Marsrover Opportunity erreicht Santa Maria

Der von der NASA betriebene Marsrover Opportunity befindet sich nach wie vor auf dem Weg zu dem jetzt noch rund sechs Kilometer entfernten Endeavour-Krater. Dabei erreichte er heute einen etwa 90 Meter durchmessenden Krater, welcher in den folgenden Wochen ausführlicher untersucht werden soll. Mitarbeiter der Mission bezeichnen diesen Zwischenstopp als letzte größere Unterbrechung auf dem Weg zum Endeavour-Krater.

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

Seit dem letzten ausführlicheren Statusbericht über die Mission des Marsrovers Opportunity konnte sich dieser von der amerikanischen Weltraumbehörde NASA betriebene „Robotergeologe“ auch weiterhin erfolgreich in die Richtung auf sein nächstes Ziel, den jetzt noch etwa sechs Kilometer entfernten Endeavour-Krater, bewegen. Im Verlauf der letzten zehn Wochen konnte Opportunity dabei weitere rund 2,5 Kilometer auf dem Mars zurücklegen und erreichte vor wenigen Stunden den „Santa Maria“-Krater, welcher von den Mitarbeitern der Mars Exploration Rover-Mission bereits seit längerem als ein Zwischenstopp auf der geplanten Route vorgesehen war.

Nachdem die Fahrt von Opportunity aufgrund eines prall gefüllten Flashspeichers des Bordcomputers Anfang Oktober 2010 zwischenzeitlich für mehrere Tage unterbrochen werden musste, konnte der Rover seine Fahrt am 17. Oktober, dem Sol 2.393 der Mission fortsetzen. Im Rahmen dieser über eine Distanz von knapp über 100 Metern führenden Etappe überschritt Opportunity die Marke von 24 auf der Oberfläche unseres äußeren Nachbarplaneten zurückgelegten Kilometern. Im Verlauf der folgenden Fahrten bewegte sich der Rover zuerst in die ost-nordöstliche und später in die ost-südöstliche Richtung. Dabei manövrierte Opportunity auf einer bereits zuvor befahrenen „Traverse“ aus offen zutage liegendem Grundgestein. Dieser Untergrund ermöglichte Tagesetappen von mehr als 100 Metern. Die Zeiträume zwischen den einzelnen Fahrten sowie die regelmäßig erfolgenden Stopps über die Wochenenden wurden mit dokumentierenden Bildaufnahmen der Umgebung sowie zeitweilig erfolgenden wissenschaftlichen Analysen des Marsbodens mittels des Mikroskops und des APXS-Spektrometers des Rovers verbracht.

Am 27. Oktober, dem Sol 2.403 der Mission, erreichte Opportunity schließlich das Ende dieser Traverse aus Grundgestein. Das vorausliegende Gelände, welches jetzt wieder aus einem sandigeren Untergrund bestand, erwies sich in der folgenden Zeit jedoch nicht als ein Hindernis für die weiteren Fahrten. Der Boden verfügte auch in diesem Bereich über eine relativ feste Zusammensetzung und fiel zudem sehr eben aus, was dem Rover auch weiterhin Tagesetappen von 80 bis 100 Metern ermöglichte. Auf dem weiteren Weg zum „Santa Maria“-Krater wählten die für die Steuerung von Opportunity zuständigen Roverdriver des Jet Propulsion Laboratory (JPL) in Pasadena/ Kalifornien zunächst einen Kurs, welcher den Rover in die ost-südöstliche Richtung führte. Im Verlauf der folgenden Woche konnte Opportunity dabei weitere rund 400 Meter überwinden.

Im Rahmen dieser Fahrten passierte man mehrere kleine Impaktkrater mit Durchmessern von bis zu etwa 10 Metern. Einige der Krater waren dabei deutlich als solche zu erkennen, andere waren bereits nahezu komplett mit der Oberfläche des Meridiani Planum, dem Operationsgebiet von Opportunity, verschmolzen. „Das Interessante an diesem „Krater-Hopping“ ist, dass all diese kleinen Krater nicht zum selben Zeitpunkt entstanden sind „, so Steve Squyres, der Chefwissenschaftler der Mars Exploration Rover-Mission von der Cornell University in Ithaca/ USA. „Einige Krater sind jünger, andere deutlich älter. Wir wollen lernen und verstehen, wie schnell und auf welche Weise solche kleinen Krater erodieren und dabei wieder von der Marsoberfläche verschwinden. Das Anfertigen von Fotoaufnahmen von Kratern in einer vergleichbaren Größenordnung, welche sich allerdings in einem unterschiedlichen Stadium der Verwitterung befinden, stellt einen ersten Schritt zum Verständnis der zugrundeliegenden Prozesse bei deren Abbau dar.“
Dementsprechend wurden diese passierten Krater während der Fahrten durch die Navigations- und Panoramakameras des Rovers ausführlich abgebildet. Längere Pausen für intensivere Untersuchungen mit den wissenschaftlichen Instrumenten des Rovers wurden dabei allerdings nicht mehr eingelegt. Erst am 9. November positionierte sich Opportunity schließlich neben einem etwa 20 Meter durchmessenden Krater, welcher von dem Rover-Team mit dem vorläufigen Namen „Intrepid-Krater“ belegt wurde. In den folgenden Tagen erfolgte eine ausführliche Dokumentation des Kraters mit den verschiedenen Kamerasystemen des Rovers, welche aus unterschiedlichen Blickwinkeln und unter verschiedenen Beleuchtungsverhältnissen durchgeführt wurde.

Nach fünf Tagen verließ Opportunity den Intrepid-Krater, passierte an diesem 14. November die 25-Kilometer-Marke im Rahmen einer 116-Meter-Etappe und setzte die Fahrt in den folgenden Tagen in östliche Richtung fort. Ab jetzt zielte der Kurs des Rovers direkt auf den Rand des zu diesem Zeitpunkt noch etwa 1,5 Kilometer entfernten Kraters Santa Maria. Bis zum 3. Dezember, dem Sol 2.438 der Mission, legte Opportunity dabei im Rahmen von insgesamt sieben Einzelfahrten weitere über 720 Meter zurück. In der darauffolgenden Woche wurden dann die Abstände zwischen den einzelnen Fahrten deutlich verkürzt. Zwischen dem 6. und 9. Dezember fuhr der Rover täglich und überbrückte dabei während dieser vier Fahrten weitere rund 450 Meter in die östliche Richtung.

Möglich war dies unter anderem dadurch, dass die Mitarbeiter des JPL und des Deep Space Network (DSN) der NASA die Datenübertragungsrate zwischen dem Rover und dem Kontrollzentrum erhöhen konnten. Für die Kommunikation zwischen dem am JPL beheimateten Rover-Kontrollzentrum und Opportunity wird neben einer Direktverbindung über die HG-Antenne des Rovers der ebenfalls von der NASA betriebene Marsorbiter Mars Odyssey eingesetzt, welcher bei der Datenübertragung als Relaisstation verwendet wird.

Bisher erfolgte die Datenübertragung auf diesem Weg üblicherweise nur einmal pro Tag in den späten Nachmittagsstunden. Dabei können pro Übertragung in der Regel etwa 60 MBit an Daten vom Mars zur Erde transferiert werden. Mittlerweile wird zusätzlich auch noch in den Vormittagsstunden eine zweite UHF-Verbindung zwischen Mars Odyssey und Opportunity errichtet. Dadurch können die für die Weiterfahrt des Rovers relevanten Navigationsbilder und Telemetriewerte in ihrer Gesamtheit schneller an das JPL übermittelt und dort somit auch schneller ausgewertet und für die Erstellung der zukünftigen Roverroute genutzt werden.

Gleichzeitig stellt diese zusätzliche tägliche Kommunikationsverbindung eine Art Rückversicherung für die Arbeit der Roverdriver dar. Durch eine zweimalige tägliche Kommunikation kann man vermeiden, dass sich der Flashspeicher des Bordcomputers von Opportunity wieder zu sehr mit Bild- und Telemetriedaten füllt, was dann erneut erst einmal eine Weiterfahrt für die nächsten Tage unterbinden würde. Die zusätzliche Verbindung setzt allerdings auch ein relativ kompliziertes und anspruchsvolles Datenmanagement voraus, um Telekommunikationsüberschneidungen zwischen dem DSN-Netzwerk mit anderen NASA-Missionen zu vermeiden. Durch eine am 14. November 2010 erfolgende zeitweise Versetzung der Stardust-Mission der NASA in einen Sicherheitsmodus ging so zum Beispiel an diesem Tag ein Datenübertragungsfenster für Opportunity „verloren“.

Im Verlauf der letzten Woche näherte sich Opportunity schließlich seinem nächsten Etappenziel, dem Krater Santa Maria, welcher bereits seit längerem als ein Zwischenziel auf dem Weg zu dem jetzt noch rund sechs Kilometer entfernten und etwa 22 Kilometer durchmessenden Endeavour-Krater genannt wurde. Nach einer Fahrt über etwa 140 Meter am 12. Dezember, dem Sol 2.447 der Mission, betrug die Entfernung zu Santa Maria noch rund 200 Meter. Zwei Tage später konnten weitere 100 Meter überbrückt werden und am darauffolgenden Tag nochmals rund 80 Meter. Im Rahmen einer letzten Etappe über 20 Meter wurde dann am heutigen 16. Dezember der letzte Schritt der Annäherung absolviert. Opportunity befindet sich jetzt unmittelbar neben dem nordwestlichen Rand dieses Kraters.

Bei dem „Santa Maria“-Krater handelt es sich um einen relativ jungen und etwas weniger als 90 Meter durchmessenden Impaktkrater, der nur geringe Spuren von Winderosion aufweist. Bei dem für die Entstehung des Kraters verantwortlichen Impakt, so die Vermutung der an der Mission beteiligten Wissenschaftler, wurde wahrscheinlich frisches Gestein aus dem Marsuntergrund an die Planetenoberfläche befördert. Dieses könnte sich jetzt am Rand des Kraters befinden oder sich auch in den von dem Krater ausgehenden Strahlen aus Auswurfmaterial konzentriert haben. Aus dem Marsorbit heraus gewonnene Spektraldaten deuten dabei auf das Vorkommen von hydratisierten Mineralen in der unmittelbaren Umgebung des Kraters hin. Dies gilt als ein Anzeichen dafür, dass in diesem Bereich der Marsoberfläche einstmals flüssiges Wasser mit dem dort befindlichen Gestein interagiert haben muss.

Santa Maria wird nicht nur wegen des Vorkommens dieser Mineralien von den Wissenschaftlern der Mission als der letzte bisher bekannte und aus wissenschaftlicher Sicht wirklich spektakuläre Punkt auf dem weiteren Weg zum Endeavour-Krater angesehen. „Da dieser Krater in etwa über die gleichen Ausmaße wie der Endurance-Krater verfügt, dabei aber anscheinend etwas jünger ist, erwarten wir, dass wir einige interessante Dinge in dem Auswurfmaterial dieses Kraters entdecken können“, so Steve Squyres.

Detaillierte Pläne für die Untersuchung des Kraters bestehen zum gegenwärtigen Zeitpunkt allerdings noch nicht. „Über die Dauer und Vorgehensweise der Untersuchungen werden wir erst dann entscheiden wenn uns genauere Daten vorliegen.“ Zumindestens bisher ist dabei für die zu tätigenden Analysen eine Fahrt des Rovers in das Kraterinnere nicht vorgesehen. „Wir waren bereits im Inneren von Kratern, welche über vergleichbare Ausmaße verfügen und wir denken, dass wir im Inneren von Santa Maria nichts wirklich Neues finden können… Außerdem würde so etwas nur zusätzliche Zeit kosten.“

Zudem würde sich bei einem solchen Manöver das Risiko für den Rover erhöhen. Sollte Opportunity in dieser Zeit zum Beispiel den Antrieb für eines seiner sechs Räder verlieren, so wäre zu befürchten, dass er das Kraterinnere nicht mehr verlassen könnte. Allerdings lässt man sich bei diesen Aussagen auch eine Hintertür offen. Sollte der Rover etwas wirklich Interessantes und „Unwiderstehliches“ finden, so Steve Squyres weiter, so ist auch eine Fahrt in das Innere des Kraters nicht auszuschließen.

Nach dem vorläufigen Stand der Planungen soll Opportunity den „Santa Maria“-Krater in den kommenden Wochen zur Hälfte umrunden und dessen unmittelbare Umgebung dabei aus verschiedenen Perspektiven und bei unterschiedlichen Beleuchtungsverhältnissen mit den Bordkameras abbilden. Zusätzlich sollen speziell an mehreren Punkten am südöstlichen Kraterrand und in dessen unmittelbarer Umgebung, dort wurden die besagten Minerale lokalisiert, ausführlichere Untersuchungen mit den wissenschaftlichen Instrumenten des Rovers erfolgen. Dann jedoch wird Opportunity seine Fahrt fortsetzen.

Nach dem momentanen Planungsstand wird dies allerdings erst nach dem 10. Februar 2011 der Fall sein. Im Zeitraum um den 4. Februar 2011 befindet sich der Mars in einer Position am Himmel, welche auch als Sonnenkonjunktion bezeichnet wird. Dabei handelt es sich um eine Konstellation, bei der sich der Mars von der Erde aus gesehen in einem Abstand von weniger als fünf Grad von der Sonne befindet. Aufgrund des dabei gegebenen geringen Abstandes von der Sonne wird die Datenübertragung zwischen der Erde und dem Mars für einen Zeitraum von etwa zwei Wochen stark eingeschränkt beziehungsweise unmöglich sein.

Die dadurch bedingte Unmöglichkeit einer Weiterfahrt von Opportunity wollen die an der Mission beteiligten Wissenschaftler nutzen, indem der Rover während dieses Zeitraumes verschiedene noch festzulegende längerfristige Untersuchungen durchführt, welche kein direktes Eingreifen der Mitarbeiter des JPL erfordern. Hierbei dürfte es sich in erster Linie um länger andauernde Messungen durch die Spektrometer des Rovers handeln.

Auch in den auf die Sonnenkonjunktion folgenden Monaten wird sich der Rover weiterhin in die östliche Richtung bewegen und dabei seinem „großen Ziel“, dem Endeavour-Krater, nähern. Als Ankunftspunkt an diesem Krater ist nach wie vor das Cape York vorgesehen. Hierbei handelt es sich um eine etwa 650 Meter lange und rund 150 Meter breite Geländeerhebung am Westrand des Endeavour-Kraters. Diese Geländeformation ist von geschichteten Gesteinsablagerungen umgeben, welche aufgrund der durch Spektrometermessungen aus der Umlaufbahn erzielten Messergebnisse unter dem Einfluss von Wasser entstanden sind.

Cape York befindet sich etwa 300 Meter vom eigentlichen Kraterrand von Endeavour entfernt. Dieser wiederum, so die bisherigen Analysen aus den Daten der Orbiter, scheint Schichtsilikate und Tonminerale zu enthalten, was auf eine in der Vergangenheit erfolgte Interaktion der dortigen Marsoberfläche mit Wasser hindeutet. Nach der Untersuchung von Cape York soll deshalb unmittelbar der Kraterrand angesteuert werden. Ray Arvidson äußert sich dazu folgendermaßen: „Wir wollen unbedingt den Rand von Endeavour erreichen und dort diese Tonminerale untersuchen.“ Um dieses Ziel auch zu erreichen gibt es in den kommenden Monaten auch weiterhin nur eine Vorgabe für den Rover: „Fahren, fahren, fahren…“, so Steve Squyres.

Auch ein anderer NASA-Rover, der erst im Herbst 2011 startende Rover Curiosity, soll sich im Rahmen seiner wissenschaftlichen Arbeiten nach der Landung auf dem Mars im Sommer 2012 der direkten Untersuchung solcher Minerale auf der Planetenoberfläche widmen. Es wäre allerdings ein vorher nicht zu erwartender Bonus für die gesamte Marsforschung, wenn stattdessen Opportunity der erste Rover wäre, welcher diese unter der unmittelbaren Einwirkung von Wasser entstandene Minerale auf dem Mars mit seinen Instrumenten direkt untersuchen könnte.

Gleichzeitig würde dies auch die unglaublichen bisherigen Leistungen und Erfolge dieses Robotergeologen unterstreichen. Schließlich sollte man nie vergessen, dass die Mars Exploration Rover-Mission von Opportunity und seinem baugleichen „Zwillings“ Spirit ursprünglich lediglich für eine Dauer von jeweils drei Monaten ausgelegt war und die Rover dabei eine Distanz von mittlerweile bescheiden anmutenden 600 bis 700 Metern auf der Marsoberfläche zurücklegen sollten. Daraus wurde im Fall von Opportunity mittlerweile eine Mission, welche trotz aller zwischenzeitlich aufgetretenen technischen Probleme seit fast sieben Jahren erfolgreich verläuft und dabei das Wissen der Menschheit um die Entstehungs- und Entwicklungsgeschichte des Mars in einer nahezu unglaublichen Art und Weise vermehrt hat.

Die dabei auf der Marsoberfläche zurückgelegte Strecke ist allerdings letztlich für den Erfolg der Mission unwichtig. „Es ist nicht relevant, wie weit sich der Rover bewegt hat. Entscheidend ist vielmehr, wie viele Entdeckungen im Rahmen der Mission gemacht wurden und wie viel wissenschaftliche Arbeit dabei im Namen der gesamten Menschheit absolviert wird“, erläutert John Callas, der für die Mars Exploration Rover-Mission verantwortliche Projektmanager des JPL, die Zielsetzung der Mission. „Jedesmal, wenn wir einen neuen Kilometer überbrücken, ist dies natürlich schön für uns. Für mich zählen dabei allerdings nicht die überwundenen Kilometer. Wichtig sind vielmehr die neu entdeckten interessanten Dinge auf dem Mars“, so Steve Squyres.
Es bleibt zu hoffen, dass Opportunity die jetzt noch ausstehenden rund sechs Kilometer bis zum Rand des Endeavour-Kraters trotz seines Alters, welches die Garantie der Herstellerfirmen bereits weit überschritten hat, in den auf die Untersuchung von Santa Maria folgenden Monaten erfolgreich überbrücken kann. Momentan deuten die Telemetriedaten über den „Gesundheitszustand“ des Rovers auf keine nennenswerten technischen Anomalien hin. Neben dem allgemeinen technischen Zustand des Rovers 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 Energiesituation allein das Wetter auf dem Mars verantwortlich.

Die momentane Entwicklung gibt dabei allerdings keinen Anlass zur Sorge. In der Woche vom 6. bis 12. Dezember 2010 wurden besonders über den mittleren nördlichen und südlichen Breiten des Mars vermehrte Staubkonzentrationen in der Atmosphäre registriert. Auf der südlichen Hemisphäre konzentrierten sich diese über den Regionen Terra Sirenum, Terra Cimmeria und Noachis Terra am Rand der südlichen Polarkappe. Im Norden waren das Arcadia Planitia, Accidalia Planitia und Utopia Planitia betroffen. Wolken aus Wassereiskristallen formierten sich in erster Linie über den Vulkanen der Tharsis-Region sowie über weiten Bereichen der nördlichen Tiefebene. Über den Standorten der beiden Rover Spirit und Opportunity wurden dagegen lediglich dünne Wolken aus Wassereiskristallen beobachtet, welche keine negativen Einflüsse auf die Energiesituation von Opportunity hatten.

Einen Überblick über die Entwicklung der Energiewerte von Opportunity während der letzten Wochen gibt die folgende Auflistung. Der Tau-Wert steht dabei für die Durchsetzung der Marsatmosphäre mit Staub und Eiskristallen. 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.

• 06.10.2010: 0,610 kWh/Tag , Tau-Wert 0,538 , Lichtdurchlässigkeit 71,60 Prozent
• 12.10.2010: 0,607 kWh/Tag , Tau-Wert 0,518 , Lichtdurchlässigkeit 69,10 Prozent
• 19.10.2010: 0,627 kWh/Tag , Tau-Wert 0,639 , Lichtdurchlässigkeit 70,15 Prozent
• 26.10.2010: 0,585 kWh/Tag , Tau-Wert 0,670 , Lichtdurchlässigkeit 68,20 Prozent
• 02.11.2010: 0,610 kWh/Tag , Tau-Wert 0,646 , Lichtdurchlässigkeit 67,80 Prozent
• 10.11.2010: 0,612 kWh/Tag , Tau-Wert 0,704 , Lichtdurchlässigkeit 68,10 Prozent
• 16.11.2010: 0,596 kWh/Tag , Tau-Wert 0,769 , Lichtdurchlässigkeit 67,00 Prozent
• 22.11.2010: 0,603 kWh/Tag , Tau-Wert 0,716 , Lichtdurchlässigkeit 65,90 Prozent
• 30.11.2010: 0,587 kWh/Tag , Tau-Wert 0,753 , Lichtdurchlässigkeit 64,50 Prozent
• 08.12.2010: 0,617 kWh/Tag , Tau-Wert 0,736 , Lichtdurchlässigkeit 66,00 Prozent
• 14.12.2010: 0,592 kWh/Tag , Tau-Wert 0,727 , Lichtdurchlässigkeit 63,55 Prozent

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