Quelle: Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung 2. August 2024.

2. August 2024 – Die ausgesprochen dünne Atmosphäre, die den Mond umgibt, entsteht in erster Linie durch das ständige Bombardement der Mondoberfläche durch staubgroße Mini-Meteoriten. Andere Prozesse, etwa die Wechselwirkung mit Teilchen und Strahlung von der Sonne, spielen eine untergeordnete Rolle, wie Forschende von der University of Chicago, des Massachusetts Institute of Technology, des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung (MPS) und des NASA Goddard Space Flight Centers heute in der Fachzeitschrift Science Advances berichten. Das Team hat Bodenproben untersucht, die Astronauten der Apollo-Missionen vor Jahrzehnten zurück zur Erde gebracht hatten. Dieses Material stand über Milliarden von Jahren in ständigem Austausch mit der Mondatmosphäre – und war so Zeuge der Vorgänge, welche die Atmosphäre erzeugen und aufrechterhalten.

Eigentlich hat der Mond gar keine Atmosphäre – zumindest nicht nach irdischen Maßstäben. Die nicht einmal zehn Tonnen Material, die seine Gashülle bilden, erzeugen einen Atmosphärendruck von etwa einem Billiardenstel des Luftdrucks, der auf der Erde herrscht. Das bezeichnet man typischerweise als Ultrahochvakuum. Im Fall des Mondes spricht man von Exosphäre. Sie besteht in erster Linie aus Argon, Helium und Neon. Dazu gesellen sich neben einigen anderen Spurenelementen kleinste Anteile der Alkalimetalle Natrium, Kalium und Rubidium. Unklar war bisher, welche Prozesse die Exosphäre mit Material versorgen. Da ständig einige Teilchen ins Weltall entweichen, müssen sie ebenso kontinuierlich von der Oberfläche „nachgefüllt“ werden.

In der aktuellen Studie kommen die Wissenschaftler*innen zu dem Ergebnis, dass hauptsächlich die Einschläge so genannter Mikrometeoriten, kleinster Staubteilchen aus dem Weltall, den nötigen „Nachschub“ liefern. Sie treffen permanent auf die Mondoberfläche, erwärmen sie lokal und setzen so Atome frei. Einen deutlich geringeren Einfluss hat die Sonne: Auch Teilchen des Sonnenwindes und Sonnenlicht können einzelne Atome aus dem Mondboden lösen.

In der Vergangenheit haben sich Wissenschaftler*innen bemüht, diese Prozesse möglichst direkt zu verfolgen, etwa mit Hilfe der NASA-Raumsonde Lunar Atmosphere and Dust Environment Explorer (LADEE), die den Mond von Oktober 2013 bis April 2014 umkreiste und ihr Augenmerk besonders auf die Natrium- und Kaliumatome der Exosphäre richtete. Die neue Studie verfolgt nun einen gänzlich anderen Ansatz: Um mehr über die Exosphäre zu erfahren, schauen die Forscher*innen nicht auf die Exosphäre selbst, sondern untersuchen den Mondboden.

„Spuren“ im Mondstaub
„Das Regolith, das den Mond überzieht, steht seit Milliarden von Jahren in direktem Austausch mit seiner Exosphäre“, erklärt Dr. Timo Hopp vom MPS die Grundidee der Studie. „Das hat Spuren hinterlassen, die sich im Labor messen lassen“, fügt er hinzu. Entscheidend ist dabei, dass einige der Prozesse, die sich im Wechselspiel zwischen Oberfläche und Exosphäre abspielen, leichtere Isotope bevorzugen. Isotope sind Spielarten eines Elements, die sich allein durch die Anzahl ihrer Neutronen im Kern und somit durch ihr Gewicht unterscheiden. So setzen etwa die Einschläge von Mini-Meteoriten eher leichte als schwere Isotope frei. Zwar fallen einige der herausgeschlagenen Teilchen mit der Zeit zurück auf die Oberfläche und werden so wieder Teil der Mondoberfläche. Andere entweichen jedoch ins All – und verändern so die Isotopenverhältnisse im Boden dauerhaft. Über Milliarden von Jahren ist die Mondoberfläche somit eine Art Gedächtnis dieser Vorgänge.

In ihrer aktuellen Studie hat das Team die Verhältnisse, in der Kalium- und Rubidiumisotope in zehn Proben vom Mond vorliegen, mit bisher unerreichter Genauigkeit bestimmt. Die Proben hatten NASA-Astronauten im Rahmen der Apollo-Missionen bereits vor Jahrzehnten von fünf verschiedenen Landestellen auf dem Mond zurück zur Erde gebracht. Während ein Teil des mitgebrachten Mondmaterials damals sofort untersucht wurde, hob die NASA einen beträchtlichen Teil für Untersuchungen auf, die erst in Zukunft möglich sein würden.

Atmosphären-Entstehung am Computer
Zudem modellierten die Forschenden am Computer, wie sich die Wechselswirkungsprozesse zwischen Oberfläche und Exosphäre auf die Isotopenzusammensetzung des Mondbodens auswirken. „Am Computer können wir die Beiträge einzelner Prozesse problemlos variieren. Wir können berechnen, in welchem Verhältnis Kalium- und Rubidiumisotope vorliegen müssten, wenn beispielsweise die Wechselwirkung mit Sonnenwindteilchen überwiegt oder wenn die Mikrometeoriten den größten Einfluss haben“, erklärt Timo Hopp. Der Vergleich mit den tatsächlich gemessen Werten erlaubt dann Einblicke in die Vorgänge, die Mondoberfläche und Exosphäre geformt haben.

„Unsere Studie gibt als klare Antwort, dass Verdampfung durch Meteoriteneinschläge der dominierende Prozess ist, der die Mondatmosphäre erzeugt“, so die Erstautorin der Studie, Prof. Dr. Nicole Nie, Assistenzprofessorin am Massachusetts Institute of Technology. Dieser Prozess hat mehr als 65 Prozent des Kaliums in der Mond-Exosphäre erzeugt. Der Rest geht auf Wechselwirkungen der Mondoberfläche mit Teilchen und Strahlung von der Sonne zurück. „Der Mond ist fast 4,5 Milliarden Jahre alt und während dieser Zeit wurde die Oberfläche ständig von Meteoriten bombardiert. Wir zeigen, dass eine dünne Atmosphäre schließlich einen stabilen Zustand erreicht, weil sie durch kleine Einschläge überall auf dem Mond ständig aufgefüllt wird“, so Prof. Dr. Nicole Nie weiter.

Die neuen Ergebnisse helfen zudem zu verstehen, wie dünne Exosphären entstehen und über Milliarden von Jahren aufrechterhalten werden. Neben dem Mond umgibt beispielsweise auch den Merkur eine solch dünne Gashülle.

Originalveröffentlichung
Nicole X. Nie, Nicolas Dauphas, Zhe J. Zhang, Timo Hopp, Menelaos Sarantos:
Lunar Soil Record of Atmosphere Loss over Eons,
Science Advances, 2. August 2024
dx.doi.org/10.1126/sciadv.adm7074
https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adm7074

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Ein Beitrag von Ralph-Mirko Richter. Quelle: DLR.

Bei der Raumsonde Hayabusa-2 handelt es sich um die Nachfolgemission für die in den Jahren 2003 bis 2010 aktiv gewesene Asteroidenmission Hayabusa-1 der japanischen Raumfahrtagentur JAXA. Trotz diverser technischer Probleme gelang es im Rahmen dieser letztendlich überaus erfolgreichen Mission unter anderem, eine Materialprobe von der Oberfläche des Asteroiden (25143) Itokawa zu entnehmen und diese zur Erde zu transportieren. Hayabusa-2 baut auf den dabei gewonnenen wissenschaftlichen und technischen Erkenntnissen auf und soll nach dem derzeitigen Planungsstand am 24. November 2014 starten und nach einem rund vierjährigen Flug durch das innere Sonnensystem im Jahr 2018 den Asteroiden 1999 JU3 erreichen.

Anschließend soll die Raumsonde – wie bereits ihre Vorgängermission – in eine Umlaufbahn um den Asteroiden eintreten und diesen zunächst auf seinem Flug durch das Sonnensystem begleiten und dabei mit mehreren Instrumenten dessen Oberfläche vermessen und untersuchen. Neben diesen indirekten Messungen besteht das Ziel der Mission in der Sammlung von Proben, welche bei dichten Vorbeiflügen der Raumsonde an dem Asteroiden durch eine Art ‚Saugrüssel‘ von dessen Oberfläche entnommen werden sollen. Diese Proben sollen anschließend zwecks einer ausführlichen Laboruntersuchung zur Erde transportiert werden. In Ergänzung zu der Vorgängermission ist Hayabusa-2 allerdings zusätzlich mit einem Asteroidenlander ausgestattet, welcher nach einer ersten Kartografierungsphase, bei der das Landegebiet des auf den Namen MASCOT (Kurzform für „Mobile Asteroid Surface Scout“) getauften Landers ermittelt werden soll, zum Einsatz kommen wird.

MASCOT: Ein ‚hüpfender‘ Asteroidenlander
Die größte Herausforderung hierbei ist dessen Landung, welche durch die geringe Anziehungskraft des Asteroiden kompliziert wird. Diese beträgt gerade einmal ein 60.000stel der Anziehungskraft der Erde. Zwecks der Einleitung des Landevorganges wird MASCOT durch einem Federmechanismus aus seiner Halterung herausgedrückt und ‚fällt‘ anschließend aus etwa 100 Metern Höhe in Richtung 1999 JU 3. Geschieht dies mit einer zu hohen Geschwindigkeit, so könnte MASCOT von der Oberfläche des Asteroiden abprallen. MASCOT ist mit einem stabilen und dennoch sehr leichtem Gehäuse aus einem Kohlefaserverbundstoff versehen, welches die elektronischen Komponenten und die in seinem Inneren befindlichen vier Instrumente vor den während der Landung auftretenden mechanischen Belastungen schützen soll.

Nach dem Erreichen der Oberfläche wird sich der vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Kooperation mit der französischen Raumfahrtagentur CNES und der JAXA entwickelte Lander zuerst anhand von Sensordaten mit einem speziellen „Push-up-Mechanismus“ ausrichten. Anschließend soll zunächst die Umgebung des Landegebietes mit den mitgeführten Instrumenten untersucht und analysiert werden.

Nach dem Abschluss dieser ersten Untersuchungen an seiner Landestelle wird sich MASCOT mittels eines von dem DLR-Zentrum für Robotik und Mechatronik in Oberpaffenhofen entwickelten „Hopping-Mechanismus“ weiter ‚hüpfend‘ über die Asteroidenfläche fortbewegen und seine Messungen an zwei weiteren Orten wiederholen. Durch einen im Inneren des Landers untergebrachten Schwungarm kann MASCOT sich nicht nur auf der Stelle drehen, sondern auch Sprünge von 60 bis hin zu 200 Metern absolvieren. Auch dieses ‚Hüpfen von Ort zu Ort‘ muss sorgfältig dosiert und zuvor so programmiert werden, dass der Lander dabei nicht die Fluchtgeschwindigkeit erreicht und den Gravitationsbereich des Asteroiden verlässt.

Letzte Tests in Japan
Gegenwärtig befindet sich der Asteroidenlander bereits in Japan und wird dort letzten ausführlichen Tests unterzogen bevor die Integration in die ‚Muttersonde‘ Hayabusa-2 erfolgen wird. „Bis zum Start wird ein Team des DLR in Japan vor Ort sein und die letzten Vorbereitungen treffen“, so die MASCOT-Projektleiterin Dr. Tra-Mi Ho vom DLR-Institut für Raumfahrtsysteme.
Die von MASCOT „vor Ort“ gesammelten Daten, so die beteiligten Wissenschaftler, werden eine bedeutende Ergänzung der Daten des Asteroidenorbiters und der Ergebnisse der Laboranalysen darstellen und dabei als Referenzdaten dienen, mit denen sich die Daten der zurückgebrachten Proben – deren Eintreffen auf der Erde ist bei einem Start im Jahr 2014 für das Jahr 2020 vorgesehen – im richtigen Kontext interpretieren lassen können.

Durch die so von Hayabusa-2 und MASCOT gewonnenen Informationen und den Analysen der Materialproben von 1999 JU3 erhoffen sich die in die Mission involvierten Planetenforscher weitere Erkenntnisse darüber, wie der seit 4,5 Milliarden Jahren fast unveränderte Asteroid beschaffen ist. Hierdurch ergeben sich dann auch weitere Rückschlüsse über die Entstehungs- und Entwicklungsgeschichte des gesamten Sonnensystems und somit auch über unseren Heimatplaneten.

„Mit dem Asteroiden untersuchen wir einen Himmelskörper, der sich seit seiner Entstehung vor 4,5 Milliarden Jahren kaum verändert hat“, so die Zusammenfassung von Dr. Tra-Mi Ho.

Fliegen auch Sie zu dem Asteroiden – wenn auch nur ‚indirekt’…
Das DLR bietet der interessierten Öffentlichkeit die Möglichkeit, an dieser Reise teilzunehmen – wenn auch nur auf einem ‚indirekten‘ Weg. Hierzu können Sie Ihren Namen sowie eine kurze Grußbotschaft auf die Reise zu dem Asteroiden 1999 JU3 schicken.

Neben den vier Instrumenten – eine Kamera, ein Radiometer, ein Infrarotspektrometer und ein Magnetometer – wird sich auch eine lediglich briefmarkengroße Folie an Bord von MASCOT befinden. Auf dieser Folie werden sich die eingelaserten Namen und die maximal 250 Zeichen umfassenden Botschaften der Personen befinden, welche sich bis spätestens am 15. Juli 2015 unter diesem Link registriert haben. Nachdem Sie das Formular ausgefüllt und abgeschickt haben, wird Ihnen per E-Mail eine entsprechende Urkunde zugestellt.

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Ein Beitrag von Ralph-Mirko Richter. Quelle: JPL, USGS.

Heute vor 687 Tagen – dies entspricht 669 „Sols“ auf dem Mars beziehungsweise genau einem Marsjahr – erfolgte die Landung des von der US-amerikanischen Weltraumbehörde NASA betriebenen Marsrovers Curiosity. Bereits kurz darauf begann der Rover damit, die unmittelbare Umgebung seines im Inneren des Gale-Kraters gelegenen Landeplatzes mit den zehn mitgeführten Instrumenten zu untersuchen. Noch während der Inbetriebnahmephase der Instrumente konnten dabei einige der wissenschaftlichen Zielsetzungen, welche die NASA mit dieser Mission verknüpft hat, erfüllt werden.

Bereits Ende September 2012 gaben die an der Mission beteiligten Wissenschaftler bekannt, dass Curiosity offenbar in einem uralten Flussbett gelandet war, in dem vor mehr als 3,5 Milliarden Jahren größere Mengen an Wasser geflossen sind. Die Untersuchung einer am 9. Februar 2013 durch den Gesteinsbohrer des Rovers entnommenen Bodenprobe führte nur wenige Wochen später zu dem historischen Befund, dass unser äußerer Nachbarplanet in der Vergangenheit tatsächlich Umweltbedingungen aufwies, welche die Entstehung von einfachen mikrobiologischen Lebensformen prinzipiell ermöglicht haben könnten.

Das Ziel: Der Zentralberg im Inneren des Kraters
Nach dem Abschluss seiner ersten Untersuchungskampagne in der Region „Glenelg/Yellowknife Bay“ begann Curiosity schließlich im Juni 2013 mit der Fahrt zu seinem eigentlichen Ziel – dem im Inneren des Gale-Kraters gelegenen Zentralberg Aeolis Mons. Aufnahmen von verschiedenen Marsorbitern zeigten bereits im Vorfeld der Curiosity-Mission, dass dieser etwa 5.500 Meter hohe Berg über einen ausgeprägten Schichtaufbau verfügt. In den einzelnen Schichten ist – vergleichbar mit den Steilwänden des Grand Canyon im US-Bundesstaat Arizona – die langfristige klimatologische und geologische Geschichte dieser Region der Marsoberfläche enthalten.

Anders als in Bohrkernen liegen diese Informationen dabei offen zutage und sind für Curiosity mehr oder weniger leicht einsehbar. Durch eine langsame, mit ausführlichen Analysen von aus geologischer Sicht interessant erscheinenden Ablagerungen verbundene ‚Besteigung‘ des Berges soll diese Geschichte in den kommenden Jahren Schritt für Schritt entschlüsselt werden. Auf diese Weise erhoffen sich die auf die Erforschung des Mars spezialisierten Planetologen Erkenntnisse darüber, wann, wie, warum und in welchem Zeitraum sich das Klima und die Umweltbedingungen auf dem Mars einstmals so dramatisch verändert haben.

Auf dem Weg dorthin: Kurze Untersuchungen
Vor dem Erreichen des geplanten ‚Einstiegspunktes‘ an der Basis des Aeolis Mons lag allerdings noch eine Strecke von mehr als acht Kilometern vor dem Rover. Auf der dabei vorgesehenen Route hatten die beteiligten Wissenschaftler mehrere Stellen ausgewählt, an denen der Rover jeweils mehrtägige Stopps für ausführlichere wissenschaftliche Untersuchungen einlegen soll.

Das wissenschaftliche Ziel dieser Analysen besteht darin, Informationen über die Geologie des Geländes zu sammeln, welches sich zwischen der Region „Glenelg/Yellowknife Bay“ und dem Aeolis Mons befindet. Diese Daten sollen den Wissenschaftlern dabei helfen, die bisher gewonnenen Informationen in einen Kontext zu den Erkenntnissen zu setzen, welche zukünftig bei den geschichteten Gesteinsablagerungen des Zentralberges erlangt werden sollen. Ein spezielles Augenmerk wird dabei auf geologische Strukturen gerichtet, welche offensichtlich durch fließendes Wasser erzeugt beziehungsweise verändert wurden.

Der bisher letzte dieser Wegpunkte, die Region „Kimberley“, wurde am 15. Mai 2014 verlassen. Seitdem hat Curiosity im Rahmen von insgesamt 24 einzelnen Fahrten eine Gesamtstrecke von etwa 1.560 Metern zurückgelegt.

Weite Fahrten in kurzer Abfolge
Die Priorität der an der Mission beteiligten Wissenschaftler und der für die Steuerung von Curiosity verantwortlichen Roverdriver besteht dabei darin, sich möglichst schnell dem vorgesehenen Ankunftspunkt an der Basis des Aeolis Mons zu nähern. Statt die zur Verfügung stehende Zeit und Energie in erster Linie für wissenschaftliche Untersuchungen zu nutzen werden deshalb stattdessen möglichst große Tagesetappen absolviert. Bei einigen der in den letzten Tagen absolvierten Fahrten wurden dann pro Tag auch Strecken von teilweise deutlich mehr als 100 Metern überbrückt.

„Wir können mittlerweile auch längere Fahrten durchführen und dabei das anwenden, was wir zuvor gelernt haben“, so Jim Erickson, der Projektmanager der Curiosity-Mission am Jet Propulsion Laboratory (JPL) der NASA in Pasadena/Kalifornien.
Speziell bezieht sich dies auf den aktuellen Zustand der sechs Räder, mit denen der Rover ausgestattet ist. Jedes dieser Räder verfügt über einen Durchmesser von 51 Zentimetern und eine Breite von 40 Zentimetern. Die lediglich 0,75 Millimeter starken Laufflächen dieser Räder, auf denen das gesamte Gewicht des 899 Kilogramm schweren Rovers lastet, bestehen aus einer Aluminiumlegierung und sind mit verschiedenen Querrippen an den Oberseiten und Ringen an den Innenwänden verstärkt.

Bereits im Rahmen der ausführlichen Tests, welche im Vorfeld der Mission auf der Erde durchgeführt wurden, zeigte sich, dass diese Räder bei ihrem Einsatz auf dem Mars nach einer gewissen Zeit verschiedene Beschädigungen wie zum Beispiel Dellen, aber auch Löcher und Risse aufweisen würden. Diese zu erwartenden Beschädigungen wurden von den für die Planung der Mission verantwortlichen Ingenieuren der NASA als für die Mission nicht bedrohlich eingeschätzt. Auch mit erheblich beschädigten Laufflächen, so zum Beispiel Matt Heverly, der Leiter des Roverdriver-Teams, welches für die Steuerung des Rovers verantwortlich ist, wird Curiosity auch weiterhin in der Lage sein, seine Fahrt fortzusetzen.

Und tatsächlich – schon nach wenigen Fahrten über die Marsoberfläche zeigten sich bereits im Jahr 2012 auf den Laufflächen der Räder einzelne Kratzer und Dellen. In der Folgezeit bildeten sich zudem verschiedene Löcher und teilweise mehrere Zentimeter lange Risse. Diese zuletzt vermehrt auftretenden ‚Abnutzungserscheinungen‘ resultieren laut den Einschätzungen der in die Mission eingebundenen Techniker und Ingenieure daraus, dass Curiosity speziell im vierten Quartal des Jahres 2013 ein Gelände überquerte, auf dessen felsigen Untergrund sich eine Vielzahl zwar nur wenige Zentimeter großer, dafür aber scharfkantiger Steine befand. Beim Überfahren dieser Steine traten dann die Mehrzahl der jetzt zu beobachtenden Beschädigungen auf.

Um die Belastung der Räder in Zukunft möglichst gering zu halten sind die Roverdriver mittlerweile darum bemüht, Curiosity über ein Gelände zu steuern, welches möglichst wenig Steine oder felsigen Untergrund beherbergt. Aus diesem Grund wurde auch die zukünftige Route leicht abgeändert. Auf dem zukünftigen Kurs wird der Rover einen größtenteils sandigen Untergrund überqueren.

„Wenn man einen fremden Planeten erkunden will, dann muss man auch mit Überraschungen rechnen. Die scharfkantigen Steine im Sand waren eine böse Überraschung, Yellowknife Bay dagegen eine gute“, so die Beurteilung von Jim Erickson.

Auch in den kommenden Wochen soll zunächst einmal hauptsächlich gefahren werden, um dem Aeolis Mons möglichst schnell näher zu kommen. Nach der bisher letzten Fahrt, welche erst vor wenigen Stunden erfolgte – hierbei wurden innerhalb von 65 Minuten weitere 42 Meter zurückgelegt – beträgt die Entfernung zu dem Ankunftspunkt noch etwa 3.700 Meter.

Bis zum heutigen Tag, dem Sol 669 seiner Mission, hat der Marsrover Curiosity mehr als 8.000 Meter auf der Marsoberfläche zurückgelegt. Dabei hat der Rover mit seinen Kamerasystemen über 160.000 Bilder aufgenommen und an das Roverkontrollzentrum des Jet Propulsion Laboratory (JPL) in Pasadena/Kalifornien übermittelt. Diese Aufnahmen sind für die interessierte Öffentlichkeit auf einer speziellen Internetseite des JPL einsehbar.

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Ein Beitrag von Ralph-Mirko Richter. Quelle: JPL.

Nach dem Abschluss einer Serie von vorbereitenden Tests setzte der von der US-amerikanischen Weltraumbehörde NASA betriebene Marsrover Curiosity am 9. Februar 2013 einen am Kopfstück seines Instrumentenarms montierten Gesteinsbohrer ein, um ein 64 Millimeter tiefes und 16 Millimeter durchmessendes Loch in eine Felsformation auf der Marsoberfläche zu bohren. Das bei dieser Bohrung freigelegte und dabei pulverisierte Gesteinsmaterial wurde am 22. und 23. Februar den beiden im Inneren des Rovers befindlichen Analyseinstrumenten CheMin und SAM zugeführt (Raumfahrer.net berichtete).

Während das CheMin die mineralogische Zusammensetzung einer entnommenen Probe identifizieren soll ist der aus drei Einzelinstrumenten bestehende Instrumentenkomplex des SAM dazu ausgelegt, deren chemische Zusammensetzung im Detail zu entschlüsseln. Die Hauptaufgabe des SAM besteht dabei in der Suche nach chemischen Verbindungen, welche das Element Kohlenstoff enthalten und die allgemein als die „Grundbausteine des Lebens“ bezeichnet werden.

Das allgemeine Ziel der Curiosity-Mission besteht dabei erklärterweise darin, zu erforschen, ob auf dem Mars einstmals „lebensfreundliche“ Bedingungen herrschten, welche theoretisch die Entstehung von mikrobiologischen Lebensformen ermöglichten und ob es eventuell sogar denkbar ist, dass die derzeit auf dem Mars vorherrschenden Umweltbedingungen auch noch in der Gegenwart die Existenz solcher Lebensformen ermöglichen könnten.
In den auf die Probenentnahme folgenden Tagen konnten die beiden Instrumente die ihnen zugeführten Proben näher analysieren und die dabei gewonnenen Daten noch vor dem am 28. Februar erfolgten zwischenzeitlichen Übertritt des Rovers in einen Sicherheitsmodus (Raumfahrer.net berichtete) an das Roverkontrollzentrum des Jet Propulsion Laboratory (JPL) in Pasadena/Kalifornien übermitteln.

Am heutigen Tag wurde von der NASA eine Pressekonferenz abgehalten, in deren Verlauf der Öffentlichkeit erste Einzelheiten dieser Untersuchungsergebnisse präsentiert wurden.

Einstmals lebensfreundliche Bedingungen

Im Rahmen der Analysen zeigte sich, dass der Mars in seiner Frühzeit Umweltbedingungen aufgewiesen haben muss, welche die Entstehung und Weiterentwicklung von primitiven Lebensformen zumindestens begünstigt haben. In den untersuchten Proben konnten durch die beiden Instrumente Schwefel, Stickstoff, Wasserstoff, Sauerstoff, Phosphor und Kohlenstoff nachgewiesen werden, welche als die weiter oben erwähnten „Grundbausteine des Lebens“ gelten.

„Ein fundamentales Ziel dieser Mission besteht in der Beantwortung der Frage, ob der Mars einstmals Bedingungen aufwies, unter denen sich Leben entwickeln konnte“, so Michael Meyer, der leitende Wissenschaftler des Mars-Erforschungsprogramms der NASA. „Nach allem, was wir [aufgrund der aktuellen Datenauswertung] bis heute wissen, lautet die Antwort auf diese Frage „Ja“!“

Die im Rahmen dieser ersten Bohrung untersuchte Gesteinsformation setzt sich aus einem Tongestein zusammen und zeigt Anzeichen dafür, dass es sich über einen in geologischen Zeiträumen betrachtet längeren Zeitraum hinweg gebildet hat, wobei eindeutig „feuchte“ Umweltbedingungen vorgeherrscht haben müssen.

Gesteine, welche sich unter solchen Bedingungen, also unter der direkten Einwirkung von Wasser, bildeten, wurden bereits zuvor auf dem Mars entdeckt. Im Gegensatz zu den früheren Entdeckungen muss sich das jetzt untersuchte Gestein jedoch unter dem Einfluss von nahezu pH-neutralem Wasser gebildet haben, welches einen lediglich geringen Salzgehalt aufwies. Nur so ist die Entstehung der darin enthaltenen Tonminerale erklärbar.

„Der Anteil der Tonminerale liegt bei mehr als 20 Prozent“, so David Blake, der leitende Wissenschaftler des CheMin-Instruments.

Die Proben wurden in einem Bereich des Gale-Kraters entnommen, wo ein vom Kraterrand ausgehendes System aus Flussläufen endet, und wo sich in der Vergangenheit eventuell ein über längere Zeiträume hinweg stabiles stehendes Gewässer gebildet haben könnte.

„Das Spektrum, welches die in der Probe untersuchten chemischen Zutaten umfasst, ist beeindruckend“, so Paul Mahaffy vom Goddard Spaceflight Center (GSFC) der NASA in Greenbelt/USA.

Die darin enthaltenen Sulfate und Sulfide könnten zudem aufgrund ihrer komplexen Chemie zumindestens in der frühen Phase der Geschichte des Mars eine mögliche Lebensgrundlage für primitive Mikroorganismen gebildet haben, welche sich sozusagen direkt von dem Marsgestein ernährt haben könnten. Vergleichbare endolithische Mikroorganismen sind den Wissenschaftlern bereits von der Erde her bekannt, wo diese bisher in Tiefen von bis zu fast drei Kilometern unter der Erdoberfläche nachgewiesen werden konnten. Somit ist es zumindestens nicht ausgeschlossen, dass der Mars in seiner Frühzeit von extremophilen Mikroorganismen bevölkert wurde.

Die weitere Vorgehensweise
Momentan sind die für die Curiosity-Mission verantwortlichen Ingenieure des Jet Propulsion Laboratory immer noch damit beschäftigt, den Rover wieder in den normalen Betriebsmodus zu versetzen, in dem dann auch die Fortsetzung der wissenschaftlichen Untersuchungen möglich sein wird. Diese Prozedur wird voraussichtlich erst zu Beginn der kommenden Woche abgeschlossen sein. In den folgenden Tagen sollen dann weitere Untersuchungen des zuvor angebohrten Bereiches der Marsoberfläche und der entnommenen Proben erfolgen, welche sich voraussichtlich bis in die erste Aprilwoche hinziehen werden.

Ab dem April 2013 befindet sich der Mars dann in einer Position am Himmel, welche von Astronomen 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 dessen wird die Datenübertragung zwischen der Erde und dem Mars für einen Zeitraum von etwa drei Wochen stark eingeschränkt beziehungsweise für die Dauer von mehren Tagen sogar gänzlich unmöglich sein, da die von der Sonne ausgehende Strahlung die Funksignale, welche zwischen den beiden Planeten hin und her gesandt werden, zu sehr stört. Im Zeitraum zwischen dem 9. und dem 28. April 2013 wird deshalb keine Transmission von Kommandos von der Erde aus in Richtung Mars erfolgen, um den Empfang von unvollständigen und damit eventuell fehlerhaften Kommandosequenzen durch Curiosity zu vermeiden.

Erst nach dem Ende dieser Sonnenkonjunktion wird Curiosity seine Arbeit wieder aufnehmen. Hierfür ist die Durchführung einer weiteren Bohrung geplant, welche frühestens Anfang Mai erfolgen wird. Erst nach dem Abschluss der Untersuchungen dieser zweiten Probe wird Curiosity seine Fahrt durch den Gale-Krater fortsetzen und sich dabei in die Richtung des in der Mitte dieses 154 Kilometer durchmessenden Kraters gelegenen Zentralberges begeben.

Bis zum heutigen Tag, dem „Sol“ 213 seiner Mission, hat der Marsrover Curiosity eine Distanz von etwa 746 Metern auf der Oberfläche unseres Nachbarplaneten zurückgelegt. In diesem Zeitraum haben die Kamerasysteme des Rovers bisher 48.274 Bilder aufgenommen und an das Roverkontrollzentrum des Jet Propulsion Laboratory (JPL) in Pasadena/Kalifornien übermittelt. Diese Aufnahmen sind für die interessierte Öffentlichkeit auf einer speziellen Internetseite des JPL einsehbar.

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Ein Beitrag von Ralph-Mirko Richter. Quelle: JPL, USGS.

Nach dem Abschluss einer Serie von vorbereitenden Tests setzte der von der US-amerikanischen Weltraumbehörde NASA betriebene Marsrover Curiosity am 9. Februar 2013 einen am Kopfstück seines Instrumentenarms montierten Gesteinsbohrer ein, um ein 64 Millimeter tiefes und 16 Millimeter durchmessendes Loch in eine Felsformation auf Marsoberfläche zu bohren. Das bei der Bohrung freigelegte und dabei pulverisierte Gesteinsmaterial wurde am 20. Februar mit einer kleinen Baggerschaufel aufgenommen (Raumfahrer.net berichtete).

Im Anschluss an diese Aktion erfolgte eine Aufbereitung der Materialprobe, welche dabei durch das CHIMRA-Probenentnahmesystem gesiebt und portioniert wurde. Mittlerweile wurden Teile der Probe an die beiden im Inneren des Rovers befindlichen Analyseinstrumente CheMin und SAM weitergeleitet. Die Befüllung des CheMin-Instrumentes erfolgte bereits am 22. Februar. Am folgenden Tag wurde auch das SAM-Instrument beliefert.

„Die Daten der Instrumente haben die erfolgreiche Lieferung der Proben bestätigt“, so Jennifer Trosper, Missionsmanagerin der Curiosity-Mission am Jet Propulsion Laboratory der NASA in Pasadena/Kalifornien, in einer Pressemitteilung. Beide Instrumente haben demzufolge unmittelbar nach der Lieferung der Proben mit ihren jeweiligen Analysen begonnen.
In den kommenden Tagen sollen die beiden Instrumente damit fortfahren, die chemische und mineralogische Zusammensetzung des bei der Bohrung freigelegten Materials zu ermitteln. Eventuell werden im Rahmen dieser Untersuchungen auch mehrere Analysen der gleichen Ausgangsprobe erfolgen, um eventuelle Verunreinigungen der Probe und dadurch verfälschte Messwerte ausschließen zu können. Diese Prozedur könnte sich in diesem Fall unter ungünstigen Umständen über mehrere Wochen hinziehen.

Parallel dazu soll der Rover auch seine anderen wissenschaftlichen Instrumente einsetzen, um die nähere Umgebung seines aktuellen Standortes eingehender zu untersuchen. Neben weiteren Kameraaufnahmen sind dabei unter anderem auch weitere Messungen mit dem DAN-Instrument angedacht, mit denen der Anteil von wasserstoffhaltigen Verbindungen in der obersten Schicht der Marsoberfläche ermittelt werden soll.

Bis zum heutigen Tag, dem „Sol“ 199 seiner Mission, hat der Marsrover Curiosity eine Distanz von etwa 746 Metern auf der Oberfläche unseres Nachbarplaneten zurückgelegt. In diesem Zeitraum haben die Kamerasysteme des Rovers mittlerweile über 48.100 Bilder aufgenommen und an das Roverkontrollzentrum des Jet Propulsion Laboratory (JPL) in Pasadena/Kalifornien übermittelt. Diese Aufnahmen sind für die interessierte Öffentlichkeit auf einer speziellen Internetseite des JPL einsehbar.

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Der Beitrag Marsrover Curiosity analysiert seine erste Bohrprobe erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Ralph-Mirko Richter. Quelle: JPL, UMSF-Forum.

Nach der Beendigung der Untersuchungen an der Oberflächenformation „Rocknest“ und der Fortsetzung seiner Fahrt am 16. November 2012 (Raumfahrer.net berichtete), erreichte der von der US-amerikanischen Weltraumbehörde NASA betriebene Marsrover Curiosity am 6. Dezember, dem Sol 120 der Mission, eine weitere Stelle mit offen zutage liegenden, geschichteten Grundgestein.

Nach der Vollendung der an diesem Tag durchgeführten Fahrt wurde die MastCam – hierbei handelt es sich um eine der wissenschaftlichen Kameras des Rovers – dazu genutzt, um die einzelnen Gesteinsschichten dieser formell mit dem Namen „Shaler“ belegten Gesteinsformation im Detail abzubilden. Außerdem wurde eines der Analyseinstrumente eingesetzt, um die chemische Zusammensetzung der dort befindlichen Gesteine zu ermitteln. Zu diesem Zweck „feuerte“ die dafür verwendete ChemCam mehrere Laserpulse auf die Gesteinsformation ab. Das dabei verdampfte Oberflächenmaterial wurde anschließend durch ein in dieses Instrument integriertes Spektrometer analysiert.

Im Anschluss an diese Untersuchungen setzte Curiosity seine Fahrt bereits am darauffolgenden Tag fort, um sich weiter in Richtung auf die Oberflächenformation „Yellowknife Bay“ zu bewegen. Hierbei wurde zunächst ein in die nordöstliche Richtung zielender Kurs eingeschlagen, welcher im Verlauf der anschließenden Fahrten in die nördliche Richtung verlagert wurde. Eine der dabei erfolgenden Fahrten, die Fahrt vom 10. Dezember (Sol 123), führte dabei über eine Entfernung von rund 19 Metern. Allerdings fiel sie damit um etwa 30 Prozent geringer aus als ursprünglich geplant.

Vor dem Beginn einer jeden Fahrt legen die für die Steuerung des Rovers verantwortlichen „Roverdriver“ bestimmte Sicherheitsparameter fest. Welche maximale Neigung darf der Rover während einer Fahrt zum Beispiel aufweisen? Wie hoch darf der Schlupf der Räder bei dieser Fahrt ausfallen? Sobald die Navigationssoftware des Rovers erkennt, dass diese Vorgaben überschritten sind, wird der Fahrbetrieb automatisch eingestellt. Der am 10. Dezember erfolgte Fahrtabbruch kam dadurch zustande, dass der Rover im Rahmen seiner Fahrt aufgrund der Unebenheit des passierten Geländes eine größere Neigung einnahm als ursprünglich vorausberechnet.

„Der Rover bewegt sich gegenwärtig über ein Gelände, welches anders gestaltet ist als die zuvor überquerten Regionen“, so Rick Welch, einer der Missionsmanager der Curiosity-Mission vom Jet Propulsion Laboratory der NASA in Pasadena/Kalifornien, von wo aus die Aktivitäten des Rovers gesteuert werden. „Dies hat zur Folge, dass der Rover dabei auch anders reagiert. Wir befinden uns immer noch in einer Lernphase und dies hat zur Folge, dass wir den Rover in diesem Terrain vorsichtiger und langsamer bewegen müssen als wir es uns eigentlich wünschen.“

Mit veränderten Sicherheitsparametern, welche der Unebenheit des Geländes Rechnung trugen, konnte Curiosity seine Fahrt jedoch bereits am darauffolgenden Tag fortsetzen. Am Ende des gestrigen Tages stand der Rover dabei unmittelbar vor der Oberflächenformation „Yellowknife Bay“. Im Verlauf einer am heutigen Tag,m dem Sol 125, erfolgten Fahrt konnte Curiosity erfolgreich den etwa 50 Zentimeter tiefen Abstieg zu Yellowknife Bay bewältigen.

In diesem Gebiet, so die aktuellen Planungen, soll noch vor den Weihnachtsfeiertagen erstmals der am Ende des Roboterarms des Rovers befestigte Gesteinsbohrer eingesetzt werden. Das „Powder Acquisition Drill System“ (kurz „PADS“) kann 1,6 Zentimeter durchmessende und bis zu fünf Zentimeter tiefe Löcher in die Marsoberfläche oder in die dort abgelagerten Gesteine bohren. Das im Rahmen eines solchen Bohrvorganges pulverisierte Marsgestein kann anschließend durch die verschiedenen Analyseinstrumente des Rovers eingehend untersucht werden.

Erst nach dem Abschluss dieses ersten PADS-Einsatzes und weiteren ausführlichen Untersuchungen der gegenwärtig erreichten Region wird sich Curiosity zu Beginn des Jahres 2013 in die südwestliche Richtung bewegen und sich dabei langsam der Basis des im Inneren des Gale-Kraters gelegenen Zentralberges annähern. Im Rahmen der weiteren Mission soll der Rover an diesem Berg Stück für Stück emporsteigen und dabei die dort beobachteten geschichteten Gesteinsablagerungen ausführlich untersuchen.

Bis zum heutigen Tag, dem Sol 125 der Mission, hat der Marsrover Curiosity eine Distanz von 622 Metern auf der Oberfläche unseres Nachbarplaneten zurückgelegt. Dabei haben die Kamerasysteme des Rovers mittlerweile über 29.700 Bilder aufgenommen und an das Roverkontrollzentrum des Jet Propulsion Laboratory (JPL) übermittelt. Diese Bilder sind für die interessierte Öffentlichkeit auf einer speziellen Internetseite des JPL einsehbar.

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Ein Beitrag von Ralph-Mirko Richter. Quelle: JPL.

Seit Anfang August 2012 untersucht der von der US-amerikanischen Weltraumbehörde NASA betriebene Marsrover Curiosity im Rahmen seiner wissenschaftlichen Zielsetzungen mit insgesamt zehn Instrumenten die Oberfläche und die Atmosphäre unseres äußeren Nachbarplaneten. Während der letzten Wochen wurden im Rahmen dieser Aktivitäten insgesamt fünf Bodenproben von der Marsoberfläche entnommen, von denen speziell die letzten beiden von zwei Analyseinstrumenten bezüglich ihrer mineralogischen und chemischen Zusammensetzung eingehend untersucht wurden.

Gestern Abend präsentierte die NASA die ersten der dabei gewonnenen Ergebnisse im Rahmen einer Pressekonferenz. Im Vorfeld dieser Veranstaltung gab es große Erwartungen, da Curiosity angeblich eine „historische Entdeckung“ gelungen sei, welche einen „Einzug in die Geschichtsbücher“ finden würde. Der Grund für diese Annahme war offenbar eine missverständliche Äußerung von John Grotzinger, dem für die Curiosity-Mission verantwortlichen Projektwissenschaftler der NASA, gegenüber einem US-amerikanischen Radiosender. Allerdings bezog sich John Grotzinger dabei laut eigenen Aussagen nicht etwa auf eine spezielle Entdeckung, sondern vielmehr auf den bisherigen Verlauf des Gesamtprojektes.
„Ich habe [aus der auf diese Aussagen erfolgenden Resonanz] gelernt, dass man sehr vorsichtig sein muss mit dem, was man sagt und noch vorsichtiger damit, wie man es sagt“, so John Grotzinger im Rahmen der Pressekonferenz. „Es wird keinen einzelnen Moment geben, zu dem wir alle zusammen aufstehen und aufgrund einer einzelnen Messung in Jubel ausbrechen werden.“

Tatsächlich gelang dem Rover bis zum jetzigen Zeitpunkt keine wirklich spektakuläre und zudem wissenschaftlich gesicherte Neuentdeckung. Allerdings zeigte sich im bisherigen Missionsverlauf, dass alle Instrumente voll funktionsfähig sind und in den kommenden Monaten wie vorgesehen eingesetzt werden können. Der Großteil der bisher gewonnenen Daten muss dagegen weiter ausgewertet und überprüft werden. Und auch für die Auswertung der zukünftig zu gewinnenden Messergebnisse werden die beteiligten Wissenschaftler viel Zeit aufwenden müssen. „Curiositys zweiter Name lautet „Geduld“ – und davon benötigen wir eine ganze Menge …“, so John Grotzinger weiter.

Entnommen wurden die Proben im Bereich einer kleinen, aus Sand und Staubpartikeln bestehenden Düne mit dem formellen Namen „Rocknest“. Die Analysen zeigen eine komplexe chemische Zusammensetzung der Bodenproben, welche neben anderen Materialien wasser-, schwefel- und chlorhaltige Substanzen beinhalten. Die Daten der beiden am Roboterarm des Rovers befestigten Instrumente APXS und MAHLI belegen, dass das Material von der Zusammensetzung und dem Aussehen her den Oberflächenmaterialien ähnelt, welche bereits zuvor von den früheren Marsrover Sojourner, Spirit und Opportunity an anderen Stellen des Mars untersucht wurde.

Dies ist nicht weiter verwunderlich, denn für die Entnahme der ersten Bodenproben entschieden sich die beteiligten Wissenschaftler ganz bewußt für eine Stelle, welche sich als ein typischer Vertreter der Marsoberfläche darstellte. Besonders eine möglichst geringe Größe der Sandpartikel war dabei gewünscht, da so sichergestellt war, dass die Probe ohne Probleme in das Innere der beiden Analyseinstrumente CheMin und SAM, befördert werden konnte.

Mit diesen beiden Instrumenten konnte letztendlich die mineralogische und chemische Zusammensetzung von zwei der entnommenen Bodenproben im Detail studiert werden. Die Analysen mit dem CheMin-Spektrometer ergaben, dass das untersuchte Material von seiner mineralogischen Zusammensetzung her etwa zur Hälfte aus vulkanischem Material besteht. Der Rest der Proben setzt sich dagegen aus nichtkristallinen Stoffen wie zum Beispiel Glas zusammen.

Mit dem SAM-Instrument entschlüsselten die an der Mission beteiligten Wissenschaftler die chemische Zusammensetzung der zuletzt entnommenen Probe, welche hierfür auf Temperaturen von bis zu 1.100 Grad Celsius erhitzt wurde. Hierbei zeigte sich, dass die untersuchte Probe neben Wasser, Kohlenstoffdioxid, Sauerstoff und Schwefeldioxid anscheinend auch einen gewissen Anteil an Perchlorat-Salzen beherbergte, eine reaktionsfreudige chemische Verbindung, welche im Jahr 2008 bereits von dem Marslander Phoenix in der Nordpolregion des Mars nachgewiesen werden konnte.

Bei der Erhitzung der Bodenprobe bildete sich zudem Chlormethan.

Bei dieser Substanz handelt es sich um eine kohlenstoffhaltige chemische Verbindung. Kohlenstoffhaltige Verbindungen gelten als die Grundvoraussetzung für die Entstehung von Leben und die Suche nach entsprechenden Verbindungen ist eines der erklärten Hauptziele der Curiosity-Mission.
Die NASA-Wissenschaftler warnen in diesem Zusammenhang allerdings vor vorschnellen Schlussfolgerungen, da der Ursprung des Chlormethans derzeit noch völlig unklar ist. Das Chlor stammt zwar definitiv vom Mars, die Herkunft des Kohlenstoffes ist dagegen noch nicht gesichert. Es sei gut möglich, dass dieser von Molekülen stamme, welche von der Erde „eingeschleppt“ wurden. Bei dem detektierten Chlormethan könnte es sich somit um das Resultat von chemischen Reaktionen handeln, welche während des Erhitzungsprozesses im Inneren des SAM entstanden und deren Ausgangssubstanzen nicht ausschließlich vom Mars stammen müssen.

Für die endgültige Klärung der Herkunft des Kohlenstoffes sind weitere Analysen nötig, wofür allerdings noch weitere Zeit benötigt wird. Neben den derzeit in verschiedenen Instituten auf der Erde erfolgenden vergleichenden Laboranalysen kann Curiosity zu diesem Zweck die zuvor bei Rocknest entnommene Bodenprobe zum Beispiel erneut durch das SAM-Instrument analysieren.

Bei der ersten Befüllung des SAM wurde nicht die gesamte Bodenprobe verbraucht. Die Reste der entnommenen Probe werden vielmehr im Inneren der Baggerschaufel, mit der sie gewonnen wurde, aufbewahrt und können dem SAM-Instrument bei Bedarf portionsweise für erneute Untersuchungen zugeführt werden. Eine entsprechende Vorgehensweise wurde bereits am letzten Wochenende praktiziert.

Durch das wiederholte Befüllen des SAM mit Marsmaterial, den anschließenden Analysen und dem darauf erfolgenden Ausstoßen der Proben sollten sich auch eventuell von der Erde mitgeführte, die Proben kontaminierende Materialien aus dem Inneren des SAM entfernen lassen. Dies würde sich dann durch veränderte Messwerte von ein und derselben Probe zeigen. Fallen die Messwerte dagegen auch bei wiederholt erfolgenden Untersuchungen der gleichen Materialprobe identisch aus, so wäre dies ein Indiz für die „Reinheit“ einer zuvor analysierten Probe.

„Derzeit haben wir keine definitive Entdeckung von organischen Substanzen auf dem Mars“, so Paul Mahaffy vom Goddard Spaceflight Center (GSFC) der NASA, der für das SAM-Instrument hauptverantwortliche Wissenschaftler. „Aber wir werden [unabhänig von den bisherigen Messungen] auch weiterhin in den unterschiedlichen Regionen des Gale-Kraters danach suchen.“

Unterdessen bereiten sich die Ingenieure und Wissenschaftler auf den nächsten Schritt der Mission vor. Noch vor den Weihnachtsfeiertagen soll Curiosity erstmals seinen am Ende des Roboterarms befindlichen Gesteinsbohrer einsetzen und damit einen bisher noch nicht festgelegten Stein auf der Marsoberfläche „anbohren“. Auch das dabei freigelegte Material soll anschließend duch die verschiedenen Instrumente des Rovers eingehend untersucht werden. Nach dem Abschluss dieser Untersuchungen wird sich Curiosity ab Anfang 2013 auf den Weg zu der Basis des im Inneren des Gale-Kraters gelegenen Zentralberges Aeolis Mons begeben und die dort gelegenen geschichteten Gesteinsablagerungen ausführlich studieren.

Bis zum heutigen Tag, dem Sol 118 der Mission, hat der Marsrover Curiosity eine Distanz von über 500 Metern auf der Oberfläche unseres Nachbarplaneten zurückgelegt. Dabei haben die Kamerasysteme des Rovers mittlerweile über 28.000 Bilder aufgenommen und an das Roverkontrollzentrum des Jet Propulsion Laboratory (JPL) übermittelt. Diese Bilder sind für die interessierte Öffentlichkeit auf einer speziellen Internetseite des JPL einsehbar.

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Ein Beitrag von Ralph-Mirko Richter. Quelle: JPL, USGS, Malin Space Science Systems. Vertont von Peter Rittinger.

Bereits am 2. Oktober 2012, dem Sol 56 der Mission, erreichte der von der US-amerikanischen Weltraumbehörde NASA betriebene Marsrover Curiosity durch eine Fahrt über eine Entfernung von rund sechs Metern ein kleines, etwa 2,5 x 5 Meter durchmessendes Feld aus lockerem Sand und Staubablagerungen. Im Bereich dieser mit dem Namen „Rocknest“ belegten Sanddüne, so die Entscheidung der an der Mission beteiligten Wissenschaftler und Ingenieure, wurde in den folgenden Wochen ein weiterer, für den Gesamterfolg der Mission überaus wichtiger Schritt vollzogen. Neben weiteren Instrumententests und den damit verbundenen Kalibrierungsarbeiten wurde in diesem Bereich des Gale-Kraters erstmals der an der Frontseite des Rovers befindliche Instrumentenarm eingesetzt.

Das am Ende dieses Armes befindliche Probenentnahmesystem entnahm während der letzten Wochen insgesamt fünf Bodenproben, von denen die letzten beiden nach entsprechenden Aufbereitungsarbeiten den beiden im Innereren des Rovers befindlichen Analyseinstrumenten CheMin und SAM zugeführt und durch diese Instrumente untersucht wurden. Diese zeitaufwändigen Aktivitäten, welche ein Bestanteil der auch gegenwärtig immer noch andauernden Phase der Inbetriebnahme des Rovers sind, wurden Ende der letzten Woche beendet.

Die Fahrt wird fortgesetzt

Am 16. November, dem Sol 100 der Mission, wurden die Räder von Curiosity nach einer Zeitdauer von 44 Sols erstmals wieder bewegt. Im Rahmen dieser Fahrt überbrückte der Rover eine Distanz von 1,9 Metern. Durch diese relativ geringfügige Positionsveränderung gelang ein auf der Marsoberfläche befindlicher Gesteinsbrocken in die Reichweite des Instrumentenarms. „Rocknest 3“, so die Bezeichnung dieses Felsens, wurde zwei Tage später mit dem APX-Spektrometer untersucht. Durch die zwei dabei erfolgenden Messungen, welche jeweils 10 Minuten andauerten, konnten die an der Mission beteiligten Wissenschaftler Daten über die chemische Zusammensetzung dieses Felsblocks gewinnen.

Noch am selben Tag setzte Curiosity seinen Weg mit einer Fahrt über eine Distanz von 25,3 Metern in die östliche Richtung fort und erreichte dabei eine mit dem Namen „Point Lake“ versehene Region, welche in den kommenden Tagen eingehender untersucht werden soll. Auch diese Vorgehensweise einer erfolgten Bodenuntersuchung und einer noch am selben Tag erfolgenden Fortsetzung der Fahrt stellt eine Premiere für die Curiosity-Mission dar.

„Wir haben schon öfter direkte Untersuchungen [der Marsoberfläche] durchgeführt und wir sind auch schon häufiger über längere Strecken gefahren, aber dies war das erste Mal, dass wir beide Aktionen am selben Tag durchgeführt haben“, so Michael Watkins, der Missionsmanager der Curiosity-Mission vom Jet Propulsion Laboratory der NASA in Pasadena/Kalifornien. „Es ist ein gutes Zeichen, dass das Rover-Team mittlerweile auch komplexe Operationsabläufe planen und anschließend erfolgreich umsetzen kann.“
Der morgige Donnerstag ist in den USA ein mit einem verlängerten Wochenende verbundener Feiertag. Dieses jetzt anstehende Thanksgiving-Wochenende wollen die Wissenschaftler nicht für weitere Fahrten, sondern vielmehr für die Gewinnung weiterer Daten nutzen. Neben den standardmäßig erfolgenden Messungen der Instrumente REMS, RAD und DAN sind dabei in erster Linie diverse Bildaufnahmen vorgesehen. Speziell die Hauptkamera des Rovers, die MastCam, soll dabei das östlich des jetzigen Standortes befindliche Gebiet abbilden.

Diese geplanten Aufnahmen dienen der Festlegung der zukünftigen Fahrtroute und der Suche nach weiteren potentiellen Untersuchungsobjekten für die verschiedenen Instrumente des Rovers. Oberste Priorität hat dabei die Suche nach einem Gesteinsbrocken, bei dem dann erstmals der ebenfalls zum Probenentnahmesystem gehörige Gesteinsbohrer eingesetzt werden soll. Erst nach dem erfolgreiche Einsatz dieses Bohrers und der damit verbundenen Zuführung der dabei gewonnenen Proben zu den Analyseinstrumenten wird die Phase der Inbetriebnahme des Rovers abgeschlossen sein.

SAM-Analysen der Region Glenelg

Obwohl Curiosity die Region Glenelg inzwischen hinter sich gelassen hat, können die Analysen der dort entnommenen Bodenproben im Bedarfsfall auch in den kommenden Tagen fortgesetzt werden, denn in der kleinen, lediglich 4,5 x 7 Zentimeter abmessenden Schaufel des Probenentnahmesystems befinden sich immer noch Reste der am 9. November (Sol 93 ) entnommenen fünften Bodenprobe.

Paul Mahaffy vom Goddard Space Flight Center, der für das SAM-Instrument hauptverantwortliche Wissenschaftler, äußerte sich bereits am 13. November 2012 im Rahmen einer Pressemitteilung des JPL folgendermaßen zu den vorläufigen Untersuchungsergebnissen: „Wir haben im Rahmen unserer Untersuchungen dieser ersten Bodenprobe [durch das SAM-Instrument] aussagekräftige Daten erhalten, welche jetzt allerdings erst einmal analysiert werden müssen.“

Bis zu der Beendigung der Analysen dieser ersten Daten werden voraussichtlich noch mehrere Wochen vergehen. Erst nach dem Abschluss dieser Untersuchungen werden die beteiligten Wissenschaftler definitive Aussagen über die chemische Zusammensetzung der zuvor untersuchten Probe und damit eventuell verbundene Entdeckungen tätigen können. Und erst dann wir sich zeigen, ob Curiosity wirklich – wie während der letzten zwei Tage mehrfach im Internet und in Printmedien berichtet – eine Entdeckung gelang, welche einen „Einzug in die Geschichtsbücher“ finden wird. Diese Meldungen basieren allerdings nicht auf einer offiziellen Meldung der NASA, sondern ausschließlich auf einem Interview mit John Grotzinger, einem der für die Mission hauptverantwortlichen Wissenschaftler.

Getrübter Horizont

Neben dem umliegenden Gelände ist in dieser am 16. November erstellten Panoramaaufnahme der Navigationskameras auch ein Ausschnitt des Himmels erkennbar. Dieser hat sich in den letzten Tagen im Vergleich zu vorherigen Aufnahmen deutlich eingetrübt. Der Grund hierfür ist nicht etwa ein Problem mit der Kamera, sondern vielmehr das gegenwärtige Wettergeschehen auf dem Mars. In den letzten zwei Wochen wurde das globale Wetter auf dem Mars durch das Einsetzen der diesjährigen Staubsturmsaison über der nördlichen Planetenhemisphäre geprägt. Mehrere größere Staubstürme bildeten sich in der nördlichen Tiefebene und zogen von dort aus in die weiter südlich gelegenen Regionen Chryse Planitia, Isidis Planitia und Elysium Planitia. Letztere befindet sich unmittelbar nördlich des Gale-Kraters – des Operationsgebietes von Curiosity.
Diese Entwicklung hat allerdings keine negativen Auswirkungen auf Curiosity, welcher ausschließlich durch einen Radioisotopengenerator mit Energie versorgt wird und somit im Gegensatz zu seinen Vorgängern Sojourner, Spirit und Opportunity nicht vom Sonnenlicht abhängig ist.

Bis zum heutigen Tag, dem Sol 105 der Mission, hat der Marsrover Curiosity eine Distanz von rund 510 Metern auf der Oberfläche unseres Nachbarplaneten zurückgelegt. Dabei haben die Kamerasysteme des Rovers mittlerweile über 24.900 Bilder aufgenommen und an das Roverkontrollzentrum des JPL übermittelt. Diese Bilder sind für die interessierte Öffentlichkeit auf einer speziellen Internetseite des JPL einsehbar.

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Ein Beitrag von Ralph-Mirko Richter. Quelle: JPL.

„Wir haben jetzt eine wichtige Missionsphase erreicht, während der wir innerhalb von etwa zwei Wochen den Analysegeräten die ersten Bodenproben zuführen werden“, so Michael Watkins, der Missionsmanager der Curiosity-Mission vom Jet Propulsion Laboratory (JPL) der NASA in Pasadena/Kalifornien. „Curiosity hat bisher ohne jegliche Probleme operiert, so dass wir in den ersten zwei Monaten der Mission bereits beachtliche Fortschritte erzielen konnten.“

Der von der US-amerikanischen Weltraumbehörde NASA betriebene Marsrover Curiosity ist am 6. August 2012 auf dem Mars gelandet und hat sich in den folgenden Wochen im Rahmen mehrerer Etappen zu einer auf den Namen „Glenelg“ getauften Region begeben. Dieser erste Abschnitt der Mission wurde hauptsächlich dazu genutzt, um die verschiedenen Instrumente des Rovers zu kalibrieren und auf den eigentlichen wissenschaftlichen Einsatz vorzubereiten. Die bisher letzte Fahrt des Rovers erfolgte dabei am 2. Oktober, dem Sol 56 der Mission.

Mit dieser Fahrt, welche über eine Entfernung von lediglich sechs Metern führte, erreichte Curiosity ein kleines, etwa 2,5 x 5 Meter durchmessendes Feld aus lockerem Sand und Staubablagerungen. Im Bereich dieser Sanddüne, so die Entscheidung der an der Mission beteiligten Wissenschaftler und Ingenieure, wird ein weiterer, für den Gesamterfolg der Mission überaus wichtiger Schritt erfolgen. Der Rover soll hier in den kommenden Tagen erstmals Bodenproben von der Marsoberfläche entnehmen und diese anschließend seinen Analysegeräten zuführen.

Die Möglichkeit, Bodenproben zu entnehmen und diese anschließend durch die verschiedenen Instrumente des Rovers direkt zu untersuchen, ist eine der Grundvoraussetzungen für die Erfüllung der ambitionierten wissenschaftlichen Ziele der Mission. Unter anderem soll Curiosity dabei ergründen, ob auf dem Mars einstmals Bedingungen geherrscht haben, welche theoretisch die Entstehung primitiver mikrobiologischer Lebensformen ermöglichten, und ob solche Bedingungen eventuell auch noch in der Gegenwart vorherrschen. Die Analyse der mineralogischen Zusammensetzung der Marsböden und -gesteine gibt dabei Aufschluss über die ehemaligen Umweltbedingungen. Chemische Analysen können zudem den Nachweis von in der Gegenwart vorhandenen organischen Verbindungen erbringen.

Einen Tag nach dem Erreichen der mit dem formellen Namen „Rocknest“ versehenen Sandformation wurde das rechte Vorderrad des Rovers dazu genutzt, um sich leicht in den Sand einzugraben und den Boden so etwas aufzupflügen. Hierdurch ergab sich für die Marsforscher eine bessere Gelegenheit, um die dortige Größe und Dichte der Sandkörner sowie deren Verteilung innerhalb von „Rocknest“ näher zu studieren. Zu diesem Zweck wurde dieses Gebiet nach der erfolgten „Grabung“ mit einer Mikroskopkamera, der MAHLI-Kamera, und einem Alphapartikel-Röntgenspektrometer (APXS) untersucht. Ein weiterer Effekt dieser Grabung bestand darin, dass auf diese Weise frisches, nicht durch die auf der unmittelbaren Marsoberfläche vorherrschenden Umweltbedingungen erodiertes Material an die Oberfläche befördert wurde.

In den kommenden Tagen soll der Rover erstmals seit seiner Landung auf dem Mars eine kleine, am Ende des an der Frontseite des Rovers befindlichen Roboterarms montierte Baggerschaufel einsetzen. Mit dieser lediglich 4,5 x 7 Zentimeter großen Schaufel, welche eines der Bestandteile des Probenentnahmesystems ist, können Bodenproben entnommen und anschließend an die Analyseinstrumente im Inneren des Rovers weitergeleitet werden.

Zweimal, so die geplante Vorgehensweise bei diesem ersten Einsatz der Analyseinstrumente, werden dabei mit der Schaufel Proben entnommen, mit einem „Rüttelmechanismus“ aufgelockert, danach gesiebt und anschließend wieder ausgeworfen. Durch diese Prozedur soll sichergestellt werden, dass zukünftig zu entnehmende Proben auch wirklich ausschließlich vom Mars stammen und nicht etwa durch von der Erde mitgeführte Partikel kontaminiert sind.

„Wir wollen absolut sicher sein, dass die ersten Proben, welche wir untersuchen, eindeutig vom Mars stammen und sich nicht etwa noch Material von der Erde an den Wänden des Systems befindet“, so Joel Hurowitz, einer der für die Probenentnahmen verantwortlichen Mitarbeiter des JPL.

Die dritte zu entnehmende Bodenprobe wird dann nach einer Auflockerung auf einem Untersuchungstablett platziert und anschließend durch die am Rovermast montierten Kameras abgebildet. Nach der Anfertigung dieser die Bodenprobe dokumentierenden Bilder soll das Material einem der im Inneren des Rovers platzierten Analyseinstrumente, dem CheMin-Spektrometer zugeführt werden. Eine vierte Bodenprobe soll anschließend neben dem CheMin-Spektrometer zu einem weiteren Instrument, dem Sample Analysis at Mars (SAM), geleitet werden.

„Wir werden einen sehr genauen Blick auf die Zusammensetzung der Proben werfen. Nur so können wir sicher zu sein, dass es sich hierbei auch wirklich um die Bodenproben handelt, welche wir untersuchen wollen“, so Daniel Limonadi, ein weiterer der für das Probenentnahmesystem verantwortlichen JPL-Ingenieure. „Wir werden bei dieser erstmaligen Verwendung der Schaufel auf dem Mars sehr vorsichtig vorgehen.“ Die Arbeiten sollen dabei intensiv von den verschiedenen Kamerasystemen des Rovers dokumentiert werden. Aus den zu erstellenden Aufnahmen sollen dabei auch hochaufgelöste Videos erstellt werden, mit denen sich der Fortschritt der geplanten Arbeiten besser nachvollziehen lässt.

Alles in Allem werden diese erste Einsätze der Schaufel und die dabei vorgesehenen Befüllungen der Analysegeräte voraussichtlich bis zu drei Wochen andauern. Dieser relativ lange Zeitraum ist erforderlich, da die für die Bedienung des Roboterarmes und der Schaufel verantwortlichen Mitarbeiter des JPL erst das richtige „Gefühl“ für diese komplexen Arbeiten entwickeln müssen. Mehrere in der unmittelbaren Umgebung gelegene Gesteinsformationen sollen in diesem Zeitraum von den Kameras des Rovers und von dessen „Distanzanalyseinstrument“, der ChemCam, eingehender untersucht werden.

Nach dem Abschluss der Untersuchungen wird Curiosity seine Fahrt fortsetzen und dabei das noch etwa 100 Meter in östlicher Richtung entfernt liegende Zentrum von Glenelg ansteuern. Irgendwo dort soll dann auch erstmals ein ebenfalls am Roboterarm befestigte Gesteinsbohrer eingesetzt werden.

Bis zum heutigen Tag, dem Sol 59 der Mission, hat der Marsrover Curiosity eine Distanz von 484 Metern auf der Oberfläche unseres Nachbarplaneten zurückgelegt. Dabei haben die Kamerasysteme des Rovers mittlerweile fast 16.000 Bilder aufgenommen und an das Roverkontrollzentrum des JPL in Pasadena/Kalifornien übermittelt. Diese Bilder sind für die interessierte Öffentlichkeit auf einer speziellen Internetseite des JPL einsehbar.

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Ein Beitrag von Ralph-Mirko Richter. Quelle: JPL, LANL. Vertont von Peter Rittinger.

Bereits am vergangenen Sonntag, dem 19. August 2012 wurde erstmals der Laser der ChemCam, einem der 10 wissenschaftlichen Instrumente an Bord des Marsrovers Curiosity, in Betrieb genommen. Das Ziel der im Rahmen dieser Untersuchung „abgefeuerten“ 30 Laserpulse war der etwas über sieben Zentimeter durchmessende Gesteinsbrocken „Coronation“, welcher von den an der Mission beteiligten Wissenschaftlern zuvor unter der Bezeichnung „N165“ geführt wurde (Raumfahrer.net berichtete).

Mittlerweile liegen erste Ergebnisse dieser Untersuchung vor. Demzufolge handelt es sich bei N165 um ein Basaltgestein. Basalt wurde bereits im Rahmen früherer Oberflächenmissionen auf dem Mars nachgewiesen und es ist mittlerweile bekannt, dass dieses sich im Rahmen vulkanischer Aktivitäten bildende Gestein auf unserem Nachbarplaneten relativ häufig anzutreffen ist.

„Viel interessanter ist jedoch die Tatsache, dass der Felsen offenbar von einer Staubschicht bedeckt ist“, so Roger C. Wiens, der für dieses Instrument hauptverantwortliche Wissenschaftler. „Während der ersten Laserpulse detektierte die ChemCam Spitzen von Wasserstoff und Magnesium, welche während der späteren Laserpulse nicht mehr beobachtet werden konnten. Dies könnte bedeuten, dass die Gesteinsoberfläche mit einer Schicht aus Staub oder einem anderem Material bedeckt ist.“

Nach dem ersten Einsatz des Lasers, welcher ein Bestandteil der mehrere Wochen andauernden Kommissionierungsphase des Rovers war, trat der ChemCam-Laser in den folgenden Tagen erneut in Aktion. Das dabei angepeilte Ziel war die Region „Goulburn“. Während der letzten Phase der LandungCuriositys auf dem Mars wurde der Rover durch einen SkyCrane in der Luft gehalten. Die zu diesem Zeitpunkt vier noch aktiven Triebwerke des SkyCranes bliesen mit ihrem Schub Sand- und Staubablagerungen von der Marsoberfläche weg und legten an vier Stellen das darunter liegende Grundgestein des Mars frei. Eines dieser so frei gelegten Areale wurde von dem Mitarbeitern der Curiosity-Mission mit dem Namen Goulburn versehen.
Goulburn befindet sich etwa fünf bis sechs Meter links des ursprünglichen Landeortes des Rovers. Das nebenstehende Bild zeigt eine Aufnahme dieser Region, welche durch die Mastkamera des Rovers angefertigt wurde. Bei den sechs eingefügten Schwarz-Weiß-Bilder handelt es sich um Aufnahmen des in die ChemCam integrierten „Remote Micro Imager“ (kurz „RMI“). Jede dieser Aufnahmen deckt eine Fläche mit einem Durchmesser von etwa 10 bis 12 Zentimetern ab, wobei Details der Oberfläche mit einer Auflösung von bis zu 0,5 Millimetern erkennbar sind. Nach der Anfertigung der RMI-Aufnahmen wurde der Laser der ChemCam erneut aktiviert, um die chemische Zusammensetzung der Zentren der Bereiche 2, 3 und 4 zu analysieren. Im Rahmen dieser Analysen sandte der ChemCam-Laser rund 470 weitere Pulse aus.

Obwohl sich das Areal von Goulburn etwa doppelt so weit von der ChemCam entfernt befindet wie N165 konnte das Instrument auch bei dieser zweiten Untersuchung klare Daten sammeln, welche in ihrer Qualität nicht schlechter sind als die Daten, welche unter entsprechenden Testbedingungen im Vorfeld der Curiosity-Mission auf der Erde gesammelt wurden.
Entsprechend erfreut sind die an diesem Instrument beteiligten Wissenschaftler: „Wir sind am Jubeln“, so Roger C. Wiens. „Einfach alles an dieser Mission ist erstaunlich und verläuft perfekt. Und dies gilt auch für unser Instrument.“

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Ein Beitrag von Michael Stein. Quelle: NASA/JPL. Vertont von Peter Rittinger.

In den letzten Tagen war es ein wenig ruhiger um Curiosity geworden. Das Wochenende benötigten die Ingenieure des Missionskontrollzentrums, um ein geplantes Softwareupdate durchzuführen. Danach wird es dem Rover beispielsweise möglich sein, mit Hilfe seiner an Front und Heck angebrachten „HazCams“ Hindernisse automatisch zu erkennen und ihnen auszuweichen. Auch die Verwendung des Roboterarms von Curiosity mitsamt dem daran angebrachten Probenentnahmesystem ist erst nach der erfolgreichen Installation des Softwareupdates in vollem Umfang möglich. Am heutigen Montag soll der primäre Bordcomputer des Rovers dauerhaft auf die neue Softwareversion umgestellt werden, womit der Updatevorgang beendet und die Voraussetzung für die Fortsetzung der wissenschaftlichen Mission von Curiosity geschaffen wäre.

Gleichzeitig hat die NASA am Wochenende ein neues Farbpanorama veröffentlicht, das mit der 34-mm-Mastkamera aufgenommen worden ist. Für die Geologen im Missionsteam ist vor allem ein Bereich im Kraterwall nördlich der Landestelle interessant, wo ein Netz von Tälern zu sehen ist, das augenscheinlich durch in den Gale-Krater geflossenes Wasser geformt worden ist. Auch die im Detail sichtbaren Stellen, an denen die Abgase der Landetriebwerke die obere Staubschicht des Marsbodens hinweggeweht haben, weckten das Interesse der Geologen: an einer Stelle ist eine Schicht zu sehen, die Gesteine in einer Matrix feineren Materials enthält.

Das komplette Farbpanorama setzt sich aus 130 Einzelbildern mit jeweils 1.200 x 1.200 Pixeln zusammen, die im Laufe einer Stunde am 8. August auf dem Mars aufgenommen worden sind. Das nun von der NASA veröffentlichte Panorama enthält noch einige schwarze Bereiche, da wegen des in den letzten Tagen durchgeführten Softwareupdates noch nicht alle Einzelbilder zur Erde übertragen werden konnten.

Interessanterweise hat die NASA das hochauflösende Farbpanorama in zwei Versionen veröffentlicht: einmal genau so, wie es die Mastkamera aufgenommen hat (und wie es auch jede andere Digitalkamera auf dem Mars aufnehmen würde), und einmal nach der Durchführung eines so genannten Weißabgleichs. Dabei wurden die Farben der Aufnahmen so angepasst, als ob die ganze Szene auf der Erde fotografiert worden wäre. Diese Farbanpassung hilft Geologen dabei, Gesteine auf dem Mars leichter zu erkennen und auseinanderzuhalten: nach erfolgtem Weißabgleich stellen sie sich so dar, wie es die Wissenschaftler von irdischen Aufnahmen her gewohnt sind. Auf dieser Seite können Sie beide Fassungen des Panoramas ansehen und bei Interesse auch herunterladen.

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Ein Beitrag von Ralph-Mirko Richter

Bei dem CheMin-Spektrometer (kurz für „Chemistry and Mineralogy“) handelt es sich um ein etwa 25 x 25 x 25 Zentimeter abmessendes Instrument, welches über ein Gesamtgewicht von rund 10 Kilogramm verfügt und im Inneren der Warm Electronics Box (WEB) – der zentralen Grundstruktur des Rovers Curiosity – platziert ist. Das Instrument soll die im Marsboden vorhandenen Minerale identifizieren und zudem deren jeweilige Mengenanteile bestimmen. Durch die Analysen des CheMin wird unter anderem geklärt werden können, ob und im welchem Umfang die untersuchten Bodenproben in der Vergangenheit mit flüssigem Wasser interagiert haben und dabei chemisch verändert wurden. Eine solche und dabei auch über geologisch gesehen längerfristige Zeiträume erfolgende Interaktion ist nach dem bisherigen Kenntnisstand der Wissenschaft für die Entwicklung von Leben unbedingt nötig.

„Minerale geben uns einen Einblick in die Umweltbedingungen, welche bei deren Entstehung geherrscht haben“, so Dr. David F. Blake, der für dieses Instrument verantwortliche Wissenschaftler vom Ames Research Center der NASA in Moffet Field/Kalifornien. Die bei deren Herausbildung vorherrschenden Temperatur- und Druckverhältnisse und die zugrunde liegenden chemischen Bestandteile waren für die Entstehung der Minerale und deren nachfolgenden Erosionen verantwortlich.

Einige der chemischen Bestandteile, welche CheMin nachweisen kann – zum Beispiel Phosphate, Carbonate, Sulfate oder Silicium, können dabei Aufschlüsse über eventuell vorhandene biologische Signaturen liefern. Eine weitere Möglichkeit des Instrumentes besteht in dem unmittelbaren Nachweis von Tonmineralen, für deren Entstehung eine längerfristige Interaktion der Planetenoberfläche des Mars mit Wasser notwendig war.

Das von der Marsoberfläche entweder im Rahmen einer Bohrung mit dem „Powder Acquisition Drill System“ (PADS) – einem am Roboterarm des Rovers befestigten Gesteinsbohrer – oder durch die Aufnahme mit einer kleinen Baggerschaufel von der Marsoberfläche gewonnene Material wird zuerst zu dem „Collection and Handling for Interior Martian Rock Analysis“ (CHIMRA) geleitet. Der CHIMRA-Komplex ist mit zwei Sieben ausgestattet, durch welche Partikel entweder kleiner als 150 Mikrometer oder aber kleiner als ein Millimeter aus einer gewonnenen Bohrprobe herausgefiltert werden können. Diese zuvor gesiebten Proben werden anschließend in verschiedene Probenauffangbehälter weitergeleitet, von wo aus sie zwecks eingehender Untersuchungen an die beiden im Inneren des Rovers befindlichen Analyseinstrumente SAM und CheMin weiter transportiert werden. Hierfür sind diese beiden Instrumente durch jeweils eine kleine Röhre mit der Oberseite der WEB verbunden.

CheMin kann dabei allerdings nur die Proben analysieren, welche über Partikelgrößen von weniger als 150 Mikrometern verfügen. Hierfür verfügt das CheMin-Instrument über 27 wiederbefüllbare, auf einem Drehrad angeordnete Zellen mit einem Durchmesser von jeweils acht Millimetern. Zusätzlich sind noch fünf weitere Zellen vorhanden, welche bereits im Vorfeld der Curiosity-Mission mit verschiedenen, der Kalibrierung des Instrumentes während des Einsatzes auf dem Mars dienenden Referenzmaterialien befüllt wurden.

Zur Analyse einer Probe, welche sich aus bis zu etwa 10 Kubikmillimetern Probenmaterial zusammensetzen kann, wird die betreffende Zelle des CheMin mittels des Drehrades vor einer Röntgenquelle, es handelt sich in diesem Fall um radioaktiv strahlende Kobalt-Isotope – positioniert. Diese Quelle sendet anschließend kolliminierte Röntgenstrahlen aus. Die Strahlung wird dabei durch den Effekt der Bremsstrahlung erzeugt. Die dabei entstehenden Röntgenphotonen werden zu einem Strahl mit etwa 50 Mikrometern Durchmesser gebündelt und anschließend auf die zu untersuchende Probe gelenkt. Nach dem Durchqueren der Probe trifft der Röntgenstrahl auf einen an anderen Ende der Zelle positionierten CCD-Sensor. Dieser Sensor analysiert die Stärke und Brechung der auftreffenden Photonen und fertigt so zweidimensionale Spektren an, deren anschließende Auswertung einen Aufschluss über die chemische Zusammensetzung der untersuchten Proben ermöglichen. Hierbei werden die Effekte der Röntgenbeugung und der Röntgenfluoreszenz genutzt.

Der CCD-Sensor wird in aktiven Modus auf eine Betriebstemperatur von minus 60 Grad Celsius gekühlt, um eine möglichst hohe Messempfindlichkeit zu erreichen. Pro Sekunde werden dabei bis zu 224 Einzelmessungen durchgeführt. Eine vollständige Messung der zu analysierenden Proben, eine so genannter „Major Frame“-Messung, benötigt einen Zeitraum von insgesamt rund 10 Stunden. Dieser Messintervall soll aus Gründen des Energiehaushaltes des Rovers auf normalerweise zwei Marsnächte aufgeteilt werden. Während der Marsnächte wird Curiosity im Normalfall inaktiv sein, wodurch sich während dieser Zeiträume aus energietechnischer Sicht ein größerer Spielraum für solche Messungen ergibt. Außerdem gestaltet sich die Kühlung des CCD-Sensors während der Marsnächte weniger energieintensiv. In Ausnahmefällen – gegeben bei hohen Konzentrationen der nachzuweisenden chemischen Elemente -, so die Erwartungen der am CheMin-Instrument beteiligten Wissenschaftler, können akzeptable Messergebnisse jedoch bereits innerhalb eines einzigen Sols gewonnen werden.

CheMin sollte in der Lage sein, einzelne Minerale innerhalb einer komplexen chemischen Zusammensetzung nachzuweisen, sobald diese in der untersuchten Probe in einer Konzentration von mehr als drei Prozent auftreten. Sobald die Konzentration einzelner Minerale höher als 12 Prozent ausfällt, gelingt deren Nachweis mit einer Bestimmung des Mengenanteils dabei mit einer Genauigkeit von etwa plus/minus 1,8 Prozent. Das Instrument ist dabei in der Lage, chemische Elemente nachzuweisen, welche eine höhere Ordnungszahl als „12“, also „größer“ als Magnesium im Periodensystem der Elemente aufweisen.

Nach dem Abschluss einer erfolgten Messung wird das zuvor untersuchte Probenmaterial aus den Zellen entfernt und in einen speziellen Auffangbehälter an der Unterseite des CheMin entleert. Eine dauerhafte Lagerung der einzelnen Proben für eine erneute, zu späteren Zeitpunkten unter der Berücksichtigung neuer Erkenntnisse erfolgende Untersuchung, ist dabei nicht vorgesehen. Für die Entleerung wird die jeweilige Zelle gedreht. Das dabei erfolgende Entleeren wird durch zeitgleich erfolgende Vibrationen mechanisch unterstützt. Das Instrument ist so ausgelegt, dass jede der für die Probenanalyse zur Verfügung stehenden 27 Zellen während der 24-monatigen Primärmission des Rovers zwei bis drei Proben aufnehmen und mit der gewünschten Genauigkeit analysieren kann. Das daraus resultierende Ziel des CheMin besteht darin, während dieser Zeitphase mindestens 74 verschiedenen Bodenproben eingehend zu untersuchen. Trotz der mehrfachen Verwendung der verschiedenen Probenzellen soll dabei eine Kontamination der einzelnen Proben von nicht mehr als etwa fünf Prozent hervorgerufen werden.

Für die Entwicklung und den Bau des CheMin-Instrumentes war das Ames Research Center der NASA in Moffet Field/Kalifornien zuständig. Der für den Betrieb des CheMin auf dem Mars und die anschließende Datenauswertung hauptverantwortliche Wissenschaftler ist der an dieser Forschungseinrichtung beschäftigte Dr. David F. Blake. Sein Team setzt sich aus Experten für Mineralogie, Petrologie und Astrobiologie zusammen.

Verwandte Webseiten

• Blake et al., 2009: CheMin Mineralogical Instruments
• NASA: CheMin
• Blake et al., 2012: Characterization and Calibration of the CheMin Mineralogical Instrument on Mars Science Laboratory
• NASA Instrument Will Identify Clues to Martian Past

Diskussion zu diesem Artikel

• Marsrover Curiosity
• MSL Rover Curiosity auf Atlas V (541)
• Planet Mars

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Ein Beitrag von Günther Glatzel. Quelle: Roskosmos, RIA Nowosti.

Dazu werden Messapparate, Steuerung, Energieversorgung, Lageregelung, Kühlung, Rückkehrsystem, Kommunikations- und Antriebssystem in den Bus eingebaut und alle Komponenten miteinander verbunden. Auch die kleine chinesische Marssonde, die am 18. Juni bei NPO Lawotschkin in Chimki bei Moskau angekommen ist, wird aufgesetzt.

Wie soeben bei RIA Nowosti berichtet wurde, werden auch Bakterien auf die weite Reise zum Roten Planeten geschickt. Sie sollen nach vollendeter Mission mit der Rückkehrkapsel wieder zur Erde gelangen und hier gründlich untersucht werden. Wie groß ist ihre Widerstandkraft gegen Vakuum, Temperaturschwankungen und Strahlung? Das sind die wichtigsten Fragen, die mit diesem Experiment beantwortet werden sollen.

Phobos-Grunt ist eine russische Marssonde mit internationalen Beiträgen, die im Oktober 2009 mit einer Zenit-Trägerrakete und Fregat-Oberstufe zum Roten Planeten aufbrechen soll. Nach elfmonatigem Flug soll sie in einen Marsorbit eintreten. Dort setzt sie die chinesische Huckepacksonde Yinghuo 1 ab und nähert sich anschließend schrittweise dem Marsmond Phobos. Sie soll etwa im April 2011 auf diesem landen, eine ca. 300 Gramm schwere Bodenprobe entnehmen und damit eine spezielle Rückkehreinheit füllen. Diese soll vom Phobos starten und auf eine Flugbahn zur Erde gebracht werden, wo sie im Juli 2012 eintreffen könnte. Der Lander nimmt derweil eigene Untersuchungen vor.

Phobos-Grunt ist eine seit 2001 betriebene Nachfolgeentwicklung der Projekte Phobos 1 und 2 sowie Mars 96, die aus verschiedenen Gründen allesamt Fehlschläge wurden. Von Phobos 2 gibt es als eines der wenigen wissenschaftlichen Resultate einige Bilder des namensgebenden Marsmondes.

Raumcon:

• Fobos-Grunt/Yinghuo-1 auf Zenit

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Ein Beitrag von Günther Glatzel. Quelle: NASA.

Nicht nur sinkende Temperaturen und kürzere sowie niedrigere Sonneneinstrahlung kündigen das Ende des Marssommers im Landegebiet an, es gibt auch Wolken und Staubteufelchen zu sehen. Außerdem konnte Wind mit einer Geschwindigkeit von 4 m/s in westlicher Richtung gemessen werden. Dafür verfügt Phoenix über einen Trimmfaden, an dessen Ende ein kleines Gewicht befestigt ist. Aus der mit einer Kamera eingefangenen Bewegung dieses Fadens kann man auf Windrichtung und Geschwindigkeit schließen. Zusätzlich konnte auch das Vibrieren der Solarpaneele um bis zu 0,5 cm im Bild eingefangen werden.

Der tiefste Graben, den Phoenix mittlerweile auf dem Mars angelegt hat, reicht 23 Zentimeter in den Marsboden hinein. Von hier wurde nun auch die vierte und letzte Probe in das Instrument MECA (Microscopy, Electrochemistry and Conductivity Analyzer) transportiert.

Im Wet Chemistry Laboratory, einem Teil von MECA, wird dem Gestein destilliertes Wasser beigemischt. In der Lösung können dann verschiedene Stoffe nachgewiesen werden. So weiß man mittlerweile, dass das Millieu an der Landestelle leicht basisch ist und die Elemente Magnesium, Kalium und Natrium im Boden vorkommen. Gefunden hat man außerdem Chloride und Perchlorate.

Aufgrund der nachlassenden Einstrahlung der Sonne ist die elektrische Energie, die dem Lander zur Verfügung steht von anfänglich 3,5 kWh pro Tag auf 2,5 kWh zurückgegangen. Zügig will man daher auch die bisher nicht benutzten vier Analysekammern des Instrumentes TEGA (Thermal and Evolved Gas Analyzer) befüllen und beheizen. In TEGA werden Bodenproben langsam erhitzt. Bei bestimmten Temperaturen verdampfen flüchtige Substanzen. Aus der gemessenen Temperatur kann man bereits recht genaue Aussagen darüber treffen, welcher Stoff gerade verdampft. Zusätzlich gibt es aber auch ein Massenspektrometer, das die Zusammensetzung der Gase genau identifizieren kann.

Für den schnellen Transport der Gase zum Massenspektrometer wurde bisher ein Trägergas aus einem Vorratsbehälter verwendet. Da das Ventil aber nicht mehr zuverlässig arbeitet, will man nun besonders „feuchte“ Proben in die Untersuchungskammern einfüllen. Die entstehenden Dämpfe sollen (für Marsverhältnisse) so dicht sein, dass sie sich quasi selbst zum Massenspektrometer tragen.

Damit die Proben nicht erneut klumpig werden, hat man ein spezielles Befüllungsverfahren erdacht, bei dem das Material möglichst kurz in der Schaufel verweilt und so wenig wie möglich Sonnenlicht auf sie fällt. Hoffentlich gelingt es.

Dass beim Einfüllen aber auch einiges danebengeht, ist auf dem Bild rechts oben gut zu erkennen.

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Ein Beitrag von Günther Glatzel. Quelle: NASA.

Damit will man die Hinweise auf Perchlorate bestätigen, die man durch Untersuchungen mit dem chemischen Messkomplex MECA (Microscopy, Electrochemistry and Conductivity Analyzer) gefunden hat. Die neue Bodenprobe stammt von einer „Rosy Red“ genannten Stelle des Marsbodens und wurde mit kleineren Problemen in den seit dem 20. Juni nur halb geöffneten Ofen Nummer 5 transportiert. Die Öfen, bei denen der Öffnungsmechanismus möglicherweise komplett funktioniert, möchte man sich für spätere Untersuchungen aufheben. Der Verdacht auf Perchlorate hatte sich mit Proben von „Snow White“ und „Rosy Red“ ergeben. Die tiefste Grabung auf dem Marsboden hat mittlerweile 9 cm erreicht.

Mit dem Thermal and Evolved-Gas Analyzer werden Proben erwärmt und die dabei entstehenden Gase analysiert. Wasser und bestimmte Kohlenstoffverbindungen lassen sich damit nachweisen.

Im zweiten oben genannten Gerät, dem Microscopy, Electrochemistry and Conductivity Analyzer (MECA), werden die Proben ebenfalls erwärmt. Danach werden zwei chemische Substanzen hinzugefügt. Die erste ist eine Säure, die kohlenstoffhaltige Bestandteile der Probe auswäscht. Die zweite Substanz besteht aus Reagenzien, mit denen die Probe auf das Vorhandensein von Sulfaten und Bodenoxidantien untersucht werden kann.

Zusätzlich enthält MECA ein optisches und ein Rasterkraft-Mikroskop. Die Auflösung des optischen Mikroskopes liegt bei 4 Mikrometern (Tausendstel Millimetern) pro Pixel, die des Rasterkraftmikroskops bei 10 Nanometern (Millionstel Millimetern). Für die optische Mikroskopie wird die Probe mit roten, grünen und blauen LED beleuchtet, wodurch Farbbilder möglich werden. Zusätzlich ermöglicht die Verwendung ultravioletten Lichtes auch das Feststellen von Luminiszenzeffekten. Das Rasterkraftmikroskop tastet besonders interessante Teile der Probe mit einer sehr feinen Nadel ab. Damit kann eine überaus genaue Karte der Oberflächenbeschaffenheit erstellt werden.

Vor dieser genauesten Untersuchung, die je auf einem anderen Himmelskörper durchgeführt wurde, passiert die Probe ein Buquet von 69 verschiedenen Substraten. Damit untersucht man die Wirkung unterschiedlicher Adhäsionsmechanismen und gewinnt dabei Informationen über Korngröße, magnetische Eigenschaften sowie Haftkräfte.

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