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

Bereits seit dem August 2012 erforscht der von der US-amerikanischen Weltraumbehörde NASA betriebene Marsrover Curiosity das Innere des 154 Kilometer durchmessenden Gale-Kraters. Neben den anderen wissenschaftlichen Zielen, welche die NASA mit dieser ambitionierten Mission verbindet, richtet sich das Interesse der Marsforscher dabei besonders auf die Untersuchung der klimatologischen und geologischen Bedingungen, welche einstmals in dieser Region des Mars vorgeherrscht haben. Ein speziellen Interesse gilt dabei dem im Inneren des Gale-Krater gelegenen Zentralberg „Aeolis Mons“.

Diverse Aufnahmen von verschiedenen Marsorbitern zeigten bereits im Vorfeld der Curiosity-Mission, dass dieser etwa 5.500 Meter über den Boden des Kraters hinausragende Berg an seinen Flanken über einen ausgeprägten Schichtaufbau verfügt. In den einzelnen Schichten ist – vergleichbar mit den Steilwänden des Grand Canyon im US-Bundesstaat Arizona – die langfristige klimatologische und geologische Geschichte dieser Region der Marsoberfläche enthalten. Anders als in den auf der Erde gewonnenen Bohrkernen liegen diese Informationen dabei mehr oder weniger offen zutage und sind für den Rover Curiosity somit relativ leicht einsehbar.

Auf seinem Weg zu der Basis dieses Berges erreichte Curiosity bereits am 18. September 2014, dem Sol 753 seiner Mission, die Region „Pahrump Hills“, welche sich etwa 150 Meter über den tiefsten Punkten des Gale-Kraters befindet. Dieses Gebiet ist nach der Meinung der an der Curiosity-Mission beteiligten Geologen ein Bestandteil der untersten Gesteinsschicht auf der sich der Zentralberg Aeolis Mons aufbaut. In den folgenden fünf Monaten haben sich die Marsforscher auf die Untersuchung der in der unmittelbaren Umgebung der Pahrump Hills befindlichen und dort frei zutage tretenden Grundgesteine konzentriert.

Dabei kam – neben den Instrumenten des Rovers – auch ein an dem Instrumentenarm befindlicher Bohrer zum Einsatz, mit dem an drei verschiedenen Stellen im Bereich der Pahrum Hills Materialproben entnommen und anschließend eingehend analysiert wurden.

Die letzte dieser Bohrungen erfolgte bereits am vergangenen Dienstag, dem 26. Februar 2015 und hatte eine mit dem Namen „Telegraph Peak“ belegte Gesteinsformation zum Ziel. Dabei wurde mit dem „Powder Acquisition Drill System“ (abgekürzt „PADS“) – so die korrekte Bezeichnung für das Bohrsystem des Rovers – ein 1,6 Zentimeter durchmessendes und etwa sechs Zentimeter tiefes Loch in die Gesteinsformation gebohrt. An den drei folgenden Tagen wurde das Bohrloch und ein Teil des bei der Bohrung zutage geförderten Materials ausführlich mit den verschiedenen Kamerasystemen des Rovers dokumentiert und mit mehreren Instrumenten analysiert.

Die bisherige Auswertung der während der letzten Monate in den Pahrump Hills gesammelten Daten hat gezeigt, dass diese Region – verglichen mit der chemischen Zusammensetzung der Gesteine und Böden, welche Curiosity vor dem Erreichen der Basis des Aeolis Mons untersuchte – im Verhältnis zu den vorhandenen Mengen an Aluminium und Magnesium einen erhöhten Anteil an Silizium aufweist. Dieser ‚Siliziumüberschuss‘ tritt dabei laut einer ersten Analyse der Daten des Alphapartikel-Röntgenspektrometers im Bereich von Telegraph Peak noch deutlicher zutage als bei den beiden anderen Bohrstellen in den Pahrump Hills, welche sich auf einem etwas niedrigeren Höhenniveau befanden.

Gegenwärtig werden Teile des von dem Bohrloch entnommenen Materials mit einem weiteren Instrument, dem im Inneren des Rovers befindlichen CheMin-Spektrometer, analysiert. Hierbei wollen die beteiligten Wissenschaftler die mineralogische Zusammensetzung der Materialprobe entschlüsseln. Durch ähnliche Untersuchungen mit dem SAM-Instrument soll in den kommenden Tagen zudem auch die chemische Zusammensetzung des angebohrten Gesteins offengelegt werden.

Die Fahrt wird fortgesetzt
Mit dieser dritten Bohrung und den damit verbundenen Analysen ist die Untersuchung der Region „Pahrump Hills“ beendet. Bereits am morgigen Tag – dem Sol 912 der Mission – soll Curiosity dieses Gebiet verlassen. Dabei wird sich der Marsrover zunächst durch ein kleines mit dem Namen „Artist’s Drive“ belegtes Tal bewegen und anschließend seine Fahrt zu höher gelegenen Regionen des Aeolis Mons fortsetzen.

Durch eine langsame ‚Besteigung‘ des Berges, welche mit weiteren ausführlichen Analysen von aus geologischer Sicht interessant erscheinenden Ablagerungen verbunden sein wird, soll dessen Entwicklungsgeschichte im weiteren Verlauf der Mission Schritt für Schritt erforscht und entschlüsselt werden. Auf diese Weise erhoffen sich die auf die Erforschung des Mars spezialisierten Wissenschaftler weitere Erkenntnisse darüber, wann, wie, warum und in welchen Zeiträumen sich das Klima und die Umweltbedingungen auf dem Mars einstmals so dramatisch verändert haben.

Verbesserte Software
Dabei wird Curiosity auch ein erneutes Upgrade seiner Betriebssoftware zugute kommen, welches bereits vor rund vier Wochen an den Rover übermittelt, installiert und erfolgreich getestet wurde. Durch dieses Upgrade wurden speziell Curiositys Möglichkeiten der ‚autonomen Navigation‘ erweitert.

Aufgrund der großen Distanz zwischen Erde und Mars – abhängig von der Konstellation der beiden Planeten kann die Signallaufzeit bis zu 22 Minuten betragen – kann der Rover von den für die Steuerung von Curiosity verantwortlichen Roverdriver des Jet Propulsion Laboratory (JPL) 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.

Zu diesem Zweck werten die Roverdriver die zuvor von Curiosity erstellten Fotoaufnahmen der Umgebung aus und erstellen aus diesen Daten eine zukünftig einzunehmende Route. Hierbei muss ein spezielles Augenmerk darauf gelegt werden, dass der Rover auf dieser Route nicht unbeabsichtigt in ein Gelände gerät, welches wegen eines unebenen Terrains oder aufgrund von dort befindlichen Sanddünen eine potentielle Gefahr darstellt. Nach der Übertragung der entsprechenden Kommandosequenzen führt der Rover diese Fahrtmanöver dann selbstständig durch.

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

Allerdings ist der Rover in der Lage, dieses Manko auszugleichen, indem er sich nach dem von den Roverdrivern ‚vorgeplanten‘ Abschnitt einer Fahrt in einem sogenannten ‚autonomen Navigationsmodus‘ weiterbewegt. Hierbei 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 Endpunkt seiner jeweiligen Tagesetappe.

Bis zum heutigen Tag, dem Sol 911 seiner Mission, hat der Marsrover Curiosity bereits mehr als zehn Kilometer auf der Marsoberfläche zurückgelegt. Dabei hat der Rover mit seinen Kamerasystemen inzwischen 219.245 Bilder aufgenommen und an das Roverkontrollzentrum des Jet Propulsion Laboratory (JPL) der NASA in Pasadena/Kalifornien übermittelt. Diese Aufnahmen sind für die interessierte Öffentlichkeit auf einer speziellen Internetseite des JPL einsehbar.

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Ein Beitrag von Steve Münker. Quelle: NASA.

Im Vorfeld hatte es nämlich von einem wissenschaftlichen Beratungs- und Kontrollgremium harsche Kritik gehagelt. Im NASA Planetary Senior Review Panel war man der Meinung, das der Rover zu viel gefahren sei und zu wenig für die Forschung genutzt wurde. Man habe geologisch wertvolle Stellen links liegen gelassen und nutze die analytischen Instrumente des Rovers nur unzureichend. Dies sei eine Verschwendung von Steuergeldern. Eine in den USA recht böse Beschuldigung. Als sich dann wichtige Verantwortliche dieser Mission beim Treffen des Gremiums nicht blicken ließen, kam der Vorwurf der Arroganz noch hinzu. Der Fehdehandschuh war also ausgezogen und geworfen worden. Er sollte nicht lange liegen bleiben.
Der Direktor der Abteilung Planetenwissenschaft, Jim Green, stellte deshalb gleich von Beginn der Telefonkonferenz an klar, dass die Curiosity-Mission bisher sehr erfolgreich ist. So meisterte man das ambitionierte Landeverfahren des Rovers im Gale Krater sehr gut und fuhr anschließend ohne Probleme zu einer nicht weit vom Landeort entfernten Yellow Knife Bay genannten Region. Hier wies man im Boden die Jahrmillionen alten Überreste von Bächen und Seen nach. Der Nachweis von Fließgewässern auf dem Mars elektrisierte die Forscher, weil ein Wasserkreislauf eine der Grundvoraussetzungen für die Entstehung von Leben ist. Die wichtigsten Kriterien, an denen der Erfolg einer Mission gemessen wird, waren somit gleich zu Beginn erfüllt.

Die Verantwortlichen konnten sich nun sehr viel entspannter der nächsten großen Aufgabe widmen, der etwa 19 km langen Fahrt zu den Murray Butts, dem eigentlichen Forschungsort der Mission. Diese Gelände am Fuß des Zentralbergs sollte möglichst sicher und schnell erreicht werden. Leider traten an Curiosity aber nun erste Probleme auf. Besonders die Räder litten unter dem harschen Untergrund und zeigten bald deutliche Schäden. Die Sorge der Roverfahrer galt nun mehr den täglichen Fahrten.Die Bohrungen und damit auch Untersuchungen mit den SAM und CheMin Spektrometern, die auf den erzeugten Gesteinsstaub angewiesen sind, rückten in den Hintergrund. Dies wiederum führte zu der Kritik des eingangs erwähnten Kontrollgremiums.

Green und auch der nachfolgende Redner, John Grotzinger, wiesen diese Vorwürfe zurück. Immerhin hat man tausende Bilder mit den unterschiedlichen Kameras des Rovers angefertigt und sehr viele Messungen mit der ChemCam und dem APXS gemacht. Dadurch habe man sehr gute Vorstellung der Geologie entlang der Fahrstrecke. John Grotzinger, der Projektwissenschaftler der Misson, erläuterte weiter, dass die Radprobleme des Rovers auch einen positiven Nebeneffekt gehabt hätten. Auf der Suche nach einem radschonenden Gelände verlegt man die Fahrstrecke weiter nach Süden, viel dichter an Mount Sharp heran.

Eine Analyse von Bildern, welche sowohl vom Curiosity selbst, als auch von den Marsorbitern angefertigt wurden, aber auch die Ergebnisse der letzten, abgebrochenen Bohrung, zeigen nun, dass man sich an der Grenze befindet, an der die Bodensedimente des Kratergrundes an die Gesteinsschichten der Murray-Formation stoßen. Der Kurs des Rovers wurde daraufhin erneut geändert. Das Ziel ist nun eine Pahrump Hills genannte Region, welche in den nächsten ein bis zwei Wochen erreicht werden soll. Hier soll Curiosity dann mit der eigentlichen Forschungsarbeit beginnen.

Dazu sollen Bohrungen und andere Analysen sehr viel häufiger und engmaschiger erfolgen. Wissenschaftler sollen zudem kurzfristig Eingaben machen können, auf die man flexibel reagieren möchte. Dies kann man wohl als Zugeständnis an das Planetary Senior Review Panel werten. Nach diesen ersten Untersuchungen plant man dann weiter den Berg hinaufzufahren und die ungefähr 200 Meter mächtigen Lagen der Murray-Formation zu sondieren. Unterwegs sollen auch Sanddünen und offen zu Tage tretende Felsklippen angesteuert werden, wie Kathryn Stack, eine beteiligte Wissenschaftlerin erläuterte. Das Ziel dieser Reise ist die nächste große Gesteinsschicht des Berges, der Hematit-Formation.

Mit Hilfe der großen Anzahl der Untersuchungen, soll der Boden nach Stellen abgesucht werden, an denen sich wasserlösliche Mineralien, wie Silikate und Sulfate, angereichert haben. Dies wäre ein weiteres Zeichen für die wasserreiche und lebensfreundliche Vergangenheit des Planeten Mars. Weit wichtiger ist aber, dass sich die Wissenschaftler erhoffen, dass an Stellen an denen sich anorganische Verbindungen konzentrieren und konservieren konnten auch organische Verbindungen zu finden sind.

Organische Verbindungen sind auf dem Mars sehr viel weniger beständig und daher schwer zu finden. Ihr Fund würde die Theorien vom primitiven Leben auf dem jungen lebensfreundlichen Mars stark unterstützen. Die Murray Formation allein deckt dabei mit Ihren, von der Witterung freigelegten, Schichten mehrere Millionen Jahre Marsgeschichte ab. Die Aufgabe ist also sehr umfangreich. Dennoch sind die Wissenschaftler sehr zuversichtlich ihre Aufgaben meistern zu können.

Das Curiosity Projekt ist mit 59,4 Millionen Dollar gut finanziert und auch der technische Zustand des Rovers wird trotz allem als gut beschrieben. Die nächsten Monate sollten auch trotz oder gerade wegen der kürzeren Fahrtstrecken sehr ereignisreich bleiben.

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