Quelle: DLR.

Der Mars hat zwei Monde, Phobos und Deimos, die als eingefangene Asteroiden den Roten Planeten umkreisen und Ziel der japanischen Mission Martian Moons eXploration (MMX) mit internationaler Beteiligung sind. Der Start von MMX ist derzeit für 2024 geplant, der Eintritt in den Marsorbit für 2025 und schließlich die Rückführung von Proben der Monde zur Erde im Jahr 2029. Die Raumsonde wird einen deutsch-französischen Rover mitführen, der entweder auf Phobos oder auf Deimos landen wird, um die Ooberfläche für mehrere Monate im Detail zu erforschen. Die Wissenschaftler erhoffen sich dadurch neue Erkenntnisse, wie sich unser Sonnensystem einst gebildet und entwickelt hat. Auf der internationalen Luft- und Raumfahrtmesse in Le Bourget bei Paris vereinbarte das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) nun mit der japanischen Raumfahrtagentur JAXA sowie der französischen Raumfahrtagentur CNES die weitere Zusammenarbeit.

„Die weltweit erste Erkundung der Marsmonde mit einem Rover ist eine große technische Herausforderung, der wir uns im Rahmen der starken und bewährten Partnerschaft mit Japan und Frankreich stellen“, sagt die DLR-Vorstandsvorsitzende Prof. Dr. Pascale Ehrenfreund. „Gemeinsam wollen wir die Grenzen des technisch Machbaren in der robotischen Exploration sowie des Wissens über die Entstehung unseres Sonnensystems verschieben.“

Für die Kooperation unterzeichneten am 18. Juni 2019 Prof. Dr. Hansjörg Dittus, DLR-Vorstand für Raumfahrtforschung und -technologie, Dr. Walther Pelzer, DLR-Vorstand für das Raumfahrtmanagement sowie Dr. Hitoshi Kuninaka, Generaldirektor des JAXA-Instituts für Raumfahrt und Astronautische Forschung eine Vereinbarung, die die Beteiligung des DLR an der japanisch geführten MMX-Mission regelt. Zentral sind dabei die Beiträge zum deutsch-französischen Rover der Mission. Darüber hinaus stellt das DLR wissenschaftliche Erkenntnisse über die Marsmonde Deimos und Phobos zur Vorbereitung zur Verfügung und ermöglicht Tests in der Lande- und Mobilitätstestanlage (LAMA) des DLR sowie im Fallturm des Zentrums für angewandte Raumfahrttechnologie und Mikrogravitation (ZARM) in Bremen.

Am 19. Juni 2019 folgte die Unterzeichnung des deutsch-französischen Kooperationsabkommens durch die DLR-Vorstandsvorsitzende Prof. Pascal Ehrenfreund, den DLR-Vorstand für Raumfahrtforschung und Technologie Prof. Hansjörg Dittus sowie CNES-Präsident Jean-Yves le Gall, über die partnerschaftliche Zusammenarbeit bei der Entwicklung des Rovers im Rahmen der MMX-Mission. Der deutsch-französische Rover wird unter gemeinsamer Leitung entworfen und gebaut. Das DLR übernimmt dabei insbesondere die Entwicklung des Rovergehäuses, des robotischen Fortbewegungssystems sowie eines Spektrometers und eines Radiometers, die jeweils Oberflächenzusammensetzung und -beschaffenheit messen werden. Die französische Raumfahrtagentur CNES leistet wesentliche Beiträge mit Kamerasystemen zur räumlichen Orientierung und Erkundung auf der Oberfläche sowie mit dem zentralen Service-Modul des Rovers. Nach der Landung wird der Rover dann gemeinsam von DLR und CNES betrieben.

Die Mission MMX mit der Zusammenarbeit von JAXA, DLR und CNES steht in der Tradition der erfolgreichen Vorgängermission Hayabusa2 zum Asteroiden Ryugu, auf dem am 3. Oktober 2018 der Lander MASCOT über die Oberfläche hüpfte und spektakuläre Bilder einer Landschaft mit viel Geröll, Steinen und fast ohne Staub zur Erde sendete. Am selben Tag unterzeichneten JAXA, DLR und CNES bereits eine erste Absichtserklärung zur zukünftigen Zusammenarbeit im Rahmen der MMX-Mission.

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• MMX Phobos Sample Return (JAXA)

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Autor: Star-Light, Quelle: NASA.

Von den ersten Astronomen, die ihren Blick zum Himmel richteten bis zu den Raumsonden, die andere Planeten erforschten war es ein weiter Weg. Der Mars hat seit jeher die Fantasie der Menschen beflügelt. Auch mit unserem heutigen Wissen durch die Raumfahrt bleiben noch viele Fragen offen. Ein Planetenportrait.

Von unserer  aus betrachtet ist der Mars der vierte Planet im Sonnensystem. Er ist der äußere Nachbar der Erde und bildet mit den Planeten Merkur, Venus und Erde das innere Sonnensystem aus Gesteinsplaneten. Nach außen folgt der Asteroidengürtel und die äußeren (Gas-) Planeten. Bereits den frühen Astronomen war der Mars bekannt. Das Wort Planet leitet sich aus dem griechischen ab und bedeutet so viel wie „umherwandern“.

Gemeinsam mit den anderen mit dem bloßen Auge beobachtbaren Planeten im Sonnensystem bewegt sich der Mars jede Nacht vor dem scheinbar still stehenden Firmament. Hinzu kommt seine außergewöhnliche Bahn und natürlich die rote Farbe, der er auch seinen Namen verdankt. Die Römer nannten den Planeten nach dem Kriegsgott „Mars“ und verbanden die Farbe mit dem im Krieg vergossenen Blut. Seine rote Farbe verdankt der Mars jedoch dem Eisenoxid (Rost) auf seiner Oberfläche. Aus der griechischen Mythologie stammen die Namen der beiden Marsmonde „Phobos“ und „Deimos“ (griech. Furcht und Schrecken), benannt nach den Söhnen und Begleitern des griechischen Kriegsgottes „Ares“. Die Entdeckung der Monde erfolgte 1877 durch den amerikanischen Astronomen Asaph Hall.

Der Mars in der Geschichte der Astronomie

Auch in der Geschichte der Astronomie spielte der Mars eine große Rolle. Der dänische Hofastronom Tycho Brahe (1546 – 1601) lieferte mit seinen sehr exakten Himmelsbeobachtungen die Datenbasis mit der Johannes Kepler (1571 – 1630) die Bahn des Mars exakt bestimmen und daraus die nach ihm benannten Gesetze ableiten konnte.

Mit der Erfindung und stetigen Verbesserung des Fernrohrs wurden dem Mars weitere Geheimnisse entlockt. So beobachtete der niederländische Astronom Christian Huygens (1629 – 1695) im Jahre 1659 eine dunkle Fläche auf dem Mars, die sich bewegte. Er schloss daraus, dass der Mars rotieren müsse und berechnete die Umlaufzeit mit 24 Stunden. Später sollte Jean-Dominique Cassini (1625 – 1712) den Wert mit 24 Stunden und 40 Minuten noch genauer bestimmen. Auch die Polkappen des Mars wurden in diesem Zeitraum erstmals beobachtet. Friedrich Wilhelm Herschel konnte mit seinen selbstgebauten Spiegelteleskopen die Polachsenneigung des Mars sehr genau bestimmen.

Für großes Aufsehen sorgte schließlich der Mailänder Astronom Giovanni Virginio Schiaparelli (1835 – 1910). Er glaubte auf der Oberfläche des Mars feine linienförmige Strukturen erkannt zu haben, die er „Canali“ (italienisch für „Rinnen“ oder „Gräben“) nannte. Daraus wurden schnell „Kanäle“ abgeleitet, die die Fantasie der Menschen beflügelten und zu Spekulationen über eine Zivilisation auf dem Mars führten. Diese wurden erst im Zeitalter der Raumfahrt endgültig widerlegt.

Das heutige Bild vom Mars

Bereits durch die Mariner Sonden war bekannt, dass der Mars eine hochinteressante, abwechslungsreiche Oberfläche besitzt, mit Strukturen wie wir sie auch von der Erde kennen. Er besitzt wie die Erde Polkappen am Nord- und Südpol. Das Eis besteht sowohl aus gefrorenem Kohlendioxid, als auch aus Wassereis. Da der Mars eine ähnliche Achsneigung wie die Erde hat gibt es auf dem Mars jahreszeitliche Veränderungen, die man unter anderem deutlich an der südlichen Polkappe erkennen kann.

Der Mars ist zweigeteilt in eine nördliche Tiefebene die weit weniger Einschlagkrater aufweist wie das südliche Hochland. Auf der südlichen Hemisphere befindet sich auf dem Tharsis-Rücken der 26,4 km hohe Vulkan Olympus Mons mit ca. 600 km Durchmesser. Auf dem Gipfel des erloschenen Vulkans befindet sich ein riesiger Vulkankrater in dem die gesamte Stadt Berlin Platz finden würde. Eine weitere sehr auffällige Struktur auf dem Mars sind die Valles Marineris (die Mariner-Täler), sie stellen mit 4000 km Länge und bis zu 700 km Breite bei einer Tiefe von bis zu 7 km den Grand Canyon der Erde weit in den Schatten. Der Mars ist halb so groß wie die Erde, hat aber nur 11% seiner Masse. Der Oberflächendruck der Marsatmosphäre beträgt mit 0,006 bar weniger als ein Hundertstel des Atmosphärendrucks auf der Erdoberfläche. Die Marsatmosphäre besteht zu über 95% aus Kohlendioxid, knapp 3% aus Stickstoff und nur 0,13% entfallen auf Sauerstoff. Für den Menschen ist sie damit nicht atembar.

Es sollte die amerikanische Raumsonde Mariner 4 sein, die im Juli 1965 die ersten 21 Nahaufnahmen des Mars zurück zur Erde sendete und uns damit erstmals das wahre Antlitz des Mars zeigte. Die weiteren Mariner Sonden lieferten ein erstes vollständiges Bild des Planeten aus einigen tausend Fotos. Die erste weiche Landung gelang der Sowjetunion im Jahre 1971 mit der Sonde Mars 3. Leider brach der Funkkontakt unmittelbar nach der Landung ab. Einen weiteren Meilenstein in der Marsforschung setzten die beiden Sonden Viking 1 und 2 mit ihren weichen Landungen am 20. Juli und 3. September 1976. Die Ergebnisse ihrer Experimente beschäftigen noch heute die Wissenschaft. Sind sie das Resultat chemischer Reaktionen, oder ein erster Hinweis auf organisches Leben, wie Gilbert Levin einer der Entwickler der Experimente der Sonden glaubt?

Der erste Rover auf dem Mars landete am 04. Juli 1997 auf dem dem Mars. Es handelte sich um die Pathfinder Mission mit dem Rover „Sojourner“. Neben zahlreichen Fotos und Wetterdaten konnte er erste Analysen von Boden und Gestein zur Erde funken.

Ihm folgten die Rover „Spirit“ (Landung 4. Januar 2004 im Krater Gusev) und Opportunity (Landung 25. Januar 2004 in der Tiefebene Meridiani Planum). Während der Kontakt zu „Spirit“ im März 2010 abbrach sammelt Opportunity noch immer fleißig Daten. Sie legen nahe, dass es auf dem Mars einmal flüssiges Wasser gab. Der derzeit letzte Rover landete am 26. November 2011. Es handelt sich um das Mars Science Laboratory (Curiosity) der NASA. Er soll weitere geologische Analysen des Marsbodens durchführen und ist ebenfalls noch aktiv.

Auch die Fernerkundung des Mars schritt mit den erfolgreichen Sonden wie dem Mars Global Surveyor (1997 – 2006) weiter voran. Die Sonde machte sehr hochauflösende Bilder des Mars. Auf den Bildern fanden die Wissenschaftler deutliche Beweise für einst flüssiges Wasser auf dem Mars in Form von ausgetrockneten Flüssen und Seen. Mars Odyssey (2001 – heute), die große Mengen Wassereis am Marssüdpol entdeckte, Mars Express der ESA (2003 – heute) entdeckte u.a. Spuren von Methan in der Atmosphäre. Der Mars Reconnaissance Orbiter kartografiert seit 2006 den Mars und soll unter anderem geeignete Landestellen für zukünftige Missionen finden. Außerdem dient er als Kommunikationsschnittstelle mit der Erde. Die Sonde Maven umkreist seit dem 22. September 2014 den Mars und untersucht seine Atmosphäre.

Sie und die Daten weiterer Sonden, wie dem ExoMars Trace Gas Orbiter werden uns noch viele Entdeckungen ermöglichen und unser Bild vom Mars auch in der Zukunft noch nachhaltig verändern.

Zahlen Daten und Fakten über den Planeten hat die NASA in englischer Sprache im NASA Mars Fact Sheet zusammengestellt

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• Der Planet Mars

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

Die kommenden Wochen wird der von der US-amerikanischen Weltraumbehörde NASA betriebene Marsrover Curiosity damit verbringen, einen Teilbereich einer mit der Namen „The Kimberley“ belegten Region im Inneren des Gale-Kraters auf dem Mars zu untersuchen. Neben den wissenschaftlichen Instrumenten des Rovers wird dabei auch erneut ein Gesteinsbohrer zum Einsatz kommen, mit dessen Hilfe Material von der Marsoberfläche entnommen und anschließend näher analysiert werden soll. Als die dabei zu untersuchende Region wurde ein Teilstück des südöstlichen Randbereiches des „Mount Remarkable“, eines lediglich etwa fünf Meter hohen Hügels am südlichen Rand von „Kimberley“ ausgewählt (Raumfahrer.net berichtete).

Durch eine Fahrt über eine Distanz von 23,77 Metern näherte sich Curiosity dieser Region am 20. April 2014 bis auf eine Entfernung von nur noch wenigen Metern. Nach dem Abschluss der Fahrt fertigten die Kameras des Rovers eine Vielzahl von Aufnahmen an, welche das potentielle Untersuchungsgebiet zum Ziel hatten.

Anhand dieser Fotos wurde schließlich von den an der Mission beteiligten Wissenschaftlern und Ingenieuren die Stelle ausgewählt, wo demnächst die nächste Bohrung durchgeführt werden soll. Bei dem gewählten „Zielgebiet“ handelt es sich um einen flachen Gesteinsaufschluss, welcher sich in einer Entfernung von etwa vier Metern zu dem Rover befand.

Nach dem Abschluss verschiedener Messungen, unter anderem kam hierbei erneut die ChemCam des Rovers zum Einsatz, nahm Curiosity durch eine weitere Fahrt am 23. April eine Position ein, von der aus dieser Bereich der Marsoberfläche in die direkte Reichweite des Instrumentenarmes und des daran befestigten Bohrsystems gelangte.

In den kommenden Tagen soll mit der eingehenden Untersuchung der Bohrstelle begonnen werden, wobei unter anderem auch die ebenfalls am Instrumentenarm platzierte MAHLI-Kamera sowie das gleichfalls dort befindliche APX-Spektrometer zum Einsatz kommen sollen. Im Rahmen ihrer Arbeiten müssen diese beiden Instrumente sehr dicht über der Marsoberfläche platziert werden, dürfen dabei jedoch eine jeweilige minimale Distanz zu dieser nicht unterschreiten. Besonders ein unvorhergesehener heftiger Bodenkontakt könnte zu ernsthaften Beschädigungen führen.

Die Gefahr eines ungeplanten Bodenkontaktes
Durch das für den Einsatz der Instrumente notwendige Entfalten des Instrumentenarmes erfolgt allerdings zugleich auch automatisch eine Gewichtsverlagerung des Rovers, was unter bestimmten Umständen dazu führen könnte, dass der Rover im Rahmen dieses Manövers aufgrund eines unebenen oder „nicht standsicheren“ Untergrundes ins Rutschen gerät. Dieses definitiv unerwünschte Szenario kann zum Beispiel dann eintreten, wenn eines der sechs Räder des Rovers auf der Kante eines größeren Steins zum Stehen gekommen ist oder der Boden mehr oder weniger stark geneigt und zudem von einer Sandschicht bedeckt wird.

Um die Möglichkeit eines „Wegrutschens“ des Rovers und eines eventuell dadurch bedingten Bodenkontaktes der Instrumente ausschließen zu können soll durch die Auswertung verschiedener telemetrischer Daten – welchen Schlupf wiesen die Räder aufgrund eines lockeren Untergrundes während der letzten Fahrt auf – und weiterer Fotoaufnahmen – speziell die MAHLI-Kamera kann eingesetzt werden, um die Räder und den Untergrund abzubilden – deshalb zunächst die gegenwärtige „Standfestigkeit“ des Rovers ermittelt werden.

Sollte die entsprechende Beurteilung positiv ausfallen, so dürften die ersten der vorgesehenen Untersuchungen noch an diesem Wochenende beginnen. Die ersten Schritte der zu absolvierenden Bohrung werden dagegen frühestens in der kommenden Woche erfolgen.

Zwei Asteroiden in einer Nacht
Während der letzten Tage waren aber nicht nur die in die Curiosity-Mission involvierten Ingenieure und Geologen beschäftigt – auch die Astronomen und die auf die Marsatmosphäre spezialisierten Wissenschaftler kamen voll und ganz auf ihre Kosten…
Neben der Abbildung der Planetenoberfläche können die Aufnahmen der verschiedenen Kamerasysteme des Rovers auch dazu genutzt werden, um die aktuelle Durchsetzung der Marsatmosphäre mit Staub und Wassereiskristallen zu ermitteln, indem die Kameras zu diesem Zweck den Himmel abbilden. Üblicherweise werden hierfür zu verschieden Zeitpunkten eines Marstages Aufnahmen von der Sonne angefertigt.

Je mehr Staub sich in der Marsatmosphäre befindet oder je niedriger die Sonne über dem Horizont steht, desto mehr wird das Sonnenlicht beim Passieren der Marsatmosphäre gedimmt. Diese Opazität, auch als „Tau-Wert“ bezeichnet, ist besonders für solche Rover-Missionen von Bedeutung, welche für ihren Betrieb aufgrund einer Ausstattung mit Solarpaneelen ausschließlich auf Sonnenenergie angewiesen sind.

Außerdem lassen sich durch eine langfristig erfolgende Dokumentation der Entwicklung des Tau-Wertes aus Aussagen über verschiedene atmosphärische Prozesse, über die Verteilung des Staubes auf dem Mars und über dessen Interaktion zwischen der Planetenoberfläche und der Atmosphäre oder über das allgemeine, von den jeweiligen Jahreszeiten beeinflusste Wettergeschehen tätigen.

In der Nacht des 21. April wurde deshalb die MastCam des Rovers auf den Nachthimmel ausgerichtet, um die beiden Marsmonde Phobos und Deimos abzubilden. Durch die sich im Rahmen dieser Beobachtungssequenzen verändernde Helligkeit der Monde sollte die zu diesem Zeitpunkt gegebene Opazität der Atmosphäre ermittelt werden.

„Die entsprechende Beobachtungen waren Bestandteil eines Experiments, mit dem die Opazität der Marsatmosphäre während der Nachtstunden am Standort von Curiosity analysiert werden sollte. Während der gegenwärtigen Jahreszeit entwickeln sich vermehrt aus Wassereiskristallen und Wasserdampf bestehende Wolken“, so Dr. Mark Lemmon von der Texas A&M University in College Station/USA. „Die beiden primären Beobachtungsziele in dieser Nacht waren dabei die beiden Marsmonde.“

Allerdings wurden für die damit verbundenen Observationen bewusst ein Beobachtungszeitpunkt ausgewählt, zu dem sich der kleinere der beiden Marsmonde – Deimos – vom Mars aus betrachtet in der unmittelbaren Nähe des Asteroiden (4) Vesta und des Zwergplaneten (1) Ceres befand. Somit konnten im Rahmen dieser Beobachtungskampagne erstmals von der Marsoberfläche aus zwei Objekte abgebildet werden, welche im Bereich des Asteroiden-Hauptgürtels um unsere Sonne kreisen. Neben diesen beiden Kleinkörpern und den zwei Marsmonden konnte die MastCam von Curiosity im Rahmen dieser Beobachtungssequenz neben diversen Hintergrundsternen auch die beiden Planeten Jupiter und Saturn abbilden.

Die Mission DAWN
Sowohl Vesta als auch Ceres sind übrigens die beiden Hauptziele der ebenfalls von der NASA geleiteten Mission DAWN. Nach dem Abschluss der Untersuchungen bei Vesta im September 2012 begab sich diese Asteroidensonde auf den Weg zu Ceres. Der Zwergplanet soll im März 2015 erreicht und anschließend über mehrere Monate hinweg aus einen engen Orbit erkundet werden. Die jetzt durch den Rover Curiosity angefertigten Aufnahmen werden allerdings keinen Einfluss auf den weiteren Verlauf der DAWN-Mission haben. Außer den Positionen dieser beiden Objekte und deren aktuellen Helligkeit lassen sich daraus keine weiteren wissenschaftlich relevanten Informationen gewinnen.
Status Curiosity
Bis zum heutigen Tag, dem „Sol“ 611 seiner Mission, hat der Marsrover Curiosity mit seinen Kamerasystemen 143.252 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. Insgesamt hat der Rover zudem mittlerweile mehr als 6.200 Meter auf der Marsoberfläche zurückgelegt.

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

Mittlerweile sind mehr als 136 Jahre vergangen, seit der US-amerikanische Astronom Asaph Hall im August 1877 die beiden Marsmonde Phobos und Deimos entdeckte. Seitdem wurden diese beiden unregelmäßig geformten, jeweils nur wenige Kilometer durchmessenden und entsprechend lichtschwachen Monde unzählige Male von erdgestützten Teleskopen, von Weltraumteleskopen und von den Mars umkreisenden Raumsonden abgebildet. Auch die von der US-amerikanischen Weltraumbehörde betriebenen, auf der Marsoberfläche operierenden Rover Spirit, Opportunityund Curiosity konnten die beiden Monde während der letzten Jahre erfolgreich von der Marsoberfläche aus mit ihren hochauflösenden Kameras abbilden und dabei sogar mehrfach Sonnenfinsternisse beobachten (Raumfahrer.net berichtete).

Die von der europäischen Weltraumorganisation ESA betriebene Raumsonde Mars Express umrundet den Mars auf einer elliptischen, fast genau über die Pole führenden Umlaufbahn. Der entfernteste Punkt dieser Umlaufbahn ist rund 11.000 Kilometer von der Marsoberfläche entfernt. Im Gegensatz zu den beiden anderen gegenwärtig aktiven Marsorbitern, den von der NASA betriebenen Raumssonden Mars Odyssey und Mars Reconnaissance Orbiter, kreuzt Mars Express somit auch in regelmäßigen zeitlichen Abständen die Umlaufbahn des inneren Marsmondes Phobos. Hierbei kommt es etwa alle fünf Monate zu mehreren aufeinanderfolgenden und relativ dichten Begegnungen zwischen Mars Express und Phobos. Am 4. März 2010 näherte sich die Raumsonde der Oberfläche von Phobos dabei zum Beispiel bis auf eine Entfernung von lediglich 67 Kilometern (Raumfahrer.net berichtete).

Dieser bisherige Rekord wird jedoch bereits in wenigen Tagen „fallen“, denn am kommenden Sonntag, dem 29. Dezember 2013 wird Mars Express um 08:09 MEZ die Oberfläche von Phobos in einer Entfernung von diesmal sogar nur 45 Kilometern überfliegen. Aufgrund dieser geringen Entfernung und der hohen Geschwindigkeit, mit der sich Mars Express dabei relativ zu dem Marsmond bewegt, wird es allerdings leider nicht möglich sein, die Oberfläche des Mondes mit der High Resolution Stereo Camera (kurz „HRSC“), einem der insgesamt sieben wissenschaftlichen Instrumente an Bord des Marsorbiters, abzubilden. Stattdessen soll der Vorbeiflug in erster Linie genutzt werden, um weitere Informationen zu gewinnen, mit denen Aussagen über den inneren Aufbau dieses Mondes getätigt werden können.

Das Innere von Phobos wird „vermessen“
Der unregelmäßig geformte, etwa 26,8 x 22,4 x 18,4 Kilometer abmessende Mond verfügt zwar lediglich über eine relativ geringe Masse von rund 1,072 x 10^16 Kilogramm. Dieser Wert ist jedoch ausreichend, um die Raumsonde bei ihrer Passage zwar minimal, aber doch deutlich spürbar von der vorgesehenen Flugbahn abzulenken. Diese Abweichung macht sich durch eine geringfügig veränderte Laufzeit der Radiosignale, welche Mars Express während des Vorbeifluges konstant zur Erde aussenden wird, bemerkbar. Durch die Auswertung dieser auf dem Doppler-Effekt basierenden Daten lässt sich nicht nur die Masse von Phobos und die sich daraus ergebende mittlere Dichte näher bestimmen. Vielmehr können hierdurch auch Aussagen über den inneren Aufbau von Phobos getätigt werden.

Durch eine sorgfältige Auswertung der früheren Messergebnisse kamen die mit der Untersuchung von Phobos beschäftigten Wissenschaftler zu dem Schluss, dass es sich bei diesem Mond, welcher über eine mittlere Dichte von lediglich 1,86 plus/minus 0,02 Gramm pro Kubikzentimeter verfügt, nicht um einen homogenen Himmelskörper, sondern vielmehr um einen sogenannten Rubble Pile handeln muss – eine Ansammlung von Staub und Gesteinsfragmenten, welche letztendlich lediglich durch die gegenseitig wirkenden Gravitationskräfte zusammengehalten wird.

Aus den bisherigen Untersuchungen ergibt sich, dass Phobos in seinem Inneren über eine sehr schwammartige Struktur verfügt, welche sich zu etwa 25 bis 45 Prozent aus Hohlräumen zusammensetzt. Durch die in den nächsten Tagen zu erwartenden Resultate der Doppler-Messungen, welche aufgrund der nochmals geringeren Vorbeiflugentfernung noch aussagekräftiger sein werden als zuvor, erhoffen sich die beteiligten Wissenschaftler noch genauere Daten, mit denen die Modelle über den inneren Aufbau von Phobos noch weiter präzisiert werden können. Diese Daten sind besonders deshalb von Interesse, weil bisher immer noch nicht abschließend geklärt ist, wie der Mars in der Vergangenheit zu seinen beiden Monden gelangte (Raumfahrer.net berichtete).

Und es gibt doch Fotos…
Um die zu gewinnenden Daten jedoch in einen aussagekräftigen wissenschaftlichen Kontext versetzen zu können muss allerdings sowohl die exakte Position der Raumsonde als auch der genaue Aufenthaltsort von Phobos im Weltraum mit einer überaus hohen Genauigkeit bekannt sein. Zwecks der Ermittlung dieser Daten, welche sich mindestens im Meterbereich bewegen müssen, fertigte die HRSC-Kamera in den vergangenen Tagen mehrfach Aufnahmen an, welche sowohl den Marsmond als auch die dahinter befindlichen Hintergrundsterne wiedergaben.

Eine dieser Aufnahmen zeigt die Oberfläche des Mondes in dessen Äquatorregion. Aus einer Entfernung von etwa 500 Kilometern erreichte die HRSC-Kamera dabei eine Auflösung von etwa 6 Metern pro Pixel. Das am 22. Dezember angefertigte Foto wurde am 24. Dezember zur Erde übermittelt und noch am selben Tag von den Mitarbeitern des HRSC-Teams für die anschließende Veröffentlichung bearbeitet.

Sowohl in den kommenden Tagen bis zur dichtesten Annäherung als auch nach dem 29. Dezember soll die HRSC-Kamera weitere Aufnahmen von Phobos anfertigen. Ergänzend zu der Erforschung des Gravitationsfeldes von Phobos werden die Instrumente der Raumsonde verschiedene Messungen durchführen, mit denen sich der Einfluss des Sonnenwindes auf die Phobos-Oberfläche untersuchen lassen wird. Über die aktuellen Fortschritte der gegenwärtigen „Phobos-Kampagne“ berichten die beteiligten Mitarbeiter der ESA auf einer speziellen Internetseite.

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

Die ersten Monate des Jahres 2013 verbrachte der von der US-amerikanischen Weltraumbehörde NASA betriebene Marsrover Curiosity mit der Untersuchung einer mit dem Namen „Glenelg“ belegten Region im Inneren des Gale-Kraters. Seit mittlerweile etwa zwei Monaten befindet sich Curiosity auf dem Weg zu einer Stelle an der Basis des Zentralbergs des Gale-Kraters, von wo aus der Rover verschiedene geschichtete Gesteinsablagerungen in den unteren Hangregionen dieses mit dem Namen Aeolis Mons belegten Berges erreichen kann. Seit dem Verlassen der Region Glenelg legte Curiosity etwa 1.500 Meter zurück.

Aufgrund der großen Distanz zwischen Erde und Mars – abhängig von der Konstellation der beiden Planeten kann die Signallaufzeit bis zu 22 Minuten betragen – kann Curiosity von den für die Steuerung des Rovers verantwortlichen Roverdrivern des Jet Propulsion Laboratory (JPL) allerdings nicht etwa mittels eines Joysticks in Echtzeit navigiert werden. Vielmehr müssen sämtliche von dem Rover zu absolvierenden Manöver im Voraus bis ins Detail geplant und festgelegt werden. Nach der Übertragung der entsprechenden Kommandosequenzen führt der Rover diese Manöver dann selbstständig durch, ohne dass die Mitarbeiter des JPL dabei über die Möglichkeit eines direkten Eingreifens verfügen.

Aufgrund diese Vorgehensweise ist die Länge der im Rahmen einer einzelnen Fahrt zurückzulegenden Strecke normalerweise auf eine Distanz von etwa 100 Metern begrenzt. Dies entspricht der Entfernung, in der die Kamerasysteme des Rovers die Umgebung in einer für die Planung einer zukünftigen Fahrt ausreichend hohen Auflösung wiedergeben können. Bei einer schlechten Sicht auf die zukünftig zu passierenden Oberflächenbereiche fallen die Fahrten dagegen normalerweise entsprechend kürzer aus.

Autonome Navigation
Allerdings ist der Rover in der Lage, dieses Manko auszugleichen, indem er sich im sogenannten „autonomen Navigationsmodus“ fortbewegt. Zu diesem Zweck unterbricht der Rover seine Fahrt in regelmäßigen Abständen von maximal wenigen Metern und fertigt mit seinen Gefahrenerkennungs- und Navigationskameras Fotoaufnahmen des vorausliegenden Geländes an. Jeweils zwei Kameras bilden dabei zeitgleich den gleichen Geländeabschnitt ab. Diese Aufnahmen werden von der „Drive-Software“ des Rovers zu Stereoaufnahmen kombiniert – im Gegensatz zu konventionellen 2D-Aufnahmen ergibt sich bei stereoskopischen Aufnahmen auch ein räumlicher Eindruck der Landschaft – und anschließend autonom ausgewertet. Aus den so gewonnenen Informationen berechnet die Software von Curiosity anschließend einen sicheren Weg zu dem vorgegebenen Ziel.

„Curiosity fertigt mehrere Sätze von Stereo-Aufnahmen an, aus denen der Bordcomputer eine Karte mit allen erkennbaren potentiell gefährlichen Hindernissen oder unwegsamen Geländeabschnitten erstellt“, so Mark Maimone vom Roverdriver-Team des JPL. „Die Software bewertet dann alle denkbaren Wege zum vorgegebenen Zielpunkt und wählt die Route aus, die am besten geeignet erscheint.“ Durch diese Vorgehensweise sind zum Beispiel auch Fahrten zu Punkten durchführbar, bei denen die zu befahrene Route vor dem Beginn der jeweiligen Fahrt nicht komplett einsehbar und damit vom Roverkontrollzentrum aus nicht planbar ist.

Bereits in der vergangenen Woche erfolgte eine Art Generalprobe für diesen autonomen Navigationsmodus. Curiosity suchte sich seine Strecke dabei zwar selbstständig aus, musste sich bei der praktischen Umsetzung allerdings an die vorher festgelegten Routen-Vorgaben der Roverdriver halten. Die erste „echte“ Bewährungsprobe erfolgte dann am vergangenen Dienstag, dem „Sol“ 376 der Curiosity-Mission.
Diese Fahrt führte den Rover durch eine kleine Senke, welche vom Endpunkt der vorherigen Fahrt aus nicht einsehbar war. Für diesen Teilbereich der Strecke konnten die Roverdriver somit keine Kommandos vorgeben. Dieser erste Praxistest verlief erfolgreich. Insgesamt wurden am Sol 376 etwa zehn Meter der über eine Gesamtstrecke von rund 40 Meter führenden Fahrt im autonomen Navigationsmodus durchgeführt.

„Wir konnten den Bereich vor der Geländevertiefung einsehen und haben dem Rover mitgeteilt, wo er fahren soll. Wir konnten auch den Bereich auf der anderen Seite der Senke einsehen, wo sich der Zielpunkt der geplanten Fahrt befand. In dem dazwischen liegenden Teilbereich der Strecke war Curiosity allerdings auf sich alleine gestellt und hat die zu befahrende Route selbstständig gewählt“, so John Wright, ein weiterer Roverdriver des JPL.

Bei der Software, welche Curiosity derzeit für seine selbstständigen Fahrten auf der Marsoberfläche nutzt, handelt es sich um eine verbesserte Version eines vergleichbaren Programms, das aktuell auch immer noch bei dem bereits seit dem Januar 2004 auf unserem Nachbarplaneten operierenden Marsrover Opportunity zum Einsatz kommt.

Der zukünftige Weg zum Aeolis Mons

Durch den zukünftigen Einsatz der autonomen Navigation des Rovers könnten sich die Wegstrecken, welche im Rahmen einer einzelnen Fahrt zurückgelegt werden können, theoretisch erhöhen. Bis zum Erreichen seines eigentlichen Ziels, einem Punkt an der Basis des Zentralberges Aeolis Mons, muss Curiosity derzeit noch eine Strecke von weiteren rund 7.100 Metern zurücklegen. Diese Strecke soll schnellstmöglich und ohne größere Unterbrechungen überbrückt werden. Dabei muss allerdings bedacht werden, dass es sich bei der Curiosity-Mission um eine Forschungsmission handelt, welche möglichst viele Daten über den Mars sammeln soll.
Am Rande der vorgesehenen Route befinden sich mehrere Bereiche, welche nach Ansicht der an der Mission beteiligten Wissenschaftler lohnende Untersuchungsobjekte darstellen könnten. An einigen dieser Punkte wird der Rover deshalb voraussichtlich mehrtägige Zwischenstopps einlegen. Der erste dieser Punkte ist derzeit noch rund 400 Meter von der aktuellen Position des Rovers entfernt. Aufnahmen der HiRISE-Kamera, welche sich an Bord des Marsorbiters Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) befindet, deuten darauf hin, dass Curiosity dort verschiedene Ansammlungen von offen zutage liegenden Gesteinsformationen untersuchen kann.

„Jeder dieser Wegpunkte eröffnet Curiosity die Möglichkeit für einen Zwischenstopp auf seinem Weg zum Mount Sharp [so die NASA-interne, allerdings inoffizielle Bezeichnung des Zentralberges Aeolis Mons] und für die Untersuchung interessanter Oberflächenstrukturen in der Umgebung“, so John Grotzinger vom California Institute of Technology (Caltech), der Projektwissenschaftler der Curiosity-Mission. „Diese Punkte befinden sich sehr nahe am schnellsten Weg zur Basis des Mount Sharp. Wir werden an jedem Punkt über einige Tage hinweg Untersuchungen durchführen und – falls es uns interessant genug erscheint – an diesen Punkten eventuell auch eine Bohrung durchführen.“
Phobos-Transit

Inzwischen stand jedoch wieder einmal Phobos, der größere und innere der beiden Marsmonde auf dem wissenschaftlichen Beobachtungsprogramm des Rovers.

Am 20. August 2013, dem Sol 369 der Mission, konnte die MastCam-100 zum wiederholten Mal einen Transit dieses Marsmondes vor der Sonnenscheibe dokumentieren. Der Rover unterbrach zwecks der Anfertigung entsprechender Bilder seine Fahrt an diesem Tag, um über einen Zeitraum von 31 Sekunden hinweg die Sonne abzubilden. Zuvor angestellte Berechnungen hatten ergeben, dass in diesem Zeitraum der Mond Phobos vor der Sonnenscheibe entlang ziehen wird.

„Der Transit ereignete sich während der Mittagszeit an Curiositys Aufenthaltsort, wodurch Phobos dem Rover besonders nahe war“, so Mark Lemmon von der A&M University in Texas/USA, einer der an dem MastCam-Instrument beteiligten Wissenschaftler. „Dadurch erschien der Mond größer als zu anderen Tageszeiten. Auf dem Mars gibt es nichts, was einer totalen Sonnenfinsternis näher kommt, als dieses Ereignis.“

Selbst unter den günstigsten Umständen bedeckt der rund 27 x 22 x 19 Kilometer durchmessende Mond, welcher den Mars in einer Entfernung von etwa 6.000 Kilometern umläuft, gerade einmal knapp die Hälfte der Sonnenscheibe. Statt einer „totalen Sonnenfinsternis“ sind auf dem Mars somit lediglich ringförmige Finsternisse zu beobachten, welche von den Experten in diesem Fall allerdings als Transits bezeichnet werden.

Die Dokumentationen solcher Ereignisse durch die Rover Curiosity und Opportunity liefern den Wissenschaftlern wichtige Daten, mit denen sich die Bahnparameter der beiden Marsmonde noch genauer als bisher bestimmen lassen (Raumfahrer.net berichtete). Aus den zeitlich exakt dokumentierten Abläufen der Finsternisse (Beginn des Transits, Bahnverlauf der Monde vor der Sonnenscheibe, Ende des Transits) lassen sich die Bahnen von Phobos und Deimos – dem zweiten Marsmond – mit sehr hoher Präzision bestimmen.

Die im Rahmen dieses Transits angefertigten Fotos sind die schärfsten bisher angefertigten Aufnahmen einer Sonnenfinsternis auf dem Mars. Erste Auswertungen der aufgenommenen Bilder zeigen, dass sich Phobos etwa zwei bis drei Kilometer näher am Zentrum der Sonnenscheibe befand als vorausberechnet. Die Bahn von Phobos konnte demnach bisher also noch nicht mit ausreichender Genauigkeit bestimmt werden, was weitere diesbezügliche Forschungen notwendig macht.

Bis zum heutigen Tag, dem Sol 379 seiner Mission, hat der Marsrover Curiosity eine Distanz von rund 2.500 Metern auf der Oberfläche unseres Nachbarplaneten zurückgelegt. Die bisher letzte Fahrt erfolgte erst vor wenigen Stunden am heutigen Tag und führte über eine Distanz von etwa 22 Metern in die südwestliche Richtung.

Seit dem Erreichen des Mars haben die Kamerasysteme von Curiosity 78.744 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 Curiosity: Autonome Navigation und Mondbeobachtungen erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

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

Am 1. August 2013 benutzte der von der US-amerikanischen Weltraumbehörde NASA betriebene Marsrover Curiosity eine seiner wissenschaftlichen Kameras, die MastCam-100, dazu, um die beiden Marsmonde Phobos und Deimos abzubilden. Bereits in der Vergangenheit wurden die beiden Optiken der MastCam zur Beobachtung der beiden Marsmonde eingesetzt. Bei diesen Aufnahmen wurden allerdings in erster Linie sogenannte Sonnentransits dieser Monde verfolgt (Raumfahrer.net berichtete).

Anfang dieses Monats konnte jedoch dokumentiert werden, wie Phobos, der innere und vom Durchmesser her größere der beiden Marsmonde, auf seiner Bahn um den Mars vor dem weiter außen gelegenen Mond Deimos vorbeizog und diesen dabei bedeckte. Hierbei handelte es sich um die erste von der Marsoberfläche aus dokumentierte Deimos-Bedeckung. Das Ereignis dauerte etwa 55 Sekunden an. In diesem Zeitraum nahm die MastCam-100 insgesamt 41 Einzelbilder auf, welche teilweise erst über eine Woche nach ihrer Anfertigung an das Roverkontrollzentrum am Jet Propulsion Laboratory (JPL) der NASA in Pasadena/Kalifornien übermittelt wurden.

Aus diesen Einzelaufnahmen, welche in Abständen von jeweils 1,4 Sekunden angefertigt wurden, haben die Mitarbeiter der Mission mittlerweile eine kurze Videosequenz erstellt. Das Video kann sowohl bei YouTube als auch auf einer entsprechenden Internetseite des JPL Photojournal betrachtet werden. Bei der nebenstehenden Version des Videos wurden die 41 Originalaufnahmen durch die Einfügung von interpolierten Bildern ergänzt.

Auf den Aufnahmen sind auf der Oberfläche des etwa 6.000 Kilometer entfernt befindlichen Mondes Phobos verschiedene größere Impaktkrater erkennbar. Der wissenschaftliche Zweck dieser Aufnahmen weist allerdings einen anderen Schwerpunkt auf, denn mit dieser Beobachtung der Deimos-Bedeckung von der Planetenoberfläche aus lassen sich die exakten Verläufe der Umlaufbahnen der beiden Marsmonde mit einer extrem hoher Genauigkeit bestimmen.

„Unser ultimatives Ziel besteht darin, das Wissen über die Umlaufbahn von Phobos so weit zu verfeinern, dass wir darauf basierend die Kräfte berechnen können, welche von Phobos aus auf dem Mars einwirken“, so Mark Lemmon von der A&M University in Texas/USA, einer der für den Einsatz der MastCam verantwortlichen Mitarbeiter des Curiosity-Teams. „Eventuell erhalten wir durch diese Daten auch weitere Erkenntnisse über den inneren Aufbau des Mars oder über Dichteschwankungen im Inneren von Phobos. Außerdem wollen wir in Erfahrung bringen, ob sich der Orbit von Deimos systematisch verändert.“
Phobos benötigt für einen vollständigen Umlauf um den Mars gegenwärtig lediglich 7 Stunden, 39 Minuten und 12 Sekunden, wobei er sich in einer Entfernung von weniger als 6.000 Kilometern über der Marsoberfläche bewegt. Im Gegensatz zu der Umlaufbahn des Deimos befindet sich die Phobos-Umlaufbahn somit am Rand der Roche-Grenze des Mars, was zu einer langsamen Zunahme der Umlaufgeschwindigkeit und zugleich zu einer stetigen weiteren Annäherung an die Planetenoberfläche führt. Laut den aktuellen Berechnungen liegt diese Annäherungsrate gegenwärtig bei etwa 1,8 Metern pro 100 Jahre.

Im Falle von Deimos könnte sich die Situation anders herum gestalten. Es ist denkbar, dass dessen gegenwärtige mittlere Entfernung von etwa 20.000 Kilometern zur Marsoberfläche im Laufe der Zeit langsam zunimmt.

Mark Lemmon und sein Team hatten im Vorfeld der am 1. August dokumentierten Deimos-Bedeckung berechnet, dass dieses Ereignis kurz nach einer geplanten Datenübertragung durch den Marsorbiter Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) erfolgen würde. Somit war die Durchführung der Beobachtungssequenz möglich, ohne dabei in Konflikt mit anderen Tätigkeiten des Rovers zu geraten. Auch der notwendige Energieverbrauch fiel lediglich minimal aus.

Bis zum heutigen Tag, dem „Sol“ 366 seiner Mission, hat der Marsrover Curiosity eine Distanz von fast 2.000 Metern auf der Oberfläche unseres Nachbarplaneten zurückgelegt. Die bisher letzte Fahrt erfolgte am gestrigen Tag und führte über eine Distanz von etwa 26 Metern in die südwestliche Richtung.

Seit dem Erreichen des Mars haben die Kamerasysteme von Curiosity 74.793 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 Curiosity beobachtet Bedeckung des Marsmondes Deimos erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Ralph-Mirko Richter. Quelle: DLR, FU Berlin, Planetary Society, ScienceBlogs (L. Carone). Vertont von Peter Rittinger.

Allerhöchste Präzision ist eine der wichtigsten Voraussetzungen für den erfolgreichen Ablauf einer Raumfahrtmission. Ein beeindruckendes Beispiel für die zeitlich und räumlich perfekte Aufnahmeplanung eines außergewöhnlichen und extrem schwierigen Ziels in unserem Sonnensystem ist im letzten Monat Wissenschaftlern des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) gelungen. In Zusammenarbeit mit der für die Steuerung des Orbiters Mars Express zuständigen Raumflugleitung der Europäischen Weltraumorganisation ESA in Darmstadt konnten zum ersten Mal die beiden Marsmonde Phobos und Deimos gemeinsam in einer Aufnahmesequenz in hochaufgelösten Bildern abgelichtet werden. Gelungen ist dies mit dem „Super Resolution Channel“ (SRC) des Kameraexperiments „High Resolution Stereo Camera“ (HRSC) an Bord der ESA-Raumsonde.

„Es kommt nur selten vor, dass sich beide Marsmonde vor der Kamera und in Aufnahmerichtung direkt hintereinander aufgereiht befinden“, erläutert Harald Hoffmann vom DLR-Institut für Planetenforschung die erfolgte Aufnahme. „Während der nunmehr fast sechsjährigen Missionsdauer kam es schon mehrfach zu einer Konstellation, bei der beide Monde im Sichtfeld der Kamera sind“, ergänzt Klaus-Dieter Matz, der die ungewöhnlichen Aufnahmen gemeinsam mit Harald Hoffmann geplant hat. „Die geometrischen Verhältnisse der Konstellation während Orbit 7.492 am 5. November 2009 waren allerdings besonders günstig, so dass wir dieses Mal eine Aufnahmesequenz versuchen wollten – und dieser erste Versuch hat prompt das erwartete Ergebnis geliefert!“

Zum Zeitpunkt der Aufnahmen war Phobos, der größere und innere der beiden Marsmonde, 11.800 Kilometer von Mars Express entfernt. Phobos umrundet den äußeren Nachbarplaneten der Erde in lediglich 7 Stunden und 39 Minuten. Er verfügt somit über eine viel höhere Geschwindigkeit relativ zum Mars als dies beispielsweise beim Erdmond der Fall ist. Schon allein aus diesem Grund musste der Zeitpunkt der Aufnahmen präzise geplant werden. Deimos befand sich zur Aufnahmezeit in einer Distanz von 26.200 Kilometern zur Raumsonde. Wegen dieser relativ großen Entfernungen kam der spezielle „Super Resolution Channel“ (SRC) der HRSC-Kamera zum Einsatz. Hierbei handelt es sich um einen zusätzlichen Kanal mit einer Extra-Optik, welcher bei einem Gesichtsfeld von nur einem halben Grad eine vier Mal höhere Auflösung besitzt als die eigentliche HRSC-Kamera. Über Aufbau und Funktionsweise des HRSC-Kameraexperiments an Bord des Marsorbiters Mars Expressberichtete Raumfahrer.net bereits.

Die Bilder des hochauflösenden Kanals müssen allerdings wegen eines Dreifach-Fokus-Bildfehlers, welcher aus einer minimalen geometrischen Verzerrung des Teleskopspiegels in der Kamera herrührt, nachbearbeitet werden. Dies geschieht in der Arbeitsgruppe des wissenschaftlichen Leiters (Principal Investigator) des HRSC-Experiments, Prof. Gerhard Neukum, an der Freien Universität Berlin. „Mit einem komplexen Verfahren ist es jetzt möglich, die Unschärfen in den SRC-Bildern fast vollständig zu eliminieren“, erläutert Dr. Gregory Michael von der FU Berlin. „Die Entfernungen zwischen Raumsonde, Phobos und Deimos waren relativ groß, sodass die SRC-Bildauflösung für Phobos bei etwa 110 Meter pro Bildpunkt liegt und bei dem doppelt so weit entfernten Deimos bei etwa 240 Metern pro Pixel.“

Im Gegensatz zu den beiden aktiven NASA-Orbitern Mars Odyssey und Mars Reconnaissance Orbiter ist die ESA-Sonde in der Lage, beide Monde gleichzeitig in ihrem Blickfeld zu fokussieren. Der Grund hierfür liegt im Verlauf der Umlaufbahn der Sonde um den Mars. Mars Express entfernt sich in seinem elliptischen Orbit um etwa 10.000 Kilometer von der Marsoberfläche, während zum Zeitpunkt der nächsten Annäherung der Abstand lediglich etwa 270 Kilometer beträgt. Die Sonde hat dabei einen polaren Orbit inne, welcher um fast 87 Grad gegenüber der Äquatorebene geneigt ist. Phobos, ein unregelmäßig geformtes Objekt mit den Abmessungen von 26,8 km x 22,4 km x 18,4 km, umrundet den Planeten auf einer nahezu kreisförmigen Bahn in dessen Äquatorebene in knapp 6.000 Kilometern Entfernung zum Mars.

Deimos dagegen, seine Abmessungen betragen etwa 15,0 km x 12,2 km x 10,4 km, umläuft den Mars in einer Distanz von etwa 20.000 Kilometern. Auch dieser Mond hat dabei eine fast kreisförmige Bahn in der Äquatorebene des Mars inne. Daraus ergibt sich, dass im Idealfall eine Annäherung an Deimos bis auf 9.000 Kilometern möglich ist. Die bisher beste Mars-Express-Aufnahme von diesem Mond entstand aus einer Distanz von etwa 10.000 Kilometern. Die bislang besten Phobos-Aufnahmen gelangen im Sommer 2008 aus nur 93 Kilometern Entfernung.
Am 5. November 2009 ergab sich eine Konstellation, welche es ermöglichen sollte, beide Marsmonde zusammen auf einer Aufnahme abzubilden, da sich Phobos und Deimos direkt in der Sichtlinie der HRSC-Kamera und zudem in relativ geringer Entfernung zum Orbiter befanden. Voraussetzung für den Erfolg dieses Experiments waren extrem genaue sogenannte Ephemeriden. Hierbei handelt es sich um Tabellen, aus denen die Positionen von Planeten, Monden und kleinen Körpern im Sonnensystem sowie von Raumsonden herausgelesen werden können. Die Ephemeriden für Phobos und Deimos konnten im Laufe der fast sechsjährigen Missionsdauer von Mars Express kontinuierlich verbessert werden, und auch die Flugbahn von Mars Express selbst kann vom European Space Operations Centre (ESOC) der ESA in Darmstadt, von wo aus der Orbiter gesteuert wird, sehr präzise vorausgesagt werden. Die Position der Sonde zum Zeitpunkt der Aufnahmen unterschied sich nur um wenige Sekunden bzw. Kilometer von der für mehrere Monate vorausberechneten Lage. „Die Orbitabweichung betrug etwa 10 Sekunden von den erwarteten Werten, was sehr wenig ist und selbst bei einer Kameraöffnung von nur 0,5 Grad noch in der Toleranz liegt“, erklärt Klaus-Dieter Matz.

Im kritischen Zeitraum der durchgeführten Aufnahmen wurden mit dem SRC-Kanal während einer Dauer von etwa 90 Sekunden in Abständen von zunächst einer und dann nur noch einer halben Sekunde nacheinander 130 Aufnahmen angefertigt. „Als die Bilder vom ESA-Kontrollzentrum in Darmstadt zu unserem Experiment-Team nach Berlin übertragen waren, erkannten wir sofort, dass sowohl unsere Planungen für die Zielvorgabe der Kamera, als auch die von der ESA vorausberechneten Bahnlagedaten der Raumsonde nahezu perfekt zueinander gepasst haben“, so Harald Hoffmann. „Wir waren uns aber schon vorher ziemlich sicher, dass die Aufnahmen klappen müssten, denn auch die Kollegen der ESA sahen im Abgleich mit den Daten der Raumlage von Mars Express keinen Anlass, an unserer Programmierung Korrekturen vorzunehmen“.

Neben der geologischen Charakterisierung und der globalen Kartierung der Marsoberfläche mit der HRSC-Kamera in hoher Auflösung, in Farbe und in „3D“, stellt die Untersuchung des Marsmondes Phobos einen der wissenschaftlichen Schwerpunkte des HRSC-Kameraexperiments dar. So konnte der unregelmäßig geformte Mond bisher bereits 127 mal durch Mars Express abgebildet werden. Hierbei wurden unter anderem signifikante Verbesserungen der topographischen Modelle des Mondes erzielt. Bei einem Vorbeiflug am 23. Juli 2008 in nur 93 Kilometern Höhe konnte aufgrund der Anziehungskraft von Phobos und der daraus resultierenden Störwirkung auf die Flugbahn von Mars Express die Masse des Mondes neu bestimmt werden. Sie beträgt den Messungen zufolge rund 10,7 Billionen Tonnen. Das errechnete Volumen des Mondes beträgt 5.680 Kubikkilometer, woraus sich eine spezifische Dichte von 1,887 Gramm pro Kubikzentimeter ergibt. Diese Ergebnisse liefern wichtige Erkenntnisse über die mögliche chemische Zusammensetzung, den inneren Aufbau und die Herkunft von Phobos, denn vergleichbare Werte konnten auch für einige Asteroiden des Hauptasteroidengürtels des Sonnensystems ermittelt werden.

Der praktische Nutzen der jetzt veröffentlichten Bilder von Phobos und Deimos besteht darin, die Positionen dieser beiden Marsmonde noch näher zu bestimmen und die bestehenden Modelle zu verfeinern. Diese noch präzisere Bestimmung der Orbitbahnen wird im März des kommenden Jahres einem Praxistest unterzogen werden, denn dann erfolgt ein weiterer dichter Vorbeiflug von Mars Express am inneren und größeren Marsmond. Der Plan für diesen Vorbeiflug sieht vor, die Masse von Phobos noch genauer zu bestimmen. Außerdem will man versuchen, mit den dann gewonnenen Daten das Massenträgheitsmoment von Phobos abzuleiten. Dadurch wäre dann ein „Blick in das Innere“ des Mondes möglich. Zumindest ansatzweise wäre es möglich, abzuleiten, wie sich die Masse innerhalb des Mondes verteilt. Dies wiederum wird weitere Erkenntnisse dazu liefern, ob es sich bei Phobos um einen sogenannten „Rubble Pile“, eine lose Anhäufung von kleinen Gesteinsbocken, welche lediglich durch deren Eigengravitation zusammengehalten werden, oder um ein kompaktes Trümmerstück handelt, welches im Rahmen eines gigantischen Impaktereignisses vom Mars abgesplittert wurde.

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• Mars-Express-Thread (seit Februar 2006)
• Marsmonde Phobos und Deimos

Der Beitrag Mars Express fotografiert beide Monde des Mars erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Karl Urban. Quelle: Malin Space Science Systems.

Mars besitzt zwei natürliche Satelliten oder Monde, Phobos und Deimos. Am 1. Juni 2003 wurde die bereits betagte amerikanische Marssonde Mars Global Surveyor (MSG) auf den inneren der beiden, Phobos, ausgerichtet, kurz bevor dieser über dem Marshorizont untergeht.

Phobos umkreist Mars etwa dreimal am Tag in einer mittleren Entfernung von 6.000 Kilometern. Mit nur etwa 6 Promille (0,006 Prozent) der Größe des Erdmonds ist er extrem winzig. Seine Ausmaße betragen etwa 27 mal 22 mal 18 Kilometer.

Die neuen Aufnahmen zeigen Phobos zusammen mit seinem Mutterplaneten, aufgenommen von der MGS Mars Orbiter Camera. In der gleichen Zeit machte die Kamera eine Nahaufnahme von dem Mond.

Phobos ist eines der dunkelsten Objekte im Sonnensystem. Folglich mussten erst vier Weitwinkel-Aufnahmen gemacht werden, um das Bild von Phobos in dieser Form zu ermöglichen. Die Weitwinkel-Aufnahmen zeigen auch, dass Phobos nahezu farblos (dunkelgrau) ist. Die leichte orange-rote Farbe von Mars entsteht durch eine Kombination von geringen Abweichungen beim Brennpunkt bei den Blau- und Rot-Kameras gepaart mit der Reflexion von Sonnenlicht auf der Marsoberfläche.
Für einen Beobachter, der auf Phobos steht, würde Mars nahezu den ganzen Himmel ausfüllen.

Weitere faszinierende Phobos-Aufnahmen von MSG finden Sie hier. Wenn Sie mehr zum Roten Planeten lesen möchten, besuchen Sie doch unsere Rubrik Planet Mars.

Der Beitrag Mars: Ein furchterregender Anblick erschien zuerst auf Raumfahrer.net.