Quelle: Freie Universität Berlin 2. Juni 2023.

2. Juni 2023 – Vor genau 20 Jahren startete die europäische Raumsonde „Mars Express“ zum „roten“ Nachbarplaneten der Erde. Sie liefert wichtige Bilder und Daten, aus denen sich unter anderem Aussagen zur Zusammensetzung und zur Klimageschichte ableiten lassen. Mars Express gilt als eine der erfolgreichsten Raumfahrtmissionen, die jemals zum Nachbarplaneten der Erde geschickt wurden. An Bord der Sonde befindet sich die deutsche Hochleistungskamera „High Resolution Stereo Camera“ (HSRC), die am Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) entwickelt wurde. Anlässlich des 20-jährigen Jubiläums des Raumsondenstarts haben Planetologen der Freien Universität Berlin nun ein neues globales Bildmosaik des Mars mit noch nie gesehenen Oberflächendetails veröffentlicht.

Die Aufnahmen des deutschen Kamerasystems bieten einen Einblick in die vielfältige Zusammensetzung der Oberflächenmaterialien des vermeintlich roten Nachbarplaneten der Erde. In ihrer Gesamtheit der Farbinformationen sind die Bilder bislang einzigartig, betonen die Forschenden vom Institut für Geowissenschaften, Fachrichtung Planetologie und Fernerkundung. Ermöglicht wird das Forschungsprojekt an der Freien Universität Berlin durch die Unterstützung des DLR im Rahmen der Förderung 50 OO 2204 im Auftrag des Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz.

Seit ihrem Start am 2. Juni 2003 liefert die Raumsonde Mars Express ununterbrochen Bilder. Der Datenstrom der HRSC hat in den letzten Jahren eine Vielzahl von neuen Erkenntnissen hervorgebracht. Der 2014 verstorbene Physiker Prof. Dr. Gerhard Neukum leitete die Entwicklung der HRSC, die dafür ausgelegt ist, eine globale Kartierung des Mars in Farbe und Stereo und mit einer hohen Auflösung von 12 Metern pro Bildpunkt durchzuführen. Die HRSC wurde erstmals auf der russischen Sonde Mars 96 installiert, die unglücklicherweise nach dem Start nicht die Erdumlaufbahn verließ und in der Atmosphäre verglühte. Doch Gerhard Neukum machte weiter, als Direktor des DLR Instituts für Planetenforschung in Berlin Adlershof wurde er der maßgebliche Befürworter für die erste Forschungssonde der Europäischen Weltraumagentur ESA, die zu einem anderen Planeten entsandt wurde. 2002 wechselte Gerhard Neukum als Professor an die Freie Universität Berlin, wo er die Fachrichtung Planetologie und Fernerkundung neu aufbaute.

Mars in Farbe mit noch nie gesehenen Details
Für die üblichen Oberflächenbilder fotografiert die HRSC den Mars normalerweise aus einer Höhe von etwa 300 Kilometern, etwa an dem Punkt, an dem die elliptische Umlaufbahn des Satelliten Mars Express dem Planeten am nächsten ist. Die daraus resultierenden Ansichten der Marsoberfläche haben eine räumliche Auflösung von bis zu 12,5 Metern pro Pixel und decken einen Bereich von etwa 50 Kilometern Breite ab. Dank ihrer vier Farbkanäle (rot, grün, blau, infrarot) und der fünf panchromatischen Nadir-, Stereo- und Photometriekanäle kann die Stereokamera den Mars nicht nur dreidimensional, sondern auch in Farbe darstellen.

Für das nun vorgestellte neue globale Datenprodukt wurden 90 Einzelbilder verwendet, die aus größeren Höhen (etwa zwischen 4000 und 10.000 km) über der Marsoberfläche aufgenommen wurden und somit Gebiete mit einer durchschnittlichen Breite von etwa 2500 Kilometern bei geringerer räumlicher Auflösung (zwischen 200 und 800 m/px) abdecken.

Die nun gezeigte globale Ansicht des Mars hat eine räumliche Auflösung von 2 Kilometern pro Pixel und zeigt eine noch nie dagewesene Vielfalt und Detailtreue der Farben auf der Marsoberfläche. Gleichzeitig gibt die Abbildung Aufschluss über die Zusammensetzung der Planetenoberfläche.

Allgemein bekannt ist, dass der größte Teil der Marsoberfläche rötlich gefärbt ist, was auf den hohen Anteil von oxidiertem Eisen im Staub auf der Oberfläche zurückzuführen ist und ihm den Spitznamen „Roter Planet“ eingebracht hat. Mit den neuen Aufnahmen bzw. Datenprodukt fällt sofort auf, dass ein nicht geringer Teil des Mars eher dunkel, bläulich, gefärbt ist. Tatsächlich handelt es sich um gräulich-schwarze Sande, die vulkanischen Ursprungs sind und ausgedehnte dunkle Sandschichten auf dem Mars bilden, vor allem aber auch vom Wind zu imposanten Sanddünen oder riesigen Dünenfeldern auf dem Boden von Einschlagskratern aufgeschüttet wurden. Diese unverwitterten Sande bestehen aus dunklen, basaltischen Mineralen, aus denen auch vulkanische Lava auf der Erde zusammengesetzt ist.

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• Mars Express (MEX) auf Sojus-Fregat ST11 von Baikonur

Der Beitrag FU Berlin: Der Mars in Farbe und mit neuen Details erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

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

Bereits seit dem Dezember 2003 befindet sich die von der europäischen Weltraumagentur ESA betriebene Raumsonde Mars Express in einer Umlaufbahn um den Mars und liefert den an der Mission beteiligten Wissenschaftlern seitdem eine Vielzahl an Daten, durch deren Auswertung sich immer wieder neue Einblicke in die Entwicklungsgeschichte unseres äußeren Nachbarplaneten ergeben. Bei einem der dabei eingesetzten sieben wissenschaftlichen Instrumente an Bord des Marsorbiters handelt es sich um die High Resolution Stereo Camera (kurz „HRSC“).

Im bisherigen Missionsverlauf konnte die HRSC-Kamera in etwa 87,8 Prozent der Oberfläche unseres äußeren Nachbarplaneten in einer Qualität abbilden, welche eine wissenschaftlich sinnvolle Auswertung der Aufnahmen ermöglicht. Etwa 61,5 Prozent der Oberfläche konnten dabei sogar mit einer Auflösung von mindestens 20 Metern pro Pixel wiedergegeben werden. Das nebenstehende Mosaik zeigt eine Abdeckungskarte der dabei erfassten Gebiete. Dieses enthält die Aufnahmen von allen Bereichen der Oberfläche, welche bis zum 30. Juni 2012 – an diesem Tag absolvierte Mars Express den Marsorbit Nummer 10.821 – mit den verschiedenen Filtern der Kamera gleichzeitig erfasst werden konnten.

Aufnahmen, welche zu dem jeweiligen Aufnahmezeitpunkt durch zeitgleich auftretende störende atmosphärische Effekte wie Staubstürme oder Wolkenbildung zu stark beeinträchtigt wurden, wurden nicht in dieses Mosaik aufgenommen. Die subtilen Veränderungen in den Farbtönen des Mosaiks rühren zwar teilweise von dem veränderten Staubanteil in der Atmosphäre her – größtenteils basieren sie jedoch auf den unterschiedlichen Lichtverhältnissen, unter denen sich die Marsoberfläche der HRSC-Kamera aufgrund eines veränderten Einfallswinkels des Lichts zwischen Sonne, Marsoberfläche und Orbiter während der verschiedenen Überflüge immer wieder präsentiert.

Die an der Mars Express-Mission beteiligten Wissenschaftler – alleine das für die HRSC-Kamera verantwortliche Wissenschaftlerteam besteht aus 40 Co-Investigatoren von 33 Institutionen aus zehn Ländern – erwarten, dass die HRSC-Kamera in den kommenden Monaten die bisher existierenden Lücken in der Kartografierung der Marsoberfläche erfolgreich schließen wird. Nach dem bisherigen Planungsstand soll der Orbiter Mars Express die Untersuchung des Mars bis zum 31. Dezember 2014 fortsetzen.

Das HRSC-Kameraexperiment an Bord der ESA-Sonde Mars Express wird vom Principal Investigator (PI) Prof. Dr. Gerhard Neukum von der Freien Universität Berlin geleitet. Dieser hat auch die technische Konzeption der hochauflösenden Stereokamera entworfen, welche anschließend vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt in Kooperation mit industriellen Partnern (EADS Astrium, Lewicki Microelectronic GmbH und Jena-Optronik GmbH) entwickelt und gebaut wurde. Die Kamera wird vom DLR-Institut für Planetenforschung in Berlin-Adlershof betrieben. Eine anschließend erfolgende systematische Prozessierung der gewonnenen Bilddaten erfolgt am DLR. Verschiedene Meldungen über die dabei abgebildeten Bereiche der Marsoberfläche finden Sie in unserem Newsarchiv.

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• Mars Express
• Planet Mars

Der Beitrag Mars Express: Die Kartierung des Mars schreitet voran erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Eric Honstrass. Quelle: DLR.

Diese Bilder der vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) betriebenen, hochauflösenden Stereokamera (HRSC) auf der ESA-Sonde Mars Express zeigen einen Teil der Region Aram Chaos. Aram Chaos ist eine nahezu kreisrunde Struktur von etwa 280 Kilometern Durchmesser, die zwischen dem Ausflusstal Ares Vallis und Aureum Chaos liegt.

Aram Chaos ist eines der zahlreichen so genannten chaotischen Gebiete östlich der Valles Marineris, die durch stark erodierte Tafelberge und Hügel gekennzeichnet sind. Die im Farbbild sichtbaren Restberge nehmen eine Breite von bis zu zehn Kilometern ein und haben eine relative Höhe von etwa 1000 Metern.

Am westlichen Rand des Gebietes erkennt man helle, offenbar geschichtete Ablagerungen, auf deren östlicher Seite, wie auch im nordwestlichen Teil der Szene, deutlich ausgeprägte Terrassen zu finden sind.

Die Bildung des chaotischen Gebiets wird darauf zurückgeführt, dass sich im Untergrund vorhandenes Eis, Wasser oder Magma verlagerte und dadurch die darüber liegenden Gesteinsschichten zum Einsturz gebracht wurden.

Auch die Erosion durch Wind scheint eine wichtige Rolle bei der Entwicklung der heutigen Geländeformen gespielt zu haben.

Vermutlich stammte das Wasser oder das Eis, das die großen in Chryse Planitia mündenden Ausflusstäler formte, aus den zahlreichen chaotischen Gebieten östlich von Valles Marineris.

Die chaotischen Gebiete sind deshalb von besonderem Interesse, da sie Hinweise auf die Beziehung zwischen chaotischem Terrain, Chryse Planitia, Valles Marineris und den Ausflusstälern geben.

Die Farbdarstellung (Bild 4) wurde aus den Daten der Farbkanäle und dem senkrecht auf die Marsoberfläche blickenden Nadirkanal berechnet. Das Anaglyphenbild (Bild 3), das bei Verwendung einer Rot-Blau- oder einer Rot-Grün-Brille einen dreidimensionalen Eindruck der Oberfläche liefert, sowie die perspektivische Ansicht (Bild 2) wurden aus dem Nadirkanal und den Stereokanälen der HRSC berechnet. Für Präsentationszwecke im Internet wurde die Originalauflösung der Bilddaten verringert.

Die Bilddaten wurden am 14. Oktober 2004 in Orbit 945 aufgenommen und zeigen einen Ausschnitt bei 2 Grad nördlicher Breite und 340 Grad östlicher Länge. Die Auflösung beträgt 14 Meter pro Bildpunkt.

Hochaufgelöste Versionen der Bilder finden Sie auf der DLR-Seite.

Das Kameraexperiment HRSC auf der Mission Mars Express der Europäischen Weltraumorganisation ESA wird vom Principal Investigator (PI) Prof. Dr. Gerhard Neukum (Freie Universität Berlin) geleitet. Das Wissenschaftsteam besteht aus 45 Co-Investigatoren aus 32 Instituten und zehn Nationen. Die Kamera wurde am Deutschen Zentrum für Luft und Raumfahrt (DLR) entwickelt und in Kooperation mit industriellen Partnern gebaut (EADS Astrium, Lewicki Microelectronic GmbH und Jena-Optronik GmbH). Sie wird vom DLR-Institut für Planetenforschung in Berlin-Adlershof in Zusammenarbeit mit ESA/ESOC betrieben. Die systematische Prozessierung der HRSC-Daten erfolgt am DLR. Die hier gezeigten Darstellungen wurden von der PI-Gruppe am Institut für Geologische Wissenschaften der Freien Universität Berlin in Zusammenarbeit mit dem DLR-Institut für Planetenforschung erstellt.

Der Beitrag Chaos im Blickfeld von Mars Express erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Michael Stein. Vertont von Dominik Mayer.

Gerhard Neukum ist Professor am Institut für Geologische Wissenschaften der Freien Universität Berlin, bis vor einem Jahr leitete er als Direktor das Institut für Planetenforschung beim DLR-Standort Berlin-Adlershof. Unter seiner Leitung als Principal Investigator (dt. „Hauptexperimentator“) ist die hochauflösende Stereo-Kamera HRSC an Bord des ersten europäischen Mars-Orbiters Mars Express entwickelt worden. Anläßlich eines Vortrags am 12. November über diese Mars-Mission in der Wilhelm-Förster-Sternwarte in Berlin sprach er mit den Raumfahrer.net-Redakteuren Karl Urban und Michael Stein über die Leistungsfähigkeit der hochkomplexen Kamera, die sich aus der eingeschränkten Energieversorgung ergebenden Probleme und seine Motivation zur Mitarbeit an dieser anspruchsvollen Forschungsmission.

Raumfahrer.net: Herr Neukum, ein wesentliches, wenn nicht sogar das wichtigste Instrument an Bord der ersten europäischen Marssonde ist die unter Ihrer Leitung entwickelte Stereokamera HRSC. Welche wissenschaftlichen Fragen sollen durch die Aufnahmen der Kamera vorrangig beantwortet werden und was sind die Minimalziele, die Sie und Ihr Team auf jeden Fall erreichen möchten?

Gerhard Neukum: Nun, die wissenschaftliche Fragestellung ist umfassend gesagt: Die Entwicklung des Planeten Mars zu verstehen. Und die ist in den Oberflächenphänomenen, den Oberflächenstrukturen sozusagen konserviert, d.h. wir können heute eine ganze Zeit lang in die Vergangenheit – im Sinne der Untersuchung der Oberflächenstrukturen – zurückschauen und mit hochauflösenden Bilddaten verstehen, was da abgelaufen ist […] und welche Prozesse gewirkt haben […]: Wie viel Wasser es gegeben hat, sogar wann das geflossen ist können wir über die Zahl der überlagerten Einschlagskrater vermessen, Altersabschätzungen machen; wie es mit dem Vulkanismus war, wie er mit dem Wasser aus dem Untergrund wechselgewirkt und es hochgetrieben hat – das scheint sehr häufig der Fall gewesen zu sein; ob es vielleicht einen Ozean gegeben hat. Ob sich vielleicht sogar Leben entwickelt hat, das können wir zwar nicht direkt vermessen; aber wie es mit dem Wasser war und wann das war und ob es vielleicht gereicht hat, damit sich Leben entwickelt hat. Der Nachweis von Leben muss an sich dann über andere Experimente erfolgen, eventuell haben wir ja schon Glück mit dem Landegerät Beagle 2, dass man dort etwas findet. Aber vielleicht wird es auch erst mit Probenrückführungen [zur Erde] oder den bemannten Landungen, die ja auch in einigen Jahrzehnten stattfinden werden, möglich sein, der Sache auf den Grund zu gehen, ob Mars jemals Leben hervor gebracht hat. Jedenfalls ist es ein großer Treiber hinter der Marsforschung, die Frage nach Leben ist von großer philosophischer, fast religiöser Bedeutung und spielt überall eine Rolle, auch bei unserem Experiment im Sinne der Untersuchung der Entwicklung des Mars.

RN: Natürlich würde es uns interessieren, aus welchen Komponenten Ihr Instrument besteht und welche Auflösung Sie erwarten?

GN: Die High Resolution Stereo Camera (HRSC) (= „Hochauflösende Stereokamera“) ist die erste dedizierte Stereokamera, die jemals gebaut worden ist und in einer Planetenmission fliegt. Es ist ein „Line-Scanner“: Es sind neun Linien-CCDs, die parallel auf einer Fokalebene hinter einer Optik angebracht sind und die Stereobilder ermöglichen. Zusammen mit Farbdaten und mit Aufnahmen unter unterschiedlichen Phasenwinkeln kann man dann die Mikrostruktur der Oberfläche durch das Reflektionsverhalten unter unterschiedlichen Winkeln erfassen und wir haben vor, die gesamte Oberfläche – das ist immerhin eine Fläche, die der Oberfläche der Kontinente der Erde entspricht – in 10 bis 20 Meter, vielleicht auch nur 30 Meter [Auflösung] abzudecken; das hängt davon ab, wie gut die Mission laufen wird. Einige Prozent der Oberfläche werden wir in zwei, drei Meter Auflösung mit dem so genannten Super Resolution Channel (SRC) (=“Extrem auflösender Kanal“) aufnehmen, der noch zusätzlich an der Kamera angebracht ist: Das ist ein Flächen-CCD, 1.000 mal 1.000 Bildpunkte, das zwar nur Schwarz-Weiß-Bilder und keine Stereodaten liefert, die aber natürlich in fantastisch hoher Auflösung, so dass wir innerhalb der breiten HRSC-Spur dann so eine Art Lupe haben, von der wir dann auch ganz genau wissen, wo die Spur ist. Denn das weiß man bei den Daten [der amerikanischen Raumsonde] Mars Global Surveyor leider nicht: das ist das große Problem, dass man eine Unsicherheit von mindestens neun Kilometern bei diesen Daten hat, wo auf der Oberfläche sie denn liegen, da man keinen Kontextzusammenhang hat, weil der Sprung von den höchstauflösenden Daten zu den niedrig auflösenden Daten (die ja bei Global Surveyor bei etwa 200 bis 300 Meter pro Bildpunkt liegen) zu groß ist. Und so wird dann die HRSC eine Lücke füllen, die nach [den globalen Aufnahmen der amerikanischen Raumsonden] Viking immer noch da ist: Nämlich in relativ hoher Auflösung flächendeckend in Farbe und in 3D vor allem den Mars abzudecken, damit man im Detail Prozesse und Strukturen, die Evolution des Mars letztlich studieren kann.

RN: Mars Express wird nach einer Fehlfunktion wohl vermutlich nur 70 Prozent seiner Energie zur Verfügung haben, und natürlich würde es uns interessieren, wie jetzt speziell Ihr Beobachtungsprogramm durch diesen Energiemangel betroffen sein wird, ob es da Einschränkungen gibt?

GN: Ja, es ist ein großes Problem – ein schlimmer Fehler, der uns große Probleme macht und zu gewissen Einschränkungen in der Mission führen wird, im Missionsablauf, in den Möglichkeiten, Aufnahmen und Messungen zu machen. Das ist ganz klar, und wir haben das gerade vor einer Woche auch im Rahmen einer großen Sitzung bei der ESA diskutiert; man versucht jetzt, den Schaden zu minimieren, Schadensbegrenzung [zu betreiben]. Und wir haben besondere Maßnahmen entwickelt: Nach jeder Aufnahmesequenz – also nach einem Orbit – schaltet man einen Orbit ein, wo man dann sozusagen wieder die Batterien auflädt, also keine Messungen und so weiter macht. Und man versucht auch den Verbrauch zu minimieren, indem man Heizungen abschalten wird und dann vielleicht auch den Downlink – also das Senden von Daten zur Erde – so bewerkstelligt, dass man immer mal wieder die großen NASA-Stationen einschaltet; dann braucht man weniger Energie an Bord aufzubringen um das gleiche Signal am Boden zu haben. Es gibt also gewisse Maßnahmen zur Optimierung des so genannten Missionsprofils, des Missionsablaufs, so dass der Schaden minimiert wird, aber wie gesagt: ein gewisser Restschaden, wenn man so will, eine gewisse Einschränkung in der Mission wird es wohl geben.

RN: Die Aufnahmen von der Kamera werden ja trotz der im Gerät vorgenommenen Datenreduktion immer noch große Datenmengen erzeugen. Werden Sie alle Aufnahmen, die die Kamera im Laufe der Mission machen wird, auch zur Erde bekommen, oder gibt es begrenzende Faktoren – von dem Energiemangel, über den wir gerade geredet haben, abgesehen – die dazu führen können das Aufnahmen, die gemacht wurden, nicht zur Erde übermittelt werden können?

GN: Also wenn unsere Pläne einigermaßen aufgehen wird es keine wesentliche Begrenzung geben im Sinne der Übertragung der Daten vom Raumschiff zur Erde. Man wird sich vorher einschränken, also nicht ganz so viele Daten aufnehmen, da liegt eigentlich die Begrenzung. Aber in der eigentlichen Übertragung nicht: wir werden komprimieren, ähnlich wie vorher, vielleicht etwas stärker, als wir es vorhatten, um einfach mehr Daten zu generieren. Das wird dann eventuell ein klein wenig auf die Qualität der Daten gehen, aber nicht sehr, denn wenn man komprimiert – es ist keine verlustfreie Kompression in dem Fall -, dann komprimieren wir mit dem Faktor 1:10, so dass man einen gewissen Informationsverlust haben wird, das lässt sich nicht vermeiden bei derartiger Kompression. Aber das wird man kaum merken, wenn man eine bestimmte Schwelle nicht überschreitet, und die Schwelle liegt jenseits von etwa 1:10. Wir hatten vorher eigentlich vor, nur 1:5, 1:6, 1:8 maximal zu komprimieren, und jetzt gehen wir eben wahrscheinlich durchgängig höher. Ich habe also schon die Order ausgegeben: Wir komprimieren höher, um einfach mehr Daten „herunterzubringen“, denn sonst haben wir zu große Einbußen in der Gesamtausbeute der Mission.

RN: Müssen die zur Erde übermittelten Fotos noch aufwendig bearbeitet werden oder sind sie in der Form, wie sie hier ankommen, ohne größere Bearbeitung wissenschaftlich nutzbar?

GN: Nein, die Daten müssen aufwendig verarbeitet werden. Erst einmal müssen sie dekomprimiert werden, das geschieht bei meinem Team noch im Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Berlin-Adlershof – ich war ja bis Mitte letzten Jahres Direktor des Instituts für Weltraumsensorik und Planetenerkundung am DLR, und dort ist auch noch ein Teil meiner Mannschaft, d.h. mehr der technische Teil, der auch weiterhin für das Experiment arbeitet, jetzt unter meiner Führung von außerhalb als Principal Investigator (PI), nicht mehr als Direktor des Instituts. Dort werden also am DLR die ersten Verarbeitungsschritte gemacht, die so genannte systematische Prozessierung, bis zu einem gewissen Niveau. Das ist die radiometrische und geometrische, kamerainterne Kalibration, und diese Daten werden dann an mich weitergegeben und anschließend von mir freigegeben in Richtung Co-Investigatorenteam, also das internationale Wissenschaftlerteam von 45 Wissenschaftlergruppen aus 30 Instituten und 10 Ländern. Und dort findet dann die eigentliche wissenschaftliche Auswertung statt, ab diesem Niveau der Vorverarbeitung der Daten. Denn das, was die Daten wissenschaftlich eigentlich besonders interessant macht, sind natürlich die Stereofähigkeit, d.h. wir werden dann 3D-Modelle, digitale Geländemodelle berechnen, dann auch Visualisierungen mit perspektivischen Blicken oder Überflügen und dergleichen erstellen. Von allen Seiten kann man dann ja die Daten betrachten, wenn man sie im Rechner aufbereitet, mit entsprechender geologischer Interpretation, geologischer Kartierung, Auswertung der Farbdaten usw. Das geschieht alles im Wissenschaftlerteam, und das ist eine sehr, sehr umfangreiche Arbeit mit entsprechender weiterer, sehr umfangreicher Datenverarbeitung. Wir haben inzwischen eine Computerfarm am DLR – die habe ich noch in die Wege geleitet, als ich noch dort war – und bei meiner Gruppe an der FU aufgebaut. Da werden einige Dutzend PCs zusammenwirken, um diese Daten dann sozusagen parallel zu prozessieren, damit man einen möglichst großen Durchsatz hat.

RN: Sie hatten vorhin diese Schneise angesprochen, in der eine weitaus größere Auflösung möglich ist. Wird es denn auch möglich sein, Mars-Lander wie Beagle 2, ältere Mars-Lander oder jetzt auch die großen neuen Mars-Rover der NASA nachzuweisen?

GN: Wir haben sehr intensiv schon im Januar vor, die Landestellen in höchstmöglicher Auflösung aufzunehmen und systematisch abzudecken, also mit der HRSC-Kamera Beagle 2 zu lokalisieren. Dazu wird der Lander zuerst eine Aufnahme der über ihn befindlichen Sternenkonstellationen machen, so dass man seinen Standort bis auf fünf oder zehn Kilometer eingrenzen kann. Danach werden wir dieses Gebiet überfliegen und versuchen, ihn zu entdecken.

RN: Professor Neukum, wir danken Ihnen für dieses Gespräch.

Der Beitrag Gerhard Neukum über die HRSC-Kamera erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Autor: Karl Urban.

Unser nächster planetarer Nachbar wurde in den vergangenen Jahren schon oft von Raumsonden aus den USA und Russland besucht. Auch wenn diese Missionen zu einem großen Teil bedingt durch anfänglich fehlende Erfahrungen scheiterten, so waren die Fülle der Daten und neuen Erkenntnisse durch Missionen wie Viking, Mars Global Surveyor oder 2001 Mars Odyssey doch gewaltig. Warum sollte also nun auch die Europäische Raumfahrtagentur (ESA) den Roten Planeten mit einer eigenen Mission erneut erforschen?

Raumfahrer.net unterhielt sich mit zwei an Mars Express beteiligten Projektwissenschaftlern, um dieser Frage auf den Grund zu gehen. Professor Gerhard Neukum ist verantwortlich für die hochauflösende Stereokamera HRSC an Bord des Orbiters. Er sagte über die Bedeutung der Mission:

„Die wissenschaftliche Fragestellung ist, die Entwicklung des Planeten Mars zu verstehen. Und diese ist in den Oberflächenphänomenen konserviert. Das heißt, wir können heute eine ganze Zeit lang in die Vergangenheit […] zurückschauen und mit hochauflösenden Bilddaten verstehen, was dort abgelaufen ist und welche Prozesse gewirkt haben. Zum Beispiel können wir vermessen, wieviel Wasser es gegeben hat und mithilfe der überlagerten Einschlagskrater sogar berechnen, wann es geflossen ist; wie es mit dem Vulkanismus aussieht […], ob es einen Ozean gegeben hat und ob sich vielleicht sogar Leben entwickelt hat. Dieses können wir zwar nicht direkt messen, aber wir können ergründen, ob das vorhandene Wasser vielleicht gereicht hat, damit sich Leben entwickelt hat. Der direkte Nachweis von Leben muss dann über andere Experimente erfolgen. Eventuell hat man ja schon Glück mit dem Landegerät Beagle 2. Aber vielleicht wird es auch erst mit Probenrückführungen oder bemannten Landungen möglich sein zu ergründen, ob Mars jemals Leben hervorgebracht hat. Auf jeden Fall ist die Frage nach Leben ein großer Treiber in der Marsforschung und von großer philosophischer, fast religiöser Bedeutung.„

Diese „religiöse Bedeutung“ der Frage nach außerirdischem Leben ist wohl eine der größten Motivationen für die menschliche Erforschung des Weltalls. Natürlich dürfen wir auf unserem Nachbarplaneten keine kleinen grünen Männchen erwarten. Aber der Nachweis von Spuren gegenwärtigen oder vergangenen Lebens auf Mars würde eine fundamentale Botschaft beinhalten: Leben ist keine Absonderlichkeit, kein Zufall im Universum. Es kann an vielen Orten entstehen, nicht nur unter den speziellen Bedingungen der Erde. Bis diese Frage eindeutig geklärt werden kann, muss es vielleicht erst eine bemannte Mission zum Roten Planeten geben. Aber immer besser entwickelte Raumsonden wie Mars Express können eine große Vorarbeit leisten. Professor Neukum sagte über die wissenschaftliche Leistungsfähigkeit der von seinem Team beim Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Berlin entwickelten Kamera HRSC:

„Wir haben vor, die gesamte Oberfläche – das ist immerhin eine Fläche, die den Kontinenten der Erde entspricht – in 10 bis 30 Metern Auflösung abzudecken. Einige Prozent der Oberfläche können wir sogar in zwei bis vier Metern Auflösung mithilfe des Super Resolution Channel erfassen. Das ist ein noch extra angebrachter Flächen-CCD. Dieser macht zwar nur Schwarzweiß-Bilder und liefert keine Stereodaten aber dafür eine phantastisch hohe Auflösung, so dass wir innerhalb der breiten HRSC-Spur eine Art Lupe haben und genau verfolgen können, wo die Spur ist. Denn das weiß man bei den Global Surveyor-Daten [der NASA-Marssonde, die 1996 startete] leider nicht. Es ist ein großes Problem, dass bei diesen Aufnahmen eine Unsicherheit von etwa neun Kilometern besteht. Denn bei Global Surveyor existiert kein Zusammenhang zwischen großen Auflösungen und niedrigen Auflösungen.
So wird das HRSC-Experiment von Mars Express eine Lücke füllen, die seit den Viking-Missionen [der NASA in den 1970er Jahren] noch immer existiert. Es wird den Mars in relativ hoher Auflösung, in Farbe und in 3D abdecken, um im Detail seine Evolution studieren zu können.„

Neue und raffinierte Technik macht’s möglich: Mars Express wird den tatsächlichen Nutzwert der gesammelten Daten von früheren Missionen bei weitem übertreffen. Doch der Orbiter trägt nicht nur neue Instrumente. Das Experiment MaRS funktioniert mithilfe der Kommunikationsantenne der Sonde und braucht daher gar kein eigenes Instrument. Wenn die Radiosignale die Atmo- und Ionosphäre des Planeten durchlaufen, werden diese durch deren Eigenschaften verändert. Die dadurch mit wissenschaftlichen Informationen über Mars bereicherten Kommunikationssignale werden dann auf der Erde empfangen. Dr. Martin Pätzold ist beim DLR in Köln für das Experiment MaRS verantwortlich und erklärte dazu für Raumfahrer.net die wissenschaftliche Zielsetzung:

„Wir erwarten einige Verbesserungen bei der Bestimmung des Schwerefelds des Mars. Wir werden dabei präziser sein als zum Beispiel Global Surveyor […]. Dabei werden wir uns auf die Pole und große Vulkane konzentrieren, die Schwereanomalien hervorrufen und uns etwas über die Dicke der Kruste des Planeten sagen. Dann werden wir in vier Jahren 1.200 Atmosphärenprofile aufnehmen, um das erste Mal die gesamte Marsatmosphäre und Ionosphäre auszumessen. Danach wissen wir mehr über die Wechselwirkungen des Sonnenwindes mit der oberen Ionosphäre. Der Mars hat kein Magnetfeld [wie die Erde], sondern nur ein Krustenmagnetfeld. Das heißt, wir werden Unterschiede bestimmen können zwischen Regionen, in denen die Kruste nicht sehr stark magnetisiert ist und solchen, wo sie sehr stark magnetisiert ist. Das könnte man bis nach oben in die Ionosphäre sehen und könnte sehr interessant werden.„

Es ist doch erstaunlich, wieviel Informationen über den Mars in minimalen Veränderungen der Signale verpackt sind. Die kreative Idee für dieses Experiment ist allerdings nicht neu. Martin Pätzold erklärt:

„Die Idee ist ungefähr so alt, wie die wissenschaftliche Raumfahrt selbst ist. Anfang der 60er Jahre, als die Amerikaner ihre ersten interplanetaren Sonden starteten, wurde darüber nachgedacht, was man mit Radiowellen erforschen kann. […] Bei dem damals entwickelten Prinzip dieser bistatischen Radioastronomie haben wir eine Antenne am Boden und die Raumsonde mit ihrem Funkgerät, die zu ihrem Ziel fliegt. All die Zielsetzungen, die wir heute mit ähnlichen Experimenten machen, wurden also schon damals formuliert. […] Seitdem ist dieses Experiment bei der NASA ein Standard-Experiment.„

Fazit
Die erste europäische Mission zum Mars folgt also konkreten wissenschaftlichen Zielsetzungen, mehr über den Roten Planeten zu erfahren. Dabei bauen alle Instrumente auf die vergangene Marsforschung der letzten Jahrzehnte auf: In allen Bereichen wird der Orbiter in der Lage zu sein, bessere Daten und Bilder über die Zusammensetzung in Vergangenheit und Gegenwart des Mars zu liefern. Sowohl am Instrument HRSC von Prof. Gerhard Neukum als auch am Experiment MaRS von Dr. Martin Pätzold sind sogar Wissenschaftler aus den USA beteiligt.

In wenigen Tagen wird Mars Express den Roten Planeten erreichen. Die erste Aufnahme der Kamera HRSC aus 5,5 Millionen vom 1. Dezember Kilometern Entfernung weist bereits den Weg in ein ereignisreiches Marsjahr 2004.

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Der Beitrag Europas erste Marsmission setzt Maßstäbe erschien zuerst auf Raumfahrer.net.