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

Bei der Untersuchung des westlichen Randes des rund 22 Kilometer durchmessenden Endeavour-Kraters erreichte der von der US-amerikanischen Weltraumbehörde NASA betriebene Marsrover Opportunity bereits am 13. August 2014, dem Sol 3751 seiner Mission, den nordöstlichen Rand der „Wdowiak Ridge“. Hierbei handelt es sich um einen kleinen Berggrat, welcher sich am westlichen Rand eines mit dem Namen „Cape Tribulation“ belegten Höhenzuges befindet. Bereits vor dem Erreichen dieses Höhenzuges traten mehrfach Probleme mit dem Flash-Speicher des Bordcomputers von Opportunity auf.

Dieses Problem macht sich dadurch bemerkbar, dass Daten nicht wie beabsichtigt im Flash-Speicher abgelegt und gespeichert werden können und der Bordcomputer dadurch bedingt einen ‚Reboot‘ ausführt. Als Reaktion auf den dadurch ausgelösten Computer-Reset stoppt der Rover automatisch alle weiteren für diesen Tag vorgesehenen Aktivitäten und versetzt sich stattdessen in einen als „Automode“ bezeichneten Zustand, in dem der Rover lediglich passiv auf der Marsoberfläche verharrt und auf weiterführende Kommandos von der Erde wartet. Die für die Mission verantwortlichen Ingenieure entschlossen sich daher dazu, eine Neuformatierung des Speichers durchzuführen.

Hierbei testete ein speziell zu diesem Zweck entwickelter und an den Rover übermittelter Algorithmus die einzelnen Speicherbausteine des Flash-Speichers und identifizierte und markierte die fehlerhaften Speicherbereiche. Diese wurden daraufhin nicht mehr für die weitere Ablage von Daten genutzt. Ursprünglich betrug die Größe des Flash-Speichers 227.985.408 Bytes. Durch die ‚Entfernung‘ der fehlerhaften Bereich reduzierte sich diese Speichergröße um 1.728.000 Bytes beziehungsweise um 0,758 Prozent.

Leider stellte sich in den folgenden Tagen heraus, dass diese erfolgreich verlaufene Neuformatierung doch nicht den gewünschten Erfolg hatte. Auch an den folgenden Missionstagen kam es mehrfach zu Neustarts des Hauptcomputers von Opportunity. Die an der Mission beteiligten Ingenieure sind auch weiterhin damit beschäftigt, dieses Problem zu analysieren und eine Lösung zu finden.
Die Untersuchung des Ulysses-Kraters
Die auftretenden Probleme mit dem Speicher konnten den Rover jedoch nicht daran hindern, sich Ende September zu dem nur wenige Dutzend Meter von dem vorherigen Standort entfernt gelegenen Ulysses-Krater zu bewegen. Hierbei handelt es sich um einen etwa 30 Meter durchmessenden Impaktkrater, welcher sich im südwestlichen Bereich der Wdowiak Ridge befindet. Die folgenden sechs Wochen verbrachte Opportunity damit, das am südlichen Rand des Kraters gelegene Gelände intensiv mit seinen Instrumenten zu untersuchen. Neben den verschiedenen Kamerasystemen kam dabei auch mehrfach ein Alphapartikel-Röntgenspektrometer (kurz „APXS“) zum Einsatz, um die mineralogische Zusammensetzung von mehreren Gesteinsbrocken zu bestimmen.

Das APXS verfügt an seinem Kopfende über ein Ringstück, welches eine Isotopenquelle – es handelt sich hierbei um das radioaktiv strahlende Isotop Curium-244 – beinhaltet. Bei den Messungen wird dieses Kopfstück direkt auf dem zu untersuchenden Objekt aufgesetzt. Die Isotopenquelle sendet bei der anschließenden Messung eine Alphastrahlung in Form von Heliumkernen aus, welche aus zwei Protonen und zwei Neutronen bestehen. Sobald die Heliumkerne in dem zu untersuchenden Objekt auf andere Atomkerne treffen, werden diese dabei abhängig von der Atommasse der getroffenen Atome auf eine charakteristische Art und Weise gestreut und abgelenkt.

Misst man dabei den Winkel der erfolgten Ablenkung und die dabei auftretende Energie, so erhält man genaue Daten über die Masse der für die Ablenkung verantwortlichen Atomkerne und kann so auch die dafür verantwortlichen Elemente bestimmen. Aus der sich so ergebenden Zusammensetzung der verschiedenen Elemente kann wiederum auf das zugrunde liegende Mineral und daraus auf die Zusammensetzung der untersuchten Bodenformation geschlossen werden. Mit dieser Methode lassen sich speziell leichte Elemente wie Natrium, Magnesium und Schwefel identifizieren und ihre Mengenanteile in der untersuchten Gesteinsprobe bestimmen. Das APX-Spektrometer von Opportunity wurden am Max-Planck-Institut für Chemie in Mainz entwickelt.

Der Komet C/2013 A1 (Siding Spring)
Unterbrochen wurde die Untersuchung des Ulysses-Kraters durch die Passage des Kometen C/2013 A1 (Siding Spring), welcher unseren äußeren Nachbarplaneten in den Abendstunden des 19. Oktober 2014 in einer Entfernung von lediglich 139.500 Kilometern passierte (Raumfahrer.net berichtete). Wie auch die derzeit aktiven Marsorbiter und der Marsrover Curiosity wurde auch Opportunity dazu eingesetzt, um diese einmalige Gelegenheit zu nutzen und eine nahe Passage eines Kometen an einem Planeten aus nächster Nähe zu beobachten.

Der Erfolg dieser Beobachtungskampagne ist umso erstaunlicher, wenn man bedenkt, dass die hierfür eingesetzte Panoramakamera des Rovers nicht für derartige astronomische Beobachtungen ausgelegt ist. Zudem waren die optischen Beobachtungsbedingungen zu diesem Zeitpunkt alles andere als optimal, da die Atmosphäre des Mars bereits seit mehreren Wochen in einem zunehmenden Maß von größeren Mengen an Staub durchsetzt ist. Dies wiederum wirkt sich allerdings nicht nur negativ auf die Qualität der von dem Rover anzufertigenden Fotoaufnahmen aus sondern hat auch direkte Auswirkungen auf dessen Energiestatus.

Staubstürme und Energiesituation
Neben dem allgemeinen technischen Zustand des Rovers muss bei der Opportunity-Mission auch immer ein Blick auf die aktuelle Energiesituation geworfen werden. Im Gegensatz zu dem zweiten derzeit aktiven Marsrover der NASA, dem durch einen Radioisotopengenerator mit Strom versorgten Rover Curiosity, ist der mit Solarpaneelen ausgestattete Rover Opportunity bezüglich seiner Energieversorgung ausschließlich auf die Sonne angewiesen. Hier ein Überblick über die Entwicklung der Energiewerte von Opportunity während der letzten Wochen.

Der Tau-Wert steht dabei für die Durchsetzung der Marsatmosphäre mit Staub und Wassereiskristallen. Je mehr Staub sich in der Atmosphäre des Planeten befindet, desto höher fällt dieser Wert aus. Der Wert für die Lichtdurchlässigkeit der Solarzellen gibt dagegen an, wie viel Sonnenlicht die Solarpaneele des Rovers trotz einer bedeckenden Staubschicht erreicht und letztendlich zur Energiegewinnung genutzt werden kann. Bei komplett staubfreien Paneelen würde dieser Wert 100 Prozent betragen. Je niedriger der Tau-Wert und je höher der Faktor für die Lichtdurchlässigkeit ausfällt, desto besser ist dies für den Energiehaushalt des ausschließlich mittels Sonnenenergie betriebenen Rovers.

• 06.11.2014: 0,505 kWh/Tag , Tau-Wert 1,359 , Lichtdurchlässigkeit 71,10 Prozent
• 28.10.2014: 0,441 kWh/Tag , Tau-Wert 1,845 , Lichtdurchlässigkeit 70,00 Prozent
• 20.10.2014: 0,434 kWh/Tag , Tau-Wert 1,750 , Lichtdurchlässigkeit 69,70 Prozent
• 14.10.2014: 0,605 kWh/Tag , Tau-Wert 1,190 , Lichtdurchlässigkeit 76,30 Prozent
• 07.10.2014: 0,640 kWh/Tag , Tau-Wert 1,037 , Lichtdurchlässigkeit 76,30 Prozent
• 30.09.2014: 0,630 kWh/Tag , Tau-Wert 0,943 , Lichtdurchlässigkeit 73,50 Prozent
• 23.09.2014: 0,639 kWh/Tag , Tau-Wert 0,889 , Lichtdurchlässigkeit 74,00 Prozent
• 16.09.2014: 0,693 kWh/Tag , Tau-Wert 0,905 , Lichtdurchlässigkeit 76,80 Prozent
• 10.09.2014: 0,694 kWh/Tag , Tau-Wert 0,879 , Lichtdurchlässigkeit 75,40 Prozent

Bereits seit dem Juli 2014 registrieren die an der Opportunity-Mission beteiligten Wissenschaftler einen stetig erfolgenden Anstieg der Tau-Werte. Am 25. Oktober 2014 – dem Missionstag Sol 3822 – wurde dabei ein Höchstwert von 2,14 erreicht.
Der Grund für die erhöhten Tau-Werte findet sich in der Umlaufbahn, auf der unser Nachbarplanet die Sonne umkreist und in den sich dadurch ergebenden Jahreszeiten. Auf seiner sehr exzentrischen Umlaufbahn um die Sonne – der Wert der Exzentrizität der Marsbahn beträgt 0,0935 und weist nach der Umlaufbahn des Planeten Merkur die größte aus dem Sonnensystem bekannte Abweichung einer Planetenbahn von der idealen Kreisbahn auf – durchlebt der Mars eine regelmäßig erfolgende Veränderung in der Dichte und Zusammensetzung seiner Atmosphäre.

Sobald auf einer der beiden Hemisphären des Mars der Winter einsetzt, friert das über dem betroffenen Pol in der Atmosphäre befindliche Kohlendioxid, welches mit einem Anteil von 95,32 Prozent den Hauptbestandteil der Marsatmosphäre bildet, aufgrund der damit verbundenen absinkenden Lufttemperaturen im großen Umfang aus der Atmosphäre aus und schlägt sich in Form von Trockeneisablagerungen auf der Oberfläche nieder.

Im Rahmen dieses Prozesses, welcher regelmäßig zu einer deutlichen Veränderung der Luftdruckwerte in der Marsatmosphäre führt, bildet sich über der jeweiligen Polarregion ein ausgedehntes atmosphärisches Tiefdruckgebiet, welches die Luft des Planeten regelrecht in die Richtung des betroffenen Pols ‚ansaugt‘. Mit dem einsetzenden Frühling erhöht sich die Lufttemperatur wieder und das zuvor im festen Zustand auf der Polarkappe abgelagerte Kohlendioxid geht erneut in den gasförmigen Zustand über, was eine erneut erfolgende Verdichtung der Atmosphäre über dem jeweiligen Pol zur Folge hat. Dadurch bildet sich jetzt über dem betroffenen Pol ein Hochdruckgebiet, welches die Luftmassen wieder in Richtung des Marsäquators schiebt. Hierdurch werden in den oberen Atmosphärenschichten des Mars unter bestimmten Bedingungen Windgeschwindigkeiten von bis zu 650 Kilometern pro Stunde erreicht.

Diese auch im unmittelbaren Bereich über der Planetenoberfläche aktiven Winde führen in Verbindung mit weiteren Faktoren wie zum Beispiel einer partiellen Erwärmung der Oberfläche dazu, dass ursprünglich auf der Marsoberfläche befindlicher Staub ‚aufgewirbelt‘ und in die Atmosphäre befördert wird. Etwa alle zwei Jahre – dieser Zeitraum entspricht in etwa einem Marsjahr – entsteht dabei eine Großwetterlage, in der sich die unabhängig von den vorherrschenden Jahreszeiten regelmäßig auf dem Mars bildenden Staubstürme von lediglich regional begrenzt auftretenden Phänomenen zu globalen Staubstürmen ausweiten können, welche dann unter Umständen den gesamten Planeten mit einer dichten Staubschicht einhüllen können. Zuletzt konnte dieses Phänomen im Jahr 2007 beobachtet werden und stellte dabei eine ernsthafte Bedrohung für Opportunity dar.

Bereits vor etwa drei Monaten hat mit dem Einsetzen des Frühlings auf der südlichen Hemisphäre des Mars erneut eine Periode begonnen, welche die Bildung solcher Staubstürme begünstigt. Seitdem bildeten sich über der nördlichen Tiefebene des Mars mehrere größere Staubstürme und zogen von dort aus in die etwas weiter südlich gelegenen Regionen Chryse Planitia, Isidis Planitia und Elysium Planitia. Diese Verlagerungen der jeweiligen Sturmfronten und die dabei eingehaltenen ‚Routen‘ der Sturmfronten sind so signifikant, dass sie von den Marsforschern mittlerweile mit Namen belegt wurden. Die am stärksten ausgeprägten Stürme können dabei in der Regel im Bereich des „Acidalia Storm Track“ beobachtet werden.

Der Acidalia Storm Track hat seinen Ursprung in der Tiefebene Acidalia Planitia auf der nördlichen Marshemisphäre. Diese Region ist eine der typischen ‚Geburtsstätten‘ von Staubstürmen auf unserem Nachbarplaneten. Von dort aus ziehen diese Stürme dann in die südliche Richtung. Sie bewegen sich dabei zuerst über das Chryse Planitia, erreichen anschließend das Xanthe Terra und überqueren dann den östlichen Bereich der am Marsäquator gelegenen Valles Marineris. Von dort aus bewegen sie sich bis zum Impaktbecken Aryre Planitia und dem westlich davon gelegenen Aonia Terra auf der südlichen Hemisphäre.

Diese Entwicklung der jeweiligen Sturmgebiete wird durch die MARCIE-Kamera – einem der Instrumente des NASA-Marsorbiters Mars Reconnaissance Orbiter (kurz MRO) – dokumentiert und anschließend in Form von wöchentlichen „Mars-Wetterberichten“ den Marsforschern zugänglich gemacht. Bereits Mitte Oktober zeigte sich in den MARCIE-Daten, dass sich von dem Acidalia Storm Track ‚abzweigende‘ Sturmfronten in die in der Umgebung gelegenen Regionen erstreckten. In der Woche vom 20. bis zum 26. Oktober 2014 erreichten die vom Acidalia Planitia ausgehenden Stürme dabei auch das zentrale Noachis Terra. Zeitgleich formierten sich in der Umgebung des auf der Südhemisphäre gelegenen Einschlagbeckens Hellas Planitia weitere Staubstürme, welche Sand und Staub ebenfalls in Richtung Noachis Terra beförderten.
Ende Oktober bildete sich so eine ausgedehnte Staubfront, welche sich vom Hellas Planitia bis zum Argyre Planitia erstreckte. Dieser Effekt wurde durch diverse Stürme verstärkt, welche sich zur gleichen Zeit am Rand der südlichen Polarkappe des Mars bildeten und die sich auf ihrem Weg nach Norden mit den Sturmfronten des Acidalia Storm Track ‚vermischten‘. Diese speziellen atmosphärischen Bedingungen hatten zur Folge, dass die im Bereich des Marsäquators operierenden Rover Opportunity und Curiosity in diesen Tagen ungewöhnlich hohe Tau-Werte registrierten. Curiositys Operationsgebiet – der Gale-Krater – hatte dabei keinen direkten Kontakt mit einer dieser Sturmfronten. Der dortige Himmel wies während des entsprechenden Zeitraumes lediglich einen deutlich erhöhten Anteil an Staub auf, was aber Dank des als Energiequelle verwendeten Radioisotopengenerators keine weiteren Auswirkungen hatte.

Auch Opportunity hatte insofern ‚Glück‘, denn auch unmittelbar über dem Endeavour-Krater, welcher sich östlich der Zugbahn des Acidalia Storm Track befindet, war kein Sturm ‚direkt‘ aktiv. Trotzdem war der Staubanteil über dem Endeavour-Krater während der letzten Wochen deutlich erhöht, was sich durch die täglich ermittelten Tau-Werte und ein Absinken der zur Verfügung stehenden Energie bemerkbar machte.

Die für die Steuerung von Opportunity verantwortlichern Roverdriver am Jet Propulsion Laboratory (JPL) der NASA in Pasadena/Kalifornien sind dieser Beeinträchtigung dadurch entgegen getreten, indem der Rover nach dem jeweiligen Ende der im Rahmen der Erkundung des Ulysses-Kraters erfolgten Fahrten ganz gezielt Positionen einnahm, bei denen die Solarpaneele bewusst in Richtung Sonne ausgerichtet waren. Dadurch konnte der durch den hohen Tau-Wert bedingte ‚Energieabfall‘ soweit begrenzt werden, dass auch in diesen ’staubigen Zeiten‘ genügend Energie für weitere Forschungen und kurze Fahrten zur Verfügung stand.

Mittlerweile scheint das Schlimmste allerdings überstanden zu sein. Die Wetterberichte der letzten zwei Wochen zeigen eine deutliche Abnahme in der Anzahl, Dauer und Stärke der gegenwärtig aktiven Staubstürme. Allerdings befindet sich immer noch relativ viel Staub in der Atmosphäre und ‚dimmt‘ dadurch das einfallende Sonnenlicht.

Weiterfahrt nach Süden
Trotz dieses Problems steht dem Rover immer noch mehr als genug Energie zur Verfügung, um seine Untersuchungen fortzusetzen. Aus diesem Grund entschlossen sich die an der Mission beteiligten Wissenschaftler dazu, Opportunity nach der Beendigung der Untersuchungen am Ulysses-Krater wieder in Bewegung zu setzen und die Reise in die südliche Richtung fortzusetzen. Opportunity hat den Ulysses-Krater am 4. November verlassen und seitdem im Rahmen von sechs Fahrten eine Gesamtdistanz von etwa 360 Metern zurückgelegt.

Bei dem gegenwärtig angepeilten ‚Fern-Ziel‘ handelt es sich um ein mit dem Namen „Marathon Valley“ belegtes Tal, welches sich ebenfalls im Bereich des westlichen Endeavour-Kraterrandes befindet. Hier wurden in den vergangenen Jahren durch das CRISM-Spektrometer des MRO erhöhte Konzentrationen von verschiedenen Tonmineralen und Schichtsilikaten registriert, welche sich dort anscheinend auf engen Raum konzentrieren.

Durch die eingehende Untersuchung dieser Minerale, welche sich nur unter dem langfristigen Einfluss von Wasser mit einem nahezu neutralen pH-Wert gebildet haben können, und der Erforschung der allgemeinen geologischen Bedingungen erhoffen sich die an der Opportunity-Mission beteiligten Wissenschaftler weitere Erkenntnisse über die Vorgänge, welche zu der Bildung dieser Tonminerale führten und über die Umweltbedingungen, die dabei vor Jahrmilliarden in diesem Bereich der Marsoberfläche vorherrschten.
Außerdem sind auf den Aufnahmen der ebenfalls an Bord des MRO befindlichen HiRISE-Kamera an den Innenwänden dieses Tals verschiedene Gesteinsschichten erkennbar. Wie bei einer extrem verkleinerten Version der Steilwände des Grand Canyon im US-Bundesstaat Arizona ergibt sich hier für die Marsforscher eventuell auf kleinstem Raum ein Einblick in die langfristige klimatologische und geologische Geschichte dieser Region der Marsoberfläche.

Die an der Mission beteiligten Wissenschaftler gehen davon aus, dass der Rover das Marathon Valley bereits in wenigen Wochen erreichen wird. Die nächste Fahrt soll dabei bereits am heutigen Tag, dem Sol 3844 der Opportunity-Mission, erfolgen und dürfte gegen 20:00 MEZ beginnen.
Bisher hat der Rover Opportunity rund 41.240 Meter auf der Oberfläche des Mars zurückgelegt und dabei 198.122 Aufnahmen von der Oberfläche und der Atmosphäre des „Roten Planeten“ aufgenommen und an sein Kontrollzentrum am JPL übermittelt.

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Ein Beitrag von Ralph-Mirko Richter. Quelle: JPL, USGS, UMSF-Forum.

Bereits am 24. Januar 2014 hatten sich die Leiter der Mission des von der US-amerikanischen Weltraumbehörde NASA betriebenen Marsrovers Curiosity dazu entschieden, den Rover von seinem ursprünglich vorgesehenen Kurs abweichen zu lassen und stattdessen eine mit dem Namen „Dingo Gap“ belegten Formation anzusteuern. Am 6. Februar überquerte der Rover schließlich eine etwa einen Meter hohe Sanddüne, welche die Durchfahrt bei der Dingo Gap auf voller Breite versperrte. Nach dem Abschluss dieser Fahrt, bei der innerhalb von 28 Minuten eine Strecke von 7,28 Metern überbrückt wurde, hatte der Rover mit seinen beiden vorderen Rädern wieder „sicheres Terrain“ erreicht (Raumfahrer.net berichtete).

In den folgenden Stunden wurden neben den aktuellen Telemetriedaten des Rovers auch erste Aufnahmen zur Erde übermittelt, welche das jetzt erreichte Gelände im Detail zeigten. Auf den Aufnahmen der vorderen Gefahrenerkennungskameras zeigte sich dabei, dass sich unmittelbar neben dem rechten Vorderrad eine venenartige Struktur durch den Marsboden zieht.

Ähnliche Strukturen wurden bereits im Jahr 2011 von dem ebenfalls von der NASA betriebenen Marsrover Opportunity bei der Untersuchung des westlichen Randbereiches des Endeavour-Kraters entdeckt. Die damaligen Analysen ergaben, dass es sich hierbei um Risse im Boden handelt, welche mit relativ großer Mengen an Kalzium und Schwefel gefüllt sind. Diese beiden Stoffe traten dabei in einem Verhältnis auf, welches sich am besten mit dem wasserhaltigen Mineral Calciumsulfat vereinbaren lässt.

Dieses Mineral kann sich nur durch die Einwirkung von flüssigem Wasser bilden und ablagern. In der Natur tritt es – abhängig von der in der Kristallstruktur eingebundenen Menge an Wasser – in unterschiedlichen Formen auf. Die Messungen des Marsrovers Opportunity ließen die an den Untersuchungen beteiligten Wissenschaftler zu dem Schluss gelangen, dass es sich bei den untersuchten Strukturen um „Adern“ aus Gips handelt (Raumfahrer.net berichtete).

Aktuelle Untersuchungen durch Curiosity
Auch bei der jetzt durch Curiosity entdeckten Struktur dürfte es sich um Frakturen im Boden handeln, welche mit verschiedenen Mineralen aufgefüllt sind. Am heutigen Tag sollen zwei der Instrumente des Marsrovers Curiosity, die an dessen Instrumentenarm montierte MAHLI-Kamera und das ebenfalls dort befindliche APX-Spektrometer, dazu genutzt werden, um die Natur dieser Mineralien genauer zu untersuchen.

In den frühen Morgenstunden des folgenden Missionstages soll dann ein weiteres der insgesamt zehn wissenschaftliche Instrumenten, die ChemCam, eingesetzt werden, um auf der umliegenden Marsoberfläche nach Anzeichen für Bodenfrost zu suchen. Im Anschluss an diese Untersuchung wird die ChemCam dann zwei mit den Namen „Collett“ und „Mussell“ belegte Bodenformationen analysieren, welche sich direkt neben den venenartigen Strukturen befinden.

Im Anschluss an diese Arbeiten soll der Rover die Formation Dingo Gap endgültig durchfahren und dabei weitere rund 40 Meter zurücklegen. Die im Anschluss an diese Fahrt anzufertigenden Aufnahmen sollen am kommenden Montag genutzt werden, um die darauf folgende Fahrt zu planen, welche dann wahrscheinlich am Dienstag durchgeführt werden wird.

Außerdem soll mit dem Tunable Laser Spectrometer, einem der drei Messinstrumente des SAM-Instrumentenkomplexes, eine erneute, diesmal während der Nachtstunden durchzuführende Analyse der Marsatmosphäre erfolgen (Raumfahrer.net berichtete über frühere Messungen).

Ein Foto von unserem Heimatplaneten
Neben seinen derzeitigen wissenschaftlichen Aktivitäten hat sich der Marsrover Curiosity vor wenigen Tagen zudem auch als „Astrofotograf“ betätigt und seine Hauptkamera, die MastCam, am 31. Januar 2014 etwa 80 Minuten nach Sonnenuntergang auf den Nachthimmel des Mars gerichtet.

Auf den dabei angefertigten Aufnahmen ist unser Heimatplanet als kleiner, leuchtender Punkt knapp über dem Marshorizont erkennbar. Höher aufgelösten Versionen dieses Fotos finden Sie auf dieser Seite des JPL-Photojournals. Neben der Erde ist auf diesen Aufnahmen auch der Mond erkennbar. Zum Zeitpunkt der Aufnahme betrug der Abstand zwischen dem Mars und der Erde etwa 159.579.000 Kilometer.

Bei diesen Fotos handelt es sich jedoch keineswegs um „sentimentale Spielereien“ der beteiligten Wissenschaftler. Vielmehr verfügen diese Aufnahmen, mit denen die Leistungsfähigkeit dieses Kamerasystems für astronomische Beobachtungen unter Beweis gestellt wurde, über einen wissenschaftlichen Hintergrund.

Bereits in wenigen Monaten wird sich der Komet C/2013 A1 (Siding Spring) dem Mars nähern und diesen am 19. Oktober 2014 in einer Distanz von lediglich rund 138.000 Kilometern passieren. Neben den drei derzeit aktiven Marsorbitern der NASA und der Europäischen Weltraumagentur ESA soll dann auch der Marsrover Curiosity zur Untersuchung dieses Kometen eingesetzt werden (Raumfahrer.net berichtete).

Bis zum heutigen Tag, dem „Sol“ 537 seiner Mission, hat der Marsrover Curiosity eine Distanz von mehr als 4.920 Metern auf der Oberfläche des Mars zurückgelegt. Seit dem Erreichen unseres Nachbarplaneten haben die Kamerasysteme von Curiosity zudem mehr als 118.300 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. Vertont von Peter Rittinger.

Bereits am 3. Januar 2013 entdeckte der australische Astronom Robert H. McNaught auf den Aufnahmen eines Teleskops des Siding-Spring-Observatoriums einen neuen Kometen. Erste Berechnungen der Umlaufbahn ergaben, dass sich dieser mit dem Namen „C/2013 A1 (Siding Spring)“ versehene Komet am 19. Oktober 2014 unserem äußerem Nachbarplaneten – dem Mars – bis auf eine Entfernung von lediglich rund 110.000 Kilometern nähern wird. Zeitweise wurde es sogar für möglich gehalten, dass der Komet mit dem Mars kollidiert (Raumfahrer.net berichtete).

Diese Möglichkeit einer Kollision kann aufgrund aktueller Beobachtungsdaten mittlerweile ausgeschlossen werden. C/2013 A1 (Siding Spring) wird den Mars an diesem Tag vielmehr in einer Entfernung von etwa 138.000 Kilometern passieren. Die dichteste Annäherung wird dabei mit einem derzeit aktuellen Unsicherheitsfaktor von etwa zwei Minuten um 19:28 Uhr MEZ erfolgen.

Trotzdem handelt es sich hierbei um ein in der menschlichen Geschichte sozusagen bisher einmaliges Ereignis, denn der Vorbeiflug wird in einer Entfernung erfolgen, welche in etwa lediglich einem Drittel des Abstandes zwischen Erde und Mond entspricht. Dieser Komet wird sich dem Mars somit etwa zehn Mal dichter annähern, als dies bei allen bekannten Kometen in der Vergangenheit im Fall einer Passage an der Erde der Fall war. Es ist sogar gut möglich, dass der Mars dabei von der ausgedehnten Koma des Kometen erreicht wird.

Selbstverständlich wird C/2013 A1 (Siding Spring) auf seinem Weg durch das innere Sonnensystem unter der ständigen Beobachtung von irdischen Astronomen stehen. Das Weltraumteleskop WISE konnten den Kometen in den letzten Wochen bereits erfolgreich abbilden. Die entsprechenden Aufnahmen zeigen, dass C/2013 A1 (Siding Spring) eine zunehmende Aktivität aufweist und damit begonnen hat, eine schwache Koma auszubilden. Über einen „Logenplatz“ werden im Oktober 2014 jedoch speziell die derzeit in der Marsumlaufbahn beziehungsweise auf dessen Oberfläche aktiven Orbiter und Rover verfügen.

Kometenbeobachtung vom Mars
Die besten Aufnahmen sind dabei von der HiRISE-Kamera, einem der sechs wissenschaftlichen Instrumente an Bord des Marsorbiters Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) zu erwarten. Dieser von der US-amerikanischen Weltraumbehörde NASA betriebene Marsorbiter konnte zuletzt im Herbst 2013 dem Kometen C/2012 S1 (ISON) abbilden, welcher sich zu diesem Zeitpunkt in einer Entfernung von etwa 11 Millionen Kilometern zum Mars befand (Raumfahrer.net berichtete). Zwei weitere Orbiter, der ebenfalls von der NASA betriebene Mars Odyssey und der ESA-Marsorbiter Mars Express, sollen ebenfalls für die Beobachtung von „Siding Spring“ eingesetzt werden.
Nicht für diese Beobachtungen genutzt werden können dagegen die beiden zukünftigen Marsorbiter MAVEN – eine weitere NASA-Mission – und Mars Orbiter Mission (kurz „MOM“, auch als „Mangalyaan“ bekannt) – eine Mission der indischen Raumfahrtbehörde ISRO – welche sich derzeit beide noch auf dem Weg zum Mars befinden und diesen erst unmittelbar vor dessen Zusammentreffen mit „Siding Spring“ erreichen werden.

Aber auch die beiden derzeit auf der Planetenoberfläche aktiven Marsrover Opportunity und Curiosity werden ihre Kamerasysteme im Oktober auf den Kometen ausrichten und dabei versuchen, diesen abzulichten. Zudem sollen beide Rover bei passenden Gelegenheiten den Nachthimmel abbilden und nach Meteoren Ausschau halten, deren Häufigkeit ein Indikator für die Anzahl von Staubpartikeln sein wird, welche sich im Schweif des Kometen befinden und bei der Annäherung an den Mars in die Planetenatmosphäre eintreten werden.

Diese Beobachtungen aus unterschiedlichen Blickwinkeln sollen den Wissenschaftlern dabei helfen, mehr über den Kern des Kometen – speziell über dessen Form und Größe, über dessen Rotationsgeschwindigkeit, die Zusammensetzung und über die Entwicklung seiner Aktivität – in Erfahrung zu bringen. Des weiteren kann so eventuell erforscht werden, welche Einflüsse die Kometenpartikel auf die obere Atmosphärenschicht des Mars ausüben.

„Diese Partikel könnten die Atmosphäre erwärmen und zu einer [minimalen] Ausdehnung führen“, so Rich Zurek, der leitende Wissenschaftler des Mars-Programms der NASA. Verschiedene Infrarot-Spektrometer, mit denen die Orbiter MRO und Mars Odyssey ausgestattet sind, sollen entsprechende Daten liefern.

Gefahr für die Orbiter
Allerdings birgt diese dichte Begegnung zwischen dem Mars und dem Kometen C/2013 A1 (Siding Spring) auch ein gewisses Gefahrenpotential für die Marsorbiter. Hierfür verantwortlich sind die Staubpartikel, welche von der Oberfläche des Kometenkerns in das umgebende Weltall entweichen und dabei mit hohen Geschwindigkeiten auf die Orbiter treffen könnten. Selbst diese normalerweise nur mikroskopisch kleinen Partikel könnten dabei aufgrund der hohen Aufprallgeschwindigkeiten zu ernsthaften Beschädigungen führen. Aus diesem Grund hat die NASA jetzt damit begonnen, sich auf das Eintreffen des Kometen vorzubereiten und gegebenenfalls Sicherheitsmaßnahmen einzuleiten.

Entscheidend für eine genaue Gefahrenabschätzung und die Planung der weiteren Vorgehensweise ist letztendlich die Entwicklung der Aktivität des Kometen bei dessen weiteren Annäherung an die Sonne. „Unsere Pläne, die Raumsonden für die Beobachtung des Kometen Siding Spring einzusetzen, gehen Hand in Hand mit den Vorbereitungen, um die Sonden eventuell auch schützen zu können“, so Rich Zurek.

„Es ist gegenwärtig noch zu früh, um abschätzen zu können, wie gefährlich Siding Spring für die Raumsonden sein wird“, so Soren Madsen vom Jet Propulsion Laboratory der NASA in Pasadena/Kalifornien, der technische Leiter des NASA-Marsprogramms. „Er könnte sich zu einer großen Gefahr entwickeln oder gar kein Risiko darstellen – oder irgendetwas dazwischen.“ Im April, spätestens im Mai 2014 wird sich der Komet der Sonne soweit genähert haben, dass das bisher auf der Oberfläche des Kometenkerns abgelagerte Wassereis verdampft und bei der Freisetzung in den umgebenden Weltraum Staubpartikel mit sich reißt. Spätestens ab dann werden belastbare Aussagen über die zu erwartende Freisetzungsrate von Staub möglich sein.

„Würden wir erst im Mai eine potentielle Gefahr erkennen, dann wäre es allerdings zu spät, um unsere entsprechende Reaktion zu planen“, so Soren Madsen.

Mögliche Vorsichtsmaßnahmen wären eine Veränderung der Umlaufbahnen der Orbiter um den Mars. Diese würden sich dann zum Zeitpunkt der dichtesten Annäherung des Kometen auf der anderen Seite des Planeten befinden und durch diesen vor den Staubpartikeln abgeschirmt sein. Je früher eine solche Orbitänderung erfolgt, desto treibstoffsparender würde diese Bahnkorrektur ausfallen. Eine weitere denkbare Schutzmaßnahme besteht darin, dass die Sonden so ausgerichtet werden, dass deren empfindlichsten Bauteile in der kritischen Phase von dem Kometen wegweisen und deshalb nicht von Staubpartikeln getroffen werden können. Hierbei sind allerdings weitere Kriterien wie zum Beispiel die Energieversorgung – die Solarzellen müssen auf die Sonne gerichtet sein – oder die Kommunikation mit der Erde – die Antennen müssen hierzu in Richtung Erde zeigen – berücksichtigt werden.

Je früher entsprechende Maßnahmen ergriffen werden, desto effizienter werden diese dann auch ausfallen. Aufgrund der vielen Unwägbarkeiten beginnen die Wissenschaftler bereits jetzt damit, die Größe der Staubpartikel und deren Freisetzungsrate eingehend zu analysieren.

Keine Gefahr für die Rover
Die beiden Marsrover Opportunity und Curiosity sind dagegen vor dem Kometen Siding Spring und dessen Staubschweif gut geschützt. Trotz ihrer geringen Dichte bietet die dünne Marsatmosphäre einen ausreichenden Schutz und wird verhindern, dass die von C/2013 A1 (Siding Spring) ausgehenden Staubpartikel die Marsoberfläche erreichen.

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Ein Beitrag von Günther Glatzel. Quelle: SpaceObs.org, ScienceBlogs.de.

Nach 74 Beobachtungstagen mit möglichst genauen Messungen der Positionen führt die Bahn des Kometen am 19. Oktober 2014 etwa 110.000 km am Mars vorbei. Da die Messungen aber noch mit recht hohen Toleranzen behaftet sind, könnte C/2013 A1 aber auch mit dem Mars kollidieren.

Gegenwärtig nimmt man für den Kometen eine Größe von etwa 50 Kilometern an. Die Wirkung eines Einschlags wäre gewaltig. Zudem bewegt sich der aus der Oortschen Wolke stammende Himmelskörper entgegen der Umlaufbahn der Planeten. Damit addieren sich die Geschwindigkeit des Kometen und die des Mars beim Zusammenstoß auf etwa 56 km/s, das sind mehr als 200.000 km/h. Beim Aufschlag würde ein Krater mit einem Durchmesser von etwa 500 Kilometern entstehen, was die Oberfläche des Roten Planeten für immer verändern würde.

Wahrscheinlicher aber ist, dass der Komet in geringer Entfernung am Mars vorbeifliegt. Vorteilhaft wäre dabei wohl, dass gegenwärtig noch 3 funktionierende Orbiter den äußeren Planetennachbarn der Erde umlaufen: Mars Odyssey (NASA, seit 2001), Mars Express (ESA, seit 2003) und Mars Reconnaissance Orbiter (NASA, seit 2006). Sie sind zwar eigentlich nicht für die Beobachtung eines schnell vorbeiziehenden Himmelskörpers konstruiert, haben sich auf diesem Feld bei Vorbeiflügen an den Marsmonden aber bereits bewährt.

Gegenwärtig ist C/2013 A1 (Siding Spring) noch etwa 7 Astronomische Einheiten (mehr als 1 Milliarde Kilometer) von der Sonne entfernt und hat daher noch keinen Schweif entwickelt. Von der Erde aus gesehen befindet er sich derzeit im Sternbild Eridanus und besitzt eine Helligkeit 18-ter bis 19-ter Größenklasse, ist also in Amateurteleskopen nicht wahrnehmbar. Im Oktober nächsten Jahres könnte er vom Mars aus gesehen allerdings eine Helligkeit um -8 Magnituden erreichen, von der Erde aus in unseren Breiten mit bestenfalls 8. Größenklasse kurz nach Sonnenuntergang.

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