Marsrover Opportunity: Endeavour-Krater Voraus!

Nach einer zurückgelegten Strecke von über 20 Kilometern seit dem Verlassen der Region um den Viktoria-Krater und einer Fahrzeit von fast drei Jahren befindet sich der Marsrover Opportunity jetzt unmittelbar vor seinem nächsten Ziel. Der Endeavour-Krater ist nur noch rund 500 Meter entfernt.

Ein Beitrag von Ralph-Mirko Richter. Quelle: JPL, Planetary Society, Malin Space Science Systems, Unmanned Spaceflight.

Nach dem Abschluss der Untersuchungen des Viktoria-Kraters auf der Hochebene „Meridiani Planum“ im Jahr 2008 trafen die für die Opportunity-Mission verantwortlichen Mitarbeiter des Jet Propulsion Laboratory (JPL) den Entschluss, den Marsrover Opportunity zu einem neuen Ziel zu manövrieren. Hierfür wählte die Missionsleitung den knapp 22 Kilometer durchmessenden und etwa 12 Kilometer vom Viktoria-Krater entfernten Endeavour-Krater aus. Seit dem Verlassen des Viktoria-Kraters am 17. Oktober 2008 legte Opportunity mittlerweile über 20 Kilometer auf der Oberfläche unseres Nachbarplaneten zurück. Neben der Entdeckung und Untersuchung mehrerer Meteoriten und der Erkundung verschiedener kleinerer Krater stand dabei die ausführliche Analyse der chemischen Zusammensetzung der passierten Böden und Gesteine auf dem Arbeitsprogramm des Robotergeologen. Nach einer Reise von fast drei Jahren steht der Rover jetzt kurz vor seinem Ziel. Der Westrand des Endeavour-Kraters befindet sich in der unmittelbaren Reichweite und wird aller Voraussicht nach in wenigen Tagen erreicht werden.

Seit dem letzten ausführlichen Statusbericht konnte sich der Rover auch weiterhin erfolgreich auf sein nächstes Ziel zubewegen. Die dabei durchgeführten Fahrten absolvierte der Rover ausschließlich in einer Rückwärtsbewegung. Nach dem Auftreten von Problemen mit dem rechten Vorderrad – dieses wies während der Fahrten einen erhöhten Stromverbrauch auf – waren die für die Steuerung von Opportunity verantwortlichen Marsrover-Driver bereits vor längerer Zeit dazu übergegangen, das Fahrzeug nur noch im „Rückwärtsgang“ über die Ebene des Meridiani Planum zu dirigieren. Am 3. Juni 2011, dem Sol 2.616 der Mission, konnte dabei eine Distanz von 165,67 Metern zurückgelegt werden. Dies stellte einen neuen Entfernungsrekord für eine Fahrt in einer ausschließlichen Rückwärtsbewegung dar.

Im Verlauf der nächsten Fahrt am 9. Juni, dem Sol 2.621, wurde ein weiterer kleiner Krater, er wurde auf den Namen „Gemini 5“ getauft, umfahren und mit den Kameras abgebildet. Anschließend änderte Opportunity den Kurs. In den zurückliegenden Monaten führte dieser in die grob ost-südöstliche Richtung. Ab jetzt wurde der Rover in die süd-südöstliche Richtung dirigiert, womit der Kurs direkt auf den südlichen Bereich des Cape York, einer nur wenige Meter hohen Erhebung im westlichen Wall des Endeavour-Kraters, zielte.

Diese Gegend, in der zuvor anhand der durch die beiden von der NASA betriebenen Marsorbiter Mars Odyssey und Mars Reconnaissance Orbiter gesammelten Messdaten Schichtsilikate und Tonminerale nachgewiesen werden konnten, wird das erste Ziel des Rovers bei seiner anstehenden Untersuchung des Endeavour-Kraters darstellen. Anlässlich der offiziellen Beendigung der Mission des Marsrovers Spirit (Raumfahrer.net berichtete) wurde dieser vorgesehene Ankunftspunkt Anfang Juni 2011 von der NASA offiziell mit dem Namen „Spirit Point“ belegt.

In den folgenden 10 Tagen überbrückte Opportunity im Verlauf von sieben Einzelfahrten insgesamt weitere 800 Meter und überwand dabei am 18. Juni 2011, dem Sol 2.630 der Mission, die Marke von 31 auf der Marsoberfläche zurückgelegten Kilometern. In der folgenden Woche konnten durch vier weitere Fahrten zusätzliche 360 Meter überbrückt werden. Diese häufigen Fahrten und die dabei zurückgelegten relativ weiten Entfernungen waren unter anderem deshalb möglich, weil sich die Energiesituation des ausschließlich solarbetriebenen Rovers infolge eines sogenannten „Cleaning Events“ zwischenzeitlich verbessert hatte. Bei diesen Cleaning Events wehen kurze Windstöße den Staub von den Solarpaneelen des Rovers, welcher sich dort im Laufe der Zeit ablagert. Dadurch gelangt mehr Sonnenstrahlung auf die Oberflächen der Solarzellen, welche anschließend in Energie umgewandelt werden kann.

„Das Event erfolgte am späten Nachmittag des Sol 2.627 [15. Juni 2011] und so machte sich der Anstieg der zur Verfügung stehenden Energiemenge erst am Sol 2.628 bemerkbar“, so Bill Nelson, der Chef-Ingenieur der Mars Exploration Rover-Mission am JPL.

Die jetzt zusätzlich zur Verfügung stehende Energie ermöglichte es auch, dass Opportunity seine Tagesaktivitäten an einzelnen Tagen früher als gewohnt aufnahm und im Rahmen einer zusätzlich eingerichteten Kommunikationsgelegenheit mittels seiner UHF-Antenne Daten an den Orbiter Mars Odyssey übermittelte. Dieser Marsorbiter dient als Kommunikationsrelais zwischen dem Rover und seinem Kontrollzentrum und hat in der Vergangenheit den überwiegenden Teil der Daten, welche im Rahmen der Mars Exploration Rover-Mission gesammelt wurden, an das Deep Space Network (DSN) der NASA übermittelt. Durch die zusätzlichen Übertragungen konnte vermieden werden, dass sich der Flash-Speicher des Rovers zu sehr mit Daten füllt, was eine Weiterfahrt verzögert hätte.

In der letzten Woche des Juni erfolgten keine weitere Fahrt. Der Grund hierfür war eine starke Auslastung des DSN sowie der zwischenzeitliche durch ein technisches Problem bedingte Ausfall einer der DSN-Stationen, welche ursprünglich für die Übertragung der Kommandos für die Fahrten vorgesehen war. Außerdem war sowieso vorgesehen, die Aktivitäten Opportunitys aufgrund des am 4. Juli gefeierten Unabhängigkeitstages der USA und des damit verbundenen verlängerten Wochenendes erst einmal einzuschränken.

Aus diesem Grund wurde dem Rover ein Arbeitsplan übermittelt, welcher die vorgesehenen Aktivitäten für mehrere Tage im Voraus festlegte. Im Rahmen dieser Agenda fertigten die Panorama- und Navigationskameras des Rovers diverse Bilder von der Umgebung an. Zusätzlich wurde das APXS-Spektrometer, eines der wissenschaftlichen Instrumente des Rovers, dazu eingesetzt, um den Argon-Gehalt in der Marsatmosphäre zu ermitteln.

Die nächste Fahrt erfolgte dann schließlich am 3. Juli und führte über eine Distanz von 162 Metern in die südöstliche Richtung. Bis zum 16. Juli konnte Opportunity mit fünf weiteren Fahrten zusätzliche 578 Meter überwinden. Der Grund für die jetzt wieder in größeren Zeitabständen stattfindenden Fahrten liegt in der Zeitverschiebung zwischen dem Mars und der Erde begründet.

Aufgrund der um etwa 40 Minuten länger ausfallenden Rotationsdauer des Mars‘ verschieben sich die Zeiträume, in denen Opportunity aktiv sein kann auch täglich um genau diese 40 Minuten. Im optimalen Fall herrscht auf dem Meridiani Planum, dem Operationsgebiet von Opportunity, gerade Nacht, während in Pasadena/ USA, wo sich das Kontrollzentrum des Rovers befindet, gerade der Vormittag anbricht.
In diesem Fall können die Roverdriver ihre Kommandos erstellen, überprüfen und anschließend zum Mars übermitteln, während der Rover noch nicht aktiv ist. Opportunity erhält diese Kommandos pünktlich zu „seinem“ Tagesbeginn und kann die Befehle während des anstehenden Marstages ausführen. Die für die Planung der weiteren Aktivitäten relevanten Resultate dieser Fahrt – speziell handelt es sich hierbei um besondere Bildaufnahmen und Telemetriewerte – werden an das Kontrollzentrum übermittelt, während dort Nacht herrscht.

Pünktlich zum Beginn des nächsten Arbeitstages stehen diese Daten den Roverdrivern am JPL zur Verfügung und die Planung der nächsten Etappe kann beginnen. In einer solchen Phase kann Opportunity seine Fahrt im günstigsten Fall an fünf Tagen in der Woche fortsetzen, denn auch die Mitarbeiter des JPL legen nach einer Missionsdauer von mittlerweile über sieben Jahren verständlicherweise Wert auf ihre Wochenenden.

In einem ungünstigen Fall, und dieser war Anfang Juli gegeben, findet der Vormittag auf dem Mars und in Kalifornien annähernd zur gleichen Zeit statt. In einem solchen Fall gelangen die Daten vom Mars erst im späteren Verlauf des jeweiligen Arbeitstages zum JPL und die Roverdriver können ihre Sequenzen nicht schnell genug erstellen, um den Rover noch am gleichen Tag auf dem Mars fahren zu lassen. In dieser als „Restrictet Sols“ bezeichneten Phase erfolgen die Fahrten deshalb in der Regel nur alle zwei Tage. Diese Einhaltung von festen Arbeitszeiten ist notwendig, da sich die Mitarbeiter der Mission, sollten sie permanent parallel zur Marszeit arbeiten, einem „Dauer-Jetlag“ aussetzen würden (Raumfahrer.net berichtete bereits über die damit verbundenen Probleme).

Aber auch die Zeit der „Restrictet Sols“ ging zu Ende und zwischen dem 19. und dem 23. Juli konnte Opportunity an fünf aufeinander folgenden Tagen weitere 550 Meter überwinden. Hierbei zeigte sich, dass sich das umgebende Gelände nach dem Abschluss der letzten Fahrt offensichtlich verändert hatte. Die im Verlauf der letzten Monate immer wieder zu beobachtenden Dünen waren nicht mehr erkennbar und wurden stattdessen von einem extrem ebenen Untergrund abgelöst.

Dabei näherte sich Opportunity bereits am 21. Juli, dem Sol 2.662 der Mission, einem weiteren Krater. Dieser als „Mariner 9“ bezeichnete Krater nahm in Bezug auf die von dem Rover angefertigten Fotoaufnahmen eine Schlüsselfunktion ein. Aufgrund der Topografie des umliegenden Geländes war es zuvor nicht möglich, die Region des Cape York auf den Opportunity-Bildern direkt auszumachen. Der Grund hierfür war, dass sich der Rover während der letzten paar hundert Meter permanent auf einem leicht ansteigenden Gelände fortbewegte und sich das Cape York deshalb unterhalb des Horizonts befunden hat. Erst nach der Passage dieses Kraters würde das Gelände wieder abfallen und so einen Blick auf das tiefer gelegene voraus liegende Gelände ermöglichen.

Die internationale „Fangemeinde“ aus interessierten Hobby-Marsforschern und Amateurplanetologen fieberte daher jedem neuen Bild des Marsrovers entgegen. Diese Aufnahmen sind auf der Internetseite von Exploratorium.edu bereits kurz nach ihrer Übermittlung an das Kontrollzentrum für die interessierte Öffentlichkeit einsehbar. Die Frage war, wer das Cape York zuerst erkennt. Und tatsächlich gelang es dem User „fredk“ vom Internet-Forum Unmanned Spaceflight (UMSF), am 21. Juli erste Strukturen des Cape York auszumachen.

In den folgenden Tagen näherte sich Opportunity dem Cape York im Verlauf von vier weiteren Fahrten noch weiter an. Dabei konnte der Rover bis zum 27. Juli, dem Sol 2.668, insgesamt 460 Meter zurücklegen. Mit der letzten Fahrt erreichte Opportunity eine Stelle, an der sich offen zutage tretendes Mars-Grundgestein befand. Die an der Rovermission beteiligten Wissenschaftler nutzten diese Gelegenheit für eine weitere Untersuchung der Oberfläche.

Dabei wurde der vorausliegende Bereich der Marsoberfläche am heutigen Tag, dem Sol 2.669, zuerst mit der Panoramakamera des Rovers abgebildet. Anschließend fertigte das am Instrumentenarm des Rovers montierte Mikroskop diverse Detailaufnahmen der Oberfläche an. Für die kommende Nacht ist eine mehrstündige Messung mit dem APXS-Spektrometer vorgesehen. Mit den Messdaten dieses am Max-Planck-Institut für Chemie in Mainz entwickelten Spektrometers soll die Zusammensetzung des untersuchten Gesteins ermittelt werden. Nach dem Abschluss dieser Untersuchungen wird der Marsrover seine Fahrt zum „Spirit Point wahrscheinlich noch am kommenden Wochenende fortsetzen. Sollten keine unerwarteten Probleme auftreten, so könnte diese jetzt noch etwas weniger als 500 Meter entfernt gelegene Region bereits gegen Ende der kommenden Woche erreicht werden.

Momentan deuten die Telemetriedaten bezüglich des „Gesundheitszustandes“ des Rovers auf keine nennenswerten technischen Anomalien hin und somit steht einer zügigen Weiterfahrt in Richtung Cape York nichts im Weg. Neben dem allgemeinen technischen Zustand muss dabei allerdings auch immer ein Auge auf die aktuelle Wettersituation auf dem Mars geworfen werden. Da der Rover ausschließlich mittels seiner Solarpaneele durch Sonnenenergie betrieben wird, ist für dessen aktuelle Energiesituation allein das Wetter auf dem Mars verantwortlich.

In den vergangenen Wochen zeigte sich in der Atmosphäre des Mars eine deutlich erhöhte Staubaktivität. Dabei fiel besonders die Region des Acidalia Planitia auf, welche Dank der seit mehreren Jahren erfolgenden regelmäßigen Beobachtungen durch die Marsorbiter bereits seit geraumer Zeit als der Ausgangspunkt für den sogenannten „Acidalia Storm Track“ bekannt ist.

Diese „Sturmgasse“ hat ihren Ausgangspunkt in der auf der nördlichen Marshemisphäre gelegenen Tiefebene Acidalia Planitia, wo sich während der dortigen Wintermonate immer wieder Staubstürme bilden und welche deshalb als eine der typischen „Geburtsstätten“ von Staubstürmen auf unserem Nachbarplaneten charakterisiert wird. Von dort aus ziehen diese Stürme dann in südliche Richtung. Sie bewegen sich dabei zuerst über das Chryse Planitia, erreichen das Xanthe Terra und überqueren anschließend das am Marsäquator gelegene Valles Marineris. Von dort aus bewegen sie sich bis zu dem Impaktbecken Aryre Planitia und dem westlich davon gelegenen Aonia Terra auf der südlichen Hemisphäre.

Zu Beginn der vergangenen Woche haben sich zudem über der Region Kasei Valles – dieses Talsystem befindet sich unmittelbar westlich des Chryse Planitia – mehrere regional begrenzte Staubstürme gebildet. Diese entwickelten sich allerdings relativ schnell zu regionalen Staubstürmen, welche in der Mitte der Woche die angrenzenden Regionen Tempe Terra, Acidalia Planitia, Chryse Planitia und den nordöstlichen Teil des Valles Marineris mit Staub überzogen. Aufgrund dieser Entwicklung zeigte sich die Atmosphäre über den in den mittleren nördlichen Breiten des Mars gelegenen Gebieten Tempe Terra, Acidalia Planitia und der nördliche Bereich des Arabia Terra extrem staubig. Die etwas weiter südlich davon gelegenen Regionen Chryse Planitia und Xanthe Terra enthielten dagegen nur leichte Staubschleier. Ungeachtet dieser Entwicklung erschienen die südlichen mittleren Breiten bis hinunter zur Südpolregion des Mars relativ frei von Staub. Und auch der Himmel über dem Meridiani Planum, dem Operationsgebiet von Opportunity, war nur leicht getrübt.
Einen Überblick über die Entwicklung der Energiewerte von Opportunity während der letzten zwei Monate gibt die folgende Auflistung. Der Tau-Wert steht dabei für die Durchsetzung der Marsatmosphäre mit Staub und Wassereiskristallen. Je mehr Staub sich in der Atmosphäre des Planeten befindet, desto höher fällt dieser Wert aus. Der Wert für die Lichtdurchlässigkeit der Solarzellen gibt dagegen an, wie viel Sonnenlicht die Solarpaneele trotz einer bedeckenden Staubschicht erreicht und letztendlich zur Energiegewinnung genutzt werden kann. Je niedriger der Tau-Wert und je höher der Faktor für die Lichtdurchlässigkeit ausfällt, desto besser ist dies für den Energiehaushalt des Rovers.

• 25.05.2011: 0,408 kWh/Tag , Tau-Wert 0,827 , Lichtdurchlässigkeit 53,50 Prozent
• 01.06.2011: 0,408 kWh/Tag , Tau-Wert 0,860 , Lichtdurchlässigkeit 54,50 Prozent
• 08.06.2011: 0,420 kWh/Tag , Tau-Wert 0,747 , Lichtdurchlässigkeit 56,20 Prozent
• 16.06.2011: 0,528 kWh/Tag , Tau-Wert 0,782 , Lichtdurchlässigkeit 65,20 Prozent
• 22.06.2011: 0,505 kWh/Tag , Tau-Wert 0,926 , Lichtdurchlässigkeit 64,00 Prozent
• 28.06.2011: 0,476 kWh/Tag , Tau-Wert 1,110 , Lichtdurchlässigkeit 60,48 Prozent
• 05.07.2011: 0,421 kWh/Tag , Tau-Wert 1,030 , Lichtdurchlässigkeit 59,60 Prozent
• 13.07.2011: 0,435 kWh/Tag , Tau-Wert 0,996 , Lichtdurchlässigkeit 59,60 Prozent
• 19.07.2011: 0,417 kWh/Tag , Tau-Wert 0,945 , Lichtdurchlässigkeit 57,40 Prozent
• 27.07.2011: 0,413 kWh/Tag , Tau-Wert 1,010 , Lichtdurchlässigkeit 58,70 Prozent

Seit seiner Landung auf dem Mars im Januar 2004 hat der Rover Opportunity in den folgenden 7,5 Jahren bis zum heutigen Tag 32.973,44 Meter auf der Oberfläche unseres Nachbarplaneten zurückgelegt und fast 156.000 Aufnahmen sowie diverse Messdaten seiner Spektrometer an das Kontrollzentrum übermittelt. In Anbetracht der Anforderungen, welche ursprünglich an diese Mission gestellt wurden und die von einer Einsatzdauer von drei Monaten ausgingen, in denen der Rover etwa 700 Meter zurücklegen soll, ist dies eine fast unglaubliche technische Leistung.

Daraus resultierend werden die an der Mission beteiligten Wissenschaftler noch Jahre und Jahrzehnte damit verbringen, die gewonnenen Daten auszuwerten, in einen wissenschaftlichen Kontext zu versetzen und zu interpretieren. Bereits in wenigen Tagen wird Opportunity das Gebiet mit den als äußerst interessant anzusehenden Tonmineralen und Schichtsilikaten am Südrand des Cape York erreichen und mit deren Untersuchung beginnen. Die daraus resultierenden Erkenntnisse werden das Wissen der Menschheit um den Wasserkreislauf des Mars erweitern und uns der Beantwortung einer der interessantesten Fragen der Marsforschung näher bringen: Herrschten auf unserem Nachbarplaneten eventuell einstmals „lebensfreundliche“ Bedingungen, welche die Entstehung von extremophilen mikrobakteriellen Lebensformen ermöglicht haben könnten?

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