bach stehenden Langbaus (Kap. 2.6.2) stellte man 218 n. Chr. das Heiligtum auf der Insel in ähnlicher Form wieder her (Horizont 1b; s. Beil. 7). Von der Pfahlreihe, die wiederum die sakrale Insel von der profanen Umgebung abgrenzte, blieben indes nur wenige Pfähle erhalten. Dennoch ist der sakrale Charakter der Anlage gesichert. Ausser dem immer noch blühenden Pfirsichbaum ist es ein vor dem Langbau aufgestelltes Ensemble von mindestens 23 Terrakottafigurinen (s. Abb. 3.6/1), elf Veneres, zehn Matres, einem Jugendlichen in Kapuzenmantel und einem kindlichen Risus (Kap. 3.6; s. auch Kap. 2.6.3). In den Sedimenten der zweiten Überschwemmung, der diese Anlage um 225/230 n. Chr. zum Opfer gefallen war, fanden sich wiederum zahlreiche Keramikgefässe (Kap. 3.2.4) und zum Teil wertvolle Kleinfunde wie eine Glasperle mit Goldfolie (Kap. 3.8.2) und eine Fibel aus Silber (Kap. 3.3.3), die wohl ursprünglich im Langbau untergebracht waren (Kap. 5.3.2 mit Abb. 5/7). Weitere Funde mit sicherem oder möglichem sakralem Charakter finden sich unter den 1944/1945 geborgenen Funden (s. Abb. 5/8), etwa ein silberner Fingerring mit Merkurinschrift, ein silberner Lunula-Anhänger, eine silberne Kasserolle (Kap. 3.3.3), eine Glasflasche mit Schlangenfadenauflage (Kap. 3.8.2) und einige Bergkristalle (Kap. 3.8.4). Im Bereich der Terrakotten kamen ferner mehrere Münzen (Kap. 3.7) zum Vorschein, die vielleicht dort niedergelegt worden waren. Nach der zweiten Überschwemmung errichtete man um 231 n. Chr. am Bach eine Wassermühle (Horizont 2; Kap. 2.7; Beil. 8; Abb. 2.7/49). Ob das Heiligtum auf der Insel wieder aufgebaut oder aufgelassen wurde, muss mangels Hinweisen offen bleiben. Für den abgehobenen Zuflusskanal der Wassermühle verwendete man mehrere stehen gebliebene Pfähle der vorangegangenen Anlagen der Horizonte 1a und 1b. Obwohl die Wassermühle den 28 jährlichen Überschwemmungshorizonten (Kap. 2.2) und den Funden (Kap. 4.3.2; 4.4.4; 45) zufolge nur bis um 260 n. Chr., während gut einer Generation, bestand, musste sie mindestens zweimal erneuert werden – nachgewiesen sind drei Wasserräder, drei Mühlsteinpaare und vermutlich drei Podeste, auf denen jeweils das Mahlwerk ruhte. Grund für diese Umbauten war wohl der weiche, instabile Untergrund, der zu Verschiebungen geführt hatte, so dass das Zusammenspiel von Wellbaum bzw. Sternnabe und Übersetzungsrad nicht mehr funktionierte und das ganze System zerbrach. Die Analyse von Pollen aus dem Gehhorizont hat als Mahlgut Getreide vom Weizentyp nachgewiesen (Kap. 3.11.4). Das Abzeichen eines Benefiziariers (Kap. 3.3.2 mit Abb. 3.3/23,B71) könnte dafür sprechen, dass das verarbeitete Getreide zumindest zum Teil für das römische Militär bestimmt war (s. auch Kap. 6.2.3). Ein im Horizont 2 gefundener Schreibgriffel und weitere stili sowie eine Waage für das Wägen bis zu 35-40 kg schweren Waren aus dem Fundbestand von 1944/1945 könnten davon zeugen, dass das Getreide zu wägen und zu registrieren war (Kap. 3.4.2). Kurz nach 260 n. Chr. fiel die Wassermühle einem weiteren Hochwasser zum Opfer. Für den folgenden Horizont 3 (Beil. 9) brachte man einen Kiesboden ein und errichtete ein kleines Gebäude (Kap. 2.8). Hier war wohl wiederum eine Schmiede untergebracht, wie die zahlreichen Kalottenschlacken belegen (Kap. 3.9), die im Umfeld der kleinen Baus zum Vorschein kamen. Aufgrund der Funde (Kap. 4.4.4; 4.5) kann diese Werkstatt nur kurze Zeit bestanden haben, höchstens bis um 270 n. Chr., bevor sie einem weiteren Hochwasser zum Opfer fiel. Von der jüngsten Anlage, die wohl noch in römische Zeit datiert (Horizont 4; Beil. 10), war lediglich eine Konstruktion aus grossen Steinplatten zu fassen (Kap. 2.9.1). Wozu sie diente, muss offen bleiben. Auch der geringe Fundanfall spricht dafür, dass die Nutzung des Platzes, zumindest für die römische Zeit, allmählich ein Ende fand (Kap. 4.5). Zu den jüngsten Strukturen gehören mehrere Gruben (Kap. 2.9.2), die vielleicht der Lehmentnahme dienten. Mangels Funden bleibt ihre Datierung indes ungewiss. Insbesondere wissen wir nicht, ob sie noch in römische Zeit datieren oder jünger sind. Spätestens mit der fünften Überschwemmung, die zur endgültigen Verlandung führte und wohl schon in die frühe Neuzeit zu setzen ist, wurde der Platz aufgelassen und erst mit dem Bau der bestehenden Fensterfabrik Baumgartner wieder besetzt.

CONSTRAINING THE ATMOSPHERIC COMPOSITION OF THE DAY-NIGHT TERMINATORS OF HD 189733b: ATMOSPHERIC RETRIEVAL WITH AEROSOLS

A number of observations have shown that Rayleigh scattering by aerosols dominates the transmission spectrum of HD 189733b at wavelengths shortward of 1 μm. In this study, we retrieve a range of aerosol distributions consistent with transmission spectroscopy between 0.3-24 μm that were recently re-analyzed by Pont et al. To constrain the particle size and the optical depth of the aerosol layer, we investigate the degeneracies between aerosol composition, temperature, planetary radius, and molecular abundances that prevent unique solutions for transit spectroscopy. Assuming that the aerosol is composed of MgSiO3, we suggest that a vertically uniform aerosol layer over all pressures with a monodisperse particle size smaller than about 0.1 μm and an optical depth in the range 0.002-0.02 at 1 μm provides statistically meaningful solutions for the day/night terminator regions of HD 189733b. Generally, we find that a uniform aerosol layer provide adequate fits to the data if the optical depth is less than 0.1 and the particle size is smaller than 0.1 μm, irrespective of the atmospheric temperature, planetary radius, aerosol composition, and gaseous molecules. Strong constraints on the aerosol properties are provided by spectra at wavelengths shortward of 1 μm as well as longward of 8 μm, if the aerosol material has absorption features in this region. We show that these are the optimal wavelengths for quantifying the effects of aerosols, which may guide the design of future space observations. The present investigation indicates that the current data offer sufficient information to constrain some of the aerosol properties of HD189733b, but the chemistry in the terminator regions remains uncertain.

The Deep Blue Color of HD 189733b: Albedo Measurements with Hubble Space Telescope/Space Telescope Imaging Spectrograph at Visible Wavelengths

We present a secondary eclipse observation for the hot Jupiter HD 189733b across the wavelength range 290-570 nm made using the Space Telescope Imaging Spectrograph on the Hubble Space Telescope. We measure geometric albedos of Ag = 0.40 ± 0.12 across 290-450 nm and Ag < 0.12 across 450-570 nm at 1σ confidence. The albedo decrease toward longer wavelengths is also apparent when using six wavelength bins over the same wavelength range. This can be interpreted as evidence for optically thick reflective clouds on the dayside hemisphere with sodium absorption suppressing the scattered light signal beyond ~450 nm. Our best-fit albedo values imply that HD 189733b would appear a deep blue color at visible wavelengths.

THE EFFECTS OF IRRADIATION ON HOT JOVIAN ATMOSPHERES: HEAT REDISTRIBUTION AND ENERGY DISSIPATION

Hot Jupiters, due to the proximity to their parent stars, are subjected to a strong irradiating flux that governs their radiative and dynamical properties. We compute a suite of three-dimensional circulation models with dual-band radiative transfer, exploring a relevant range of irradiation temperatures, both with and without temperature inversions. We find that, for irradiation temperatures T irr lsim 2000 K, heat redistribution is very efficient, producing comparable dayside and nightside fluxes. For T irr ≈ 2200-2400 K, the redistribution starts to break down, resulting in a high day-night flux contrast. Our simulations indicate that the efficiency of redistribution is primarily governed by the ratio of advective to radiative timescales. Models with temperature inversions display a higher day-night contrast due to the deposition of starlight at higher altitudes, but we find this opacity-driven effect to be secondary compared to the effects of irradiation. The hotspot offset from the substellar point is large when insolation is weak and redistribution is efficient, and decreases as redistribution breaks down. The atmospheric flow can be potentially subjected to the Kelvin-Helmholtz instability (as indicated by the Richardson number) only in the uppermost layers, with a depth that penetrates down to pressures of a few millibars at most. Shocks penetrate deeper, down to several bars in the hottest model. Ohmic dissipation generally occurs down to deeper levels than shock dissipation (to tens of bars), but the penetration depth varies with the atmospheric opacity. The total dissipated Ohmic power increases steeply with the strength of the irradiating flux and the dissipation depth recedes into the atmosphere, favoring radius inflation in the most irradiated objects. A survey of the existing data, as well as the inferences made from them, reveals that our results are broadly consistent with the observational trends.

A Noachian source region for the "Black Beauty" meteorite, and a source lithology for Mars surface hydrated dust?

The Martian surface is covered by a fine-layer of oxidized dust responsible for its red color in the visible spectral range (Bibring et al., 2006; Morris et al., 2006). In the near infrared, the strongest spectral feature is located between 2.6 and 3.6 mu m and is ubiquitously observed on the planet (Jouglet et al., 2007; Milliken et al., 2007). Although this absorption has been studied for many decades, its exact attribution and its geological and climatic implications remain debated. We present new lines of evidence from laboratory experiments, orbital and landed missions data, and characterization of the unique Martian meteorite NWA 7533, all converging toward the prominent role of hydroxylated ferric minerals. Martian breccias (so-called "Black Beauty" meteorite NWA7034 and its paired stones NWA7533 and NWA 7455) are unique pieces of the Martian surface that display abundant evidence of aqueous alteration that occurred on their parent planet (Agee et al., 2013). These dark stones are also unique in the fact that they arose from a near surface level in the Noachian southern hemisphere (Humayun et al., 2013). We used IR spectroscopy, Fe-XANES and petrography to identify the mineral hosts of hydrogen in NWA 7533 and compare them with observations of the Martian surface and results of laboratory experiments. The spectrum of NWA 7533 does not show mafic mineral absorptions, making its definite identification difficult through NIR remote sensing mapping. However, its spectra are virtually consistent with a large fraction of the Martian highlands. Abundant NWA 7034/7533 (and paired samples) lithologies might abound on Mars and might play a role in the dust production mechanism. (C) 2015 Elsevier B.V. All rights reserved.