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

Bereits seit dem August 2012 untersucht der von der US-amerikanischen Weltraumbehörde betriebene Rover Curiosity mit insgesamt zehn wissenschaftlichen Instrumenten die Umgebung seines Landegebietes auf dem Mars. Neben der Untersuchung der im Gale-Krater, dem Landegebiet des Rovers, vorherrschenden geologischen und geochemischen Bedingungen besteht ein weiteres der wissenschaftlichen Ziele der Mission in der Klärung der Frage, ob in dieser Region des Mars einstmals Bedingungen geherrscht haben, welche die Entstehung von einfachen Lebensformen begünstigt haben könnten. Am gestrigen Tag wurden auf der gegenwärtig in San Francisco/Kalifornien stattfindenden Herbsttagung der American Geophysical Union (AGU) mehrere neue Erkenntnisse präsentiert.

Das Alter von Cumberland
Bei einem dieser Ergebnisse handelt es sich um eine relativ genaue Altersbestimmung einer mit dem Namen „Cumberland“ belegten Oberflächenformation. Bei Cumberland handelt es sich um die zweite Gesteinsformation, welche mit dem Bohrer des Rovers angebohrt wurde. Das dabei gewonnene Probenmaterial wurde anschließend mit mehreren Instrumenten ausführlich analysiert (Raumfahrer.net berichtete). Die an der Mission beteiligten Wissenschaftler kamen letztendlich zu dem Ergebnis, dass diese Formation über ein Alter von 3,86 bis 4,56 Milliarden Jahren verfügt, was in einem sehr guten Einklang zu dem zuvor geschätzten Alter des Gale-Kraters steht. Die Oberfläche der gesamten Region dürfte über ein Alter von 4,2 Milliarden Jahren +/- 400 Millionen Jahren verfügen und somit zu den ältesten derzeit noch erhaltenen Bereichen der ursprünglichen Marsoberfläche gehören. Frühere Analysen führten zu einem Alter vor etwa 3,6 bis 4,1 Milliarden Jahren.

„Das Alter an sich ist nicht überraschend“, so Kenneth Farley vom California Institute of Technology, einer der an diesen Untersuchungen beteiligten Wissenschaftler. „Überraschend ist jedoch, dass die Methode, mit der wir dieses Alter ermittelt haben, auf dem Mars erfolgreich war.“

Für die Altersbestimmung der Formation Cumberland wandten die Wissenschaftler ein radiometrisches Verfahren an, mit dem bereits seit 60 Jahren das Alter von irdischen Gesteinen auf Grundlage des Zerfalls eines bestimmten Kalium-Isotops zu Argon ermittelt wird. Dieses Edelgas bildet sich, wenn Gestein extrem hohen Temperaturen ausgesetzt und dabei verflüssigt wird. Nach dem erneuten „Erstarren“ des Gesteins sammelt sich das Argon in dessen Inneren an. Durch die Bestimmung der Menge des in einem Gestein enthaltenen Argons kann dann dessen Alter bestimmt werden.

Es war das erste Mal, dass diese bisher nur auf der Erde zum Einsatz gekommene „direkte“ Untersuchungsmethode auf dem Mars angewendet wurde. In der Vergangenheit wurde für die Altersbestimmung von Oberflächenstrukturen auf dem Mars, aber auch auf anderen terrestrischen Himmelskörpern innerhalb unseres Sonnensystems, die indirekte und zudem nur relativ ungenaue Methode des Crater counting genutzt.

Hierzu wird zuerst die Anzahl und Größe von Impaktkratern in einer bestimmten Region ermittelt. Diese „Kraterdichte“ wird anschließend mit entsprechenden Werten verglichen, welche den Wissenschaftlern vom Mond der Erde bekannt sind. Das Alter der dortigen Oberfläche ist relativ gut bekannt, da durch bemannte und unbemannte Missionen diverse Gesteinsproben von der Mondoberfläche zur Erde gelangt sind, wo deren Alter anschließend durch entsprechende Laboranalysen ermittelt werden konnte.

Der hinter dem Crater counting stehende Grundgedanke ist relativ einfach: Je mehr Krater sich in einer bestimmten Region konzentrieren, desto älter sollte dieser Oberflächenbereich sein. Tatsächlich weist die „Crater counting“-Methode allerdings eine Vielzahl von potentiellen Fehlerquellen auf. So muss bei der Zählung exakt zwischen Primärkratern und sogenannten Sekundärkratern unterschieden werden, welche erst durch das bei einem Impakt in die Höhe geschleuderte und anschließend wieder nieder gegangene Auswurfmaterial entstanden. Außerdem dürfen hierbei die Impaktkrater nicht mit vulkanischen Calderen verwechselt werden.

Speziell auf dem Mars muss zudem berücksichtigt werden, dass verschiedene erosive Prozesse besonders die kleineren Krater in geologischen Zeiträumen betrachtet relativ schnell „verwischen“. Bei der Altersbestimmung von geologischen Strukturen auf dem Mars, welche auf diese Weise zudem nur in großflächigen Bereichen Erfolg verspricht, ergibt sich auf diese Weise ein Unsicherheitsfaktor von mehreren hundert Millionen Jahren. Bei Oberflächenformationen, welche jünger als etwa drei Milliarden Jahren sind, kann dieser Unsicherheitsfaktor bis zu 30 Prozent betragen.

Durch zukünftige Messungen des Argon-Anteils in Gesteinen ergibt sich eventuell die Möglichkeit, auch das Alter von kleinflächigen Oberflächenstrukturen deutlich genauer als bisher möglich zu bestimmen. Dies wäre ganz besonders dann der Fall, wenn Bodenproben vom Mars im Rahmen einer Sample Return-Mission zur Erde gebracht und in irdischen Labors näher untersucht werden würden. Auf diese Weise würden sich Referenzwerte für den Argonanteil in einer speziellen Probe mit einem genau bekannten Alter ergeben, durch die Rückschlüsse auf andere, diesmal ausschließlich auf dem Mars zu untersuchende Proben gezogen werden können.

Cumberland an der Oberfläche
Durch weitere Analysen konnten die beteiligten Wissenschaftler zudem ermitteln, wie lange sich die Gesteinsformation Cumberland bereits auf beziehungsweise unmittelbar unter der Marsoberfläche befindet. Neben anderen Einflüssen, welche ihre Quelle direkt auf dem Mars haben, führt auch die aus dem Weltall einfallende kosmische Strahlung dazu, dass direkt auf der Marsoberfläche abgelagerte Gesteine im Laufe der Jahrmillionen erodieren. Bei diesem Prozess werden einzelne Moleküle aus der Formation herausgelöst, welche sich anschließend teilweise auf deren Oberfläche ablagern. Durch die Untersuchung des „Erosionsgrades“ von Cumberland gelangten die Marsforscher zu dem Ergebnis, dass Cumberland erst seit etwa 60 bis 100 Millionen Jahren solchen auf die Oberfläche einwirkenden erosiven Einflüssen direkt ausgesetzt sein kann. Ursprünglich relativ dicke Materialschichten, welche Cumberland nach dessen Entstehung zunächst bedeckten, so die Schlussfolgerung der Wissenschaftler, wurden demzufolge speziell während der letzten 100 Millionen Jahre durch weitere erosive Prozesse – am wahrscheinlichsten ist hierbei Winderosion – abgetragen.

Organisches Material
Der Nachweis von Gesteinsformationen, welche erst seit relativ kurzer Zeit den harschen Umweltbedingungen auf der Marsoberfläche ausgesetzt sind, ist eine wichtige Entdeckung, die auch eine direkte Auswirkung auf die Suche nach den sogenannten „Grundbausteinen des Lebens“ auf dem Mars hat. Die Suche nach solchen komplexen, kohlenstoffhaltigen Verbindungen gilt als das erklärte Hauptziel der Curiosity-Mission. Sollten im Rahmen der Mission solche organische Verbindungen nachgewiesen werden, so könnten diese eventuell biologischen Ursprungs sein. Als eine andere Quelle kommen jedoch zum Beispiel auch eine bestimmte Meteoritenart, die sogenannten Kohligen Chondrite, oder Kometenkerne in Frage, welche solche organischen Verbindungen eigentlich regelmäßig auf die Oberfläche des Mars transportieren sollten.

Mit den bisher auf der Marsoberfläche aktiven Rovern und Landern konnten in der Vergangenheit noch keine derartigen Verbindungen nachgewiesen werden. Allerdings werden entsprechende chemische Verbindungen durch die auf der Marsoberfläche herrschenden Umweltbedingungen sehr wahrscheinlich auch relativ schnell zerstört. Erst ab einer Tiefe von etwa zwei Metern unter der Oberfläche wird die kosmische Strahlung so weit abgeschirmt, dass entsprechende Verbindungen nicht zersetzt werden. Trotzdem können die an der Curiosity-Mission beteiligten Wissenschaftler mittlerweile auch in dieser Richtung gewisse Erfolge vermelden.

„Wir haben organische Verbindungen entdeckt“, so Doug Ming vom Johnson Space Center der NASA in Houston/USA. „Allerdings können wir nicht ausschließen, dass diese von der Erde ‚eingeschleppt‘ wurden.“

Jedoch, so die beteiligten Wissenschaftler, würde es deutliche Hinweise dafür geben, dass diese ebenfalls in den Cumberland-Proben gefundenen organischen Verbindungen tatsächlich vom Mars stammen. In den entsprechenden Proben wurden demzufolge deutlich größere Mengen an entsprechendem Material entdeckt als bei Analysen mit anderen Bodenproben oder mit einer Leerprobe. Speziell letztere Untersuchung hätte von der Erde stammendes organisches Material deutlich nachweisen müssen. Zur Klärung dieser Frage sind letztendlich allerdings weitere Analysen notwendig.

Der Gale-Krater – Früher geeignet für Leben
Ein weiteres Ziel der Mission besteht in der Klärung der Frage, ob in der Region des Gale-Kraters einstmals Bedingungen herrschten, welche die Entstehung von einfachen Lebensformen begünstigt haben könnten. Diese Frage wurde bereits im März 2013 positiv beantwortet (Raumfahrer.net berichtete). Die Auswertung der Daten des Rovers ergab jetzt, dass diese Periode länger anhielt und zudem kürzer zurückliegt, nämlich weniger als vier Milliarden Jahre, als ursprünglich vermutet.

„Diese lebensfreundlichen Umweltbedingungen existierten später als viele für möglich gehalten hätten“, so John Grotzinger, der für die Mission verantwortliche Projektwissenschaftler vom California Institute of Technology. „Und diese Entdeckung hat Auswirkungen für die Untersuchung des gesamten Planeten.“

Laut diesen neuen Ergebnissen hat es auf dem Mars noch in einer Zeit lebensfreundliche Bedingungen gegeben, in der auch viele Spuren von Oberflächenwasser entstanden sein müssen und die an den unterschiedlichsten Stellen entdeckt wurden. Diese Bereiche der Marsoberfläche wurden aber bislang als zu jung oder zu kurzlebig eingestuft, um sie bei der Suche nach lebensfreundlichen Regionen auf dem Mars zu berücksichtigen.

In der von Curiosity untersuchten Region Yellowknife Bay könnten über mehrere Millionen Jahre hinweg, vielleicht sogar für einige zehn Millionen Jahre, lebensfreundliche Bedingungen vorgeherrscht haben. Die Wissenschaftler leiten aus den bisher gesammelten Daten ab, dass sich in dem bisher untersuchten Bereich des Gale-Kraters immer wieder Flüsse und Seen gebildet haben, welche dann für einen gewissen Zeitraum wieder ausgetrocknet sind. Der Untergrund des Kraters war dabei allerdings auch während der Trockenperioden durchgehend „feucht“. Hierfür, so die Marsforscher spricht zumindest die Zusammensetzung von bestimmten Gesteinsschichten, welche im Bereich Yellowknife Bay analysiert wurden.

Ein früherer See im Gale-Krater?
Aus den Messdaten des Rovers leiten die Wissenschaftler zudem ab, dass im Inneren des Gale-Kraters vor mehr als 3,6 Milliarden Jahren einen urzeitlicher See existierte, welcher sich zu dieser Zeit eventuell bildenden mikroorganischen Lebensformen lebensfreundliche Bedingungen geboten haben könnte. Das in diesem See enthaltene Wasser war anscheinend lange genug präsent, um die auf der Marsoberfläche abgelagerten Gesteine chemisch zu verändern.

Gegenwärtig befindet sich der Rover Curiosity auf dem Weg zu der Basis des im Inneren des Gale-Kraters gelegenen Zentralberges Aeolis Mons. Nach der für den August 2014 vorgesehenen Ankunft an dem angepeilten Ankunftsort soll der Rover mit der schrittweise erfolgenden „Besteigung“ dieses Berges beginnen und dabei speziell die dort befindlichen geschichteten Gesteinsablagerungen erkunden. Durch deren Untersuchung wollen die an der Mission beteiligten Wissenschaftler weitere Details der Entwicklungsgeschichte unseres Nachbarplaneten enthüllen.

Bis zum heutigen Tag, dem „Sol“ 479 seiner Mission, hat der Marsrover Curiosity eine Distanz von mehr als 4.500 Metern auf der Oberfläche unseres Nachbarplaneten zurückgelegt. Seit dem Erreichen unseres Nachbarplaneten haben die Kamerasysteme von Curiosity 105.220 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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• Aktuelle Diskussion zu Curiosity

Der Beitrag Marsrover Curiosity: Neue Erkenntnisse der Mission erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Ralph-Mirko Richter. Quelle: JPL, The Planetary Society, Unmanned Spaceflight. Vertont von Peter Rittinger.

In den Morgenstunden des 6. August 2012 verfolgten nicht nur mehrere hundert Ingenieure und Wissenschaftler der NASA voller Spannung, wie der neueste, größte, modernste und mit einem Budget von rund 2,5 Milliarden US-Dollar zugleich auch teuerste Marsrover der US-amerikanischen Weltraumbehörde, der Rover Curiosity, im Rahmen seines Landemanövers zunächst die Marsatmosphäre durchdrang und schließlich erfolgreich auf der Oberfläche unseres äußeren Nachbarplaneten aufsetzte. Vielmehr wurde dieses Ereignis via Internet zugleich auch weltweit von mehreren Zehntausend Weltraumenthusiasten sozusagen „Live“ begleitet.

Während der folgenden zwölf Monaten überbrückte der Rover bisher eine Entfernung von über 1.700 Metern auf der Marsoberfläche und untersuchte dabei im Rahmen seiner wissenschaftlichen Zielsetzung einen kleinen Teilbereich seines Landegebietes ausführlich mit seinen zehn wissenschaftlichen Instrumenten.

Bis zum heutigen Tag wurden dabei über 170 Gigabits an Daten gesammelt und an das am Jet Propulsion Laboratory (JPL) der NASA in Pasadena/Kalifornien beheimatete Roverkontrollzentrum übermittelt. Alleine das ChemCam-Instrument – ein aus einem Hochleistungslaser, drei Spektrografen und einem Schmidt-Cassegrain-Teleskop bestehender Instrumentenkomplex – „feuerte“ während des letzten Jahres über 75.000 Laserimpulse auf insgesamt etwa 2.000 unterschiedliche Ziele auf der Marsoberfläche ab. Die 17 Kameras, mit denen der Rover ausgestattet ist, fertigten in der gleichen Zeit über 72.000 Aufnahmen von der Marsoberfläche an, von denen bisher über 36.000 Aufnahmen in einer sehr hohen Auflösung vorliegen.

Mit der Analyse und der Interpretation der im Rahmen dieser Arbeiten gewonnenen Daten sind gegenwärtig weltweit mehrere hundert Wissenschaftler intensiv beschäftigt. Welche neuen Erkenntnisse konnten die Marsforscher dabei bisher über unseren Nachbarplaneten gewinnen?

Was haben wir bisher gelernt?

Die übergeordnete Fragestellung, welche Curiosity beantworten soll, lautet in einem Satz zusammengefasst: „Verfügte der Mars einstmals über Umweltbedingungen, welche die Entstehung von primitiven Lebensformen begünstigt haben könnten“.

Diese Frage konnte durch die Auswertung der gesammelten Daten bereits im März 2013 positiv beantwortet werden. Die Analyse von einer im Rahmen einer Bohrung entnommen Gesteinsprobe durch die Instrumente SAM und CheMin ergab, dass die Gesteine in der untersuchten Region Schwefel, Stickstoff, Wasserstoff, Sauerstoff, Phosphor und Kohlenstoff enthalten, welche als die „Grundbausteine des Lebens“ gelten. Diese Stoffe sind nach der allgemein anerkannten Meinung zwingend notwendig, damit sich im Rahmen eines komplexen Prozesses Leben bilden kann.

Ebenfalls notwendig für die Entstehung von Leben ist Wasser in flüssiger Form. Und auch dieses, so die Resultate von Curiosity, war früher einmal vorhanden. Im Bereich des Landegebietes floss demzufolge einstmals nahezu pH-neutrales Wasser, was die Entstehung von Leben in Kombination mit anderen Faktoren prinzipiell denkbar macht (Raumfahrer.net berichtete). Alleine diese Erkenntnis macht die Curiosity-Mission in Anbetracht der ursprünglichen Zielsetzung bereits nach dieser kurzen Einsatzzeit auf dem Mars zu einem Erfolg.

Noch früher im Missionsverlauf, nämlich bereits im September 2012, entdeckte Curiosity in der unmittelbaren Nähe zu seiner Landezone die Überreste eines uralten, bereits seit mehreren Milliarden Jahren ausgetrockneten Flussbettes. Hier dokumentierten die Kameras des Rovers abgeschliffene Kieselsteine, deren Größe und Form sich am besten dadurch erklären lässt, dass diese Steine sowohl über erhebliche Distanzen als auch über längere Zeiträume hinweg von fließendem Wasser transportiert wurden. Die Gestalt der Kieselsteine vermittelte den Geologen zudem eine ungefähre Vorstellung von der Fließgeschwindigkeit des Gewässers und von dessen Tiefe. Demzufolge hat sich das Wasser mit einer Geschwindigkeit von etwa 0,9 Metern pro Sekunde bewegt, wobei es eine Tiefe von mindestens 10 Zentimetern bis hin zu einem Meter erreicht haben muss (Raumfahrer.net berichtete).

Eine weitere bereits jetzt verfügbare Erkenntnis bezieht sich auf die zukünftige Erforschung des Mars durch Astronauten und auf die Strahlenbelastung, welcher diese dabei ausgesetzt sein werden. Zur Gewinnung der hierfür benötigten Daten wurde der Strahlungsdetektor RAD genutzt, welcher als einziges Instrument bereits während des Fluges zum Mars aktiv war. Auf dem Weg zu unserem Nachbarplaneten und während des Aufenthaltes auf dessen Oberfläche, so das Ergebnis der bisherigen Datenanalysen, werden zukünftige Marsbesucher einer hohen Dosis an kosmischer Strahlung ausgesetzt sein, welche zwar in Bezug auf das daraus resultierende Risiko einer Krebserkrankung nicht unkritisch, aber trotzdem noch vertretbar ausfällt. Trotzdem, so die Wissenschaftler, wäre es wünschenswert, bei einer zukünftigen bemannten Marsmission das zu verwendende Raumschiff mit einem entsprechend ausgelegten Schutz vor der Strahlung zu versehen (Raumfahrer.net berichtete).

Ein weiteres Resultat bezieht sich auf die aktuelle Zusammensetzung der Marsatmosphäre und dabei speziell auf die erstmals im Jahr 2003 detektieren Methanvorkommen, welche laut diesen und späteren Messungen zu bestimmten Jahreszeiten und an bestimmten Regionen eine Konzentration von bis zu etwa 10,5 ppb erreichen sollen. Eine erste Suche nach Methanmolekülen durch das SAM-Instrument von Curiosity verlief im Herbst 2012 negativ (Raumfahrer.net berichtete). Trotz seitdem mehrfach wiederholter Messungen konnte das Instrument bisher immer noch kein Methan in der Marsatmosphäre nachweisen. Trotzdem soll die Suche nach diesem Spurengas, welches – sofern vorhanden – eventuell biologischen Ursprungs sein könnte, auch in Zukunft fortgesetzt werden.

Des weiteren hat die Wetterstation REMS seit der Landung auf dem Mars trotz eines bei dem Landemanövers beschädigten Sensors für die Vermessung der Windrichtungen und Windgeschwindigkeiten kontinuierlich Daten über die aktuelle Wetterlage im Bereich des Operationsgebietes gesammelt (Raumfahrer.net berichtete). Neben den Luft- und Bodentemperaturen zu bestimmten Tageszeiten beinhalten diese Daten auch den gegenwärtig vorherrschenden Luftdruck. Die so gewonnenen Werte dienen den Marsforschern in Kombination mit den Daten der verschiedenen derzeit aktiven Marsorbitern dazu, ein besseres Verständnis über die Meteorologie des Mars und über das dort herrschende Klima zu gewinnen.

Mit dem DAN-Instrument wird dagegen regelmäßig die Menge und Verteilung von wasserstoffhaltigen Mineralen im Marsboden ermittelt. Erste Ergebnisse führten dabei bisher offenbar zu dem Schluss, dass sich im Operationsgebiet deutlich weniger wasserhaltige Minerale befinden als ursprünglich angenommen.

Weitere Erkenntnisse beziehen sich auch die allgemeine Geologie und Geochemie der bisher untersuchten Regionen. Im Rahmen ihrer Analysen identifizierten die an der Curiosity-Mission beteiligten Wissenschaftler bisher eine in diesem Umfang nicht erwartete Vielfalt an unterschiedlichen Gesteinen. Der Rover entdeckte während des letzten Jahres eine Unmenge an in Bezug auf Größe und Form unterschiedlich gearteten Sandkörnern, verschiedene vulkanische Gesteine, Sandsteinablagerungen und diverse Gesteinsaufschlüsse, welche mit Venen durchzogen sind, die sich wiederrum aus unterschiedlichen Mineralen zusammensetzten. Die sich aus der Zusammensetzung und Gestalt der untersuchten Objekte ergebenden Eigenschaften bieten den Planetologen tiefreichende Einblicke in die offensichtlich „feuchte Vergangenheit“ dieser Marsregion.
Weitere Untersuchungen und noch viel mehr Zeit

Erst durch weitere Messungen und noch eingehendere – und somit zeitaufwändigere – Analysen werden diese einzelnen Bausteine in Zukunft zu einem noch umfassenderen Gesamtbild über die Entstehungs- und Entwicklungsgeschichte unseres Nachbarpalneten zusammengesetzt werden können. Bereits jetzt ist klar, dass alleine die Analysen der bisher gewonnenen Daten die Marsforscher noch über viele Jahre hinweg beschäftigen werden. Und mit jeder Fahrt, welche der Rover absolviert, und mit jeder damit einhergehenden Messung steigt die auszuwertende Menge an Daten weiter an.

Derzeit befindet sich Curiosity auf dem Weg zu dem im Zentrum des Gale-Kraters, so der Name des Landegebietes, gelegenen Berges Aeolis Mons. Nach einer Fahrt über derzeit noch etwa acht Kilometer wird der Rover laut den aktuellen Planungen in etwa 12 Monaten den Randbereich dieses etwa 5,5 Kilometer hohen Zentralberges erreichen. Anschließend soll Curiosity einem der dort befindlichen, tief eingeschnittenen Täler folgen und mit seinen „Aufstieg“ auf diesen Berg beginnen. Die diversen Bildaufnahmen des Aeolis Mons zeigen bereits jetzt, dass sich dieser Berg aus diversen geschichteten Sedimentablagerungen zusammensetzt, welche laut den spektroskopischen Messungen der verschiedenen Marsorbiter Tonminerale und verschiedene wasserhaltige Sulfate beinhalten.

Im Rahmen eine langsamen „Besteigung“ dieses Berges, welcher aufgrund seiner geschichteten Ablagerungen entfernt an den Grand Canyon im US-Bundesstaat Arizona erinnert, wird Curiosity hier auf einer Strecke von nur wenigen Kilometern auf einen Schlag gleich mehrere Milliarden Jahre der geologischen Geschichte des Mars erkunden können.

Die damit verbundenen Analysen werden vermutlich mehrere Jahre andauern und das Wissen der Menschheit um die Entwicklungsgeschichte des Mars immens erhöhen. Dank seiner Energiequelle, einem Radioisotopengenerator, wird Curiosity laut den aktuellen Prognosen noch für mindestens weitere zehn Jahre über genügend Energie verfügen, um seine Forschungsmission effizient fortzusetzen. Obwohl die Primärmission des Rovers anfänglich auf lediglich zwei Jahre ausgelegt war gilt es bereits jetzt als sicher, dass die Mission trotz der dabei auflaufenden zusätzlichen Kosten von jährlich etwa 60 Millionen US-Dollar auf unbestimmte Zeit verlängert wird.

Der exakte zukünftige Verlauf der Mission kann dabei derzeit noch nicht einmal von den direkt in die Mission involvierten Mitarbeitern mit hinreichender Genauigkeit benannt werden. „Diese Mission ist getrieben von den aktuellen Entdeckungen“, so John Grotzinger, der verantwortliche Missionsmanager des JPL. Neue Beobachtungen oder Erkenntnisse können jederzeit zu einem Abweichen von dem ursprünglichen Plan führen.

Eines jedoch dürfte sicher sein: „Die Radspuren, welche dieser Rover heute auf dem Mars hinterlässt sind die Basis für die Fußabdrücke zukünftiger Astronauten auf dem Mars“, so Charles Bolden, der Administrator der NASA.

Bis zum heutigen Tag, dem „Sol“ 355 seiner Mission, hat der Marsrover Curiosity eine Distanz von über 1.700 Metern auf der Oberfläche unseres Nachbarplaneten zurückgelegt. Die bisher letzte Fahrt erfolgte am gestrigen Tag und führte über eine Distanz von etwa 57 Metern.

Seit dem Erreichen des Mars haben die Kamerasysteme von Curiosity 72.283 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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Autor: Ralph-Mirko Richter

Aber auch die Geomorphologie des Vastitas Borealis, des Landegebietes von Phoenix, wurde im Laufe dieser Mission ausführlich studiert. Die durch die beiden Mikroskope aufgenommenen Detailaufnahmen des Marsregoliths belegen eine große Vielfalt der darin enthaltene Sandkörner und Staubpartikel. Ihre Größe bewegt sich zwischen unter 10 bis hin zu über 100 Mikrometern. Die untersuchten Partikel lassen sich durch ihre Färbungen grob in drei unterschiedliche Gruppen unterteilen, welche sehr wahrscheinlich durch unterschiedliche Prozesse entstanden sind. Bei dem dominierenden Material handelt es sich um sehr feine, rötlich bis orangefarbene Partikel von nur wenigen Mikrometern Durchmesser. Dunkle, fast schwarz erscheinende Staubkörner erinnern in ihrem Aussehen an Material, aus welchem sich die Dünenfelder des Marsnordpols zusammensetzen. Die dritte Gruppe verfügt über eine weißliche bis bräunliche Färbung. Das glasartige Aussehen dieser Partikel lässt auf eine Entstehung im Rahmen eines Schmelzprozesses schließen. Über die genauen Bildungsprozesse der einzelnen Arten besteht noch keine Klarheit. Um dazu eindeutige Aussagen machen zu können, ist es notwendig, die beobachteten Proben mit terrestrischen Materialproben, zum Beispiel von verschiedenen erodierten Gesteinsarten und bei vulkanischen Prozessen gebildeten Materialien, zu vergleichen. Hierbei muss dann auch ein Augenmerk auf die spezielle geologische Entstehungsgeschichte des Landeplatzes von Phoenix gelegt werden.

Dieser Landeplatz befindet sich nördlich der Tharsis-Vulkan-Provinz. Deren am weitesten im Norden liegende Erhebung, der Vulkan Alba Patera, ist rund 1.750 Kilometer entfernt, während die nördlichsten Ausläufer der Tharsis-Region sogar bis auf etwa 500 Kilometer an den Lander heranreichen. Somit gilt als wahrscheinlich, dass sich am Landeplatz von Phoenix Asche und Eruptionsmaterial von früheren Vulkanausbrüchen abgelagert haben muss. Außerdem ist zu erwarten, dass sich in dieser Region Sand von den dunklen, fast schwarzen Sanddünen der nördlichen Polarkappe befindet. Etwa 20 Kilometer entfernt befindet sich in ost-nordöstlicher Richtung der 10 Kilometer durchmessende und rund einen Kilometer tiefe Heimdall-Krater. Somit ist theoretisch auch Auswurfmaterial aus diesem etwa 500 Millionen Jahre alten Krater zu erwarten. Des weiteren müssen die thermalen Bedingungen und die damit verbundene Erosion der Sandkörner berücksichtigt werden. Die Umstände deuten jedoch allgemein darauf hin, dass es sich zumindestens bei den bräunlichen Partikeln entweder um Auswurfmaterial vom Heimdall-Krater oder um Eruptionsmaterial von einem Vulkanausbruch handelt. Dieses Material wurde bei seinem Entstehungsprozess anscheinend aufgeschmolzen und ist anschließend sehr schnell abgekühlt, was die glasartige Struktur erklärt.

Die Geomorphologie des Landegebietes ist durch das Vorhandensein von sogenannten Frostpolygonen gekennzeichnet, welche bereits im Vorfeld der Mission von verschiedenen Marsorbitern fotografisch abgebildet werden konnten. Dabei handelt es sich um mehreckige und leicht aufgewölbte Strukturen mit einem Durchmesser von jeweils etwa zwei bis drei Metern, welche von flachen, relativ zum Zentrum gesehen etwa 20 bis 50 Zentimeter tiefen Gräben begrenzt sind. Im Rahmen der Mission konnte Phoenix sowohl auf der Oberseite dieser Polygone als auch an deren Rändern Gräben ausheben und Proben entnehmen und analysieren. Durch eine exakte Vermessungen der Strukturen, der Analyse des Füllmaterials der Sandkeile und dem Nachweis von noch sehr jungen Bruchlinien kam man dabei zu der Ansicht, dass die Bildung dieser Frostpolygone nicht durch die Sublimation von Wasser oder Kohlendioxid bedingt ist.

Damit wurde eine Theorie bestätigt, welche bereits im Vorfeld der Phoenix-Mission allgemein akzeptiert war. Diese besagt, dass für die Entstehung der Frostpolygone eine sogenannte Kryoturbation verantwortlich ist. Aufgrund der durch die Tages- und Jahreszeiten bedingten täglichen und saisonalen Temperaturschwankungen in einem Bereich zwischen etwa minus 25 und unter minus 125 Grad Celsius kommt es zu einem stetig wechselnden Zusammenziehen und Ausdehnen der obersten Bodenschicht. Bei der Kontraktion im Marswinter entstehen dabei keilförmige Risse im Boden, welche anschließend durch Staub und Sand aufgefüllt werden. Im darauf folgenden Frühling und Sommer verhindern diese Sandkeile bei wieder ansteigenden Temperaturen und einem sich erneut ausdehnenden Boden ein erneutes vollständiges Schließen der Hohlräume, was letztendlich zum Aufkommen von Bodenspannungen führt. Um diesen Druck abzubauen, wölben sich die zentralen Bereiche der Polygone auf und bilden die beobachteten charakteristischen Geländeformationen.

Das Gesamtbudget dieser Mission lag bis Ende November 2008 inklusive der Trägerrakete und der kompletten Missionsdurchführung bei insgesamt 420 Millionen US-Dollar. Hat sich dieser finanzielle Aufwand gelohnt? Zusammenfassend ist zu sagen, dass die Phoenix-Mission trotz diverser „Stolpersteine“ (zum Beispiel gab es Probleme bei der Kommunikation mit dem Lander und die Einfüllung der diversen Proben in die Analysegeräte funktionierte ebenfalls nicht immer auf Anhieb) sehr erfolgreich war. Alle im Vorfeld von der NASA gesteckten Ziele konnten im vollen Umfang erfüllt werden. Durch die Auswertung der dabei gewonnenen Daten, darunter über 25.000 Bilder, wurde unser Wissen über die Meteorologie, Geochemie und Geologie der Nordpolarregion des Mars ungemein erweitert.

Es wurde nicht nur, wie im Vorfeld der Mission bereits erwartet, Wassereis gefunden, sondern die beobachtete Bodenchemie zeigt erneut, dass der Mars in der Vergangenheit über ein deutlich wärmeres und feuchteres Klima verfügte. Selbst in der heutigen Zeit könnten nur wenige Zentimeter unter der Oberfläche flüssige Salzwasserfilme vorhanden sein. „Alles in allem“, so Peter Smith von der Arizona State University, dem wissenschaftlich Verantwortlichen der Phoenix-Mission, „deuten viele Anzeichen darauf hin, dass diese Region des Mars in der Vergangenheit von flüssigem Wasser überzogen war“. Neben dem Vorhandensein von Mineralien, welche sich unter irdischen Bedingungen nur infolge eines Kontaktes mit Wasser bilden können, wird auch der Nachweis von stellenweise extrem reinen Wassereis mit einem Staubanteil von weniger als zwei Prozent als ein weiteres Indiz für die ehemalige Anwesenheit von flüssigem Wasser gewertet. Auch die im gesamtem Missionsverlauf beobachtete Tatsache, dass der untersuchte Boden zu einem „Zusammenkleben“ neigte und sich deshalb nur sehr schwer in die einzelnen Probenkammern von TEGA und WCL einfüllen ließ, scheint darauf hin zu deuten. Ehemals nasse Erde neigt zumindestens unter irdischen Bedingungen zu einem solchen „Zementierungsprozess“.

Das Vorhandensein einer großen Konzentration von Perchloraten muss auch nicht zwingend als ein Argument gegen die Entstehung von lebenden Organismen gewertet werden. Vielmehr könnte das Perchlorat ein Reservoir für extremophile Mikroben in einer feuchten Bodenschicht darstellen und diesen als Quelle für ihren Energiehaushalt gedient haben oder sogar immer noch dienen. Peter Smith: „Diese Beweise für periodisch auftretendes flüssiges Wasser in einer alkalischen Umgebung mit der Beimischung verschiedener Salze und Perchlorat als Energieressource erfüllen die Kriterien für die Entwicklung von Lebensformen in besonders günstigen [klimatischen] Zyklen.“

Unabhängig von den Aktivitäten eventueller früher oder gegenwärtig vorhandener mikrobiellen Lebensformen ist auf der Oberfläche des Mars eigentlich mit dem Vorhandensein von organischen Molekülen zu rechnen. Diese Moleküle sind ein Bestandteil von Meteoriten (hier besonders von „Kohligen Chondriten“) und Kometen und sollten von diesen beständig im Rahmen von Impaktereignissen auf die Planetenoberfläche des Mars transportiert werden. Nichtsdestotrotz fiel der Nachweis entsprechender Moleküle in sämtlichen durch Phoenix untersuchten Proben negativ aus. Dies ist ein Indiz für einen relativ schnell stattfindenden chemischen Abbauprozess in der obersten Bodenschicht. Die hier nachgewiesene hohe Konzentration von Perchloraten dürfte dabei eine nicht unwesentliche Rolle spielen. Zudem könnte der stete Umwälzungsprozess der obersten Bodenschicht im Rahmen der Kryoturbation diesen Abbauprozess in der nordpolaren Region des Mars begünstigen.

Seit ungefähr Ende November 2008 ist die Nachttemperaturen am Landeplatz von Phoenix auf etwa minus 120 Grad Celsius gesunken. Am 10. April 2009 setzte die Polarnacht ein und der Lander war für die folgenden drei Monate in vollständige Dunkelheit gehüllt. In diesem Zeitraum sind die Temperaturen auf unter minus 125 Grad Celsius gefallen. Das bei diesen Temperaturen resublimierende Kohlendioxid hat sich in der Folgezeit in einer vermutlich bis zu 20 Zentimeter dicken Eisschicht auf dem Lander abgelagert. Seit dem 10. Juli 2009 ist diese Polarnacht beendet. Die Sonne steigt seitdem täglich etwas höher und somit für einen etwas längeren Zeitraum über den Marshorizont und das abgelagerte Eis sublimiert wieder in die Atmosphäre.

Dies sind mechanische und thermale Bedingungen, die weit über das hinausgehen, wofür Phoenix einst konzipiert, gebaut und getestet wurde. Selbst wenn Phoenix durch die im letzten Jahr gebildete Eisschicht keinen direkten Schaden genommen haben sollte, so wird die Elektronik des Landers den Marswinter sehr wahrscheinlich nicht ungeschoren überstanden haben. Für ein optimales Funktionieren benötigen die verwendeten Leiterplatten eine Temperatur von minus 40 Grad Celsius. Zur Aufrechterhaltung dieser Betriebstemperatur wurde Phoenix sogar mit einer eigenen Heizung ausgestattet. Die monatelangen extreme Kälte, so die Einschätzung der Missionsverantwortlichen, wird sehr wahrscheinlich dazu geführt haben, dass einige der verwendeten Bauteile ihre Elastizität verloren haben und infolge von thermischen Spannungen beschädigt wurden.

Für den unwahrscheinlichen Fall, dass die fast zwei Meter ausladenden Solarpaneele, die empfindliche Elektronik und die Lithiumbatterien den Winter entgegen allen Erwartungen doch unbeschadet überstanden haben, wurde der Lander im Vorfeld der Mission mit einem sogenannten „Lazarus-Modus“ ausgestattet. Mit zunehmender Sonneneinstrahlung, so die Hoffnung der Missionsplaner, laden sich die Batterien von Phoenix wieder auf (Phoenix wurde durch zwei Solarpaneele ausschließlich mittels Solarenergie mit Strom versorgt). Sobald die Batterien erneut über einen ausreichenden Ladezustand verfügen, soll Phoenix seinen Bordcomputer rebooten und entsprechend einer vorgegebenen Grundprogrammierung in regelmäßigen Abständen ein sogenanntes „Lazarus-Signal“ aussenden. Dabei handelt es sich um eine Kommunikationssignal, welches signalisieren soll: „Hallo Erde, ich lebe noch…“.

Ursprünglich war vorgesehen, dass entsprechende Versuche einer Kontaktaufnahme bereits ab Oktober 2009 erfolgen sollen. Da hierfür jedoch Personal von anderen NASA-Missionen abgezogen werden muss, entschloss man sich im Herbst letzten Jahres dazu, mit der Suche nach diesem Lazarus-Signal erst Anfang des Jahres 2010 zu beginnen. Ende Oktober 2009 traf sich eine Expertengruppe, um eine entsprechende Vorgehensweise zu planen. Laut Peter Smith soll jetzt ab Januar 2010 mittels des NASA-Orbiters Mars Odyssey nach einem Lebenszeichen von Phoenix gesucht werden. Ein Erfolg dieser Bemühungen wird von den Offiziellen der NASA allerdings als äußerst gering eingeschätzt.

Sollte dieser Versuch jedoch von Erfolg gekrönt sein und eine Reaktivierung des Landers gelingen, dann würde die weitere Vorgehensweise vom Zustand der einzelnen wissenschaftlichen Instrumente und der zur Verfügung stehenden Energiemenge abhängig sein. Bis zum 2. November 2008, dem Tag des letzten erfolgreichen Kontaktversuches, befanden sich alle Instrumente durchweg in einem einwandfreien Zustand. Sollte dies auch weiterhin der Fall sein, so würde das Phoenix-Team die Arbeit mit einer ausführlichen Foto-Kampagne starten, um die Veränderungen der Landschaft zu dokumentieren. Begleitend würde das TECP-Instrument den Wassergehalt und die elektrische Leitfähigkeit des Bodens erfassen, um auch dort eventuelle Veränderungen im Vergleich zu den vorwinterlichen Messungen zu erhalten. Parallel dazu würde auch die kanadische Wetterstation ihre überaus wertvollen Daten über Temperaturen und Windgeschwindigkeiten sammeln. Hierbei handelt es sich jedoch lediglich um ein theoretisches Gedankenspiel, denn auch die an der Mission beteiligten Wissenschaftler gehen davon aus, dass es nicht zu einer erneuten Kontaktaufnahme kommen wird.

Aber ungeachtet des ungewissen Ausgangs dieser Kontaktversuche ist die Mission von Phoenix noch lange nicht beendet. Um noch einmal Peter Smith zu Wort kommen zu lassen: „Phoenix hat für einige Überraschungen gesorgt und ich bin zuversichtlich, dass wir in den kommenden Jahren noch weitere Juwelen aus diesem Datenschatz bergen werden.“ Die wissenschaftliche Auswertung der Daten wird auch weiterhin fortgesetzt werden und die dabei gewonnenen Erkenntnisse werden zu einem nicht unwesentlichen Teil in die zukünftigen Rovermissionen von NASA und ESA einfließen.

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