Quelle: NASA / Jet Propulsion Laboratory, 21. April 2026

Wissenschaftler können nicht sagen, ob diese organischen Moleküle durch biologische oder geologische Prozesse entstanden sind – beides ist möglich –, doch ihre Entdeckung bestätigt erneut, dass der Mars in der Vergangenheit über die richtigen chemischen Voraussetzungen verfügte, um Leben zu ermöglichen. Darüber hinaus reihen sich diese Moleküle in eine wachsende Liste von Verbindungen ein, von denen bekannt ist, dass sie in Gesteinen erhalten bleiben, selbst nachdem sie auf dem Mars Milliarden von Jahren lang Strahlung ausgesetzt waren, die diese Moleküle im Laufe der Zeit zersetzen kann.

Die Ergebnisse sind in einem neuen Artikel detailliert beschrieben, der am Dienstag in Nature Communications veröffentlicht wurde.

Das Gesteinsstück, das nach der englischen Fossiliensammlerin und Paläontologin den Spitznamen „Mary Anning 3“ erhielt, wurde an einem Abschnitt des Mount Sharp gefunden, der vor Milliarden von Jahren von Seen und Flüssen bedeckt war. Diese Oase entstand und versiegte in der fernen Vergangenheit des Planeten mehrfach, wodurch das Gebiet schließlich mit Tonmineralien angereichert wurde, die organische Verbindungen besonders gut konservieren – kohlenstoffhaltige Moleküle, die die Bausteine des Lebens bilden und im gesamten Sonnensystem vorkommen.

Zu den neu identifizierten Molekülen gehört ein Stickstoffheterozyklus, also ein Ring aus Kohlenstoffatomen, der Stickstoff enthält. Diese Art von Molekülstruktur gilt als Vorläufer von RNA und DNA, zwei Nukleinsäuren, die für die genetische Information von entscheidender Bedeutung sind.

„Dieser Nachweis ist ziemlich bedeutend, da diese Strukturen chemische Vorläufer komplexerer stickstoffhaltiger Moleküle sein können“, sagte die Hauptautorin der Studie, Amy Williams von der University of Florida in Gainesville. „Stickstoffheterocyclen wurden bisher noch nie auf der Marsoberfläche gefunden oder in Marsmeteoriten nachgewiesen.“

Eine weitere spannende Entdeckung war Benzothiophen, ein Kohlenstoff- und Schwefel enthaltendes Molekül, das in vielen Meteoriten gefunden wurde. Einige Wissenschaftler vermuten, dass diese Meteoriten zusammen mit den darin enthaltenen organischen Molekülen die präbiotische Chemie im frühen Sonnensystem angestoßen haben.

Chemie auf dem Mars
Die neue Studie ergänzt die im letzten Jahr gemachten Entdeckungen der größten organischen Moleküle, die jemals auf dem Mars gefunden wurden: langkettige Kohlenwasserstoffe, darunter Decan, Undecan und Dodecan.

„Das ist Curiosity und unser Team in Bestform. Dutzende von Wissenschaftlern und Ingenieuren waren nötig, um diesen Standort zu finden, die Probe zu entnehmen und diese Entdeckungen mit unserem großartigen Roboter zu machen“, sagte der Projektwissenschaftler der Mission, Ashwin Vasavada vom Jet Propulsion Laboratory der NASA in Südkalifornien. „Diese Sammlung organischer Moleküle stärkt erneut die Aussicht, dass der Mars in der fernen Vergangenheit Lebensraum geboten hat.“

Beide Ergebnisse wurden mit einem hochentwickelten Minilabor namens „Sample Analysis at Mars“ (SAM) erzielt, das sich im Unterbau von Curiosity befindet. Ein Bohrer am Ende des Roboterarms des Rovers zermahlt eine sorgfältig ausgewählte Gesteinsprobe zu Pulver und leitet dieses anschließend in das SAM-Labor, wo ein Hochtemperaturofen das Material erhitzt, wodurch Gase freigesetzt werden, die von den Instrumenten im Labor analysiert werden, um die Zusammensetzung des Gesteins zu bestimmen.

Darüber hinaus kann SAM sogenannte „Nasschemie“ durchführen, indem Proben in einen kleinen Becher mit Lösungsmittel gegeben werden. Die daraus resultierenden Reaktionen können größere Moleküle aufspalten, die sonst nur schwer nachzuweisen und zu identifizieren wären. Das Gerät verfügt zwar über mehrere solcher Becher, doch nur zwei enthalten Tetramethylammoniumhydroxid (TMAH), eine hochwirksame Lösung, die den wertvollsten Proben vorbehalten ist. Die Probe „Mary Anning 3“ war die erste, die TMAH ausgesetzt wurde.

Um die Reaktionen von TMAH mit außerirdischen Materialien zu überprüfen, testeten die Autoren der Studie die Technik auch auf der Erde mit einem Stück des Murchison-Meteoriten, einem der am besten untersuchten Meteoriten aller Zeiten. Der mehr als 4 Milliarden Jahre alte Murchison enthält organische Moleküle, die im frühen Sonnensystem verbreitet waren. Es zeigte sich, dass eine TMAH-behandelte Murchison-Probe viel größere Moleküle in einige der in Mary Anning 3 gefundenen Moleküle zerlegte, darunter Benzothiophen. Dieses Ergebnis bestätigt, dass die in Mary Anning 3 gefundenen Marsmoleküle durch den Abbau noch komplexerer, für das Leben relevanter Verbindungen entstanden sein könnten.

Curiosity setzte kürzlich seinen zweiten und letzten TMAH-Becher ein, während es netzartige Boxwork-Grate erkundete, die durch uraltes Grundwasser entstanden sind. Das Missionsteam wird diese Ergebnisse für eine künftige, von Fachkollegen begutachtete Veröffentlichung analysieren.

Wegweisend für zukünftige Missionen
SAM wurde vom Goddard Space Flight Center der NASA in Greenbelt, Maryland, entwickelt und basiert auf größeren Laborgeräten in kommerzieller Qualität. Um solch komplexe Geräte in den Rover zu integrieren, mussten die Ingenieure diese drastisch verkleinern und eine Möglichkeit finden, sie mit weniger Strom zu betreiben. Die Wissenschaftler mussten lernen, den Ofen von SAM über längere Zeiträume hinweg langsamer aufzuheizen, um einige dieser Experimente durchführen zu können.

„Es war schon eine Meisterleistung, überhaupt herauszufinden, wie man diese Art von Chemie zum ersten Mal auf dem Mars durchführen kann“, sagte Charles Malespin, der leitende Forscher für das Instrument am NASA Goddard und Mitautor der Studie. „Aber jetzt, da wir etwas Übung haben, sind wir bereit, ähnliche Experimente bei zukünftigen Missionen durchzuführen.“

In der Tat hat das NASA Goddard Space Flight Center mehrere Komponenten, darunter das Massenspektrometer, für eine Weiterentwicklung von SAM – den sogenannten „Mars Organic Molecular Analyzer“ – für den Marsrover „Rosalind Franklin“ der ESA (Europäische Weltraumorganisation) bereitgestellt. Ein ähnliches Instrument, das „Dragonfly Mass Spectrometer“, wird an Bord des NASA-Fluggeräts „Dragonfly“ den Saturnmond Titan erforschen. Beide Instrumente werden in der Lage sein, mit dem Lösungsmittel TMAH nasschemische Analysen durchzuführen.

Mehr über Curiosity
Curiosity wurde vom JPL gebaut, das vom Caltech in Pasadena, Kalifornien, geleitet wird. Das JPL leitet die Mission im Auftrag des NASA Science Mission Directorate in Washington als Teil des Mars-Erkundungsprogramms der NASA.

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• MSL Rover Curiosity – Mission auf dem Mars

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Quelle: GFZ.

17. Januar 2022 – Die Forschenden identifizierten zwei mögliche, gekoppelte Reaktionswege. Das lässt auch Rückschlüsse auf die Entwicklung des Lebens auf der Erde zu. Die Studie entstand unter Leitung von Andrew Steele von der Carnegie Institution for Science in Washington D.C., USA, unter Mitwirkung von Liane G. Benning vom Deutschen Geoforschungszentrum Potsdam (GFZ), der Diamond Light Source in Großbritannien, sowie der NASA und anderen. Sie ist jetzt im Fachmagazin Science erscheinen.

Organische Substanzen auf dem Mars und ihre Bedeutung für Mars- und Erdgeschichte
Schon bevor Sonden und Roboter zum Mars geflogen sind, lieferten Meteoriten des Nachbarplaneten Material für wissenschaftliche Untersuchungen. Der 1984 in der Antarktis gefundene Gesteinsbrocken Allan Hills (ALH) 84001 gilt als eines der ältesten bekannten Objekte auf der Erde, die ihren Ursprung auf dem Mars haben. In ihm wurden organische Substanzen gefunden, über deren Entstehung seither kontrovers diskutiert wird.

„Die Analyse des Ursprungs der Mineralien aus dem Meteoriten kann als Zugang dienen, um sowohl die geochemischen Prozesse, die früh in der Erdgeschichte stattfanden, als auch das Potenzial des Mars für die Bewohnbarkeit aufzudecken“, erklärt Andrew Steele, Erstautor der Studie, der bereits umfangreiche Forschungen über organisches Material in Marsmeteoriten durchgeführt hat und Mitglied der Wissenschaftsteams für die Mars-Rover Perseverance und Curiosity ist.

Organische Moleküle bestehen aus Kohlenstoff und Wasserstoff und können darüber hinaus Sauerstoff, Stickstoff, Schwefel und andere Elemente enthalten. Sie werden gemeinhin mit Leben in Verbindung gebracht, obwohl sie auch durch nicht-biologische Prozesse entstehen können, die als abiotische organische Chemie bezeichnet werden.

Als Ursprung der Organik im hier untersuchten Meteoriten kommen verschiedene abiotische Prozesse im Zusammenhang mit vulkanischer Aktivität, Einschlägen auf dem Mars oder der Wechselwirkung mit Wasser ebenso in Frage wie die Überreste alter Lebensformen auf dem Mars oder eine Kontamination durch die Bruchlandung auf der Erde.

Neue Untersuchungen eines großen internationalen Teams
Nun hat ein großes internationales Team um Andrew Steele von der Carnegie Institution for Science in Washington D.C., unter Mitwirkung von Liane G. Benning und anderen vom GFZ, die Identität, den Ursprung und die Bildungsmechanismen der organischen Stoffe von AHL 84001 erneut analysiert. Beteiligt waren auch das NASA Johnson Space Center, das NASA Ames Research Center und das Rensselaer Polytechnic Institute (alle USA), ebenso wie die Diamond Light Source (GB).

Die Forschenden untersuchten hauchdünn geschliffene Proben des Meteoriten und nutzten eine Reihe von hochentwickelten Probenvorbereitungs- und Analysetechniken, darunter Bildgebung und Spektroskopie im Nanomaßstab mittels Transmissionselektronenmikroskopie und Röntgenverfahren am Elektronensynchrotron inklusive Isotopenanalyse und Spektroskopie.

Die analysierten Substanzen lagen zum Teil in nur sehr geringen Konzentrationen vor. Das machte die Analytik sehr aufwändig. „Außerdem war es wichtig sicherzustellen, dass wir tatsächlich Substanzen vermessen, die auf dem Mars entstanden sind, und nicht während des Flugs zur Erde, bei oder nach der Landung oder gar bei unseren Experimenten“, betont Liane G. Benning, Leiterin der Sektion Grenzflächen-Geochemie des GFZ und Professorin an der FU Berlin. Sie forscht – unter anderem – seit über zehn Jahren mit Andrew Steele zu Meteoriten. „Durch co-lokalisierte, also genau am selben Probenort durchgeführte mikrospektroskopische Analysen im Nanomaßstab haben wir dokumentiert, wie die Mineralien in diesem Meteoriten mit einer CO₂-gesättigten Salzlösung reagierten und die Bildung von abiotischem Kohlenstoff auf dem Mars katalysierten.“

Abiotische Wechselwirkung zwischen Wasser und Gestein als Ursprung der organischen Moleküle
In der Tat fand das Team in den Proben des Mars-Meteoriten Hinweise auf Wechselwirkungen zwischen Wasser und Gestein, bei denen organische Moleküle entstanden sind. Diese Wechselwirkungen ähneln denen auf der Erde. Insbesondere deuten die Untersuchungen darauf hin, dass sich im Marsgestein zwei wichtige geochemische Prozesse abgespielt haben: Der eine, die sogenannte Serpentinisierung, tritt auf, wenn eisen- oder magnesiumreiche Eruptivgesteine chemisch mit zirkulierendem Wasser interagieren, ihre Mineralogie verändern und dabei Wasserstoff produzieren. Bei dem anderen, der sogenannten Karbonisierung, kommt es zu einer Wechselwirkung zwischen Gestein und leicht saurem Wasser, das gelöstes Kohlendioxid enthält, und zur Bildung von Karbonatmineralien.

Noch ist unklar, ob diese Prozesse durch die wässrigen Umgebungsbedingungen gleichzeitig oder nacheinander ausgelöst wurden. Die gefundenen Indizien deuten aber darauf hin, dass die Wechselwirkungen zwischen Wasser und Gestein nicht über einen längeren Zeitraum hinweg stattfanden. Offensichtlich ist jedoch, dass bei diesen Reaktionen organisches Material aus der Reduktion von Kohlendioxid entstand.

Diese mineralogischen Merkmale sind in Marsmeteoriten selten. Und während Karbonatisierung und Serpentinisierung bereits in orbitalen Untersuchungen des Mars nachgewiesen wurden und Karbonatisierung in anderen, weniger alten Marsmeteoriten gefunden wurde, ist dies der erste Fall, in dem beide Prozesse in Proben des alten Mars vorkommen.

Bedeutung für die Geschichte von Mars und Erde
Organische Moleküle wurden von Steele bereits in anderen Marsmeteoriten und bei seiner Arbeit mit dem SAM-Team (Sample Analysis at Mars) auf dem Curiosity-Rover nachgewiesen. Das deutet darauf hin, dass die abiotische Synthese organischer Moleküle während eines Großteils der Geschichte des Planeten Teil der Geochemie des Mars war.

„Diese Art von nicht-biologischen, geologischen Reaktionen sind für einen Pool von organischen Kohlenstoffverbindungen verantwortlich, aus denen sich Leben entwickelt haben könnte, und sie stellen ein Hintergrundsignal dar, das bei der Suche nach Beweisen für vergangenes Leben auf dem Mars berücksichtigt werden muss“, schließt Steele. „Wenn diese Reaktionen auf dem alten Mars stattgefunden haben, müssen sie auch auf der alten Erde stattgefunden haben und könnten möglicherweise auch die Ergebnisse erklären, die wir vom Saturnmond Enceladus haben. Für diese Art der organischen Synthese ist es ausreichend, wenn eine Sole, die gelöstes Kohlendioxid enthält, durch Eruptivgestein sickert. Die Suche nach Leben auf dem Mars ist nicht nur ein Versuch, die Frage „Sind wir allein?“ zu beantworten. Sie steht auch im Zusammenhang mit der frühen Erdumwelt und geht der Frage nach: ‚Woher kommen wir?‘.“

Originalstudie:
A. Steele, L.G. Benning, et al. Organic synthesis associated with serpentinization and carbonation on early Mars. Science. Vol. 375, 2022.
https://www.science.org/doi/10.1126/science.abg7905

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• ALH 84001 / Marsmeteorit

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Ein Beitrag von Ralph-Mirko Richter. Quelle: JPL, USGS, University of Leicester.

Nach einer etwas mehr als fünf Monate andauernden Untersuchungskampage hatte der von der US-amerikanischen Weltraumbehörde NASA betriebene Marsrover Curiosity Ende Februar 2015 seine Arbeiten bei der im Inneren des Gale-Kraters gelegenen Region „Pahrump Hills“ beendet. Am 1. März 2015, dem Sol 912 seiner Mission, sollte der Rover seine Fahrt fortsetzen und sich dabei zunächst durch ein schmales, mit dem Namen „Artist’s Drive“ belegtes Tal bewegen, bevor anschließend höher gelegene Regionen des im Inneren des Kraters gelegenen Zentralberges Aeolis Mons angesteuert werden (Raumfahrer.net berichtete).

Aufgrund eines nur wenige Stunden zuvor aufgetretenen technischen Problems konnte diese Fahrt allerdings nicht durchgeführt werden.

Noch am 28. Februar sollte ein Teil des zuvor im Rahmen einer am 26. Februar erfolgten Bohrung gewonnene Materials dem Instrumentenkomplex SAM – einem der beiden im Inneren des Rovers befindlichen Analyseinstrumente – zugeführt werden. Zwecks der Vorbereitung dieses Probentransfers wurde das Material zunächst durch das „Sample Manipulation System“ (kurz „SMS“) an das „Collection and Handling for Interior Martian Rock Analysis“ (kurz „CHIMRA“) weitergeleitet. Der CHIMRA-Komplex ist mit zwei Sieben ausgestattet, durch welche Partikel entweder kleiner als 150 Mikrometer oder aber kleiner als ein Millimeter aus einer gewonnenen Bodenprobe herausgefiltert werden können.

Diese so gesiebten Proben – so die übliche Vorgehensweise – werden anschließend in verschiedene Probenauffangbehälter befördert, von wo aus sie zwecks eingehender Untersuchungen an die beiden im Inneren des Rovers befindlichen Analyseinstrumente SAM und CheMin weiter transportiert werden können. Hierfür sind diese beiden Instrumente durch jeweils eine kleine Röhre mit der Oberseite der zentralen Struktur des Rovers verbunden. Der Transport des aufzubereitenden Materials zum CHIMRA wird dabei durch eine gesteuerte Dreh- und Schwenkbewegung des Roboterarm-Aufsatzes sowie durch gezielte Vibrationen kontrolliert.

Ein Kurzschluss stoppt die weiteren Aktivitäten
Von dem Rover zu seinem am Jet Propulsion Laboratory (JPL) der NASA in Pasadena/Kalifornien befindlichen Kontrollzentrum übermittelte Telemtriedaten zeigten jedoch am 1. März, das im Rahmen dieses Probenaufbereitungsprozesses ein Kurzschluss erfolgte. Gemäß seinen Sicherheitsprotokollen stoppte der Rover daraufhin sofort alle weiteren Aktivitäten und wartete stattdessen zunächst auf weiterführende Kommandos von seinem Kontrollzentrum.

„Wir wollen zunächst im aktuellen Zustand des Rovers weitere Tests durchführen, bevor wir seinen Arm bewegen oder gar weiterfahren“, so Jim Erickson, der Curiosity-Projektmanager vom JPL in einer Pressemitteilung vom 3. März. „Dies ist die beste Möglichkeit, um die Ursache des Kurzschlusses zu ergründen.“
Diese Ursache und die davon betroffenen Systembereiche könnte Auswirkungen auf den weiteren Betrieb des Rovers haben. In einigen Systemen würde ein solcher Kurzschluss die Funktion von Curiosity kaum beeinträchtigen. Ein Kurzschluss in kritischen Komponenten hätte dagegen zur Folge, dass der Rover zumindestens zunächst auf einige Funktionen verzichten müsste. Im schlimmsten Fall wäre sogar die weitere Fortsetzung der Mission gefährdet.

Die Ursache: Stromschwankung im Bohrsystem
Die während der letzten Woche erfolgten Diagnosetest ergaben schließlich, dass der Kurzschluss sehr wahrscheinlich durch eine kurzzeitig aufgetretene Stromschwankung ausgelöst wurde, deren Quelle in dem Schlagbohrmechanismus des Powder Acquisition Drill Systems (abgekürzt „PADS“) des Rovers zu finden ist.

Dieses Bohrsystem kann im Rahmen einer durchzuführenden Bohrung 1,6 Zentimeter durchmessende und – abhängig von der Zusammensetzung der anzubohrenden Bodenprobe – bis zu sechs Zentimeter tiefe Löcher in die Planetenoberfläche oder in Gesteine bohren. Die Umdrehungszahl des Bohrers liegt bei einem Bohrvorgang je nach gewählter Einstellung zwischen einer bis hin zu 150 Umdrehungen pro Minute. Neben der drehenden Bewegung kann der Bohrkopf des PADS bei einer erfolgenden Bohrung auch nach dem Prinzip einer Schlagbohrmaschine bis zu 30 mal pro Sekunde gegen das anzubohrende Gestein gehämmert werden, wodurch das Ziel effizienter zerkleinert und durchdrungen werden kann. Die dabei erreichte Aufschlagenergie kann zwischen 0,05 und 0,8 Joule variiert werden.

Zusätzlich wird dieser Schlagbohrmechanismus aber auch dazu genutzt, um eine auf einem der beiden Siebe platzierte Materialprobe ‚durchzurütteln‘ und so infolge der sich dabei ergebenden mechanischen Erschütterungen durch die Öffnungen der Siebe zu befördern. Der am 28. Februar erfolgte Kurzschluss trat bei genau dieser Vorgehensweise auf.

Bei einem Test am JPL konnte das wenige Tage zuvor auf dem Mars erfolgte Ereignis am 5. März erfolgreich reproduziert werden. Während eines Test, bei dem der Bohrer im Rahmen einer Schlagbohrbewegung auf und ab bewegt wurde, trat für einen Zeitraum von weniger als einer Hundertstel Sekunde eine minimale Stromschwankung auf. Diese kleine Schwankung, so die Ingenieure des JPL, war wahrscheinlich trotz ihres flüchtigen Charakters stark genug, um die Sicherheitsparameter des Rovers zu aktivieren.

„Nach weiteren Analysen, in deren Rahmen wir diese Diagnose bestätigen wollen, werden wir nach Wegen suchen, um derartige Ereignisse zukünftig vermeiden zu können“, so Jim Erickson in einer weiteren Presseerklärung vom vergangenen Freitag. Bei vorherigen nach dem gleichen Prinzip ablaufenden Aktionen wurden keine derartigen Probleme registriert. Positiv ist jedoch zu vermerken, dass die Sicherheitsparameter des Rovers anscheinend ‚fein genug‘ eingestellt sind, um selbst auf minimalste Abweichungen zu reagieren.

Die weitere Vorgehensweise
Diese gegenwärtige ‚Auszeit‘ hat lediglich Auswirkungen auf die Fortsetzung der Fahrt, auf den Einsatz der am Instrumentenarm montierten Instrumente MAHLI und APXS und auf die geplanten Materialanalysen durch das SAM-Instrument. Die anderen wissenschaftichen Instrumente waren dagegen auch in den vergangenen Tagen aktiv und haben Messdaten gesammelt beziehungsweise Fotoaufnahmen erstellt.

Als nächstes will das für den Betrieb des Rovers verantwortliche Team zunächst den Instrumentenarm minimal bewegen. Anschließend soll dann überprüft werden, ob nach dieser Neuausrichtung eventuell ein erneuter Kurzschluss auftritt. Sollte dieser Fall nicht eintreten – und davon wird ausgegangen – so soll die Probenaufbereitung und anschließende Weiterleitung an das SAM-Instrument fortgesetzt werden. Sollte auch dabei alles wie vorgesehen ablaufen, dann soll der Marsrover Curiosity seine Fahrt bereits im Verlauf der kommenden Woche fortsetzen. Großartige ‚Geländegewinne‘ wird es dabei aber auch in der nächsten Zukunft nicht geben.

„Wir werden mehr Zeit an [aus wissenschaftlicher Sicht] interessanten Stellen verbringen, als das wir fahren“, so Dr. John Bridges von der University of Leicester, einer der an der Curiosity-Mission beteiligten Wissenschaftler.
Bis zum heutigen Tag, dem Sol 919 seiner Mission, hat der Marsrover Curiosity bereits mehr als zehn Kilometer auf der Marsoberfläche zurückgelegt. Dabei hat der Rover mit seinen Kamerasystemen inzwischen 221.015 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 Ralph-Mirko Richter. Quelle: JPL, AGU, Science.

Die Atmosphäre des Mars besteht hauptsächlich aus Kohlenstoffdioxid, welches dort im Durchschnitt mit einem Mengenanteil von 95,32 Prozent vertreten ist. Des weiteren enthält sie 2,7 Prozent Stickstoff, rund 1,6 Prozent Argon und geringe Anteile an Sauerstoff (1.300 ppm), Kohlenstoffmonoxid (800 ppm) und Wasserdampf (210 ppm). Anfang des Jahres 2003 gelang einem von Dr. Michael Mumma vom Goddard Space Flight Center (GSFC) der NASA geleitetem Team zudem der Nachweis von geringen Mengen an Methan in der Atmosphäre unseres äußeren Nachbarplaneten. Diese Messungen, welche mittels spektroskopischer Untersuchungen unter der Verwendung verschiedener irdischer Großteleskope gelangen, konnte im Jahr 2004 durch Messungen des von der europäischen Weltraumagentur ESA betriebenen Marsorbiters Mars Express bestätigt werden.

Die Messungen deuteten darauf hin, dass das Methan zum Messzeitpunkt nicht gleichmäßig in der Atmosphäre verteilt war. Vielmehr konzentrierte es sich auf eine 2.500 Kilometer durchmessende Region in der Nähe des Marsäquators. Laut den Berechnungen der beteiligten Wissenschaftler wurden dabei in den Regionen Terra Sabaea, Nili Fossae und Syrtis Major etwa 19.000 Tonnen des Gases freigesetzt. Die Freisetzung des Methan muss dabei erst kurz zuvor erfolgt sein, denn unter den in der Marsatmosphäre vorherrschenden Bedingungen wird dieses Gas relativ schnell unter anderem durch die fast ungehindert auf den Planeten einfallende UV-Strahlung in seine einzelnen chemischen Bestandteile zerlegt. Auch die auf der Marsoberfläche anscheinend weitläufig vorhandenen Perchlorate sind durch ihre aggressiven Eigenschaften für den relativ schnell erfolgenden Abbau von organischen Verbindungen – und somit auch für den Abbau von Methan – verantwortlich.

Obwohl die Methanvorkommen auf dem Mars in den folgenden Jahren von verschiedenen Wissenschaftlerteams bestätigt werden konnten, galt dessen Vorhandensein aus wissenschaftlicher Sicht jedoch keineswegs als endgültig gesichert, denn andere Teams konnten die gesammelten Daten bei ihren Untersuchungen nicht eindeutig bestätigen beziehungsweise kamen dabei sogar zu negativen Ergebnissen. Der Hauptgrund für die unterschiedlichen Resultate dürfte darin liegen, dass sich die Menge des in der Marsatmosphäre enthaltenen Methans mit einer Konzentration von lediglich etwa 10,5 ppb hart an der Nachweisgrenze der bisher zur Untersuchung der Marsatmosphäre zur Verfügung stehenden Instrumente befindet.

Dies hat sich jedoch vor zwei Jahren geändert, als am 6. August 2012 der von der US-amerikanischen Weltraumbehörde NASA betriebene Marsrover Curiosity auf der Oberfläche unseres Nachbarplaneten landete. Bei einem der zehn wissenschaftlichen Instrumente des Marsrovers handelt es sich um das Instrument Sample Analysis at Mars (kurz „SAM“). Das SAM setzt sich aus drei einzelnen Messinstrumenten zusammen, von denen eines – das Tunable Laser Spectrometer (kurz „TLS“) – für die Ermittlung der chemischen Bestandteile der Marsatmosphäre und der Bestimmung von deren Mengenanteilen eingesetzt werden kann. Bereits bei kurzen und entsprechend ‚oberflächlichen‘ Messungen ist das TSL in der Lage, Methan bis zu einer Konzentration von einem ppb nachzuweisen. Im Rahmen von länger andauernden Messungen kann Methan dagegen sogar bis zu einer Konzentration von lediglich 50 bis 100 Molekülen pro Billion Luftmolekülen nachgewiesen werden.

Schwankende Methankonzentrationen…
Während der ersten 20 Monate der Mission wurde das TSL insgesamt 13 mal genutzt, um in der Marsatmosphäre intensiv nach Methanvorkommen zu suchen. Bei den meisten dieser Messungen wurde von dem Instrument eine durchschnittliche Methankonzentration von lediglich etwa 0,7 Methanmolekülen pro Milliarde Luftmolekülen nachgewiesen. Dies entspricht einem Wert, welcher etwa 4.000 mal geringer ausfällt als die Methankonzentration in der irdischen Atmosphäre. Bei vier Messkampagnen, welche Ende 2013 und Anfang 2014 in einem Zeitraum von 60 Sols durchgeführt wurden, konnte das TSL jedoch zur Überraschung der beteiligten Planetenforscher einen zehn Mal höheren Wert von sieben Methanmolekülen pro Milliarde Luftmolekülen registrieren. Das ist zwar immer noch wenig – ist aber nicht mehr allzu weit von dem Wert entfernt, den die Wissenschaftler bereits vor etwa zehn Jahren ermitteln konnten.

„Dieser temporären Veränderungen in der Methankonzentration – erst scharf ansteigend und dann wieder abfallend – zeigt uns, dass es irgendwo in der näheren Umgebung eine lokale Quelle für das Methan geben muss“, so Sushil Atreya von der University of Michigan über die Bedeutung dieser Messergebnisse. Unklar ist für die Marsforscher dabei allerdings nach wie vor, durch welche Vorgänge das Methan freigesetzt wird.

Als mögliche Quellen für den Methannachschub auf dem Mars kommen verschiedene geologische Prozesse wie zum Beispiel vulkanische Aktivitäten oder eine Wechselwirkung zwischen tief im Untergrund befindlichen Wasservorkommen und Gesteinen in Frage. Eine weitere denkbare Erklärung für die Methanvorkommen auf dem Mars sind zudem Meteoriten und interplanetare Staubpartikel, welche regelmäßig auf die Oberfläche unseres Nachbarplaneten gelangen. Besonders interessant ist das Methan jedoch auch für die Exobiologen, von denen einige die Meinung vertreten, dass für das Methan in der Marsatmosphäre auch ein biologischer Ursprung in Frage kommen könnte. Immerhin sind methanproduzierende Mikroorganismen auf unserem Heimatplaneten für etwa 90 bis 95 Prozent des hier in der Atmosphäre befindlichen Methans verantwortlich.

Auffällig ist zudem, dass die Methanvorkommen anscheinend jahreszeitlichen Schwankungen unterliegen – wie bereits in den Jahren 2003 und 2004 wurde das Methan auf dem Mars auch bei den kürzlich erfolgten Curiosity-Messungen während des dortigen Sommers auf der nördlichen Marshemisphäre nachgewiesen – und zudem anscheinend mit den täglichen Veränderungen des Wasserdampfgehaltes in der Atmosphäre korrelieren.
Die lediglich rund 60-tägige Dauer des Events, die dabei gegebenen unterschiedlichen Methankonzentrationen bei verschiedenen Tages- und Nachtzeiten sowie das dann plötzlich erfolgende Abklingen legen für die Curiosity-Messungen eine spontane und nur kurzzeitig erfolgende Freisetzung des Methans nahe, welche dabei in einem Gebiet erfolgte, das sich nördlich des damaligen Standortes des Rovers befand. Dies ergibt sich aus einer Auswertung der Daten der Wetterstation REMS, welche unter anderem auch die im Gale-Krater – dem Operationsgebiet des Rovers – auftretenden Windrichtungen und -geschwindigkeiten analysiert. Als Quelle kommt somit für die Wissenschaftler am ehesten ehemals in einem unterirdischen Reservoir eingeschlossenes und dann plötzlich freigesetztes Methan in Frage.

…und organische Verbindungen
Bei der Analyse einer Bohrprobe, welche bereits im Mai 2013 bei einer Bodenformation namens „Cumberland“ entnommen wurde , gelang den an der Curiosity-Mission beteiligten Wissenschaftlern zudem der Nachweis von verschiedenen organischen Verbindungen. Hierbei, so das zuständige Team, handelt es sich um den ersten eindeutigen Nachweis von organischem Material auf dem Mars. Die Wissenschaftler hatten die unter anderem ebenfalls mit dem SAM-Instrument gewonnenen Daten zunächst über mehrere Monate hinweg ausführlich ausgewertet und dabei auch festgestellt, dass einige der dabei entdeckten organischen Verbindungen keineswegs vom Mars stammen, sondern als ‚blinde Passagiere‘ von der Erde zusammen mit dem Rover zum Mars gelangt sind. Bei mehreren anderen Verbindungen sei es jedoch ausgeschlossen, dass es sich um Kontaminierungen durc´h von derr Erde eingeschleppte Substanzen handelt.

Die Suche nach derartigen kohlenstoffhaltigen organischen Verbindungen, welche als die ‚chemischen Grundbausteine des Lebens‘ betrachtet werden, ist eines der erklärten Hauptziele der Mission des Marsrovers Curiosity. Allerdings, so die Planetenforscher, sei es bisher unklar, ob die jetzt registrierten Verbindungen dann letztendlich auch wirklich ursprünglich auf dem Mars entstanden sind oder ob sie beispielsweise durch Meteoriten auf dessen Oberfläche verfrachtet wurden.
Deuterium und Wasserstoff
Mit den Instrumenten des Rovers wurden zudem diverse Gesteinsproben analysiert wobei sich das Augenmerk der Wissenschaftler auf die darin enthaltenen Wassermoleküle und das sich dabei ergebende Verhältnis von Wasserstoff zu Deuterium richtete. Einzelne Wassermoleküle unterscheiden sich durch die jeweilige Isotopenzusammensetzung des Wasserstoffs. Es existieren drei Isotope des Wasserstoffs, welche sich durch die Anzahl der in den Wasserstoffatomen enthaltenen Neutronen unterscheiden. „Normaler“ Wasserstoff enthält kein Neutron. „Schwerer“ Wasserstoff – auch als Deuterium bekannt – enthält in seinem Atomkern ein Neutron und ein Proton. Der „überschwere“ Wasserstoff – Tritium genannt – verfügt in seinem Kern sogar über zwei Neutronen.

In dem auf unserem Heimatplaneten befindlichen Wasservorräten kommt auf etwa 6.400 Wassermoleküle mit „normalen“ Wasserstoff ein Molekül, welches Deuterium enthält. Die von Curiosity gemessenen Anteile von Deuterium in den Marsgesteinen fallen rund drei mal höher aus als vergleichbare Anteile im irdischen Wasser, was laut den beteiligten Wissenschaftlern auf eine in der Vergangenheit erfolgte kontinuierliche Anreicherung schließen lässt. Eine solche Anreicherung könnte sich beispielsweise ergeben haben, indem der „normale“ Wasserstoff im Verlauf der Jahrmilliarden stetig aus der immer dünner werdenden Marsatmosphäre entwich, während das „schwerere“ Deuterium erhalten blieb.

Die Daten von Curiosity legen nahe, dass der Mars bereits vor der Entstehung der im Mai 2013 im Bereich von „Cumberland“ analysierten Gesteine vor mehr als drei Milliarden Jahren einen Großteil seines Wassers verloren haben muss. Auch in der Folgezeit, so die bisherigen Ergebnisse, hat sich dieser mit dem Verlust der Atmosphäre einhergehende Wasserverlust fortgesetzt.

Weitere Untersuchungen sind notwendig
Die an der Curiosity-Mission beteiligten Wissenschaftler betonen ausdrücklich, dass die aktuellen Erkenntnisse über das Methan oder über die dortigen organischen Verbindungen keine Antwort auf die Frage liefern, ob es irgendwann in der Vergangenheit einmal Leben auf unserem Nachbarplaneten gegeben hat. Die Resultate dieser Forschungen enthüllen allerdings eine Vielzahl an Details über diesen bis in die Gegenwart chemisch und geologisch aktiven Planeten sowie über die einstmals dort gegebenen lebensfreundlicheren Bedingungen. Gewissheit hierzu werden jedoch erst weitere Untersuchungen liefern können…

„Wir werden auch weiterhin mit diesen Entdeckungen arbeiten, die immer noch ein Rätsel für uns darstellen“, so John Grotzinger, der leitende Projektwissenschaftler der Curiosity-Mission vom California Institute of Technology (CIT) in Pasadena. „Können wir noch mehr über die aktive Chemie lernen, die für diese Schwankungen im Methangehalt der Atmosphäre verantwortlich ist? Und können wir Ziele für weitere Analysen identifizieren, in denen sich bestimmbare organischen Verbindungen erhalten haben könnten?“
Diese hier nur kurz vorgestellten Erkenntnisse der Curiosity-Mission wurden der Öffentlichkeit am gestrigen Tag im Rahmen der alljährlichen Herbsttagung der American Geophysical Union (AGU) präsentiert, welche vom 15. bis zum 19. Dezember 2014 in San Francisco/Kalifornien stattfindet. Parallel dazu wurden von den beteiligten Wissenschaftlern mehrere Artikel in Fachzeitschriften publiziert.
Bis zum heutigen Tag, dem Sol 841 seiner Mission, hat der Marsrover Curiosity fast zehn Kilometer auf der Marsoberfläche zurückgelegt. Dabei hat der Rover mit seinen Kamerasystemen inzwischen 206.976 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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• Aktuelle Diskussion zu Curiosity

Fachartikel von C. Webster et al.:

• Mars methane detection and variability at Gale Crater (Science – Abstract, engl.)

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

Während der letzten Tage hat sich der von der US-amerikanischen Weltraumbehörde NASA betriebenen Marsrover Curiosity in kleinen Schritten stetig in die grob südwestliche Richtung bewegt. Vor, während und nach diesen Fahrten wurden diverse Untersuchungen durchgeführt. Nach der bisher letzten Fahrt über eine Distanz von knapp 11 Metern, welche am 23. Januar 2014 erfolgte, wurden so zum Beispiel am gestrigen Tag die MastCam, die ChemCam und die MAHLI-Kamera eingesetzt.

Anschließend, so die ursprüngliche Planung, sollte sich der Rover eigentlich um rund 22 weitere Meter in die südliche Richtung bewegen. Diese Fahrt wurde allerdings kurzfristig gestrichen, da sich die an der Mission beteiligten Wissenschaftler und die für die Steuerung von Curiosity verantwortlichen Roverdriver für eine neue Route entschieden haben.

Am heutigen Tag sollen stattdessen zunächst „Fernerkundungen“ mit den Kamerasystemen und verschiedene direkte Untersuchungen von in der unmittelbaren Umgebung gelegenen Zielen auf der Planetenoberfläche durchgeführt werden. Hierbei sollen neben der Mikroskopkamera und dem ChemCam-Spektrometer auch das APX-Spektrometer zum Einsatz kommen.

Eine neue Route
Für den morgigen Tag ist dann eine weitere Fahrt vorgesehen, welche diesmal über eine Distanz von rund 24 Metern in die westliche Richtung führen soll. In dieser Richtung befindet sich das „neue“ Ziel von Curiosity – eine kleine „Lücke“ zwischen zwei flachen Erhebungen auf der Marsoberfläche. Diese mit dem Namen „Dingo Gap“ belegte Formation befindet sich rund 75 Meter vom aktuellen Standort entfernt.

Als Grund für diese kurzfristige Neuplanung der Route, welche als Fernziel allerdings auch weiterhin die Basis des im Inneren des Gale-Kraters gelegenen Zentralberges Aeolis Mons zum Ziel hat, wird das zukünftig zu passierende Gelände genannt. Hinter „Dingo Gap“, so die für die Planung verantwortlichen Missionsmitarbeiter, befindet sich ein Gelände, welches für den Rover leichter und sicherer zu passieren sein wird als das Gelände auf der ursprünglich vorgesehenen Route, welche vom aktuellen Standort aus in die grob südwestliche Richtung zeigte.

Am 27. Januar soll schließlich mit dem Tunable Laser Spectrometer, einem der drei Messinstrumente des SAM-Instrumentenkomplexes, eine erneute Analyse der Marsatmosphäre durchgeführt werden (Raumfahrer.net berichtete über frühere Messungen).

Bis zum heutigen Tag, dem „Sol“ 523 seiner Mission, hat der Marsrover Curiosity eine Distanz von mehr als 4.800 Metern auf der Oberfläche des Mars zurückgelegt. Seit dem Erreichen unseres Nachbarplaneten haben die Kamerasysteme von Curiosity zudem mehr als 114.200 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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Ein Beitrag von Ralph-Mirko Richter. Quelle: JPL, USGS, Malin Space Science Systems. Vertont von Peter Rittinger.

Bereits am 2. Oktober 2012, dem Sol 56 der Mission, erreichte der von der US-amerikanischen Weltraumbehörde NASA betriebene Marsrover Curiosity durch eine Fahrt über eine Entfernung von rund sechs Metern ein kleines, etwa 2,5 x 5 Meter durchmessendes Feld aus lockerem Sand und Staubablagerungen. Im Bereich dieser mit dem Namen „Rocknest“ belegten Sanddüne, so die Entscheidung der an der Mission beteiligten Wissenschaftler und Ingenieure, wurde in den folgenden Wochen ein weiterer, für den Gesamterfolg der Mission überaus wichtiger Schritt vollzogen. Neben weiteren Instrumententests und den damit verbundenen Kalibrierungsarbeiten wurde in diesem Bereich des Gale-Kraters erstmals der an der Frontseite des Rovers befindliche Instrumentenarm eingesetzt.

Das am Ende dieses Armes befindliche Probenentnahmesystem entnahm während der letzten Wochen insgesamt fünf Bodenproben, von denen die letzten beiden nach entsprechenden Aufbereitungsarbeiten den beiden im Innereren des Rovers befindlichen Analyseinstrumenten CheMin und SAM zugeführt und durch diese Instrumente untersucht wurden. Diese zeitaufwändigen Aktivitäten, welche ein Bestanteil der auch gegenwärtig immer noch andauernden Phase der Inbetriebnahme des Rovers sind, wurden Ende der letzten Woche beendet.

Die Fahrt wird fortgesetzt

Am 16. November, dem Sol 100 der Mission, wurden die Räder von Curiosity nach einer Zeitdauer von 44 Sols erstmals wieder bewegt. Im Rahmen dieser Fahrt überbrückte der Rover eine Distanz von 1,9 Metern. Durch diese relativ geringfügige Positionsveränderung gelang ein auf der Marsoberfläche befindlicher Gesteinsbrocken in die Reichweite des Instrumentenarms. „Rocknest 3“, so die Bezeichnung dieses Felsens, wurde zwei Tage später mit dem APX-Spektrometer untersucht. Durch die zwei dabei erfolgenden Messungen, welche jeweils 10 Minuten andauerten, konnten die an der Mission beteiligten Wissenschaftler Daten über die chemische Zusammensetzung dieses Felsblocks gewinnen.

Noch am selben Tag setzte Curiosity seinen Weg mit einer Fahrt über eine Distanz von 25,3 Metern in die östliche Richtung fort und erreichte dabei eine mit dem Namen „Point Lake“ versehene Region, welche in den kommenden Tagen eingehender untersucht werden soll. Auch diese Vorgehensweise einer erfolgten Bodenuntersuchung und einer noch am selben Tag erfolgenden Fortsetzung der Fahrt stellt eine Premiere für die Curiosity-Mission dar.

„Wir haben schon öfter direkte Untersuchungen [der Marsoberfläche] durchgeführt und wir sind auch schon häufiger über längere Strecken gefahren, aber dies war das erste Mal, dass wir beide Aktionen am selben Tag durchgeführt haben“, so Michael Watkins, der Missionsmanager der Curiosity-Mission vom Jet Propulsion Laboratory der NASA in Pasadena/Kalifornien. „Es ist ein gutes Zeichen, dass das Rover-Team mittlerweile auch komplexe Operationsabläufe planen und anschließend erfolgreich umsetzen kann.“
Der morgige Donnerstag ist in den USA ein mit einem verlängerten Wochenende verbundener Feiertag. Dieses jetzt anstehende Thanksgiving-Wochenende wollen die Wissenschaftler nicht für weitere Fahrten, sondern vielmehr für die Gewinnung weiterer Daten nutzen. Neben den standardmäßig erfolgenden Messungen der Instrumente REMS, RAD und DAN sind dabei in erster Linie diverse Bildaufnahmen vorgesehen. Speziell die Hauptkamera des Rovers, die MastCam, soll dabei das östlich des jetzigen Standortes befindliche Gebiet abbilden.

Diese geplanten Aufnahmen dienen der Festlegung der zukünftigen Fahrtroute und der Suche nach weiteren potentiellen Untersuchungsobjekten für die verschiedenen Instrumente des Rovers. Oberste Priorität hat dabei die Suche nach einem Gesteinsbrocken, bei dem dann erstmals der ebenfalls zum Probenentnahmesystem gehörige Gesteinsbohrer eingesetzt werden soll. Erst nach dem erfolgreiche Einsatz dieses Bohrers und der damit verbundenen Zuführung der dabei gewonnenen Proben zu den Analyseinstrumenten wird die Phase der Inbetriebnahme des Rovers abgeschlossen sein.

SAM-Analysen der Region Glenelg

Obwohl Curiosity die Region Glenelg inzwischen hinter sich gelassen hat, können die Analysen der dort entnommenen Bodenproben im Bedarfsfall auch in den kommenden Tagen fortgesetzt werden, denn in der kleinen, lediglich 4,5 x 7 Zentimeter abmessenden Schaufel des Probenentnahmesystems befinden sich immer noch Reste der am 9. November (Sol 93 ) entnommenen fünften Bodenprobe.

Paul Mahaffy vom Goddard Space Flight Center, der für das SAM-Instrument hauptverantwortliche Wissenschaftler, äußerte sich bereits am 13. November 2012 im Rahmen einer Pressemitteilung des JPL folgendermaßen zu den vorläufigen Untersuchungsergebnissen: „Wir haben im Rahmen unserer Untersuchungen dieser ersten Bodenprobe [durch das SAM-Instrument] aussagekräftige Daten erhalten, welche jetzt allerdings erst einmal analysiert werden müssen.“

Bis zu der Beendigung der Analysen dieser ersten Daten werden voraussichtlich noch mehrere Wochen vergehen. Erst nach dem Abschluss dieser Untersuchungen werden die beteiligten Wissenschaftler definitive Aussagen über die chemische Zusammensetzung der zuvor untersuchten Probe und damit eventuell verbundene Entdeckungen tätigen können. Und erst dann wir sich zeigen, ob Curiosity wirklich – wie während der letzten zwei Tage mehrfach im Internet und in Printmedien berichtet – eine Entdeckung gelang, welche einen „Einzug in die Geschichtsbücher“ finden wird. Diese Meldungen basieren allerdings nicht auf einer offiziellen Meldung der NASA, sondern ausschließlich auf einem Interview mit John Grotzinger, einem der für die Mission hauptverantwortlichen Wissenschaftler.

Getrübter Horizont

Neben dem umliegenden Gelände ist in dieser am 16. November erstellten Panoramaaufnahme der Navigationskameras auch ein Ausschnitt des Himmels erkennbar. Dieser hat sich in den letzten Tagen im Vergleich zu vorherigen Aufnahmen deutlich eingetrübt. Der Grund hierfür ist nicht etwa ein Problem mit der Kamera, sondern vielmehr das gegenwärtige Wettergeschehen auf dem Mars. In den letzten zwei Wochen wurde das globale Wetter auf dem Mars durch das Einsetzen der diesjährigen Staubsturmsaison über der nördlichen Planetenhemisphäre geprägt. Mehrere größere Staubstürme bildeten sich in der nördlichen Tiefebene und zogen von dort aus in die weiter südlich gelegenen Regionen Chryse Planitia, Isidis Planitia und Elysium Planitia. Letztere befindet sich unmittelbar nördlich des Gale-Kraters – des Operationsgebietes von Curiosity.
Diese Entwicklung hat allerdings keine negativen Auswirkungen auf Curiosity, welcher ausschließlich durch einen Radioisotopengenerator mit Energie versorgt wird und somit im Gegensatz zu seinen Vorgängern Sojourner, Spirit und Opportunity nicht vom Sonnenlicht abhängig ist.

Bis zum heutigen Tag, dem Sol 105 der Mission, hat der Marsrover Curiosity eine Distanz von rund 510 Metern auf der Oberfläche unseres Nachbarplaneten zurückgelegt. Dabei haben die Kamerasysteme des Rovers mittlerweile über 24.900 Bilder aufgenommen und an das Roverkontrollzentrum des JPL übermittelt. Diese Bilder sind für die interessierte Öffentlichkeit auf einer speziellen Internetseite des JPL einsehbar.

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

Während der letzten Wochen war der von der US-amerikanischen Weltraumbehörde NASA betriebene Marsrover Curiosity hauptsächlich damit beschäftigt, im Bereich der im Inneren des Gale-Kraters gelegenen Region „Rocknest“ mit seinem CHIMRA-Probenentnahmesystem Bodenproben von der Marsoberfläche zu entnehmen und erste Analysen durch zwei im Inneren des Rovers platzierte Messinstrumente vorzubereiten (Raumfahrer.net berichtete).

Teile der entnommenen Proben wurden dabei zuerst gesiebt, bevor sie in das Innere des CheMin-Spektrometers weitergeleitet wurden. Durch den Einsatz eines Siebes wurde dabei sichergestellt, dass die Proben keine Partikel beinhalten, welche größer als 0,15 Millimeter – dies entspricht in etwa der Dicke eines menschlichen Haares – sind.

Die an das CheMin gelieferten Proben setzten sich nach der Einschätzung der Marsforscher aus zwei verschiedenen Komponenten zusammen. Zum einen handelt es sich um feine Staubpartikel, welche in der Vergangenheit durch globale Staubstürme von anderen Orten des Mars in das Innere des Gale-Kraters verfrachtet wurden. Zum anderen handelt es sich um feine Sandkörner, welche lokalen Ursprungs sein dürften.

Laut den Wissenschaftlern der NASA ist diese Materialzusammensetzung repräsentativ für die in der Gegenwart auf der Marsoberfläche ablaufenden Prozesse. Anders als im Fall der vor mehreren Wochen entdeckten Gesteinskonglomerate, welche ein eindeutiger Hinweis auf eine vor mehreren Milliarden von Jahren erfolgte Interaktion der Marsoberfläche mit fließendem Wasser sind (Raumfahrer.net berichtete), soll das neu zu untersuchende Material Auskünfte über die eher in der jüngeren Vergangenheit erfolgte Entwicklung der Planetenoberfläche liefern.

Das CheMin nutzt für seine Messungen die Effekte der Röntgenbeugung und der Röntgenfluoreszenz. Hierbei wird die innere Struktur der in der Probe enthaltenen Minerale bestimmt, welche auf eine charakteristische Art und Weise mit den von CheMin ausgesandten Röntgenstrahlen interagieren. Diese Methode ermöglicht es den beteiligten Wissenschaftlern, die in den zu untersuchenden Bodenproben enthaltenen Minerale mit einer noch nie zuvor auf dem Mars erreichten Genauigkeit zu bestimmen. Die bei diesem ersten Einsatz gewonnenen Erkenntnisse wurden gestern Abend von der NASA im Rahmen einer Pressekonferenz bekannt gegeben.

„Weite Bereiche der Marsoberfläche sind mit einer dünnen Staubschicht bedeckt. Bisher hatten wir nur eine ungenaue Vorstellung von dessen mineralogischen Zusammensetzung“, so David Bish von der Indiana University in Bloomington/USA, einer der am CheMin-Instrument beteiligten Wissenschaftler. „Jetzt wissen wir, dass der Staub basaltischem Material ähnelt und signifikante Mengen an Feldspat, Pyroxen und Olivin enthält. Etwa die Hälfte der untersuchten Probe setzt sich zudem aus nicht kristallinem Material wie zum Beispiel vulkanischem Glas oder dessen Verwitterungsprodukten zusammen.“

Diese ersten Messergebnisse decken sich mit den ursprünglichen Vermutungen der Wissenschaftler über die im Inneren des Gale-Kraters anzutreffenden Ablagerungen und stützen dabei auch die These, nach welcher der Mars in seiner Frühzeit eine „feuchte Periode“ durchlief. Die zuvor entdeckten alten Gesteine deuten auf das frühere, längerfristige Vorhandensein von Fließgewässern hin, während die jüngeren Böden in erster Linie durch vulkanische Aktivitäten geformt wurden und seit ihrer Entstehung bestenfalls einen kurzfristigen Kontakt mit flüssigem Wasser gehabt haben dürften.

Laut den an der Curiosity-Mission beteiligten Wissenschaftlern weist die durch das CheMin untersuchte Probe von ihrer Zusammensetzung her starke Ähnlichkeiten mit den Böden auf, welche durch die Vulkane auf der Inselgruppe Hawaii im Pazifischen Ozean gebildet wurden. Auf seinem zukünftigen Weg zu der Basis des Aeolis Mons, dem im Inneren des Gale-Kraters gelegenen Zentralberg, wird Curiosity auch die Ausläufer eines Dünenfeldes passieren, welches sich aus auffallend dunklen Sanddünen zusammensetzt. Solche „Dunklen Dünenfelder“ bestehen in erster Linie aus Material, welches sich im Rahmen von vulkanischen Aktivitäten gebildet hat (Raumfahrer.net berichtete). Spätestens in diesem Bereich sollte das CheMin-Instrument also weitere Indizien auf die Hinterlassenschaften vulkanischer Aktivitäten nachweisen können.

„Wir hatten in der Vergangenheit viele Diskussionen über die vermutliche mineralogische Zusammensetzung des Marsbodens“, so David Blake vom Ames Research Center der NASA in Moffett Field/USA, der leitende Wissenschaftler des CheMin. „Unsere quantitativen Ergebnisse dieser ersten Röntgenbeugungsanalyse liefern eine verbesserte und in einigen Fällen auch neue Identifikation der enthaltenen Minerale. Unser Team ist von der Qualität der Messwerte begeistert. Die Erwartungen bezüglich weiterer Daten, welche durch das CheMin in den kommenden Monaten gesammelt werden sollen, sind dadurch noch größer geworden.“

Für die kommenden Tage ist die Entnahme einer weiteren Bodenprobe vorgesehen, welche dann dem SAM-Instrument, einem weiteren im Inneren des Rovers befindlichen Analyseinstrument, zugeführt werden soll. Im Gegensatz zum CheMin, welches ausschließlich die mineralogische Zusammensetzung einer Probe ermitteln kann, ist das SAM in der Lage, die chemischen Bestandteile der Bodenprobe zu analysieren.

Eines der drei Einzelinstrumente des SAM, das „Tunable Laser Spectrometer“ (kurz „TLS“), wurde bereits am 28. Oktober dazu eingesetzt, um die Zusammensetzung der Marsatmosphäre zu ermitteln. Über die dabei gesammelten Daten wurde bisher allerdings noch nichts mitgeteilt.

Bis zum heutigen Tag, dem Sol 84 der Mission, hat der Marsrover Curiosity eine Distanz von 484 Metern auf der Oberfläche unseres Nachbarplaneten zurückgelegt. Dabei haben die Kamerasysteme des Rovers mittlerweile über 21.600 Bilder aufgenommen und an das Roverkontrollzentrum des Jet Propulsion Laboratory (JPL) in Pasadena/Kalifornien übermittelt. Diese Bilder sind für die interessierte Öffentlichkeit auf einer speziellen Internetseite des JPL einsehbar.

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Der Beitrag Curiosity: Erste Ergebnisse des CheMin liegen vor erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

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

Der Marsrover Curiosity ist auch weiterhin damit beschäftigt, im Bereich der Region „Rocknest“ im Inneren des Gale-Kraters mit seinem CHIMRA-Probenentnahmesystem Bodenproben von der Marsoberfläche zu entnehmen. Die Entnahme der dritten Bodenprobe erfolgte dabei bereits am 16. Oktober 2012, dem Sol 70 der Mission. Teile der Probe wurden nach der Entnahme auf einem 78 Millimeter durchmessenden, an der Frontseite des Rovers befestigten Beobachtungstablett platziert und dort unter anderem mit der MAHLI-Kamera abgebildet. Der Rest der Probe wurde am 17. Oktober dem in Inneren des Rovers befindlichen CheMin-Spektrometer zugeführt.

„Mit der erstmaligen Zuführung einer Probe an das CheMin-Spektrometer erreichen wir einen weiteren Meilenstein im Verlauf dieser Mission“, so John Grotzinger vom California Institute of Technology, der für die Curiosity-Mission verantwortliche Projekt-Wissenschaftler der NASA. „Dieses Instrument ermöglicht uns die Identifikation von Mineralien auf dem Mars mit einer bisher noch nie zuvor erreichten Genauigkeit. Die exakte Bestimmung der auf der Marsoberfläche befindlichen Mineralien erlaubt wiederrum Rückschlüsse auf die Umweltbedingungen, welche einstmals bei ihrer Bildung vorherrschten.“ Genau dies – die Klärung der Frage, ob der Mars einstmals über Bedingungen verfügte, welche theoretisch die Entstehung von Leben ermöglichten – ist eines der wissenschaftlichen Ziele der Mission.

Am 20. Oktober, dem Sol 74, entnahm der Rover schließlich mit seiner Baggerschaufel die vierte Bodenprobe. Zwei Tage später wurden auch hiervon Teile auf den Beobachtungstablett platziert und in der Folgezeit fotografisch dokumentiert. Der Rest dieser vierten Probe, welcher sich immer noch in der Baggerschaufel des Rovers befindet, soll im Verlauf der Woche ebenfalls zum CheMin weitergeleitet und dort analysiert werden.

Die erstmalige Zuführung einer Bodenprobe an das CheMin-Spektrometer hatte sich in der vergangenen Woche verzögert. Nach der Entnahme der zweiten Bodenprobe (Raumfahrer.net berichtete) entdeckten die an der Mission beteiligten Wissenschaftler auf den zu Dokumentationszwecken angefertigten begleitenden Aufnahmen im Bereich des „Grabungsortes“ mehrere Partikel, welche über eine auffällig helle Färbung verfügten und sich dabei deutlich von der Umgebung abhoben.

Zuerst kam die Vermutung auf, dass es sich hierbei um weitere Plastikpartikel handeln könnte, welche durch Curiosity auf die Marsoberfläche transportiert wurden. Aufgrund der angefertigten Detailaufnahmen gehen die Missions-Wissenschaftler mittlerweile jedoch davon aus, dass es sich bei diesen hellen Partikeln um Material handelt, welches tatsächlich vom Mars stammt. Die auffällig helle Farbe deutet dabei auf eine chemische und mineralogische Zusammensetzung hin, welche von der Zusammensetzung der sonstigen Materialien in diesem Bereich der Marsoberfläche abweicht. Weitere Untersuchungen dieser Partikel, so die Mitarbeiter des wissenschaftlichen Teams der Mission, sind vorgesehen.

Die Entnahme einer fünften Bodenprobe ist ebenfalls geplant. Mit dieser Probe soll dann auch erstmals das SAM-Instrument befüllt und für Bodenanalysen genutzt werden. Im Gegensatz zum CheMin, welches entnommene Bodenproben auf deren mineralogische Zusammensetzung hin untersucht, kann das SAM die chemischen Bestandteile der Proben im Detail analysieren.

Obwohl Curiosity gegenwärtig aufgrund dieser hier kurz geschilderten Aktivitäten nicht fährt, sind die derzeitigen Arbeiten des Rovers keineswegs ausschließlich auf die Entnahme und Analyse der ersten Bodenproben beschränkt. Die MastCam, die Hauptkamera des Rovers, fertigt regelmäßig weitere Aufnahmen der Umgebung an. Diese Aufnahmen dienen unter anderem dazu, den zukünftigen Kurs des Rovers festzulegen und dabei anzusteuernde potentielle zukünftige Untersuchungsobjekte zu identifizieren. Zwei weitere Instrumente, die Wetterstation REMS und der Strahlungsdetektor RAD führen regelmäßige Messungen durch und ermitteln dabei die aktuellen Strahlungs- und Temperaturwerte auf der Marsoberfläche. Und auch das DAN-Instrument ist gegenwärtig damit beschäftigt, weitere Daten über die Verteilung von Wasserstoff im Marsboden zu sammeln.

Und auch die ChemCam, ein mit einem Hochleistungslaser bestücktes Spektrometer zur Detektierung der auf der Marsoberfläche vorhandenen chemischen Elemente, befindet sich im Einsatz und „bombardiert“ die Umgebung des Rovers mit Laserstrahlen. Unter anderem wurde dabei am 20. Oktober ein mit der Bezeichnung „Crestaurum“ versehener Oberflächenbereich mit 30 Laserpulsen beschossen. Bei der Region Crestaurum handelt es sich um einen Teilbereich der Sanddüne „Rocknest“ – dem gegenwärtigen Standort des Rovers. Die nebenstehende Animation zeigt Crestaurum vor und nach dem Einfall dieser Pulse. Das durch den Laser erzeugte Loch in der Planetenoberfläche verfügt über einen Durchmesser von 3 Millimetern. Die Laserpulse wurden aus einer Entfernung von 2,7 Metern abgesetzt.

Curiosity befindet sich in einem exzellenten Zustand und liefert den an der Mission beteiligten Wissenschaftlern wertvolle Daten. Allerdings zeigte sich Anfang der vergangenen Woche auch einer der Schwachpunkte der Mission. Für die Übertragung der gesammelten Daten ist der Rover in erster Linie auf die von der NASA betriebenen Marsobiter Mars Reconnaissance Orbiter (kurz MRO) und Mars Odyssey (ODY) angewiesen, welche als Relaisstationen zwischen dem Mars und dem Roverkontrollzentrum des Jet Propulsion Laboratory (JPL) dienen (weitere Einzelheiten bei Raumfahrer.net).

Am 15. Oktober trat der Mars Reconnaissance Orbiter, welcher den Großteil der Curiosity-Daten an die Erde übermittelt, aufgrund von anormalen Telemetriewerten in einen so genannten Sicherheitsmodus. Wie für solche Vorfälle vorgesehen stellte die Raumsonde ihre vorgesehenen Operationen vorerst ein und wartete stattdessen auf weiterführende Kommandos von ihrem Kontrollzentrum. Aufgrund dieses Vorfalles konnte der MRO zunächst auch nicht mehr als Datenrelais zwischen der Marsoberfläche und der Erde dienen.

„Der MRO ist im Verlauf seiner bisherigen Mission bereits mehrfach in einen Sicherheitsmodus getreten und konnte jedes mal wieder in den normalen Betrieb zurückgeführt werden. Wir gehen davon aus, dass der MRO bereits in wenigen Tagen wieder zur Verfügung stehen wird. Trotzdem zeigt uns dieser Vorfall, wie sehr wir doch eigentlich von den Kommunikationskapazitäten der Marsorbiter abhängig sind“, so Ken Herkenhoff vom USGS.

Erst am 18. Oktober konnte der Mars Reconnaissance Orbiter nach der Behebung des aufgetretenen Problems wieder in den vollen Betrieb zurückgeführt werden und Daten übermitteln. Noch am selben Tag empfangen die DSN-Stationen der NASA rund 400 MBit an Daten von Curiosity, welche anschließend direkt an das JPL weitergeleitet wurden.
Bis zum heutigen Tag, dem Sol 78 der Mission, hat der Marsrover Curiosity eine Distanz von 484 Metern auf der Oberfläche unseres Nachbarplaneten zurückgelegt. Dabei haben die Kamerasysteme des Rovers mittlerweile über 20.000 Bilder aufgenommen und an das Roverkontrollzentrum des JPL in Pasadena/Kalifornien übermittelt. Diese Bilder sind für die interessierte Öffentlichkeit auf einer speziellen Internetseite des JPL einsehbar.

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

Der von der US-amerikanischen Weltraumbehörde NASA betriebene Marsrover Curiosity hat am 7. Oktober 2012, dem Sol 61 der Mission, erstmals mit einer kleinen Baggerschaufel, welche sich am Ende des an der Frontseite des Rovers montierten Roboterarms befindet, eine Bodenprobe von der Marsoberfläche entnommen. Nach der erfolgreichen Befüllung der lediglich 4,5 x 7 Zentimeter großen Schaufel, welche eines der Bestandteile des Probenentnahmesystems des Rovers ist, wurde die Bodenprobe zuerst aufgelockert. Hierfür wurde die Schaufel über mehrere Sekunden hinweg in einen Vibrationsmodus versetzt.

In der nächsten Phase soll die in der Schaufel befindliche Probe durch die verschiedenen Siebe und Kammern des CHIMRA-Systems geleitet werden. Auch hierbei sollen die einzelnen Komponenten des CHIMRA in regelmäßigen Abständen in Vibrationen versetzt werden. Nach dem Durchlaufen des CHIMRA-Systems soll die Bodenprobe anschließend wieder ausgeworfen werden. Diese Vorgehensweise, so die aktuelle Planung, soll anschließend mit einer weiteren, in den nächsten Tagen noch zu entnehmenden Bodenprobe wiederholt werden.

Durch diese Prozedur soll sichergestellt werden, dass eventuell noch von der Erde mitgeführte Rückstände an den Innenseiten des Probenentnahmesystems restlos entfernt werden und zukünftige durch die Analysegeräte des Rovers zu untersuchende Proben von der Marsoberfläche auch wirklich ausschließlich vom Mars stammen und nicht etwa durch von der Erde mitgeführte Partikel kontaminiert sind.

Erst nach diesen beiden, der „Reinigung“ des Probenentnahmesystems dienenden Durchläufen sollen weitere Bodenproben zu den beiden im Inneren des Rovers befindlichen Analysegeräten CheMin und Sample Analysis at Mars (SAM) geleitet und dort ausführlich untersucht werden.

Bis zum heutigen Tag, dem Sol 62 der Mission, hat der Marsrover Curiosity eine Distanz von 484 Metern auf der Oberfläche unseres Nachbarplaneten zurückgelegt. Dabei haben die Kamerasysteme des Rovers mittlerweile fast 16.600 Bilder aufgenommen und an das Roverkontrollzentrum des JPL in Pasadena/Kalifornien übermittelt. Diese Bilder sind für die interessierte Öffentlichkeit auf einer speziellen Internetseite des JPL einsehbar.

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Ein Beitrag von Ralph-Mirko Richter

Das SAM-Instrument (kurz für „Sample Analysis at Mars“) beinhaltet ein Equipment, welches auch in vielen chemischen Analyselaboren auf der Erde zu finden ist. Die Hauptaufgabe des im Inneren der „Warm Electronics Box“ (kurz „WEB“) befindlichen SAM besteht in der Suche nach chemischen Verbindungen, welche das Element Kohlenstoff enthalten und die als die „Grundbausteine des Lebens“ bezeichnet werden. Die drei kombinierten Analysesysteme des SAM sollen dabei erforschen, unter welchen Bedingungen sich die erwarteten kohlenstoffhaltigen organischen Verbindungen einst gebildet haben und auf welche Weise und in welchem Umfang sie durch die auf dem Mars vorherrschenden Umweltbedingungen zersetzt werden. Die entsprechenden Resultate werden Hinweise darauf liefern, ob unser Nachbarplanet einstmals als potentieller Lebensraum für mikrobiologische Lebensformen geeignet war oder ob dies eventuell sogar noch in der Gegenwart der Fall sein könnte.

Des weiteren dient das Instrument der Identifizierung und Analyse von verschiedenen weiteren „leichten“ Elementen und der Bestimmung der Isotopenverhältnisse in der Marsatmosphäre. Das SAM kann dabei ein weiteres Spektrum von chemischen Komponenten mit einer weit größeren Genauigkeit analysieren, als dies bei den vorherigen Marsmissionen der Fall war. Zu diesem Zweck kann das Instrument sowohl Bodenproben als auch Luftproben der Marsatmosphäre eingehend untersuchen, welche im Vorfeld einer Messung allerdings zuerst entsprechend präpariert werden müssen.

Für die Vorbereitung von Bodenproben wird das „Sample Manipulation System“ (kurz „SMS“) genutzt. Das von der Marsoberfläche entweder im Rahmen einer Bohrung mit dem „Powder Acquisition Drill System“ (PADS) – einem am Roboterarm des Rovers befestigten Gesteinsbohrer – oder durch die Aufnahme mit einer kleinen Baggerschaufel von der Marsoberfläche gewonnene Material wird zuerst zu dem „Collection and Handling for Interior Martian Rock Analysis“ (CHIMRA) geleitet. Der CHIMRA-Komplex ist mit zwei Sieben ausgestattet, durch welche Partikel entweder kleiner als 150 Mikrometer oder aber kleiner als ein Millimeter aus einer gewonnenen Bodenprobe herausgefiltert werden können. Diese zuvor gesiebten Proben werden anschließend in verschiedene Probenauffangbehälter weitergeleitet, von wo aus sie zwecks eingehender Untersuchungen an die beiden im Inneren des Rovers befindlichen Analyseinstrumente SAM und CheMin weiter transportiert werden. Hierfür sind diese beiden Instrumente durch jeweils eine kleine Röhre mit der Oberseite der WEB verbunden.

Auch das SMS des SAM-Komplexes verfügt über mehrere Siebe, mit denen das zu untersuche Material noch weiter gefiltert werden kann. Anschließend wird die gefilterte Bodenprobe in einen der 74 zur Verfügung stehenden Auffangbehälter des SAM weitergeleitet, von denen jeder für mehrere Messungen genutzt werden kann. Jeder dieser Auffangbehälter kann anschließend im Inneren von zwei Öfen platziert und erhitzt werden. Durch eine Erhitzung der Bodenproben auf Temperaturen von bis zu maximal knapp 1.100 Grad Celsius werden flüchtige Stoffe durch ein dabei erfolgendes Ausgasen entfernt. Die Erhitzung kann dabei stufenlos erfolgen. Aufgrund der hohen Temperaturen ist dabei auch eine pyrolytische Zersetzung von organischen Verbindungen möglich. Für den Betrieb benötigt jeder der beiden zur Verfügung stehenden Öfen eine elektrische Leistung von bis zu 40 Watt.

Die bei der Erhitzung freigesetzten Gase werden anschließend – genauso wie auch bei einer zu untersuchenden Probe der Marsatmosphäre – in das „Chemical Separation and Processing Laboratory“ (kurz „CSPL“) weitergeleitet. Hierbei handelt es sich um ein sehr umfangreiches und komplexes System, in dem die zu untersuchenden Proben einer weiteren Vorbereitung für die Messungen unterzogen werden. Das CSPL setzt sich aus knapp 50 Ventilen, einem internen Leitungssystem für die Weiterleitung der Gase, mehreren Filtern und vielfältigen Misch- und Trennsystemen zusammen.

Nach dem Abschluss der Aufbereitungsphase wird das Gas in eines der drei Messinstrumente geleitet, aus denen sich der SAM-Komplex zusammensetzt. Hierbei handelt es sich um ein Quadrupol-Massenspektrometer (kurz „QMS“), einen Gaschromatografen (kurz „GC“) und um ein „Tunable Laser Spectrometer“ (kurz „TLS“).

Der Gaschromatograf verfügt über insgesamt sechs Kammern. Diese Kammern sind so konzipiert, dass in jeder von ihnen speziell eine bestimmte Untergruppe von organischen Verbindungen nachgewiesen werden kann. Zur weiteren Analyse kann die Probe im Bedarfsfall von dort aus an das QMS weitertransportiert werden. Dieses Instrument trennt die einzelnen Bestandteile der Probe nochmals anhand von deren Atommassen. Der Messbereich des QMS erstreckt sich auf Elemente und Moleküle mit einer Atommasse von zwei bis hin zu 535 Dalton. Hiermit können speziell die Elemente Stickstoff, Phosphor, Schwefel, Sauerstoff und Kohlenstoff nachgewiesen werden.

Das TLS ist dagegen speziell dazu gedacht, um die exakten Isotopenverhältnisse der beiden Elemente Kohlenstoff und Sauerstoff zu bestimmen, welche zum Beispiel in Wassereis, in Wasserdampf oder im Kohlenstoffdioxid innerhalb der Marsatmosphäre beziehungsweise auf der Marsoberfläche auftreten. Außerdem ist das TSL in der Lage, bereits kleinste Mengen an Methan zu ermitteln. Dazu sendet das TSL zwei Laserstrahlen aus, welche die zu untersuchende Gasprobe mehrfach durchdringen. Die Laserstrahlen „scannen“ dabei einen Wellenbereich des infraroten Lichtes, in dem Methanmoleküle in drei Absorptionslinien nachweisbar sind.

„Es handelt sich hier um eine sehr einfache, direkte und doch deutliche Messung“, so Dr. Christopher R. Webster vom Jet Propulsion Laboratory (JPL) der NASA in Pasadena/Kalifornien, der Entwickler des TSL.

Das TSL ist zudem ein sehr sensitives Instrument. Mittels der ersten, nur „oberflächlichen“ Messungen, welche bereits innerhalb der ersten Wochen nach der Landung von Curiosity auf dem Mars erfolgen sollen, kann Methan nachgewiesen werden, sofern es zum Zeitpunkt der Messung in einer Konzentration von mindestens einem ppb in der Marsatmosphäre enthalten ist. Frühere Messungen, welche mittels erdgestützter Teleskope und durch den von der europäischen Weltraumagentur ESA betriebenen Marsorbiter Mars Express erfolgten, legen nahe, dass das gegenwärtig in der Marsatmosphäre enthaltene Methan einen Mengenanteil von bis zu 10,5 ppb einnimmt und sich somit eindeutig innerhalb der Nachweisgrenze des TSL befindet. Länger andauernde TSL-Messungen sollen das Methan dagegen sogar bis zu einer Konzentration von lediglich 50 bis 100 Molekülen pro Billion Luftmolekülen nachweisen können.

Das TSL kann dabei auch die interne Isotopenverteilung der untersuchten Proben bestimmen, wodurch sich eventuell auch Aussagen über die Prozesse tätigen lassen, durch welche sich das in der Marsatmosphäre befindliche Methan bildete. Eine mögliche Quelle wären dabei organische Lebensformen, welche das Methan im Rahmen einer Methanogenese produzieren und an ihre Umwelt abgeben, und die zum Beispiel die Hauptverursacher des in der irdischen Atmosphäre befindlichen Methans sind. Ein anderer Lösungsansatz für die Freisetzung von Methan in der Marsatmosphäre geht von einer in der Gegenwart stattfindenden vulkanischen Aktivität auf dem Mars aus. Eine dritte Möglichkeit wäre, dass das Methan bereits vor Milliarden von Jahren im Marsboden gespeichert wurde und jetzt durch jahreszeitlich bedingte Einflüsse wieder freigesetzt wird. Aktuelle Forschungsergebnisse legen dagegen den Schluss nahe, dass das Methan durch Meteoriten auf die Marsoberfläche transportiert und anschließend durch chemische Prozesse freigesetzt wird.

„Curiosity werden im Verlauf der Mission viele neue, erstaunliche Entdeckungen gelingen“, so Dr. Paul R. Mahaffy vom Goddard Spaceflight Center der NASA, der für das SAM-Instrument verantwortliche Wissenschaftler. „Wir sind gespannt darauf, welche Beiträge unser mobiles chemisches Labor liefern wird, um dabei mehr über die Entwicklungsgeschichte unseres Nachbarplaneten zu erfahren.“

Die wissenschaftlichen Analysen des SAM sollen dabei die drei folgenden Fragen beantworten:

• Welche Erkenntnisse liefern der Nachweis (oder auch ein eventueller „Nicht-Nachweis“) von Kohlenstoffverbindungen in der unmittelbaren Nähe der Marsoberfläche über das Potential des Planeten bezüglich der Entstehung und Beherbergung von mikrobiologischen Lebensformen?
• Wie gestalten sich die Isotopenverhältnisse der leichteren chemischen Elemente in den Gesteinen, den Böden und der Atmosphäre des Mars und was bedeutet dies für seine eventuelle Bewohnbarkeit?
• In welchem Umfang haben sich die Umweltbedingungen auf dem Mars seit dessen Entstehung verändert und wie haben sich diese Bedingungen in früheren Zeiten gestaltet?

Entwickelt und gebaut wurde das SAM-Instrument vom Goddard Spaceflight Center der NASA in Kooperation mit der französischen Weltraumagentur CNES und dem JPL. Im Betriebsmodus benötigt das Instrument eine elektrische Leistung von bis zu 240 Watt.

Diskussion zu diesem Artikel

• Marsrover Curiosity
• MSL Rover Curiosity auf Atlas V (541)
• Planet Mars

Verwandte Webseiten

• Mahaffy et al., 2009: Sample Analysis at Mars (SAM)
• Conrad et al., 2011: MSL Organic Check Material
• NASA: Instrument SAM
• NASA GSFC: Instrument SAM
• NASA: Martian Methane Reveals the Red Planet is not a Dead Planet 01.15.2009

Der Beitrag Das SAM-Instrument erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Ralph-Mirko Richter

Der 899 Kilogramm schwere Marsrover Curiosity ist für die Erfüllung seiner wissenschaftlichen Aufgabenstellungen mit zehn Instrumenten ausgestattet, welche über ein Gesamtgewicht von rund 80 Kilogramm verfügen. Seine beiden Vorgänger, die baugleichen Marsrover Spirit und Opportunity, verfügten dagegen über jeweils lediglich fünf Instrumente mit einem Gesamtgewicht von jeweils 6,8 Kilogramm. Die Instrumente Curiositys, welche sich in ihren Aufgabenbereichen teilweise gegenseitig ergänzen beziehungsweise kombiniert eingesetzt werden, lassen sich in vier Gruppen unterteilen.

Kamerasysteme:

• Die „Mast Camera“ (kurz MastCam) ist die Hauptkamera des Rovers und bildet praktisch dessen Augen. Mit den beiden Optiken der MastCam können mittels verschiedener Filtersysteme Farbbilder der Marsoberfläche erstellt werden. Aus den angefertigten Aufnahmen lassen sich unter anderem Falschfarbenaufnahmen erstellen, welche es den an der Mission beteiligten Wissenschaftlern ermöglichen werden, Unterschiede in der mineralogischen Zusammensetzung des Bodens hervorzuheben. Anhand der durch die MastCam angefertigten Aufnahmen werden die Wissenschaftler die näher zu untersuchenden Oberflächenstrukturen bestimmen.
• Der „Mars Hand Lens Imager“ (MAHLI) ist das am Roverarm befestigte Mikroskop des Rovers. Mit ihm sollen Detailaufnahmen des Bodens und der Gesteinsformationen auf der Marsoberfläche angefertigt werden, bevor diese von anderen Instrumenten näher analysiert werden.
• Der „Mars Descent Imager“ (MARDI) ist an der Unterseite Curiositys befestigt und wird dessen Landung auf dem Mars ab einer Höhe von weniger als 3,7 Kilometern bis zum Aufsetzen auf der Planetenoberfläche bildlich dokumentieren. Während der Mission werden die MARDI-Aufnahmen des weiteren dazu genutzt, um die im Rahmen einer Fahrt direkt überquerten Oberflächenstrukturen abzubilden und so zu untersuchen.

Spektrometer:

• Das „Alpha Particle X-Ray Spectrometer“ (APXS) kann im Rahmen seiner Messungen die chemische und mineralogische Zusammensetzung der untersuchten Objekte ermitteln. Besonders empfindlich ist das APXS dabei für den Nachweis salzformender Elemente wie zum Beispiel Schwefel, Chlor oder Brom.
• Das „Chemistry & Camera“-Instrument (ChemCam) besteht aus einem Laser, einem Spektrometer und einem speziellen Teleskop und kann die Zusammensetzung von Gesteinen aus einer Entfernung von bis zu sieben Metern im Detail ermitteln. Zu diesem Zweck wird die Oberfläche des zu untersuchenden Objektes mit einem leistungsstarken Laserstrahl verdampft. Die Teleskopkamera fängt das Licht der so freigesetzten Gase und Plasmen ein, welche anschließend von dem Spektrometer der ChemCam analysiert werden. Mit der ChemCam ist es somit möglich, unterschiedliche Gesteinsarten relativ schnell zu identifizieren und erst anschließend den gesamten Rover für weitere Untersuchungen zu diesen Gesteinen zu steuern.
• Bei dem „Chemistry & Mineralogy X-RayDiffraction/ X-Ray Fluorescence Instrument“ (CheMin) handelt es sich um ein Analyselabor für die Untersuchung der chemischen und mineralogischen Zusammensetzung der Marsoberfläche. Zuvor gesammelte und in spezielle Probenkammern beförderte Bodenproben werden dazu mit einer Röntgenquelle bestrahlt und anschließend mit einem speziellen CCD-Sensor analysiert. Die so gewonnenen Daten können Aufschlüsse über eine zuvor erfolgte Interaktion der Proben mit Wasser und eventuell vorhandene biologische Signaturen liefern.
• Das „Sample Analysis at Mars“ (SAM) ist mit einem Gesamtgewicht von rund 38 Kilogramm das schwerste und zugleich auch leistungsfähigste Instrument Curiositys. Mittels dreier kombinierter Sensorensysteme soll das Gerät ermitteln, inwieweit der Mars einstmals als Habitat für primitive Lebensformen geeignet war oder ob dies eventuell auch heute noch der Fall sein könnte. Einhergehend mit dieser Zielsetzung liegt die Hauptaufgabe von SAM in der Identifizierung und Analyse von organischen Verbindungen. Außerdem dient das Instrument dem Nachweis von leichteren Elementen auf der Marsoberfläche und der Ermittlung der Isotopenverhältnisse in der Planetenatmosphäre.

Strahlungsmessgeräte:

• Der „Radiation Assessment Detector“ (RAD) ist ein Strahlendetektor, welcher die in der Planetenatmosphäre und auf der Oberfläche des Mars auftretende Strahlung ermitteln soll. Aufgrund der auf dem Mars auftretenden Strahlenwerte gilt es als unwahrscheinlich, dass eventuell vorhandene Lebensformen direkt auf der Planetenoberfläche existieren können. Die Strahlung dürfte auch zu einer Zersetzung eventueller biologischer Signaturen führen. RAD soll deshalb auch feststellen, ab welcher Tiefe unter der Oberfläche organische Komponenten dauerhaft existieren könnten. Als einziges der zehn Instrumente Curiositys lieferte RAD bereits während des Fluges zum Mars wissenschaftliche Daten. Aus diesen Datensätzen lässt sich die Strahlenbelastung ableiten, der ein zukünftiger Astronaut auf dem Weg zum Mars ausgesetzt sein wird.
• Das „Dynamic Albedo of Neutrons“-Instrument (DAN) ist ein Neutronendetektor. DAN soll die Verteilung von im Marsboden befindlichen wasserstoffhaltigen Verbindungen bis zu einer Tiefe von etwa einem Meter ermitteln.

Wetterstation:

• Bei der „Rover Environmental Monitoring Station“ (REMS) handelt es sich um eine Wetterstation, welche während der gesamten Missionsdauer von mindestens einem Marsjahr in regelmäßigen Abständen diverse meteorologische Daten wie die vorherrschenden Windgeschwindigkeiten und -richtungen, Lufttemperatur, Luftdruck und Luftfeuchtigkeit ermitteln wird. Auf diese Weise erhalten die an der Mission beteiligten Atmosphärenforscher einen tieferen Einblick in das über ein Marsjahr ablaufende Wettergeschehen im Bereich des Operationsgebietes des Rovers. In Kombination mit den Daten von weiteren Marsorbitern, Rovern und Landern kann so auch das Verständnis des allgemeinen marsianischen Wettergeschehens und der Entwicklung der Marsatmosphäre immens verbessert werden.

Mit diesen Instrumenten sind die Curiosity zur Verfügung stehenden Möglichkeiten für wissenschaftliche Analysen allerdings keineswegs ausgeschöpft.

Weitere Hilfskameras:

Zusätzlich zu diesen 10 wissenschaftlichen Instrumenten ist Curiosity noch mit verschiedenen Kameras ausgestattet, welche eigentlich primär für die Navigation des Rovers vorgesehen sind. Vier Navigationskameras, welche unmittelbar neben den Optiken der MastCam am Kameramast montiert sind, und weitere vier Gefahrenerkennungskameras – zwei am Vorderteil und zwei am Hinterteil der „Warm Electronics Box“ (WEB), der zentralen Grundstruktur des Rovers – liefern den für die Steuerung Curiositys verantwortlichen Roverdrivern des Jet Propulsion Laboratory (JPL) Aufnahmen der unmittelbaren Umgebung des Rovers. Diese Schwarz-Weiß-Bilder können aufgrund der Kameraanordnung zu stereoskopischen Aufnahmen kombiniert werden, welche einen räumlichen Eindruck der Umgebung vermitteln. Auch diese Bilder werden von den an der Mission beteiligten Wissenschaftlern für die Auswahl ihrer näher zu untersuchenden Ziele verwendet.

Hilfsinstrumente am Roboterarm:

Am Ende des 1,9 Meter langen, an der Vorderseite des Rovers befestigten Roboterarms (Fachbezeichnung „Sample Acquisition, Processing, and Handling“, kurz „SA/SPaH“) befindet sich ein fast 60 Zentimeter durchmessender und rund 33 Kilogramm schwerer, drehbarer Aufsatz. Neben dem APXS-Spektrometer und der MAHLI-Kamera sind an diesem Aufsatz drei weitere Geräte montiert, welche der indirekten Untersuchung der Marsoberfläche und der Entnahme von Bodenproben dienen.

• Das „Dust Removal Tool“ (DRT) ist eine Bürste, mit dem die zu untersuchenden Gesteinsformationen von der obersten Staubschicht befreit werden können. Eine solche Staubschicht, welche unter Umständen seit Jahrmillionen den auftretenden Umweltbedingungen – einschließlich der einfallenden Strahlung – ausgesetzt war, könnte zum Beispiel die Messergebnisse des APXS-Spektrometers verfälschen.
• Bei dem „Powder Acquisition Drill System“ (PADS) handelt es sich um einen Bohrer. Dieser kann 1,6 Zentimeter durchmessende und bis zu fünf Zentimeter tiefe Löcher in die Planetenoberfläche oder in Gesteine bohren.
• Bei dem „Collection and Handling for Interior Martian Rock Analysis“ (CHIMRA) handelt es sich dagegen um eine Konstruktion, welche mittels einer kleinen Schaufel Bodenproben entnehmen und in verschiedenen, mit Sieben versehene Auffangbehälter verteilen kann. Diese Proben, welche zuvor zum Beispiel mittels des Bohrers an die Oberfläche befördert wurden, werden anschließend an die im Inneren der WEB befindlichen Instrumente SAM und CheMin weitergeleitet.

Atmosphärenuntersuchung beim Abstieg durch die Marsatmosphäre:

• Bei dem „Mars Science Laboratory Entry Descent and Landing Instrument“ (MEDLI) handelt es sich um ein in dem Hitzeschild der Abstiegsstufe integriertes Sensorpaket. Insgesamt 14 Sensoren werden während des mehrminütigen Abstieges durch die Marsatmosphäre die in unterschiedlichen Höhen durch die Reibungshitze erzeugte Temperatur und die dort auftretenden Druckverhältnisse registrieren und aufzeichnen. Neben der Verfeinerung der aktuellen Atmosphärenmodelle der Marsatmosphäre werden diese Daten auch in die Planungen für weitere Missionen auf der Marsatmosphäre einfließen. Die Daten werden unter anderem dazu dienen, um die bei zukünftigen Marslandungen verwendeten Hitzeschilde und Landefallschirme noch effizienter zu gestalten.

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