Quelle: ESA/Science&Exploration/SpaceScience, 7. Oktober 2025

Die beiden Mars-Orbiter hatten von allen ESA-Raumsonden den besten Blick auf den Kometen. Bei seiner größten Annäherung an den Roten Planeten am 3. Oktober war der interstellare Eindringling 30 Millionen Kilometer von ihnen entfernt.
Jedes Raumfahrzeug beobachtete den Kometen mit seiner speziellen Kamera. Beide Kameras sind dafür ausgelegt, die helle Oberfläche des Mars in einer Entfernung von nur wenigen hundert bis einigen tausend Kilometern zu fotografieren. Die Wissenschaftler waren sich nicht sicher, was sie von den Beobachtungen eines relativ schwachen Ziels in so großer Entfernung erwarten konnten.
ExoMars TGO hat mit seinem Colour and Stereo Surface Imaging System (CaSSIS) die im folgenden GIF gezeigte Bilderserie aufgenommen. Der Komet 3I/ATLAS ist der leicht unscharfe weiße Punkt, der sich in der Bildmitte nach unten bewegt. Dieser Punkt ist das Zentrum des Kometen, bestehend aus seinem eisigen, felsigen Kern und der ihn umgebenden Koma.

CaSSIS konnte den Kern nicht von der Koma unterscheiden, da 3I/ATLAS zu weit entfernt war. Die Abbildung dieses kilometerbreiten Kerns wäre ebenso unmöglich gewesen wie das Betrachten eines Mobiltelefons auf dem Mond von der Erde aus.
Die Koma mit einem Durchmesser von einigen tausend Kilometern ist jedoch deutlich sichtbar. Die Koma entsteht, wenn sich 3I/ATLAS der Sonne nähert. Die Hitze und Strahlung der Sonne erweckt den Kometen zum Leben und bewirkt, dass er Gas und Staub freisetzt, die sich als Halo um den Kern sammeln.
Die volle Größe der Koma konnte von CaSSIS nicht gemessen werden, da die Helligkeit des Staubs mit zunehmender Entfernung vom Kern schnell abnimmt. Das bedeutet, dass die Koma im Bildrauschen verschwindet.
Typischerweise wird Material aus der Koma in einen langen Schweif geblasen, der bis zu Millionen von Kilometern lang werden kann, wenn sich der Komet der Sonne nähert. Der Schweif ist viel dunkler als die Koma. Auf den CaSSIS-Bildern ist der Schweif nicht zu sehen, aber er könnte bei zukünftigen Beobachtungen besser sichtbar werden, wenn sich der Komet weiter erwärmt und mehr Eis freisetzt.
Nick Thomas, leitender Forscher der CaSSIS-Kamera, erklärt: „Dies war eine sehr anspruchsvolle Beobachtung für das Instrument. Der Komet ist etwa 10 000 bis 100 000 Mal schwächer als unsere üblichen Beobachtungsobjekte.“

Die Arbeit geht weiter

3I/ATLAS ist auf den Bildern von Mars Express noch nicht zu erkennen, was zum Teil daran liegt, dass diese mit einer Belichtungszeit von nur 0,5 Sekunden (der maximalen Grenze für Mars Express) aufgenommen wurden, während ExoMars TGO eine Belichtungszeit von fünf Sekunden verwendet.
Die Wissenschaftler werden die Daten beider Orbiter weiter analysieren und unter anderem mehrere Bilder von Mars Express zusammenfügen, um zu sehen, ob sie den schwachen Kometen entdecken können.
Sie versuchten auch, das Lichtspektrum des Kometen 3I/ATLAS mit den Spektrometern OMEGA und SPICAM von Mars Express sowie dem Spektrometer NOMAD von ExoMars TGO zu messen. Derzeit ist noch unklar, ob die Koma und der Schweif hell genug für eine spektrale Charakterisierung waren.
Wissenschaftler werden die Daten in den nächsten Wochen und Monaten weiter analysieren, um mehr darüber herauszufinden, woraus 3I/ATLAS besteht und wie es sich bei seiner Annäherung an die Sonne verhält.
Colin Wilson, Projektwissenschaftler für Mars Express und ExoMars bei der ESA, sagt: „Obwohl unsere Mars-Orbiter weiterhin beeindruckende Beiträge zur Marsforschung leisten, ist es immer besonders spannend zu sehen, wie sie auf unerwartete Situationen wie diese reagieren. Ich bin gespannt darauf, was die Daten nach weiterer Analyse offenbaren werden.“

Ein seltener Besucher

Der Komet 3I/ATLAS stammt von außerhalb unseres Sonnensystems und ist nach 1I/Oumuamua im Jahr 2017 und 2I/Borisov im Jahr 2019 erst der dritte interstellare Komet, der jemals beobachtet wurde.“
Diese Kometen sind absolut fremdartig. Alle Planeten, Monde, Asteroiden, Kometen und Lebensformen in unserem Sonnensystem haben einen gemeinsamen Ursprung. Interstellare Kometen hingegen sind echte Außenseiter, die Hinweise auf die Entstehung von Welten weit außerhalb unseres Sonnensystems liefern.
Der Komet 3I/ATLAS wurde erstmals am 1. Juli 2025 vom Teleskop des Asteroid Terrestrial-impact Last Alert System (ATLAS) in Río Hurtado, Chile, entdeckt. Seitdem haben Astronomen mit Hilfe von bodengestützten und Weltraumteleskopen seine Entwicklung beobachtet und mehr über ihn herausgefunden.
Aufgrund seiner Flugbahn vermuten Astronomen, dass 3I/ATLAS der älteste jemals beobachtete Komet sein könnte. Er könnte drei Milliarden Jahre älter sein als das Sonnensystem, das selbst bereits 4,6 Milliarden Jahre alt ist.

Was kommt als Nächstes?

Nächsten Monat werden wir den Kometen mit unserem Jupiter Icy Moons Explorer (Juice) beobachten. Juice wird zwar weiter von 3I/ATLAS entfernt sein als unsere Mars-Orbiter letzte Woche, aber er wird den Kometen kurz nach seiner größten Annäherung an die Sonne sehen, was bedeutet, dass er sich in einem aktiveren Zustand befinden wird. Wir rechnen nicht damit, vor Februar 2026 Daten von den Beobachtungen von Juice zu erhalten – warum das so ist, ist in diesem Auszug aus den FAQs zu 3I/ATLAS nachzulesen.
„Da sich Juice derzeit in der Nähe der Sonne befindet, nutzt es seine Hauptantenne mit hoher Verstärkung als Hitzeschild. Es verwendet seine kleinere Antenne mit mittlerer Verstärkung, um Daten mit einer viel geringeren Geschwindigkeit zur Erde zurückzusenden. Außerdem befindet es sich weit von der Erde entfernt, auf der anderen Seite der Sonne. Daher erwarten wir erst im Februar 2026 Daten von Juices Beobachtungen von 3I/ATLAS.„
Eisige Wanderer wie 3I/ATLAS bieten eine seltene, greifbare Verbindung zur weiteren Galaxie. Ein tatsächlicher Besuch würde die Menschheit in weitaus größerem Maße mit dem Universum verbinden. Zu diesem Zweck bereitet die ESA die Comet Interceptor Mission vor.
Comet Interceptor soll 2029 in eine Parkbahn gebracht werden, von wo aus er auf ein geeignetes Ziel warten wird – einen unberührten Kometen aus der fernen Oortschen Wolke, die unser Sonnensystem umgibt, oder, was zwar unwahrscheinlich, aber sehr reizvoll ist, ein interstellares Objekt wie 3I/ATLAS.
Michael Kueppers, Wissenschaftler des Comet Interceptor-Projekts, erläutert: „Als Comet Interceptor 2019 ausgewählt wurde, kannten wir nur ein einziges interstellares Objekt – 1I/Oumuamua, das 2017 entdeckt wurde. Seitdem wurden zwei weitere Objekte dieser Art entdeckt, die sich in ihrem Aussehen stark unterscheiden. Der Besuch eines solchen Objekts könnte einen Durchbruch im Verständnis ihrer Beschaffenheit bedeuten.“
Auch wenn es weiterhin unwahrscheinlich ist, dass wir ein interstellares Objekt entdecken werden, das für Comet Interceptor erreichbar ist, wird es als erste Demonstration einer Schnellreaktionsmission, die im Weltraum auf ihr Ziel wartet, ein Wegbereiter für mögliche zukünftige Missionen zur Abfangung dieser mysteriösen Besucher sein.

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• Interstellare Objekte

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Quelle: Universität Bern 10. Mai 2024.

10. Mai 2024 – «ExoMars» ist ein Weltraumprogramm der Europäischen Weltraumorganisation ESA und steht für Exobiologie auf dem Mars: Zum ersten Mal seit den 1970er-Jahren wird aktiv nach Leben auf dem Mars geforscht. An Bord des ExoMars Trace Gas Orbiter (TGO) befindet sich das Color and Stereo Surface Imaging System (CaSSIS), ein Kamerasystem, das von einem internationalen Team unter der Leitung von Professor Nicolas Thomas vom Physikalischen Institut der Universität Bern entwickelt und gebaut wurde. CaSSIS beobachtet den Mars seit April 2018 und liefert hochauflösende Farbbilder der Marsoberfläche.

Mit diesen hochauflösenden Farbbildern konnte ein internationales Team unter der Leitung von Dr. Adomas Valantinas Wasserfrost auf dem Mars nachweisen. Die Studie wurde soeben in der Zeitschrift Nature Geoscience veröffentlicht. Valantinas war bis Oktober 2023 Doktorand am Departement Space Research & Planetary Sciences des Physikalischen Instituts der Universität Bern und ist derzeit dank des Postdoc.Mobility-Stipendiums des Schweizerischen Nationalfonds (SNF) als Gastforscher an der Brown University (USA).

Eine unerwartete Entdeckung
Der Frost wurde auf den Gipfeln der höchsten Berge des Mars entdeckt – den Tharsis-Vulkanen. Diese Vulkane sind die höchsten Berge im Sonnensystem, der Olympus Mons ragt bis zu 26 km über die umliegenden Ebenen hinaus. Diese Frostbildung war nicht erwartet worden, da diese Berge in niedrigen Breitengraden in der Nähe des Marsäquators liegen. «In diesen niedrigen Breitengraden hält die starke Sonneneinstrahlung die Oberflächentemperaturen tendenziell hoch. Daher haben wir nicht erwartet, dass wir dort Frost finden», so Valantinas. Ausserdem kühlt die dünne Atmosphäre auf dem Mars die Oberfläche nur unzureichend ab, so dass hoch gelegene Oberflächen in den Mittagsstunden genauso heiss werden können wie niedrig gelegene, was auf der Erde nicht der Fall ist.

Valantinas erklärt: «Aufsteigende Winde bringen wasserdampfhaltige Luft aus dem Tiefland nach oben, die sich in der Höhe abkühlt und kondensiert. Das ist ein bekanntes Phänomen sowohl auf der Erde als auch auf dem Mars.» Das gleiche Phänomen verursacht die auffällige Arsia Mons Elongated Cloud – und die neue Studie zeigt, dass dieses Phänomen auch auf den Tharsis-Vulkanen zu morgendlichen Frostablagerungen führt. «Wie wir anhand der CaSSIS-Bilder sehen konnten, sind die dünnen Reifablagerungen nur kurz vorhanden, nämlich für einige Stunden um den Sonnenaufgang herum, bevor sie im Sonnenlicht verdampfen», so Valantinas weiter.

Erfolgreiche Zusammenarbeit
Um den Frost zu identifizieren, analysierten Valantinas und das Team mehr als 5’000 Bilder der Berner Marskamera CaSSIS. Seit April 2018 liefert CaSSIS Beobachtungen zur lokalen Staubaktivität, zu den jahreszeitlichen Veränderungen der CO₂-Eisvorkommen und zur Existenz von Trockenlawinen auf dem Mars. Nicolas Thomas sagt dazu: «Dass wir nun die nächtliche Ablagerung von Wassereis auf dem Mars bei visuellen Wellenlängen und mit hoher Auflösung nachweisen konnten, ist ein weiterer Beweis für die beeindruckenden wissenschaftlichen Fähigkeiten des Berner Kamerasystems.»

Die Entdeckung wurde durch unabhängige Beobachtungen der hochauflösenden Stereokamera (HRSC) an Bord des ESA-Orbiters Mars Express und des Spektrometers Nadir and Occultation for Mars Discovery (NOMAD) an Bord von TGO validiert. Ernst Hauber, Geologe am DLR-Institut für Planetenforschung in Berlin und Mitautor der aktuellen Studie erklärt: «Diese Studie zeigt sehr schön, wie wertvoll verschiedene Orbitalinstrumente sind. Durch die Kombination von Messungen verschiedener Instrumente und Modellierung können wir unser Verständnis der Wechselwirkungen zwischen Atmosphäre und Oberfläche auf eine Weise verbessern, die mit einem Instrument allein nicht möglich wäre.» Die Ergebnisse zeigen gemäss Hauber auch, wie wichtig die langfristige Beobachtung planetarer Prozesse ist, da einige Phänomene erst durch den Vergleich mehrerer Messungen im Laufe der Zeit sichtbar werden.

Wichtige Erkenntnisse für zukünftige Marsmissionen
Trotz ihrer geringen Dicke – wahrscheinlich nur ein Hundertstel eines Millimeters (so dick wie ein menschliches Haar) – bedecken die Frostflecken eine riesige Fläche. «Die Menge an Frost entspricht etwa 150’000 Tonnen Wasser, die während der kalten Jahreszeit jeden Tag zwischen der Oberfläche und der Atmosphäre ausgetauscht werden, was etwa 60 olympischen Schwimmbecken entspricht», erklärt Valantinas.

«Zu verstehen, wo Wasser zu finden ist und wie es sich zwischen den Reservoirs bewegt, ist für viele Aspekte der Marsforschung von Bedeutung», so Thomas. «Natürlich wollen wir die physikalischen Prozesse verstehen, die das Klima auf dem Mars bestimmen. Aber auch das Verständnis des Wasserkreislaufs auf dem Mars ist von grosser Bedeutung, um wichtige Ressourcen für die künftige Erforschung des Mars durch den Menschen zu finden und herauszufinden, wo es auf dem Mars Wasser gibt und ob der Mars früher oder heute bewohnbar war oder ist», so Valantinas abschliessend.

Publikation:
A. Valantinas, N. Thomas, A. Pommerol, E. Hauber, L. Ruiz Lozano, V. Bickel, O. Karatekin, C.B. Senel, O. Temel, D. Tirsch, G. Munaretto, M. Pajola, F. Oliva, F. Schmidt, I. Thomas, A.S. McEwen, M. Almeida, M. Read, V.G. Rangarajan, M.R. El-Maarry, C. Re, F. G. Carrozzo, E. D’Aversa, A.C. Vandaele and G. Cremonese: Evidence for transient morning water frost deposits on the Tharsis volcanoes of Mars, Nature Geoscience, June 10, 2024.
DOI: 10.1038/s41561-024-01457-7
https://www.nature.com/articles/s41561-024-01457-7
pdf: https://www.nature.com/articles/s41561-024-01457-7.pdf

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• Planet Mars

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Quelle: Universität Bern.

16. September 2019 – ExoMars ist eine Weltraummission der Europäischen Weltraumorganisation ESA in Zusammenarbeit mit der russischen Raumfahrtagentur Roskosmos. ExoMars steht für Exobiologie auf dem Mars: Erstmals seit den 1970er-Jahren wird wieder aktiv nach Leben auf dem Mars geforscht. Sogenannte Spurengase, einschließlich Methan und deren Quellen, werden vom ExoMars Trace Gas Orbiter (TGO) untersucht, während das ExoMars-Programm als Ganzes – der TGO in Kombination mit dem Rover «Rosalind Franklin», der nächstes Jahr starten wird – untersuchen wird, wie sich das Wasser und die geochemische Umgebung auf dem Mars im Laufe der Zeit verändert haben.

Das Colour and Stereo Surface Imaging System (CaSSIS) an Bord des TGO wurde von einem internationalen Team unter der Leitung von Nicolas Thomas vom Physikalischen Institut und dem Center for Space and Habitability (CSH) der Universität Bern entwickelt. CaSSIS beobachtet seit April 2018 den Mars und liefert hochaufgelöste, farbige Bilder der Marsoberfläche.

Heftige Gasausbrüche in Dünenfeldern
Unter den neusten Bildern von CaSSIS, die heute auch von der ESA veröffentlicht wurden, befindet sich eine Aufnahme von Dünenfeldern in der Nordpolregion des Mars. Dünen gibt es auf dem Mars wie auf der Erde in verschiedenen charakteristischen Formen. Sie liefern Hinweise auf die vorherrschende Windrichtung. «Die kontinuierliche Beobachtung der Dünen liefert Hinweise darauf, wie sich die Dünen entwickelt haben und wie Sedimente auf dem Mars transportiert werden», erklärt Nicolas Thomas.

Im Winter bedeckt eine dünne Schicht Kohlendioxid-Eis die Oberfläche der Polarregionen des Mars. Mit dem ersten Licht des Frühlings taut die Schicht auf. In den Dünenfeldern erfolgt dieses Auftauen im Frühjahr von unten nach oben, wobei das dabei entstehende Gas zwischen der Eisschicht und dem Sand der Dünen eingeschlossen wird. Nicolas Thomas sagt dazu: «Wenn das Eis bricht, erfolgt ein heftiger Gasausbruch, der auch Sand mit sich trägt. Auf dem CaSSIS-Bild, das heute veröffentlicht wird, sind dunkle Flecken und Streifen, die von den Gasausbrüchen verursacht werden, zu sehen.»

Trockene Lawinen, Klimawandel und potenzielle Landeplätze auf dem Mars
Ebenfalls heute erscheint eine Auswahl von Bildern, die von den beeindruckenden wissenschaftlichen Fähigkeiten von CaSSIS zeugen. So zeigt eine Aufnahme von den Hängen in der Region Locras Vallis auf dem Mars markante helle und dunkle Streifen. Der genaue Zusammenhang zwischen diesen Streifen werde noch diskutiert, aber die führende Theorie lege nahe, dass sie durch trockene Lawinenprozesse gebildet werden, so Nicolas Thomas.

Der Gale Crater, heute der Standort des Curiosity Rovers der NASA, hat einen Durchmesser von etwa 150 km und liegt nahe der Grenze zwischen dem südlichen Hochland und dem nördlichen Tiefland des Mars. Auf dem CaSSIS-Bild ist ersichtlich, dass sich im Krater ein massiver zentraler Hügel befindet, der kilometerdicke, geschichtete Sedimentgesteine enthält. Nicolas Thomas erklärt: «Diese Gesteinsschichtungen sind Indikatoren dafür, dass sich das Klima auf dem Mars entwickelt hat von feuchteren Bedingungen, unter denen sich wasserführende Mineralien bildeten, zu den heute beobachteten, trockeneren Klimabedingungen.»

Ein weiteres, heute veröffentlichtes Bild vom Oyama-Krater ist für Nicolas Thomas besonders interessant: «Die verschiedenen Schichten in den Wänden des kleinen Kraters oben im Bild sind freigelegt, was uns gewissermaßen ein Fenster in die Vergangenheit öffnet. Solche Gebiete werden als potenzielle Landeplätze für kommende Einsätze auf dem Mars hoch eingestuft – sie sind besonders interessant für die zukünftige Erforschung des Mars aufgrund des Einflusses von Wasser und damit ihres Potenzials zur Erhaltung von Spuren vergangenen Lebens.»

Die neuen CaSSIS-Bilder und Resultate von den wissenschaftlichen Instrumenten an Bord des TGO werden diese Woche auch am internationalen European Planetary Science Congress and the Division of Planetary Sciences in Genf vorgestellt. Siehe dazu auch die Beiträge mit dem Hashtag #EPSCDPS2019 in den sozialen Medien.

CaSSIS: Spektakuläre Bilder vom Mars
An Bord der ExoMars-Sonde «Trace Gas Orbiter» der Europäischen Weltraumorganistion ESA befindet sich die Berner Kamera CaSSIS – sie liefert die bisher schärfsten Bilder vom Mars in Stereo und Farbe. Die Marskamera wurde von einem Team der Universität Bern unter der Leitung von Prof. Dr. Nicolas Thomas entwickelt. Die Bilder sind wichtig für die Entschlüsselung der Geschichte der Ablagerungen und Schichten auf dem Mars. Kombiniert mit Daten aus anderen Instrumenten, ermöglichen die Bilder den Forschenden, Rückschlüsse zu ziehen auf die verschiedenen chemischen Zusammensetzungen und beispielsweise Regionen zu identifizieren, die durch Wasser beeinflusst wurden. Die CaSSIS-Bilder können auch dabei helfen, zukünftige Landeplätze für Missionen zur Erkundung der Marsoberfläche zu bestimmen. Mehr Informationen: www.cassis.unibe.ch.

Förderung durch das SBFI / Abteilung Raumfahrt
CaSSIS ist ein Projekt der Universität Bern und ist finanziert von der Abteilung Raumfahrt des SBFI durch das PRODEX-Programm (PROgramme de Développement d’Expériences scientifiques) der Europäischen Weltraumorganisation ESA. Die Entwicklung der Instrumentenhardware wurde auch von der italienischen Weltraumbehörde (ASI), dem INAF/Astronomischen Observatorium Padua und dem Space Research Center (CBK) in Warschau unterstützt. Bei allen Instrumenten, die in der Schweiz entwickelt werden, stammen wesentliche Beiträge und/oder Teillieferungen aus der Schweizer Industrie. Das PRODEX-Programm, in dessen Rahmen wissenschaftliche Instrumente oder Teilsysteme bereitgestellt werden, verlangt eine industrielle Beteiligung und fördert so einen Wissens- und Technologietransfer zwischen Hochschulen und Industrie und verschafft dem Werkplatz Schweiz einen strukturellen Wettbewerbsvorteil – nicht zuletzt auch dank Spill-over-Effekten auf andere Sektoren der beteiligten Unternehmen. Beteiligungen der Schweiz an Programmen der ESA erlauben es Schweizer Akteuren aus Wissenschaft und Wirtschaft, sich ideal in entsprechenden Aktivitäten der ESA zu positionieren.

Berner Weltraumforschung: Seit der ersten Mondlandung an der Weltspitze
Als am 21. Juli 1969 Buzz Aldrin als zweiter Mann aus der Mondlandefähre stieg, entrollte er als erstes das Berner Sonnenwindsegel und steckte es noch vor der amerikanischen Flagge in den Boden des Mondes. Dieses Solarwind Composition Experiment (SWC), welches von Prof. Dr. Johannes Geiss und seinem Team am Physikalischen Institut der Universität Bern geplant und ausgewertet wurde, war ein erster grosser Höhepunkt in der Geschichte der Berner Weltraumforschung. Die Berner Weltraumforschung ist seit damals an der Weltspitze mit dabei. In Zahlen ergibt dies eine stattliche Bilanz: 25mal flogen Instrumente mit Raketen in die obere Atmosphäre und Ionosphäre (1967-1993), 9mal auf Ballonflügen in die Stratosphäre (1991-2008), über 30 Instrumente flogen auf Raumsonden mit, und mit CHEOPS teilt die Universität Bern die Verantwortung mit der ESA für eine ganze Mission (Start letztes Quartal 2019). Die erfolgreiche Arbeit der Abteilung Weltraumforschung und Planetologie (WP) des Physikalischen Instituts der Universität Bern wurde durch die Gründung eines universitären Kompetenzzentrums, dem Center for Space and Habitability (CSH), gestärkt. Der Schweizer Nationalsfonds sprach der Universität Bern zudem den Nationalen Forschungsschwerpunkt (NFS) PlanetS zu, den sie gemeinsam mit der Universität Genf leitet.

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• ExoMars Trace Gas Orbiter + Lander Schiaparelli auf Proton-M/Briz-M

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Quelle: Universität Bern.

Am 2. März 2019 hat CaSSIS nun zudem sein erstes Bild von InSight geliefert, dem Lander der NASA auf dem Mars.

ExoMars ist ein Weltraummission der Europäischen Weltraumorganisation ESA in Zusammenarbeit mit der russischen Raumfahrtagentur Roskosmos. ExoMars steht für Exobiologie auf dem Mars: erstmals seit den 1970er-Jahren wird wieder aktiv nach Leben auf dem Mars geforscht. Sogenannte Spurengase einschliesslich Methan und deren Quellen werden vom ExoMars Trace Gas Orbiter (TGO) untersucht, während das ExoMars-Programm als Ganzes – der TGO in Kombination mit dem Rover Rosalind Franklin, der nächstes Jahr starten wird – untersuchen wird, wie sich das Wasser und die geochemische Umgebung auf dem Mars im Laufe der Zeit verändert haben.

Das Colour and Stereo Surface Imaging System (CaSSIS) an Bord des TGO wurde von einem internationalen Team unter der Leitung von Prof. Nicolas Thomas vom Center for Space and Habitability (CSH) der Universität Bern entwickelt. TGO trat die Reise zum Mars heute vor drei Jahren an, am 14. März 2016, und erreichte den Mars am 19. Oktober desselben Jahres. Dabei demonstrierte und nutzte die Sonde ihre hohen Fähigkeiten betreffend Atmosphärenbremsung, um die wissenschaftliche Umlaufbahn zu erreichen. Die Hauptmission begann schliesslich im April 2018.

Hallo InSight!
Unter den Bildern von CaSSIS, die heute auch von der ESA veröffentlicht wurden, befindet sich unter anderem ein Bild des Landers InSight der amerikanischen Weltraumorganisation NASA. Es gab bereits Aufnahmen von InSight, die vom Mars Reconnaissance Orbiter der NASA gemacht wurden. Es ist jedoch das erste Mal, dass ein europäisches Instrument den Lander identifiziert hat. InSight war am 26. November 2018 auf dem Mars angekommen mit dem Ziel, das Innere des roten Planeten zu untersuchen.

Das farbempfindliche Bild wurde am 2. März 2019 von CaSSIS aufgenommen und bildet eine Fläche von 2.25 x 2.25 km ab. Zu diesem Zeitpunkt hämmerte InSight eine Sonde in den Marsboden, um die Hitze im Inneren des Planeten zu messen. Auf der Aufnahme von CaSSIS ist InSight als etwas hellerer Fleck im Zentrum einer dunklen Fläche zu sehen, die entstanden ist, als der Lander seine Bremsraketen zündete kurz vor seiner Landung in der Elysium Planitia Region und Staub aufwirbelte. Ebenfalls zu sehen sind das kurz vor der Landung abgeworfene Hitzeschild am Rande eines Kraters und der Schutzschild von InSight.

«Der Orbiter wird verwendet, um Daten von InSight zur Erde zu übertragen», sagt Nicolas Thomas, der Hauptverantwortliche für CaSSIS. «Wegen dieser Funktion konnten wir die Kamera bisher nicht auf den Landeplatz von InSight richten, um Unsicherheiten in der Kommunikation zu vermeiden. Wir mussten also warten, bis der Landeplatz direkt unter dem TGO vorbeikam, um dieses Bild aufzunehmen.» CaSSIS soll das InSight-Team durch die Beobachtung der Marsoberfläche in der Umgebung zusätzlich unterstützen.

Das Bild von InSight zeigt auch, dass CaSSIS in der Lage sein wird, den zukünftigen ExoMars-Rover Rosalind Franklin zu fotografieren, der im März 2021 auf dem Mars ankommen soll. Der TGO wird auch für diesen Rover als Datenübertragungsstation dienen.

Wissenschaft im Schaufenster
Ebenfalls heute erscheint eine Auswahl von Bildern, die von den beeindruckenden wissenschaftlichen Fähigkeiten von CaSSIS zeugen. Die hochauflösenden Bilder zeigen Ansichten von eigenartigen Oberflächenmerkmalen, illustrieren die Vielfalt der Mineralien auf dem Mars und liefern sogar 3D-Stereoansichten und digitale Geländemodelle. Die Bilder wurden von Teams der Universität Bern, der University of Arizona und des INAF-Padova produziert.

Die Bilder beinhalten Detailansichten von polaren Schichtablagerungen und zeigen die Dynamik von Dünen und von sogenannten Staubteufeln (Luftwirbeln). Die Stereobilder von CaSSIS erwecken die Szenerie auf dem Mars zum Leben, indem sie zusätzlich Einblick in die Höhenunterschiede geben. Diese Informationen sind wichtig für die Entschlüsselung der Geschichte der Ablagerungen und Schichten auf dem Mars.

Einige Bilder wurden eingefärbt, um die Oberflächenstruktur deutlich zu machen. Kombiniert mit Daten aus anderen Instrumenten, ermöglichen die Bilder den Forschenden, Rückschlüsse zu ziehen auf die verschiedenen chemischen Zusammensetzungen und beispielsweise Regionen zu identifizieren, die durch Wasser beeinflusst wurden. Diese Bilder können auch unterstützend eingesetzt werden für die Leitung von Missionen zur Erkundung der Marsoberfläche.

«Das Bild von der Landestelle von InSight ist nur eines von vielen wirklich hochwertigen Bildern, die CaSSIS geliefert hat. Die heute veröffentlichten Bilder gehören zu den besten der letzten Zeit. Und ich bin auch begeistert von den digitalen Geländemodellen», sagt Nicolas Thomas. Håkan Svedhem, Project Scientist für den TGO bei der ESA fügt an: «Die Bilder sind ein Beweis für das wissenschaftliche Potential des Kamerasystems. Wir werden während der Mission in der Lage sein, dank der Bilder sowohl dynamische Oberflächenprozesse zu untersuchen – einschliesslich solcher, die helfen könnten, den Bestand an Spurgasen zu begrenzen, den die Spektrometer der TGO analysieren – und zukünftige Landeplätze zu charakterisieren.»

Förderung durch das SBFI / Abteilung Raumfahrt
CaSSIS ist ein Projekt der Universität Bern und ist finanziert von der Abteilung Raumfahrt des SBFI durch das PRODEX-Programm der Europäischen Weltraumorganisation ESA. Die Entwicklung der Instrumentenhardware wurde auch von der italienischen Weltraumbehörde (ASI), dem INAF/Astronomischen Observatorium Padua und dem Space Research Center (CBK) in Warschau unterstützt.

Bei allen Instrumenten, die in der Schweiz und unter der Leitung der Universität Bern entwickelt wurden, stammen wesentliche Beiträge und/oder Teillieferungen aus der Schweizer Industrie. Das PRODEX-Programm, in dessen Rahmen wissenschaftliche Instrumente oder Teilsysteme bereitgestellt werden, verlangt eine industrielle Beteiligung von mindestens 50% am Gesamtprojekt. Diese Bedingung ermöglicht einen Wissens- und Technologietransfer aus der Industrie und in die Industrie und verschafft dem Werkplatz Schweiz einen strukturellen Wettbewerbsvorteil – nicht zuletzt auch dank Spill-over-Effekten auf andere Sektoren der beteiligten Unternehmen.

Beteiligungen der Schweiz an Programmen der ESA erlauben es Schweizer Akteuren aus Wissenschaft und Wirtschaft, sich ideal in entsprechenden Aktivitäten der ESA zu positionieren.

Berner Weltraumforschung: Seit 50 Jahren an der Weltspitze mit dabei
Die Berner Weltraumforschung in Zahlen ergibt eine stattliche Bilanz: 25mal flogen Instrumente mit Raketen in die obere Atmosphäre und Ionosphäre (1967-1993), 9mal auf Ballonflügen in die Stratosphäre (1991-2008), 33 Instrumente flogen auf Raumsonden mit, und ein Satellit wurde gebaut (CHEOPS, Start 2. Hälfte 2019).

Die erfolgreiche Arbeit der Abteilung Weltraumforschung und Planetologie (WP) des Physikalischen Instituts der Universität Bern wurde durch die Gründung eines universitären Kompetenzzentrums, dem Center for Space and Habitability (CSH), gestärkt. Der Schweizer Nationalsfonds sprach der Universität Bern zudem den Nationalen Forschungsschwerpunkt (NFS) PlanetS zu, den sie gemeinsam mit der Universität Genf leitet.

Der Beitrag Spektakuläre Bilder von Mars-Kamera CaSSIS erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: ESA.

Die Sonde war am 14. März 2016 gestartet. In den folgenden Wochen nach dem Start haben Missionsteam und beteiligte Wissenschaftler den Trace Gas Orbiter und das Landemodul Schiaparelli intensiv überprüft, um sicher zu sein, dass alles bereit ist für den Einsatz beim Mars ab Oktober.

Die Kontroll-, Navigations- und Kommunikationssysteme des Raumfahrzeugs wurden in Betrieb genommen. Zwei Mbit/s kann die 2,2 m durchmessende Antenne bereits zur Erde übertragen. Die wissenschaftlichen Instrumente wurden ersten Tests unterzogen.

Im Marsorbit angekommen, beginnt für das Raumfahrzeug mit seinen anspruchsvollen Instrumenten die Suche nach Spurengasen in der Atmosphäre des Mars.

Von besonderem Interesse ist Methan, welches auf aktive biologische oder geologische Prozesse auf dem Planeten Mars hindeuten könnte. Zusätzlich soll Schiaparelli die Technologien testen, die für eine sichere und kontrollierte Landung auf dem Mars nötig sind. Geplant ist seine Landung für den 19. Oktober 2016.

„Alle Systeme wurden aktiviert und überprüft, einschließlich Energieversorgung, Kommunikation, Sternensensoren, Leitsystem und Navigation, alle Nutzlasten und auch Schiaparelli. Das Flugteam arbeitet sich jetzt besser in den Betrieb dieser neuen und fortschrittlichen Sonde ein“, so Betriebsleiter Peter Schmitz von der ESA.

Das erste Bild besteht aus zwei Einzelaufnahmen, aufgenommen mit dem Kamera-Drehmechanismus aus zwei leicht unterschiedlichen Richtungen. Die Einzelbilder wurden so übereinandergelegt und bearbeitet, dass ein neues Bild mit jeweils einem positiven und einem negativen Bild der Sterne entstand (ähnlich wie bei einem Negativ und dem später entwickelten Bild). Der Abstand zwischen Positivbild und Negativbild ist dabei für alle Sterne gleich. Dem Team zeigt dieses Bild, dass sowohl die Kamera als auch ihr Drehmechanismus funktionieren.

„Das erste Einschalten hat reibungslos geklappt und bislang sieht alles gut aus“, so Nicolas Thomas von der Universität Bern, der Hauptverantwortliche für das Kamerasystem. „Die Kamera wurde nicht für die Beobachtung lichtschwacher Sterne entwickelt, trotzdem ist dieses erste Bild sehr beruhigend. Alles sieht danach aus, dass wir auch vom Mars gute Daten bekommen werden.“

Ist das Ziel Mars erreicht, wird die CaSSIS für Colour and Stereo Surface Imaging System genannte Kamera Oberflächenstrukturen fotografieren, einschließlich derer, die mit Gasquellen in Verbindung gebracht werden, wie z.B. Vulkane.

Weitere Instrumente, wie die Spurengassensoren der Atmospheric Chemistry Suite (ACS) und vom Nadir and Occultation for Mars Discovery (NOMAD) sowie der Teilchendetektor (Fine Resolution Epithermal Neutron Detector, FREND), der in der Lage sein wird Wassereisvorkommen zu entdecken, wurden in der vergangenen Woche zum ersten Mal eingeschaltet und sandten Testdaten.

Auch das Landemodul Schiaparelli und seine Flugsysteme wurden gründlichen Tests unterzogen. Obwohl primär ein Technologiedemonstrator, wird Schiaparelli einige grundsätzliche Untersuchungen vornehmen, während seiner kurzen Mission auf der Marsoberfläche.

„Die Instrumente des Trace Gas Orbiter und von Schiaparelli funktionieren ausgezeichnet. Die wissenschaftlichen Teams werden auf dem Weg zum Mars ihre Kalibrierungen und Tests fortsetzen, damit alles für die spannende Mission bereit ist, die vor uns liegt,“ so Håkan Svedhem, ESA-Projektwissenschaftler.

Der nächste Meilenstein wird eine große Kurskorrektur sein, die für Juli geplant ist und das Raumfahrtzeug auf den Mars ausrichten wird. ExoMars 2016 wird den Roten Planeten am 19. Oktober 2016 erreichen. Das Raumfahrtzeug hat inzwischen mehr als 83 Millionen Kilometer der insgesamt rund 500 Millionen Kilometer langen Reise zum roten Planten hinter sich gebracht.

Der Beitrag „Augen auf“ für die Raumsonde ExoMars TGO erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Ralph-Mirko Richter. Quelle: DLR, FU Berlin, ESA.

Gegenwärtig wird der Mars, der äußere Nachbarplanet der Erde, von fünf aktiven Orbitern umkreist. Neben der von der europäischen Weltraumagentur ESA betriebene Raumsonde Mars Express handelt es sich dabei um die von der indischen Raumfahrtbehörde ISRO betriebene Marssonde Mars Orbiter Mission – inoffiziell auch als Mangalyaan bezeichnet – und die drei NASA-Marsorbiter MAVEN, die den Mars erst am 22. September 2014 erreichte, Mars Reconnaissance Orbiter (Ankunft am 10. März 2006) und Mars Odyssey, welche den Mars bereits seit dem 24. Oktober 2001 umrundet und somit den ‚Methusalem‘ unter den aktiven Marssonden darstellt.
Gleichzeitig sind auf der Marsoberfläche zwei weitere ‚Kundschafter der Menschheit‘ – die ebenfalls von der NASA betriebenen Rover Opportunity und Curiosity – aktiv. Der bereits am 25. Januar 2004 auf dem Mars gelandete Rover Opportunity hält dabei mit einer derzeit auf dem Mars zurückgelegten Strecke von etwa 41,5 Kilometern den Rekord für jenseits der Erde zurückgelegte Fahrten und die dabei überbrückten Distanzen (Raumfahrer.net berichtete).

Den Rekord für die in einer Umlaufbahn um den ‚Roten Planeten‘ zurückgelegte Strecke hält dagegen – bedingt durch ihre elliptische Umlaufbahn, welche in Entfernungen zwischen 240 und 11.000 Kilometern zur Planetenoberfläche verläuft – die Raumsonde Mars Express, die seit ihrer in den frühen Morgenstunden des 25. Dezember 2003 erfolgten Ankunft bei unserem Nachbarplaneten mittlerweile rund 400 Millionen Kilometer in einer Marsumlaufbahn zurückgelegt hat. Am Abend des 24. Dezember 2014 wird Mars Express ihren mittlerweile 13.936ten Umlauf um den Mars absolvieren.

Seit ihrer Ankunft beim Mars lieferte die Raumsonde Mars Express den an dieser Mission beteiligten Wissenschaftlern regelmäßig eine Vielzahl an Bildaufnahmen und weitere Daten über die Atmosphäre und die Oberfläche unseres äußeren Nachbarplaneten, durch deren Auswertung sich für die Planetenforscher wertvolle Einblicke in dessen Entwicklungsgeschichte ergeben. Die sieben wissenschaftlichen Instrumente an Bord des Marsorbiters lieferten dabei wichtige Beiträge zur Untersuchung der Oberflächengeologie sowie zur ‚Geschichte des Wassers‘ auf unserem Nachbarplaneten und damit auch zur Klärung der Frage, ob einstmals ‚Leben auf dem Mars‘ möglich war.

Bei einem dieser Instrumente handelt es sich um die „High Resolution Stereo Camera“ (kurz „HRSC“). Die wissenschaftliche Aufgabe dieser hochauflösenden Stereokamera besteht in der multispektralen und dreidimensionalen Erfassung der Morphologie und Topographie der Marsoberfläche, wobei unter optimalen Bedingungen eine Auflösung von bis zu 10 Metern pro Pixel erreicht werden kann. Aus diesen Daten lassen sich für die Erforschung des Mars wichtige Erkenntnisse über die aktuelle Beschaffenheit der Planetenoberfläche sowie über die vulkanische, fluviale und glaziale Geschichte des Mars ableiten (Raumfahrer.net berichtete).

Mittlerweile wurden mit der HRSC-Kamera mehr als 90 Prozent der Marsoberfläche in hoher Auflösung abgebildet. Die bisher erstellten Aufnahmesequenzen wurden dabei während lediglich 4.165 Orbits angefertigt. Einerseits wird die HRSC nicht bei jedem Orbit aktiv, damit auch die anderen Instrumente der Raumsonde die für ihre Messungen nötigen Beobachtungszeiten erhalten. Außerdem herrschen nicht immer optimale Beobachtungsbedingungen für die HRSC, da eventuell zeitgleich zu dem jeweiligen vorgesehenen Aufnahmezeitpunkt auftretende störende atmosphärische Effekte wie Staubstürme oder Wolkenbildung die Beobachtungen zu stark beeinträchtigen können.

Missionsverlängerung bis Ende 2018
Aufgrund der hohen wissenschaftlichen Ausbeute und des guten Zustandes, in dem sich Mars Express immer noch befindet, wurde die ursprünglich auf eine Missionsdauer von zwei Jahren ausgelegte Mission von der ESA in den vergangenen Jahren bereits mehrfach verlängert. Am 18. Dezember 2014 gab das Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR), welches maßgeblich an dem HRSC-Experiment beteiligt ist, bekannt, dass die Mars Express-Mission jetzt sogar bis zum Ende des Jahres 2018 verlängert wurde. Dies eröffnet – vorausgesetzt, dass die noch zur Verfügung stehenden Treibstoffvorräte für zwischenzeitlich notwendige Orbitkorrekturmanöver wirklich so lange ausreichen – speziell den an dem HRSC-Experiment beteiligten Wissenschaftlern hervorragende Perspektiven für ihre zukünftigen Arbeiten.

Mars Express umkreist unseren Nachbarplaneten auf einer langgestreckten und fast genau über die beiden Marspole verlaufenden Umlaufbahn. Für eine komplette Umrundung des Mars benötigt die Raumsonde dabei einen Zeitraum von etwa sieben Stunden. Optimalerweise wird der marsnächste Punkt dieser Umlaufbahn – die Periapsis – jeweils zu einer Zeit erreicht, in der auf der unter der Raumsonde liegenden Marsoberfläche gerade die Mittagszeit herrscht. Nur so kann die HRSC die Oberfläche unseres Nachbarplaneten aus ’nächster Nähe‘ und zugleich unter guten Beleuchtungsbedingungen abbilden.

Der derzeitige Orbitverlauf hat jedoch den Nachteil, dass Mars Express die Periapsis zu einem Zeitpunkt erreicht, an dem sich die Sonne über dem abzubildenden Oberflächenbereich nur wenige Grad über dem Horizont befindet, was sich in den letzten Monaten negativ auf die Anzahl der angefertigten Aufnahmen auswirkte. Erst ab dem Jahr 2015 werden die Zeiträume, in denen die HRSC die Oberfläche aus der Periapsis heraus auch wieder bei höheren Sonnenständen beobachten kann, wieder länger.

Durch die jetzt bekannt gegebene Missionsverlängerung ergeben sich außerdem neue Möglichkeiten für eine zukünftige ‚Kooperation‘ mit einer weiteren Marsorbitermission: Im Januar 2016 will die ESA im Rahmen ihres ExoMars-Programms den Trace Gas Orbiter (kurz TGO) starten, welcher dann neun Monate später den Mars erreichen soll. Nach seiner Ankunft soll der TGO in der Marsatmosphäre nach Hinweisen auf Methan und anderen Spurengasen suchen, welche auf aktive geologische oder gar biologische Prozesse auf dem Mars hindeuten könnten. Im Rahmen seiner wissenschaftlichen Zielsetzung soll der TGO zugleich auch nach möglichen ‚Austrittsstellen‘ dieser Gase auf der Marsoberfläche suchen.

Zu diesem Zweck wird der zukünftige Marsorbiter der ESA mit einer leistungsstarken Kamera namens CaSSIS (kurz für „Colour and Stereo Surface Imaging System“) ausgestattet sein. Wie die HRSC an Bord von Mars Express soll auch CaSSIS systematisch angefertigte Farb- und Stereoaufnahmen von der Marsoberfläche liefern, welche dabei allerdings noch bessere Auflösungen von bis zu fünf Metern pro Pixel erreichen sollen.

Idealerweise sind die HRSC und die CaSSIS-Kamera dabei zeitgleich aktiv und bilden die gleichen Ziele ab, denn durch die gegenseitige Überprüfung der gewonnenen Daten lässt sich unter anderem eine optimale Kalibrierung der beiden Instrumente erreichen. Außerdem ist es durch solche zeitgleichen Beobachtungen möglich, auf der Marsoberfläche registrierte Strukturen noch besser als bisher zu interpretieren. Somit dürfen sich die auf die Marsforschung spezialisierten Planetologen in den kommenden Jahren auch weiterhin auf eindrucksvolle Bilder freuen, welche aus dem Orbit des ‚Roten Planeten‘ heraus angefertigt werden.

Creative Commons
Aber auch die ‚einfachen Fans‘ dieser Marsbilder können sich freuen, denn seit dem 18. Dezember 2014 gelten für die Nutzung der Aufnahmen der HRSC-Kamera vereinfachte Nutzungsrechte, da alle drei an diesem Kameraexperiment beteiligten Partner – die ESA, das DLR und die FU Berlin – beschlossen haben, die Aufnahmen der HRSC unter einer Creative Commons-Lizenz zu veröffentlichen. Jeder potentielle Benutzer darf die HRSC-Aufnahmen somit zukünftig nach Belieben nutzen, bearbeiten und verbreiten oder zum Beispiel auch im Rahmen von öffentlichen Vorführungen verwenden, ohne dafür im Voraus eine ausdrückliche Genehmigung einzuholen, sofern der Nutzer diese Endprodukte ebenfalls unter eine freie Lizenz stellt. Außerdem müssen diese Produkte mit der Namensnennung „ESA, DLR, FU Berlin CC BY-SA 3.0 IGO“ versehen werden. Weitere Einzelheiten hierzu finden Sie in diesem Blog-Eintrag des DLR.

Ein Video vom Becquerel-Krater
Bei dem ersten HRSC-Bildprodukt, welches unter einer CC-Lizenz veröffentlicht wurde, handelt es sich um eine kurze Videosequenz, welche einen Überflug über den in der nördlich des Marsäquators gelegenen Region Arabia Terra gelegenen Becquerel-Kraters zeigt. Für die Anfertigung der Sequenz, welche von Mitarbeitern der Fachrichtung Planetologie an der Freien Universität Berlin erstellt wurde, wurden Aufnahmen der HRSC verwendet, die bereits vor mehreren Jahren während der Mars Express-Orbits 3253_1 (22. Juli 2006), 5332, 5350 und 5368 (26. Februar, 2. und 7. März 2008) angefertigt wurden. Aber auch die bereits zu früheren Zeitpunkten veröffentlichten Aufnahmen der HRSC stehen nachträglich unter der besagten Lizenz.
Eine ausführliche Beschreibung des 167 Kilometer durchmessenden Becquerel-Kraters, der sich unter anderem durch einen fast 1.000 Meter hoher Zentralberg auszeichnet, welcher sich aus mehreren hundert, jeweils nur wenige Meter dicken schwefelhaltigen Sedimentschichten zusammensetzt, finden sie unter anderem in unserem Newsarchiv über die Mission der Raumsonde Mars Express. Die animierten Überflugvideos über diese Region sind dagegen auf den entsprechenden Internetseiten des DLR, der FU Berlin und der ESA abrufbar.

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

Die Beantwortung der Frage, ob sich auf dem Mars jemals Leben entwickelt hat oder ob dieses eventuell sogar noch in der Gegenwart auf unserem Nachbarplaneten existiert, gehört zu den großen wissenschaftlichen Unterfangen unserer Zeit. Aus diesem Grund plant die Europäische Weltraumorganisation ESA seit dem Jahr 2004 die unbemannte Marsmission ExoMars, deren wissenschaftlichen Ziele sich ganz im Rahmen dieser Fragestellung bewegen.

Nachdem die US-amerikanischen Weltraumbehörde NASA im September 2011 aufgrund von Budgetproblemen ihren Rückzug an einer zuvor zugesagten Beteiligung an der ExoMars-Mission erklärte, nahm die ESA Verhandlungen mit der russischen Weltraumagentur Roskosmos auf. Bereits im vergangenen Jahr einigten sich beide Seiten auf einen Kooperationsvertrag, welcher jetzt am vergangenen Donnerstag von Jean-Jacques Dordain, dem Generaldirektor der ESA, und von Wladimir Popowkin, dem Leiter von Roskosmos, in der ESA-Hauptverwaltung in Paris unterzeichnet wurde.

Entsprechend den ursprünglichen Planungen wird sich die Mission aus zwei Teilen zusammensetzten: Einem Orbiter, dem im Jahr 2016 zu startenden Trace Gas Orbiter (kurz „TGO“), und einem Rover, welcher zwei Jahre später zum Mars aufbrechen und diesen nach seiner Landung über einen Zeitraum von mindestens sechs Monaten erkunden soll.

„Dies ist ein bedeutsames Ereignis für das ExoMars-Programm. Ab jetzt werden europäische und russische Industriepartner und Wissenschaftler zusammenarbeiten, um diese beiden außergewöhnlich interessanten Missionen zu verwirklichen. Hierdurch wird zugleich auch die Wettbewerbsfähigkeit der europäischen Industrie demonstriert. Dies stellt zudem auch einen wichtigen Schritt zur Vorbereitung einer Teilnahme der ESA an künftigen internationalen Forschungsmissionen dar, in deren Rahmen neue Antworten auf die zentrale Frage gesucht werden, ob es jemals Leben auf dem Mars gegeben hat“, so Jean-Jacques Dordain.

„Bis hierhin war es ein langer Weg und wir haben bereits viel gemeinsam geleistet. ExoMars wird vom Umfang her nach dem Programm für die Sojus-Startanlagen in Kourou an zweiter Stelle stehen. Dies bestätigt erneut, dass Vorhaben von so riesigem Ausmaß im Rahmen einer internationalen Zusammenarbeit bewerkstelligt werden müssen. Die wissenschaftlichen Daten, die wir von den geplanten Missionen erwarten, werden für die ganze Welt von Bedeutung sein“, so Wladimir Popowkin.

Im Rahmen des jetzt unterzeichneten Vertrages haben sich beide Partner auf eine ausgeglichene Verteilung ihrer jeweiligen Verantwortlichkeiten für die verschiedenen Bestandteile der Missionen geeinigt. Die ESA wird für die im Jahr 2016 startende Mission den Orbiter und ein Eintritts-, Abstiegs- und Landedemonstrationsmodul (kurz „EDL“) sowie für die Mission 2018 den Modulträger und den Rover bereitstellen. Roskosmos liefert dagegen das Abstiegsmodul für den Marsrover und dessen Landeplattform und stellt außerdem die Trägerraketen für beide Missionen zur Verfügung. Darüber hinaus werden beide Vertragspartner verschiedene wissenschaftliche Instrumente für die Missionen entwickeln und zudem eng bei der Auswertung der gesammelten Daten zusammenarbeiten.

Der Trace Gas Orbiter

Das wissenschaftliche Hauptziel des Trace Gas Orbiters besteht in der Untersuchung der Marsatmosphäre. Der TGO soll hierzu speziell nach Methan und anderen Spurengasen suchen, welche den Exobiologen und Geologen Rückschlüsse auf gegenwärtig ablaufende biologische oder geologische Prozesse auf der Marsoberfläche ermöglichen könnten. Hierbei soll auch ermittelt werden, über welchen Bereichen der Marsoberfläche und zu welchen Jahreszeiten diese Gase freigesetzt werden.

Das Infrarot- und UV-Spektrometer NOMAD (kurz für „Nadir and Occultation for Mars Discovery“) dient dabei der Identifikation der chemischen Komponenten, aus denen sich die Marsatmosphäre zusammensetzt, und der Ermittlung der jeweiligen Mengenanteile. Das aus drei Infrarotinstrumenten bestehende ACS („Atmospheric Chemistry Suite“) ergänzt die Messungen von NOMAD und dient speziell der Untersuchung der chemischen Zusammensetzung und Struktur der Marsatmosphäre.

Oberflächenuntersuchungen erfolgen durch den Neutronendetektor FREND. Mit diesem Instrument soll in erster Linie die Verteilung von wasserstoffhaltigen Mineralen und Ablagerungen von Wassereis unmittelbar unter der Marsoberfläche bestimmt werden. Die kosmische Strahlung, welcher der Mars ausgesetzt ist, setzt im Marsboden hochenergetische Neutronen frei. Diese Neutronen kollidieren in der obersten Schicht des Bodens mit hoher Geschwindigkeit mit den dort befindlichen Atomkernen der verschiedenen chemischen Elemente und werden dabei auf eine charakteristische Art und Weise abgebremst und anschließend reflektiert.

Bei der Kollision mit den Protonen in Wasserstoffatom-Kernen werden die Neutronen sehr stark verlangsamt und deshalb als „thermische Neutronen“ bezeichnet. Bei Kollisionen mit anderen Atomkernen erfolgt dagegen eine geringere Verlangsamung (epithermische Neutronen). Durch die Messung dieser von der Marsoberfläche ausgehenden Strahlung ist es möglich, die Menge und Verteilung verschiedener chemischer Elemente auf dem Mars zu ermitteln.

Bei dem Kamerasystem CaSSIS handelt es sich um eine hochauflösende Farb-Stereokamera, welche Strukuren auf der Marsoberfläche mit einer Auflösung von bis zu fünf Metern pro Pixel abbilden soll. Die mit CaSSIS zu erstellenden Aufnahmen sollen unter anderem dazu genutzt werden, um die zuvor von NOMAD und ACS aufgespürten „Quellgebiete“ von Spurengase in einen geologischen Kontext zu versetzen.

Außerdem ist geplant, den Trace Gas Orbiter als Relaisstation für die Kommunikation mit dem zwei Jahre später auf dem Mars landenden ExoMars-Rover zu nutzen. Das hierfür benötigte Electra-UHF-Kommunikationssystem wird von der NASA bereitgestellt, welche die ExoMars-Mission zudem mit ihrem Deep Space Network unterstützen wird.

Bei dem EDL handelt es sich um einen Technologiedemonstrator, mit dem in erster Linie die Funktionalität von verschiedenen bei der zwei Jahre später erfolgenden Landung des Rovers benötigten Schlüsseltechnologien unter Beweis gestellt werden soll. Während des Landevorganges sollen zudem Daten über die vorherrschenden atmosphärischen Bedingungen gesammelt werden. Die dabei gewonnenen Messwerte über Windgeschwindigkeiten und Dichte der Atmosphäre in verschiedenen Höhen über der Oberfläche sollen anschließend genutzt werden, um die bisherigen Modelle über den Aufbau der Marsatmosphäre noch weiter zu verfeinern.

Nach der Landung des EDL soll eine mit verschiedenen Sensoren ausgestattete Wetterstation Daten über die Oberflächentemperatur, die Windgeschwindigkeiten, die Windrichtungen, den Luftdruck und die Luftfeuchtigkeit im Bereich des Landegebietes sammeln. Allerdings verfügt das EDL über keine eigene Energieversorgung – die primäre Aufgabe besteht in einer erfolgreichen Landung und nicht im Sammeln von wissenschaftlichen Daten – sondern bezieht die benötigte Energie aus Batterien. Deshalb wird DREAMS, so der Name dieses Instrumentenpakets, die entsprechenden Daten lediglich über einen Zeitraum von etwa zwei bis acht Tagen sammeln und zur Erde übermitteln können.

Der ExoMars-Rover

Der ExoMars-Rover und dessen ebenfalls mit verschiedenen wissenschaftlichen Instrumenten ausgestattete Landeplattform sollen mit einem russischen Abstiegsmodul auf die Marsoberfläche befördert werden. Das wissenschaftliche Ziel des Rovers besteht in der gezielten Suche nach Spuren von früheren oder sogar noch gegenwärtig existierenden Lebensformen auf dem Mars. Hierzu wird der Rover mit einem Bohrmechanismus ausgestattet sein, welcher bis zu zwei Meter tiefe Bohrungen durchführen kann. Das dabei zutage geförderte Material kann anschließend mit einem speziellen Instrumentenset analysiert werden.

Direkt auf der Marsoberfläche führen die dort auftretenden extremen Bedingungen dazu, dass dort eventuell vorhandene organische Verbindungen relativ leicht und schnell zersetzt werden. In einer Tiefe von den angepeilten zwei Metern wäre eventuell vorhandenes organisches Material dagegen weitgehend vor der auf die Marsoberfläche einfallenden kosmischen Strahlung und den dort verbreitet auftretenden oxidierende Substanzen geschützt und sollte sich im Rahmen einer Analyse von entsprechend tief entnommenen Proben nachweisen lassen.

Der Rover wird nach dem derzeitigen Planungsstand über folgende Instrumente verfügen:

• PanCam – ein hochauflösendes Weitwinkelkamerasystem
• CLUPI – eine Kamera für Nahaufnahmen von der Planetenoberfläche
• WISDOM – ein Radar für Bodensondierungen
• Ma_MISS – ein in den Bohrer integriertes miniaturisiertes Infrarot-Spektrometer für Bodenuntersuchungen
• MicrOmega – ein abbildendes Spektrometer für sichtbares und Infrarotlicht
• RLS – ein Raman-Spektrometer
• MOMA – ein neu entwickelter Detektor für den Nachweis organischer Moleküle

Ein enger Zeitplan

Die am vergangenen Donnerstag erfolgte Unterzeichnung des Vertrages zwischen der ESA und Roskosmos ist die Grundlage für den Beginn einer umfassenden Zusammenarbeit zwischen den an den Missionen beteiligten Unternehmen und wissenschaftlichen Instituten. Im Rahmen der ExoMars-Mission werden zudem in den kommenden Jahren auch wichtige, von verschiedenen europäischen Unternehmen und Instituten entwickelte Technologien in der Praxis erprobt, welche einen bedeutenden Schritt hin zur nächsten großen Etappe in der robotischen Exploration des Mars darstellen – nämlich der Rückführung einer auf dem Mars entnommenen Bodenprobe zur Erde, wo diese dann im Detail untersucht werden kann.

Zuvor gilt es jedoch, einen extrem ehrgeizigen Zeitplan zu erfüllen. Der Start des Trace Gas Orbiters soll bereits im Januar 2016 erfolgen. In Anbetracht der erst kürzlich erfolgten und nahezu vollständigen Neukonzeption der wissenschaftlichen Nutzlast des Orbiters dürften die an der Verwirklichung der Mission beteiligten Wissenschaftler und Ingenieure derzeit vor nicht zu unterschätzende technischen und zeitlichen Herausforderungen stehen. Das gleiche gilt auch für den ExoMars-Rover, welcher voraussichtlich im Frühjahr 2018 zum Mars starten wird.

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