Quelle: ESA, NASA, Caltech, Wikipedia

Die Erkenntnisse der berühmten Viking-Sonden, die im Jahr 1976 am Mars gelandet waren, waren nicht angetan Euphorie zu entfachen, und so dauerte es lange bis nach diesen der Mars wieder in den Fokus der Forschung gelangte. Im Rahmen des Planetary Observer Programms der NASA, einem Programm mit welchem nach den teuren Viking Missionen mit günstigeren Sonden die Planetenforschung wieder aufgenommen werden sollte, wurde 1992 Mars Observer gestartet. Jedoch wurde zu diesem schon 3 Tage vor Erreichen eines Marsorbits der Kontakt verloren, und das gesamte Programm fand damit ebenfalls gleich sein Ende.
1993 wurde das Mars Exploration Programm der NASA initiiert, ein weit in die Zukunft gerichtetes Programm zur Erforschung des Mars. Die Zielsetzungen waren weitreichend:

• Gibt oder gab es jemals Leben auf dem Mars?
• Wie läßt sich das Klima am Mars charakterisieren?
• Welche Geologie herrscht am Mars vor?
• Wie ist eine menschliche Präsenz am Mars möglich?

Dies alles sollten die zukünftigen Sonden, die man Richtung Mars senden wollte, klären. Die Programme wechselten in der Zukunft, die Zielsetzung im Grunde nicht.

Mars Global Surveyor (MGS)

MGS markierte somit die Wiederaufnahme der Erforschung des Mars durch die NASA. Am 7. November 1996 stand eine Delta II am LC-17A des Capes und hievte MGS mit einer Startmasse von 1062 kg in Richtung Mars. Als Erstes sah man es als erforderlich an den Mars zu kartieren. Dazu verfügte MGS über einige Instrumente, darunter auch eine Kamera und ein Laseraltimeter. Denn das Programm sah ja auch Lander und Rover vor, und um geeignete Landestellen festlegen zu können, musste man den Mars etwas besser kennen. Und damit ergab sich eine weitere Anforderung an MGS. Die Oberflächeneinheiten würden aufgrund von Massenbudgets, Stromversorgung und Orbitalmechanik niemals in der Lage sein die anfallenden Datenmengen Richtung Erde zu schicken. Die Orbiter konnte man jedoch mit ausreichenden Sendeanlagen versehen, so dass nur der kurze Datenverkehr von der Oberfläche in den Orbit verblieb, welcher von leichten, trotzdem breitbandigen, aber energiesparsameren Funkeinrichtungen bewerkstelligt werden konnte.
Auch MGS war damit von Beginn an als Relaisstation im Marsorbit ausgelegt. Eine 1,5 m durchmessende Hochgewinnantenne (HGA) stellte mit nur 25 Watt Sendeleistung im X-Band bei 8,4 GHz den Datenverkehr mit der Erde her. Die Datenrate ändert sich dabei natürlich mit dem Abstand von Erde und Mars und konnten bei kurzer Entfernung 85,3 kbit/s erreichen. Zur Sicherheit war auch eine Niedriggewinnantenne vorhanden. Die Mars Relais Antenne stellte im UHF-Band bei 437.1 MHz die Verbindung Richtung Marsoberfläche her. Nur einen Monat nach MGS wurde die Mars Pathfinder Mission gestartet, mit dem der Rover Sojourner auf den Mars gebracht wurde. Da wurden diese Fähigkeiten von MGS bereits benötigt.
Am 2. November 2006 wurde der Kontakt zu MGS verloren. Anhand eines schwachen Signales konnte festgestellt werden, dass sich die Sonde im sogenannten „safe mode“ befindet. Da durch einen Irrtum beide Kopien der Bordsoftware fehlerhaft waren, war der Orbiter verloren.
MGS steht nicht mehr zur Verfügung.

Mars Climate Orbiter (MCO)

Praktisch jedes Programm der NASA hat mit den selben Problemen zu kämpfen. Mit Budgetüberschreitungen oder Kürzungen von Budgets. Unter der Prämisse „cheaper, better, faster“ wurde diese, sowie auch die Mission Mars Polar Lander (MPL), durchgeführt. Ob sie „schneller“ oder „billiger“ waren sei dahingestellt. „Besser“ waren sie allerdings nicht. Mit 638 kg Startmasse war sie auch „leichter“, ganz im Sinne der Prämisse. MCO hatte auch über eine 1,3 m durchmessende HGA für das X-Band und über eine UHF Funkeinrichtung zur Bodenkommunikation verfügt.
Am 11. Dezember 1998, nur gut 2 Jahre nach MGS, wurde MCO gestartet. Die Flugbahn, in die MCO nach der Ankunft am Mars kommandiert wurde, war jedoch zu tief über der Oberfläche. Das konnte die Sonde nicht überstehen. Als Ursache konnte festgestellt werden, das Lockheed Martin imperiale Einheiten statt der von der NASA geforderten SI Einheiten verwendete, und die Diskrepanz und Missinterpretation der Zahlenwerte führten zu der fehlerhaften Kursänderung.

Der ebenfalls stattgefundene Verlust von Mars Polar Lander wurde übrigens nie endgültig geklärt. Als warscheinlichste Ursache nahm man an, dass durch ein Softwareproblem die Landetriebwerke bereits in einer Höhe von ca. 40 m deaktiviert wurden und MPL zerschellte.
Durch die beiden Misserfolge zerschellte aber auch der „cheaper, better, faster“ Ansatz gleich mit.
MCO stand also nie zur Verfügung.

2001 Mars Odyssey (ODY)

Bereits am 7. April 2001, also keine zweieinhalb Jahre nach MCO, startete die NASA ihren nächsten Orbiter. Die Startmasse von ODY betrug 758 kg. Ein Schwerpunkt der Aufgaben von ODY war die Suche nach Wassereis und die globale Kartierung von Mineralien am Mars. Zu diesem Zweck hat sie unter anderem eine Multispektralkamera, einen Strahlungsdetektor und ein Gammastrahlenspektrometer an Bord. Wassereis konnte übrigens klar nachgewiesen werden. 2012 musste eines der Reaktionsräder abgeschaltet und durch ein Reserverad ersetzt werden. Das Partikelspektrometer ist bereits seit 2003 inaktiv.
Eine sehr wichtige Aufgabe fiel ODY aber auch mit der Weiterleitung der Daten der beiden Marsrover Spirit und Opportunity zu.
Die ebenfalls 1,3 m durchmessende HGA sendet wiederum im X-Band bei 8,4 GHz, mit der simultan Daten empfangen und gesendet werden können. Es stehen weiter eine Mittelgewinn- und eine Niedriggewinnantenne zur Verfügung. Zur Kommunikation mit den Bodeneinheiten wird wiederum ein UHF System benutzt.
2015 wurde der noch verfügbare Treibstoffvorrat auf ODY als ausreichend für einen Betrieb bis ins Jahr 2025 bewertet. Vielleicht konnte noch sparsamer mit diesem umgegangen werden, das Problem bleibt allerdings dass wir schon bald im Jahr 2026 stehen.
ODY ist nach wie vor im Einsatz, und gehört zum sogenannten Mars Relais Netzwerk, mit dem Daten der Marsrover zum Deep Space Network der NASA und an ESTRACK weitergeleitet werden. Mit 170,4Mbit/tag transferiert ODY einen relativ kleinen Teil der Gesamtdatenmenge.

Mars Express (MEx)

Nun wurde auch die ESA aktiv. MEx wurde am 25. Dezember 2003 bei einer Startmasse von 1120 kg von einer Sojus-FG/Fregat von Baikonur aus gestartet. An Board befand sich auch der Lander Beagle 2. Die Aufgaben solcher Orbiter sind immer vielfältig.
Die MARSIS-Antennen sollten bis in eine Tiefe von 5 Kilometer unter der Oberfläche nach Wasser suchen. Die hochauflösende HRSC Stereokamera kann den Mars mit einer Auflösung bis zu 10 m kartografieren; mit der Optik des Super Resolution Channel bis zu 2 m, was aber recht problematisch ist. Weitere Instrumente sind vorhanden um Atmosphäre und Mineralogie des Mars zu untersuchen.
Zur Kommunikation mit der Erde verfügt MEx über eine 1,6 m durchmessende HGA mit der im S-Band (2.1 GHz) und im X-Band (8,4 GHz) gesendet werden kann. Zur Sicherheit ist auch eine Niedriggewinnantenne vorhanden.
Um mit Beagle 2, und zukünfigen Bodeneinheiten kommunizieren zu können verfügt MEx über die Melacom UHF Sendeeinrichtung. Aber auch zu und von Bodeneinheiten der NASA, wie dem Rover Curiosity, können damit Daten transferiert werden. Auch MEx gehört zum Mars Relais Netzwerk, ist aber nur als Reserve vorgesehen.

Beagle 2 konnte übrigens gelandet werden, „gemeldet“ hat er sich nie. Der Mars Reconnaissance Orbiter der NASA konnte ihn später lokalisieren und feststellen daß sich eines der Solarpanele nicht geöffnet hatte.

Mars Reconnaissance Orbiter (MRO)

Mit MRO plante die NASA wieder größer und leistungsfähiger. Am 12. August 2005, also bereits gut 4 Jahre nach ODY, stemmte eine Atlas 5 die 2180 kg von MRO vom SLC-41 der Cape Canaveral Air Force Station (CCAFS) nach oben.
Glanzstück des MRO ist wohl sein „High Resolution Imaging Science Experiment“, die HiRISE Camera die Auflösungen der Marsoberfläche mit bis zu 0,3 m pro Pixel ermöglicht. Natürlich verfügt er aber über ein ganzes Bündel an Sensorik, z. B. um Mineralien, wie etwa Hämatit, zu lokalisieren, Staub und Wasserdampf in der Atmosphäre zu untersuchen, Wasservorkommen zu lokalisieren und einiges mehr.
Der Datenmenge die durch die umfangreiche wissenschaftliche Tätigkeit anfällt, und jener die von Bodeneinheiten weiterzuleiten ist, musste auch Rechnung getragen werden. MRO verfügt über eine 3 m durchmessende HGA um im X-Band mit bis 100 W Sendeleistung Daten mit 500 kBit/s bis 4 Mbit/s zu transferieren. Auch das Ka Band bei 32 GHz für noch höhere Datenraten wurde erprobt, wird aber nicht mehr weiter genutzt, um es im Falle eines Ausfalles des X-Band Senders, der nicht mehr auf den Reserveverstärker umschalten kann, zur Verfügung zu stehen. Niedriggewinnantennen für Notfälle sind auch vorhanden. Die UHF Verbindung zu den Bodeneinheiten wurde weiterentwickelt und in das Electra Proximity Link Payload Package integriert. Datenraten von bis zu 2 Mbit/s zu den Bodeneinheiten können damit erzielt werden.
Auch MRO ist Teil des Mars Relais Netzwerks, und transferiert durchschnittlich 447.5 Mb/tag.

Mars Atmosphere and Volatile Evolution (MAVEN)

Diesmal dauerte es etwas länger bis zur nächsten großen Mars Mission. Am 18 November 2013, diesmal also gut 8 Jahre nach MRO, hob der 2454 kg schwere Orbiter wiederum auf einer Atlas 5 vom SLC-41 der CCAFS ab. Forschungsziel von MAVEN ist herauszufinden, warum und wie Mars seine Atmophäre an das Weltall verloren hat und Daten über die Entwicklung des marsianischen Klimas zu sammeln. Dafür sind eine Reihe von Instrumenten vorhanden. Die HGA hat 2 m Durchmesser, gesendet wird wieder im X-Band. Für die Bereitstellung der UHF Verbindung Richtung Mars kam wieder das Electra Package zum Einsatz.
Zwischen 19. und 28. November 2014 befand sich MAVEN im „Safe Mode“. Grund waren Synchronisationsproblem zwischen zwei Rechnern an Bord.
Im Jahr 2019 wurde der elliptische Orbit von MAVEN abgesenkt, um öfter und besser mit den Rovern am Mars in Kontakt treten zu können. MAVEN ist also sowohl als Wissenschaftsmission als auch als Teil des Mars Relais Netzwerks von Bedeutung. Über MAVEN werden durchschnittlich 897.5 Mb/tag an Daten transferiert.
Auch am 22. Februar 2022 versetzte sich MAVEN in den Safe Mode. Die Trägheitsnavigationseinheiten lieferten keine verwertbaren Daten mehr. Zur Behebung wurden nur noch Daten der Sternsensoren zur Lagebestimmung genutzt. Mit 28. Mai 2022 konnte MAVEN den Betrieb wieder aufnehmen.

Nun vermeldete die NASA dass von MAVEN am 6. Dezember, nach der Funkstille beim Umrunden der abgewandten Seite des Mars, kein Signal mehr empfangen werden konnte. Die Telemetrie von MAVEN hatte gezeigt, dass alle Subsysteme normal arbeiteten, bevor MAVEN in den Funkschatten des Mars eingetreten ist. Die Operationsteams untersuchen den Vorfall.

Die Frage ist nun, ob die NASA tatsächlich über „kein“ Signal, oder nur über keine regulären Signale, sondern nur über Signale welche der Safe Mode sendet, verfügt. Auch im Safe Mode kann die Sonde über die HGA Statusdaten versenden, bzw. Kommandos erhalten. Sollte die HGA nicht verfügbar sein, so müssten über eine Niedriggewinnantenne zumindest schwache Lebenszeichen der Sonde empfangbar sein. Auch dann besteht Hoffnung. Ohne jeglichen Kontakt zur Sonde wäre diese auf alle Fälle verloren. Nicht übersehen kann man jedoch die Tatsache, das die NASA seit nunmehr 12 Jahren keine Erneuerung der Orbiterinfrastruktur am Mars durchführt. Auch wenn der Treibstoff anscheinend noch über das Jahr 2030 reicht, so ist es trotzdem so, dass die Orbiterflotte altert. Raumfahrzeuge altern auch durch äußere Einflüsse wie Strahlung oder hohe Temperaturschwankungen, was irgendwann zu Ausfällen führen kann.
Außerdem müssten, selbst wenn man Anfang der dreißiger Jahre einen neuen Orbiter Richtung Mars schicken wollte, wegen der langen Projektlaufzeiten, bereits Maßnahmen eingeleitet worden sein. Sehr vielversprechend sieht es da nicht aus.
Bau und Start des Mars Telecommunications Orbiter wurden bereits 2005 abgesagt. Am 4. July 2025 wurde beschlossen das Projekt wieder aufzuehmen. Wann und ob überhaupt er sich wieder aus der Asche erhebt, bleibt abzuwarten.
Die International Mars Ice Mapper Mission sollte ursprünglich 2026 gestartet werden. 2022 wurde die Finanzierung des Projekts von der NASA eingestellt. Ob er nun wie geplant im Zeitraum 2031-2033 gestartet werden kann, bleibt angesichts des frühen Entwicklungsstadiums ebenfalls abzuwarten.

Sollte MAVEN nicht mehr aktivierbar sein, so müßte ca. das doppelte der Datenmenge welche MRO durchschnittlich transferiert, zusätzlich auf ihn selber und andere Orbiter umverteilt werden, falls das möglich ist. Ein Ausfall von MAVEN ist also durchaus schwerwiegend.

Zukünftig wird ja vom größten Startserviceprovider der USA beabsichtigt eigene Raumfahrzeuge, in der Folge sogar in bemannter Form, zum Mars zu schicken. Auch da wird man sich fragen müssen, inwieweit man sich da noch auf die bestehenden Orbiter stützen kann.

Ein Orbiter ist jedoch noch unerwähnt, da er erst nach MAVEN zum Mars aufgebrochen ist:
ExoMars Trace Gas Orbiter (TGO)

TGO ist ein Mars Orbiter der ESA. Am 14. März 2016 wurde TGO mit einer Proton-M/Briz-M von Baikonur Richtung Mars gestartet. Es war ein Schwergewicht mit 4332 kg Masse. Darin enthalten war jedoch auch das Landeexperiment Schiaparelli mit 577 kg.
Die Landung von Schiaparelli ist im übrigen nicht geglückt, zumindest nicht in einem Stück.
Die Aufgabe von TGO war die Untersuchung der Atmosphäre des Mars, insbesondere das Aufspüren von Spurengasen wie Methan, da man dieses auch als Biomarker in Betracht zieht. Weiter sollte TGO auch als Relaisstation für den Rosalind Franklin Rover dienen. Der befindet sich weiter auf der Erde und der Einsatz erscheint ungewiss. Die HGA von TGO misst 2,2 m und wird im X-Band mit 65 W betrieben. Richtung Mars wird wiederum per UHF gesendet. Sehr sinnvollerweise steuerte die NASA das Electra Package bei. Dies erleichert nun die Interoperabilität mit den derzeitlich am Mars befindlichen NASA Rovern Curiosity und Perserverance.
Auch der ESA Orbiter TGO ist Teil des Mars Relais Netzwerks. TGO transferiert zusätzlich auch Daten zu russischen Bodenstationen. Mit 1562.7 Mb/tag fließt über TGO der größte Anteil am Datenaufkommen des Mars Relais Netzwerks.

Die angeführten Datentransferraten entstammen Angaben der NASA von September 2025.

Nur als Ergänzung: Die kürzlich gestarteten EscaPADE Sonden, welche auch für den Marsorbit bestimmt sind, können keinerlei Relaisfunktionen übernehmen.

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• MAVEN – Mars Atmosphere and Volatile EvolutioN

Der Beitrag Kontaktverlust zu MAVEN und alternde Orbiter am Mars erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: ESA/SpaceSafety/PlanetaryDefence, 14. November 2025

Durch die Möglichkeit, Daten vom Mars für eine ungewöhnliche Beobachtung zu nutzen, haben wir mehr über die Bahn des interstellaren Kometen durch unser Sonnensystem erfahren. Dies war ein wertvoller Testfall für die planetare Verteidigung, auch wenn 3I/ATLAS keine Gefahr darstellt.

Neuer Blickwinkel vom Mars ermöglicht höhere Präzision

Bis September stützte man sich bei der Ermittlung der Position und Flugbahn von 3I/ATLAS auf bodengestützte Teleskope. Dann richtete die ExoMars-Sonde TGO der ESA zwischen dem 1. und 7. Oktober ihren Blick von ihrer Umlaufbahn um den Mars aus auf den interstellaren Kometen. Der Komet passierte den Mars relativ nah und näherte sich ihm während seiner nächsten Annäherung am 3. Oktober auf etwa 29 Millionen Kilometer (mehr zu den Beobachtungen).
Die Marssonde kam 3I/ATLAS etwa zehnmal näher als Teleskope auf der Erde und beobachtete den Kometen aus einem neuen Blickwinkel. Die Triangulation ihrer Daten mit Daten von der Erde trug dazu bei, die Vorhersage der Flugbahn des Kometen wesentlich genauer zu machen.
Während die Wissenschaftler ursprünglich nur eine moderate Verbesserung erwartet hatten, war das Ergebnis eine beeindruckende Verzehnfachung der Genauigkeit, wodurch die Unsicherheit hinsichtlich der Position des Objekts verringert wurde.
Da 3I/ATLAS mit einer Geschwindigkeit von bis zu 250 000 km/h schnell durch unser Sonnensystem fliegt, wird es bald im interstellaren Raum verschwinden und nie wieder zurückkehren. Die verbesserte Flugbahn ermöglicht es Astronomen, ihre Instrumente sicher auszurichten und detailliertere wissenschaftliche Untersuchungen des dritten jemals entdeckten interstellaren Objekts durchzuführen.

Von Mars-Daten zu genauen Vorhersagen

Es war eine Herausforderung, die Daten des Mars-Orbiters zu nutzen, um die Bahn eines interstellaren Kometen durch den Weltraum zu verfeinern. Das CaSSIS-Instrument wurde entwickelt, um auf die nahegelegene Marsoberfläche zu zeigen und diese in hoher Auflösung zu betrachten. Dieses Mal wurde die Kamera auf den Himmel über dem Mars gerichtet, um den winzigen, weit entfernten Kometen 3I/ATLAS vor dem Hintergrund des Sternenhimmels einzufangen.

Die Astronomen des Planetenschutzteams im Koordinationszentrum für erdnahe Objekte der ESA, die für die Bestimmung der Flugbahnen von Asteroiden und Kometen zuständig sind, mussten die besondere Position des Raumfahrzeugs berücksichtigen.
Normalerweise werden Flugbahnbeobachtungen von festen Observatorien auf der Erde aus durchgeführt, gelegentlich auch von einem Raumfahrzeug in der erdnahen Umlaufbahn, wie dem Hubble-Weltraumteleskop der NASA/ESA oder dem James-Webb-Weltraumteleskop der NASA/ESA/CSA. Die Astronomen sind darin geübt, ihren Standort zu berücksichtigen, wenn sie die zukünftigen Positionen von Objekten bestimmen, die als Ephemeriden bezeichnet werden.
Dieses Mal hing die Ephemeride von 3I/ATLAS und insbesondere die Genauigkeit der Vorhersage davon ab, dass die genaue Position von ExoMars TGO berücksichtigt wurde: auf dem Mars und in einer schnellen Umlaufbahn um ihn herum. Dies erforderte die Zusammenarbeit mehrerer ESA-Teams und Partner, von Flugdynamik- bis hin zu Wissenschafts- und Instrumententeams. Herausforderungen und Feinheiten, die normalerweise vernachlässigbar sind, mussten angegangen werden, um die Toleranzen so weit wie möglich zu reduzieren und die höchstmögliche Genauigkeit zu erreichen.
Die daraus resultierenden Daten über den Kometen 3I/ATLAS sind die ersten astrometrischen Messungen eines Raumfahrzeugs, das einen anderen Planeten umkreist, die offiziell eingereicht und in die Datenbank des Minor Planet Center (MPC) aufgenommen wurden. Die Datenbank fungiert als zentrale Clearingstelle für Asteroiden- und Kometenbeobachtungen und bündelt die von verschiedenen Teleskopen, Radarstationen und Raumfahrzeugen gesammelten Daten.

Ein Testfall für eine planetare Verteidigung

Auch wenn 3I/ATLAS keine Gefahr darstellt, war dies eine wertvolle Übung für die Planetenabwehr. Die ESA überwacht regelmäßig erdnahe Asteroiden und Kometen und berechnet deren Umlaufbahnen, um bei Bedarf Warnungen ausgeben zu können. Wie diese „Generalprobe” mit 3I/ATLAS zeigt, kann es sinnvoll sein, Daten von der Erde mit Beobachtungen von einem zweiten Standort im Weltraum zu triangulieren. Ein Raumfahrzeug kann sich möglicherweise auch näher an einem Objekt befinden, was einen zusätzlichen Mehrwert darstellt.
Das Üben mit Raumfahrzeugdaten außerhalb der Erdumlaufbahn schärft wichtige Fähigkeiten und zeigt den Wert der Nutzung von Ressourcen, die nicht für die Asteroidenerkennung ausgelegt sind, und erhöht die Bereitschaft im Falle einer Bedrohung.

Wie geht es weiter?

Der Komet wird derzeit mit unserem Jupiter Icy Moons Explorer (Juice) beobachtet. Obwohl Juice weiter von 3I/ATLAS entfernt ist als die Mars-Orbiter im letzten Monat, beobachtet er den Kometen kurz nach seiner größten Annäherung an die Sonne, wenn er sich in einem aktiveren Zustand befindet. Wir rechnen erst im Februar 2026 mit Daten aus den Beobachtungen von Juice – warum das so ist, erfahren Sie in unseren FAQs.
Wir sollten uns nicht nur darauf verlassen, dass Raumfahrzeuge hoffentlich in der Nähe von schwer zu beobachtenden Objekten sind, die eine Gefahr darstellen könnten. Daher bereitet die ESA die Neomir-Mission vor, um den bekannten blinden Fleck zu decken, den die Sonne für Asteroidenbeobachtungen verursacht, da ihr helles Leuchten das schwache Schimmern eines Asteroiden oder Kometen überstrahlt. Neomir wird sich zwischen Sonne und Erde befinden, um erdnahe Objekte, die aus Richtung Sonne kommen, mindestens drei Wochen vor einem möglichen Einschlag auf der Erde zu erkennen.
Eisige Wanderer wie 3I/ATLAS bieten eine seltene, greifbare Verbindung zur weiteren Galaxie. Ein tatsächlicher Besuch würde die Menschheit in weitaus größerem Maße mit dem Universum verbinden. Die ESA bereitet die Mission Comet Interceptor vor, um mehr über einen Kometen zu erfahren – mit etwas Glück könnte es sich dabei um einen interstellaren Kometen handeln.

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• Interstellare Objekte

Der Beitrag ESA bestimmt die Flugbahn von 3I/ATLAS anhand von Daten vom Mars erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: ESA/Science&Exploration/SpaceScience, 7. Oktober 2025

Die beiden Mars-Orbiter hatten von allen ESA-Raumsonden den besten Blick auf den Kometen. Bei seiner größten Annäherung an den Roten Planeten am 3. Oktober war der interstellare Eindringling 30 Millionen Kilometer von ihnen entfernt.
Jedes Raumfahrzeug beobachtete den Kometen mit seiner speziellen Kamera. Beide Kameras sind dafür ausgelegt, die helle Oberfläche des Mars in einer Entfernung von nur wenigen hundert bis einigen tausend Kilometern zu fotografieren. Die Wissenschaftler waren sich nicht sicher, was sie von den Beobachtungen eines relativ schwachen Ziels in so großer Entfernung erwarten konnten.
ExoMars TGO hat mit seinem Colour and Stereo Surface Imaging System (CaSSIS) die im folgenden GIF gezeigte Bilderserie aufgenommen. Der Komet 3I/ATLAS ist der leicht unscharfe weiße Punkt, der sich in der Bildmitte nach unten bewegt. Dieser Punkt ist das Zentrum des Kometen, bestehend aus seinem eisigen, felsigen Kern und der ihn umgebenden Koma.

CaSSIS konnte den Kern nicht von der Koma unterscheiden, da 3I/ATLAS zu weit entfernt war. Die Abbildung dieses kilometerbreiten Kerns wäre ebenso unmöglich gewesen wie das Betrachten eines Mobiltelefons auf dem Mond von der Erde aus.
Die Koma mit einem Durchmesser von einigen tausend Kilometern ist jedoch deutlich sichtbar. Die Koma entsteht, wenn sich 3I/ATLAS der Sonne nähert. Die Hitze und Strahlung der Sonne erweckt den Kometen zum Leben und bewirkt, dass er Gas und Staub freisetzt, die sich als Halo um den Kern sammeln.
Die volle Größe der Koma konnte von CaSSIS nicht gemessen werden, da die Helligkeit des Staubs mit zunehmender Entfernung vom Kern schnell abnimmt. Das bedeutet, dass die Koma im Bildrauschen verschwindet.
Typischerweise wird Material aus der Koma in einen langen Schweif geblasen, der bis zu Millionen von Kilometern lang werden kann, wenn sich der Komet der Sonne nähert. Der Schweif ist viel dunkler als die Koma. Auf den CaSSIS-Bildern ist der Schweif nicht zu sehen, aber er könnte bei zukünftigen Beobachtungen besser sichtbar werden, wenn sich der Komet weiter erwärmt und mehr Eis freisetzt.
Nick Thomas, leitender Forscher der CaSSIS-Kamera, erklärt: „Dies war eine sehr anspruchsvolle Beobachtung für das Instrument. Der Komet ist etwa 10 000 bis 100 000 Mal schwächer als unsere üblichen Beobachtungsobjekte.“

Die Arbeit geht weiter

3I/ATLAS ist auf den Bildern von Mars Express noch nicht zu erkennen, was zum Teil daran liegt, dass diese mit einer Belichtungszeit von nur 0,5 Sekunden (der maximalen Grenze für Mars Express) aufgenommen wurden, während ExoMars TGO eine Belichtungszeit von fünf Sekunden verwendet.
Die Wissenschaftler werden die Daten beider Orbiter weiter analysieren und unter anderem mehrere Bilder von Mars Express zusammenfügen, um zu sehen, ob sie den schwachen Kometen entdecken können.
Sie versuchten auch, das Lichtspektrum des Kometen 3I/ATLAS mit den Spektrometern OMEGA und SPICAM von Mars Express sowie dem Spektrometer NOMAD von ExoMars TGO zu messen. Derzeit ist noch unklar, ob die Koma und der Schweif hell genug für eine spektrale Charakterisierung waren.
Wissenschaftler werden die Daten in den nächsten Wochen und Monaten weiter analysieren, um mehr darüber herauszufinden, woraus 3I/ATLAS besteht und wie es sich bei seiner Annäherung an die Sonne verhält.
Colin Wilson, Projektwissenschaftler für Mars Express und ExoMars bei der ESA, sagt: „Obwohl unsere Mars-Orbiter weiterhin beeindruckende Beiträge zur Marsforschung leisten, ist es immer besonders spannend zu sehen, wie sie auf unerwartete Situationen wie diese reagieren. Ich bin gespannt darauf, was die Daten nach weiterer Analyse offenbaren werden.“

Ein seltener Besucher

Der Komet 3I/ATLAS stammt von außerhalb unseres Sonnensystems und ist nach 1I/Oumuamua im Jahr 2017 und 2I/Borisov im Jahr 2019 erst der dritte interstellare Komet, der jemals beobachtet wurde.“
Diese Kometen sind absolut fremdartig. Alle Planeten, Monde, Asteroiden, Kometen und Lebensformen in unserem Sonnensystem haben einen gemeinsamen Ursprung. Interstellare Kometen hingegen sind echte Außenseiter, die Hinweise auf die Entstehung von Welten weit außerhalb unseres Sonnensystems liefern.
Der Komet 3I/ATLAS wurde erstmals am 1. Juli 2025 vom Teleskop des Asteroid Terrestrial-impact Last Alert System (ATLAS) in Río Hurtado, Chile, entdeckt. Seitdem haben Astronomen mit Hilfe von bodengestützten und Weltraumteleskopen seine Entwicklung beobachtet und mehr über ihn herausgefunden.
Aufgrund seiner Flugbahn vermuten Astronomen, dass 3I/ATLAS der älteste jemals beobachtete Komet sein könnte. Er könnte drei Milliarden Jahre älter sein als das Sonnensystem, das selbst bereits 4,6 Milliarden Jahre alt ist.

Was kommt als Nächstes?

Nächsten Monat werden wir den Kometen mit unserem Jupiter Icy Moons Explorer (Juice) beobachten. Juice wird zwar weiter von 3I/ATLAS entfernt sein als unsere Mars-Orbiter letzte Woche, aber er wird den Kometen kurz nach seiner größten Annäherung an die Sonne sehen, was bedeutet, dass er sich in einem aktiveren Zustand befinden wird. Wir rechnen nicht damit, vor Februar 2026 Daten von den Beobachtungen von Juice zu erhalten – warum das so ist, ist in diesem Auszug aus den FAQs zu 3I/ATLAS nachzulesen.
„Da sich Juice derzeit in der Nähe der Sonne befindet, nutzt es seine Hauptantenne mit hoher Verstärkung als Hitzeschild. Es verwendet seine kleinere Antenne mit mittlerer Verstärkung, um Daten mit einer viel geringeren Geschwindigkeit zur Erde zurückzusenden. Außerdem befindet es sich weit von der Erde entfernt, auf der anderen Seite der Sonne. Daher erwarten wir erst im Februar 2026 Daten von Juices Beobachtungen von 3I/ATLAS.„
Eisige Wanderer wie 3I/ATLAS bieten eine seltene, greifbare Verbindung zur weiteren Galaxie. Ein tatsächlicher Besuch würde die Menschheit in weitaus größerem Maße mit dem Universum verbinden. Zu diesem Zweck bereitet die ESA die Comet Interceptor Mission vor.
Comet Interceptor soll 2029 in eine Parkbahn gebracht werden, von wo aus er auf ein geeignetes Ziel warten wird – einen unberührten Kometen aus der fernen Oortschen Wolke, die unser Sonnensystem umgibt, oder, was zwar unwahrscheinlich, aber sehr reizvoll ist, ein interstellares Objekt wie 3I/ATLAS.
Michael Kueppers, Wissenschaftler des Comet Interceptor-Projekts, erläutert: „Als Comet Interceptor 2019 ausgewählt wurde, kannten wir nur ein einziges interstellares Objekt – 1I/Oumuamua, das 2017 entdeckt wurde. Seitdem wurden zwei weitere Objekte dieser Art entdeckt, die sich in ihrem Aussehen stark unterscheiden. Der Besuch eines solchen Objekts könnte einen Durchbruch im Verständnis ihrer Beschaffenheit bedeuten.“
Auch wenn es weiterhin unwahrscheinlich ist, dass wir ein interstellares Objekt entdecken werden, das für Comet Interceptor erreichbar ist, wird es als erste Demonstration einer Schnellreaktionsmission, die im Weltraum auf ihr Ziel wartet, ein Wegbereiter für mögliche zukünftige Missionen zur Abfangung dieser mysteriösen Besucher sein.

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• Interstellare Objekte

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Quelle: Universität Bern 10. Mai 2024.

10. Mai 2024 – «ExoMars» ist ein Weltraumprogramm der Europäischen Weltraumorganisation ESA und steht für Exobiologie auf dem Mars: Zum ersten Mal seit den 1970er-Jahren wird aktiv nach Leben auf dem Mars geforscht. An Bord des ExoMars Trace Gas Orbiter (TGO) befindet sich das Color and Stereo Surface Imaging System (CaSSIS), ein Kamerasystem, das von einem internationalen Team unter der Leitung von Professor Nicolas Thomas vom Physikalischen Institut der Universität Bern entwickelt und gebaut wurde. CaSSIS beobachtet den Mars seit April 2018 und liefert hochauflösende Farbbilder der Marsoberfläche.

Mit diesen hochauflösenden Farbbildern konnte ein internationales Team unter der Leitung von Dr. Adomas Valantinas Wasserfrost auf dem Mars nachweisen. Die Studie wurde soeben in der Zeitschrift Nature Geoscience veröffentlicht. Valantinas war bis Oktober 2023 Doktorand am Departement Space Research & Planetary Sciences des Physikalischen Instituts der Universität Bern und ist derzeit dank des Postdoc.Mobility-Stipendiums des Schweizerischen Nationalfonds (SNF) als Gastforscher an der Brown University (USA).

Eine unerwartete Entdeckung
Der Frost wurde auf den Gipfeln der höchsten Berge des Mars entdeckt – den Tharsis-Vulkanen. Diese Vulkane sind die höchsten Berge im Sonnensystem, der Olympus Mons ragt bis zu 26 km über die umliegenden Ebenen hinaus. Diese Frostbildung war nicht erwartet worden, da diese Berge in niedrigen Breitengraden in der Nähe des Marsäquators liegen. «In diesen niedrigen Breitengraden hält die starke Sonneneinstrahlung die Oberflächentemperaturen tendenziell hoch. Daher haben wir nicht erwartet, dass wir dort Frost finden», so Valantinas. Ausserdem kühlt die dünne Atmosphäre auf dem Mars die Oberfläche nur unzureichend ab, so dass hoch gelegene Oberflächen in den Mittagsstunden genauso heiss werden können wie niedrig gelegene, was auf der Erde nicht der Fall ist.

Valantinas erklärt: «Aufsteigende Winde bringen wasserdampfhaltige Luft aus dem Tiefland nach oben, die sich in der Höhe abkühlt und kondensiert. Das ist ein bekanntes Phänomen sowohl auf der Erde als auch auf dem Mars.» Das gleiche Phänomen verursacht die auffällige Arsia Mons Elongated Cloud – und die neue Studie zeigt, dass dieses Phänomen auch auf den Tharsis-Vulkanen zu morgendlichen Frostablagerungen führt. «Wie wir anhand der CaSSIS-Bilder sehen konnten, sind die dünnen Reifablagerungen nur kurz vorhanden, nämlich für einige Stunden um den Sonnenaufgang herum, bevor sie im Sonnenlicht verdampfen», so Valantinas weiter.

Erfolgreiche Zusammenarbeit
Um den Frost zu identifizieren, analysierten Valantinas und das Team mehr als 5’000 Bilder der Berner Marskamera CaSSIS. Seit April 2018 liefert CaSSIS Beobachtungen zur lokalen Staubaktivität, zu den jahreszeitlichen Veränderungen der CO₂-Eisvorkommen und zur Existenz von Trockenlawinen auf dem Mars. Nicolas Thomas sagt dazu: «Dass wir nun die nächtliche Ablagerung von Wassereis auf dem Mars bei visuellen Wellenlängen und mit hoher Auflösung nachweisen konnten, ist ein weiterer Beweis für die beeindruckenden wissenschaftlichen Fähigkeiten des Berner Kamerasystems.»

Die Entdeckung wurde durch unabhängige Beobachtungen der hochauflösenden Stereokamera (HRSC) an Bord des ESA-Orbiters Mars Express und des Spektrometers Nadir and Occultation for Mars Discovery (NOMAD) an Bord von TGO validiert. Ernst Hauber, Geologe am DLR-Institut für Planetenforschung in Berlin und Mitautor der aktuellen Studie erklärt: «Diese Studie zeigt sehr schön, wie wertvoll verschiedene Orbitalinstrumente sind. Durch die Kombination von Messungen verschiedener Instrumente und Modellierung können wir unser Verständnis der Wechselwirkungen zwischen Atmosphäre und Oberfläche auf eine Weise verbessern, die mit einem Instrument allein nicht möglich wäre.» Die Ergebnisse zeigen gemäss Hauber auch, wie wichtig die langfristige Beobachtung planetarer Prozesse ist, da einige Phänomene erst durch den Vergleich mehrerer Messungen im Laufe der Zeit sichtbar werden.

Wichtige Erkenntnisse für zukünftige Marsmissionen
Trotz ihrer geringen Dicke – wahrscheinlich nur ein Hundertstel eines Millimeters (so dick wie ein menschliches Haar) – bedecken die Frostflecken eine riesige Fläche. «Die Menge an Frost entspricht etwa 150’000 Tonnen Wasser, die während der kalten Jahreszeit jeden Tag zwischen der Oberfläche und der Atmosphäre ausgetauscht werden, was etwa 60 olympischen Schwimmbecken entspricht», erklärt Valantinas.

«Zu verstehen, wo Wasser zu finden ist und wie es sich zwischen den Reservoirs bewegt, ist für viele Aspekte der Marsforschung von Bedeutung», so Thomas. «Natürlich wollen wir die physikalischen Prozesse verstehen, die das Klima auf dem Mars bestimmen. Aber auch das Verständnis des Wasserkreislaufs auf dem Mars ist von grosser Bedeutung, um wichtige Ressourcen für die künftige Erforschung des Mars durch den Menschen zu finden und herauszufinden, wo es auf dem Mars Wasser gibt und ob der Mars früher oder heute bewohnbar war oder ist», so Valantinas abschliessend.

Publikation:
A. Valantinas, N. Thomas, A. Pommerol, E. Hauber, L. Ruiz Lozano, V. Bickel, O. Karatekin, C.B. Senel, O. Temel, D. Tirsch, G. Munaretto, M. Pajola, F. Oliva, F. Schmidt, I. Thomas, A.S. McEwen, M. Almeida, M. Read, V.G. Rangarajan, M.R. El-Maarry, C. Re, F. G. Carrozzo, E. D’Aversa, A.C. Vandaele and G. Cremonese: Evidence for transient morning water frost deposits on the Tharsis volcanoes of Mars, Nature Geoscience, June 10, 2024.
DOI: 10.1038/s41561-024-01457-7
https://www.nature.com/articles/s41561-024-01457-7
pdf: https://www.nature.com/articles/s41561-024-01457-7.pdf

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• Planet Mars

Der Beitrag Erstmals Frost auf den höchsten Vulkanen des Mars nachgewiesen erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: ESA, Science & Exploration; 10. November 2023.

Bei klarem Himmel könnte das Leuchten hell genug sein, um von Menschen gesehen zu werden und um Rovern in dunklen Nächten die Navigation zu ermöglichen. Nachtleuchten wird auch auf der Erde beobachtet. Auf dem Mars wurde es zwar erwartet, aber bis jetzt noch nie im sichtbaren Licht beobachtet.

Den Weg erhellen

Das atmosphärische Nachtleuchten entsteht, wenn sich zwei Sauerstoffatome zu einem Sauerstoffmolekül verbinden, etwa 50 km über der Planetenoberfläche.
Die Sauerstoffatome haben eine lange Reise hinter sich: Sie bilden sich auf der Tagseite des Mars, wenn Kohlendioxidmoleküle durch den Energieeintrag des Sonnenlichts gespalten werden. Wenn die Sauerstoffatome auf die Nachtseite wandern und nicht mehr von der Sonne angeregt werden, gruppieren sie sich neu und senden in geringerer Höhe Licht aus.

„Diese Emission ist auf die Rekombination von Sauerstoffatomen zurückzuführen, die in der Sommeratmosphäre entstehen und von den Winden in hohe Winterbreiten transportiert werden, in Höhen von 40 bis 60 km in der Marsatmosphäre“, erklärt Lauriane Soret, Forscherin am Labor für Atmosphären- und Planetenphysik der Universität Lüttich in Belgien und Teil des Teams, das die Entdeckung in Nature Astronomy veröffentlichte.

Das Licht des nächtlichen Leuchtens könnte hell genug sein, um den Weg in die Zukunft zu erhellen – so hell wie Mondscheinwolken auf der Erde.
„Diese Beobachtungen sind unerwartet und interessant für zukünftige Reisen zum Roten Planeten“, sagt Jean-Claude Gérard, Hauptautor der neuen Studie und Planetenforscher an der Universität Lüttich.

Der grün leuchtenden Straße folgen

Das internationale Wissenschaftlerteam war von einer früheren Entdeckung durch Mars Express fasziniert, das vor einem Jahrzehnt das Nachtleuchten im Infrarotbereich beobachtet hatte. Der Trace Gas Orbiter entdeckte daraufhin im Jahr 2020 grün leuchtende Sauerstoffatome hoch über der Tagseite des Mars – das erste Mal, dass diese Lichtemission um einen anderen Planeten als der Erde beobachtet wurde.
Diese Atome wandern zur Nachtseite und rekombinieren dann in geringerer Höhe, was zu dem sichtbaren Nachtleuchten führt, das in der heute veröffentlichten Studie entdeckt wurde.

TGO umkreist den Roten Planeten in einer Höhe von 400 km und konnte die Nachtseite des Mars mit dem ultraviolett-sichtbaren Kanal seines NOMAD-Instruments beobachten. Das Instrument deckt einen Spektralbereich vom nahen Ultraviolett bis zum roten Licht ab und war auf den Rand des Roten Planeten ausgerichtet, um die obere Atmosphäre besser beobachten zu können.
Das NOMAD-Experiment wird vom Königlich-Belgischen Institut für Weltraum-Aeronomie geleitet, das unter anderem mit Teams aus Spanien (IAA-CSIC), Italien (INAF-IAPS) und dem Vereinigten Königreich (Open University) zusammenarbeitet.

Wissenschaftlicher Wert

Das nächtliche Glühen dient als Indikator für atmosphärische Prozesse. Es kann eine Fülle von Informationen über die Zusammensetzung und Dynamik eines schwer zu messenden Bereichs der Atmosphäre sowie über die Sauerstoffdichte liefern. Außerdem kann es Aufschluss darüber geben, wie die Energie sowohl durch das Sonnenlicht als auch durch den Sonnenwind – den Strom geladener Teilchen, der von unserem Stern ausgeht – deponiert wird.

Das Verständnis der Eigenschaften der Marsatmosphäre ist nicht nur wissenschaftlich interessant, sondern auch entscheidend für Missionen zur Oberfläche des Roten Planeten. Die atmosphärische Dichte wirkt sich beispielsweise direkt auf den Luftwiderstand von Satelliten in der Umlaufbahn und auf die Fallschirme aus, mit denen Sonden auf die Marsoberfläche gebracht werden.

Nachtglühen versus Polarlicht

Nachtleuchten wird auch auf der Erde beobachtet, ist aber nicht mit Polarlichtern zu verwechseln. Polarlichter sind nur eine Möglichkeit, die Atmosphäre eines Planeten zum Leuchten zu bringen.

Polarlichter entstehen auf dem Mars wie auf der Erde, wenn energiereiche Elektronen von der Sonne auf die obere Atmosphäre treffen. Sie variieren über Raum und Zeit, während das Nachtleuchten homogener ist. Sowohl das Nachtleuchten als auch die Polarlichter können ein breites Farbspektrum aufweisen, je nachdem, welche atmosphärischen Gase in den verschiedenen Höhenlagen am häufigsten vorkommen.

Das grüne Nachtlicht auf unserem Planeten ist recht schwach und lässt sich daher am besten aus der Perspektive „von oben“ betrachten – so wie auf vielen spektakulären Bildern, die Astronauten von der Internationalen Raumstation aus aufgenommen haben.

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• ExoMars Trace Gas Orbiter + Lander Schiaparelli auf Proton-M/Briz-M
• Planet Mars

Der Beitrag Grünes Leuchten in der Marsnacht erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: ESA.

Zu den wichtigsten Missionen bei der Erkundung des Mars gehören die Suche nach atmosphärischen Gasen, die mit biologischen oder geologischen Aktivitäten verbunden sind, sowie der Erkenntnisgewinn zum vergangenen und derzeitigen Wasservorkommen auf dem Planeten. So soll herausgefunden werden, ob jemals Leben auf dem Mars möglich gewesen sein könnte und ob es Wasserspeicher gibt, die mit zukünftigen bemannten Missionen erforscht werden könnten. Zwei neue Ergebnisse des ExoMars-Teams, die heute im Fachmagazin Science Advances veröffentlicht wurde, enthüllen eine vollkommen neue chemische Klasse und bieten weitere Einblicke in saisonale Veränderungen und Interaktionen zwischen Oberfläche und Atmosphäre, die die treibenden Kräfte hinter den neuen Beobachtungen darstellen.

Neuer chemischer Kreislauf
„Wir haben zum ersten Mal Chlorwasserstoff auf dem Mars entdeckt. Dies ist gleichzeitig der erste Fund eines Halogengases in der Marsatmosphäre. Diesen chemischen Kreislauf gilt es nun zu verstehen“, sagt Kevin Olsen von der University of Oxford, Großbritannien, einer der leitenden Wissenschaftler der Entdeckung.

Chlorwasserstoff (HCl) ist ein Gas, das aus einem Wasserstoff- und einem Chloratom besteht. Mars-Wissenschaftler haben schon immer nach Chlor- oder Schwefel-basierten Gasen gesucht, da sie Indikatoren für etwaige vulkanische Aktivitäten sind. Doch der nun entdeckte Chlorwasserstoff – der gleichzeitig an sehr weit voneinander entfernten Orten gefunden wurde, während andere Gase, die man bei vulkanischer Aktivität erwarten würde, nicht vorhanden waren – deutet auf eine andere Quelle hin. Diese Entdeckung legt eine komplett neue Interaktion zwischen Oberfläche und Atmosphäre nahe – getrieben von den Staubsaisons auf dem Mars, die vorher noch nicht untersucht worden waren.

In einem Prozess, der dem auf der Erde stark ähnelt, werden Salze durch Winde in die Atmosphäre gehoben. Diese Salze treten in Form von Natriumchlorid auf; sie sind Überbleibsel verdunsteter Ozeane und in der staubigen Marsoberfläche eingeschlossen. Die Sonnenstrahlung erwärmt die Atmosphäre, sodass Staub zusammen mit dem von den Eiskappen freigesetzten Wasserdampf aufsteigt. Der salzige Staub reagiert mit dem Wasser in der Atmosphäre. Chlor wird freigesetzt, das dann mit den Molekülen, die Wasserstoff enthalten, reagiert. So entsteht Chlorwasserstoff. In weiteren Reaktionen könnte das Chlor oder der Chlorwasserstoffsäure-reiche Staub wieder auf die Oberfläche zurückkehren, vielleicht als Perchlorate, eine Klasse von Salzen, die aus Sauerstoff und Chlor bestehen.

„Man braucht Wasserdampf, um das Chlor freizusetzen und man braucht die Nebenprodukte von Wasser – Wasserstoff –, damit sich Chlorwasserstoff bilden kann. Wasser ist in dieser chemischen Reaktion wesentlich“, sagt Olsen. „Wir beobachten auch eine Korrelation mit dem Staub: Wenn die Staubaktivität zunimmt, gibt es mehr Chlorwasserstoff. Diese Aktivität hängt mit der saisonalen Erwärmung der Südhalbkugel zusammen.“

Das Team machte das Gas zum ersten Mal während des globalen Staubsturms im Jahr 2018 ausfindig. Damals trat es gleichzeitig auf der Nord- und Südhalbkugel auf und verschwand am Ende der saisonalen Staubperiode überraschend schnell wieder. Die Wissenschaftler werten nun bereits die in der nächsten Staubsaison gesammelten Daten aus – und beobachten einen erneuten Anstieg von HCl.

„Es ist großartig, zu sehen, wie unsere sensiblen Instrumente ein Gas entdecken, das zuvor noch nicht in der Marsatmosphäre beobachtet wurde“, sagt Oleg Korablev, Hauptuntersuchungsleiter des Instruments Atmospheric Chemistry Suite (ACS), mit dem die Entdeckung gelang. „Unsere Analyse zeigt, dass die Bildung und der Rückgang von Chlorwasserstoff mit der Marsoberfläche zusammenhängt.“

Nun stehen umfangreiche Labortests und neue globale Atmosphärensimulationen an, um die chlorbasierte Interaktion zwischen Oberfläche und Atmosphäre besser zu verstehen, sowie weiterführende Beobachtungen auf dem Mars, um zu bestätigen, dass der Anstieg und Rückgang von HCl vom Sommer auf der Südhalbkugel angetrieben wird.

„Die Entdeckung des ersten neuen Spurengases in der Marsatmosphäre ist ein bedeutender Meilenstein für die TGO-Mission“, sagt Håkan Svedhem, ESA-Projektwissenschaftler für den Trace Gas Orbiter. „Hierbei handelt es sich um die erste neue Gasklasse, die seit der Entdeckung von Methan durch die ESA-Marssonde Mars Express im Jahr 2014, bestimmt wurde. Der Methanfund hatte dazu motiviert, nach anderen organischen Molekülen zu suchen und gipfelte schließlich in der Entwicklung der TGO-Mission, die primär darauf abzielt, neue Gase zu entdecken.“

Aufsteigender Wasserdampf als Schlüssel für die Entwicklung des Klimas
Der Trace Gas Orbiter entdeckt aber nicht nur neue Gase, sondern hilft uns auch dabei, zu verstehen, wie der Mars sein Wasser verloren hat. Auch dieser Prozess hängt mit saisonalen Veränderungen zusammen.

Es wird davon ausgegangen, dass es auf der Marsoberfläche einst reichlich flüssiges Wasser gab, wie zahlreiche Beispiele altertümlicher ausgetrockneter Täler und Flussbetten zeigen. Heute ist ein Großteil des Wassers in unterirdischen Eiskappen eingeschlossen. Wasser entweicht aber weiterhin vom Mars, und zwar in der Form von Wasserstoff und Sauerstoff, die aus der Atmosphäre austreten.

Das Wechselspiel zwischen etwaigen Wasserspeichern und deren saisonalem und langfristigem Verhalten sind der Schlüssel, um die Entstehung des Marsklimas zu verstehen. Dies kann durch die Erforschung des Wasserdampfs und des „mittelschweren“ Wassers (bei dem ein Wasserstoffatom durch ein Deuteriumatom, eine Wasserstoffform mit einem zusätzlichen Neutron, ersetzt wird) gelingen.

„Das Verhältnis zwischen Deuterium und Wasserstoff, D/H, ist unser Chronometer – diese mächtige Kennzahl erzählt uns von der Geschichte des Wassers auf dem Mars und wie sich der Wasserverlust über die Zeit entwickelte. Dank des ExoMars Trace Gas Orbiter können wir diesen Chronometer nun besser verstehen und kalibrieren – und auf potenziell neue Wasserspeicher auf dem Mars testen“, sagt Geronimo Villanueva vom NASA Goddard Space Flight Center, Hauptautor des neuen Ergebnisses.

„Mit dem Trace Gas Orbiter können wir nachverfolgen, wie die Wasser-Isotopologe in die Atmosphäre aufsteigen, und zwar in einer nie zuvor gekannten Detailliertheit. Die bisherigen Messungen lieferten uns lediglich den Durchschnitt über die Tiefe der gesamten Atmosphäre. Es ist so, als ob wir uns bisher mit einer 2D-Ansicht zufrieden geben mussten und nun die Atmosphäre in 3D erkunden können“, sagt Ann Carine Vandaele, Hauptuntersuchungsleiterin des Instruments Nadir and Occultation for MArs Discovery (NOMAD), das für diese Untersuchung genutzt wurde.

Die neuen Messungen enthüllen dramatische Schwankungen des D/H-Verhältnisses, während das Wasser von seinem ursprünglichen Ort aufsteigt, je nach Höhe und Jahreszeit. „Interessanterweise zeigen die Daten, dass, sobald das Wasser vollständig verdampft ist, es sich zumeist stark in mittelschwerem Wasser anreichert, sowie ein D/H-Verhältnis, das sechsmal größer als das der Erde ist, für sämtliche Wasserspeicher auf dem Mars. Dies bestätigt, dass der Planet über die Zeit große Wassermengen verloren hat“, sagt Giuliano Liuzzi von der American University sowie dem NASA Goddard Space Flight Center, einer der leitenden Wissenschaftler der Untersuchung.

Zwischen April 2018 und April 2019 gesammelte ExoMars-Daten zeigten außerdem drei Fälle, in denen der Wasserverlust aus der Atmosphäre zugenommen hat: den globalen Staubsturm im Jahr 2018, einen kurzen, aber intensiven regionalen Sturm im Januar 2019 sowie die Wasserfreisetzung von der Eiskappe am Südpol in Sommermonaten (der damit mit den saisonalen Veränderungen zusammenhängt). Besonders zu erwähnen ist eine Wolke aufsteigenden Wasserdampfs während des Südsommers, die möglicherweise, auf saisonaler und jährlicher Basis, Wasser in die obere Atmosphäre einbringt.

Zukünftige koordinierte Observationen mit anderen Raumfahrzeugen, darunter auch die NASA-Raumsonde MAVEN, die sich auf die obere Atmosphäre konzentrieren, werden komplementäre Einblicke in die Entstehung von Wasser im Verlauf eines Marsjahres liefern.

„Die Jahreszeiten auf dem Mars, und besonders der relativ heiße Sommer auf der Südhalbkugel scheinen die treibenden Kräfte hinter unseren neuen Beobachtungen zu sein, etwa dem gesteigerten atmosphärischen Wasserverlust und der Staubaktivität in Zusammenhang mit dem Nachweis von Chlorwasserstoff, die wir in den zwei aktuellen Studien aufzeigen“, fügt Svedhem hinzu. „Die Beobachtungen des Trace Gas Orbiter ermöglichen uns ein ganz neues Ausmaß der Erforschung der Marsatmosphäre.“

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• ExoMars Trace Gas Orbiter + Lander Schiaparelli auf Proton-M/Briz-M
• Planet Mars

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Ein Beitrag von Mirko Buggel. Quelle: ESA, Roskosmos.

ESA und Roskosmos meldeten Ende Juli 2020 überraschende Messergebnisse von Bord der russisch-europäischen Sonde ExoMars Trace Gas Orbiter (TGO). Mit Hilfe des hochempfindlichen Spektrometers ACS (Atmospheric Chemistry Suite) wurden Kohlendioxid CO₂ und Ozon O₃ in dem Bereich des Infrarotspektrums nachgewiesen, wo man eigentlich Methan erwartete. Grundlage ist die Auswertung der Daten eines Marsjahres. Das ist etwa seit Beginn der Arbeit im Marsorbit seit Frühling 2018.

Der TGO war am 14. März 2016 vom russischen Kosmodrom im kasachischen Baikonur mit einer Proton-Rakete gestartet. Während der TGO am 19. Oktober 2016 wie geplant die Bahn um den Mars erreichte, konnte mit der später abgesetzten Landesonde Schiaparelli kein Kontakt hergestellt werden. Mit dieser sollten Landetechniken auf dem Mars für spätere Missionen erprobt werden.

Hauptziel der ExoMars-TGO-Mission ist die Suche nach Spurengasen mit biologischer Signifikanz wie Methan und seine Zersetzungsprodukte. Die Apparaturen des Orbiters sollen es ermöglichen, Ort und Natur von Quellen zu bestimmen, welche diese Gase produzieren. Weiterhin sollen Schlüsseltechnologien getestet werden.

Das im russischen Institut für Weltraumforschung der Akademie der Wissenschaften entwickelte Spektrometer ACS ist eines von vier wissenschaftlichen Instrumenten des TGO und besteht aus dem Fourier-Spektrometer (TIRVIM) für den thermischen Infrarot-Bereich und den Echelle-Spektrometern für den mittleren (MIR) und den nahen (NIR) Infrarotbereich sowie aus einer elektronischen Steuereinheit.

Mit dem Spektrometer MIR wurde eine in der Planetenfernerkundung bewährte Methode angewandt. Aus dem Modus „Sonnenfinsternis“, d.h. der Mars „bedeckt“ die Sonne, analysiert der Apparat das Sonnenlicht, welches am Planetenrand durch die Atmosphäre hindurch schimmert. Dabei absorbieren die verschiedenen atmosphärischen Bestandteile die Sonnenstrahlung und erscheinen im Spektralbild als sogenannte Absorptionsbande. Dort hinterlässt jeder Stoff seinen unverwechselbarer „Fingerabdruck“ im Spektrum. Außerdem kann eine Substanz derselben chemischen Formel mehrere Absorptionsbande haben. Das zeugt von Unterschieden im Molekülaufbau oder verschiedener Isotopenzusammensetzung. Im untersuchten Infrarotbereich von 3,3 µm erwarteten die Forscher Methan. Jedoch zeigten sich Spuren von Wasser- und Kohlendioxid-Molekülen. Letztere bilden den Hauptbestandteil der Marsatmosphäre.

Wie Alexander Trochimowski, Mitarbeiter der Abteilung Planetenphysik des russischen Instituts für Weltraumforschung berichtete, glaubte man zuerst an einen Fehler, welcher sich bei der Kalibrierung des Spektrometers eingeschlichen hatte. Aber auch nach sorgfältiger Überprüfung seien diese „Artefakte“ nicht verschwunden, im Gegenteil – es zeigten sich ungefähr 30 Absorptionsbande, deren Lage mit keinen der bisher erhaltenen übereinstimmte. Weiter stellte sich heraus, dass es sich um Erscheinungen in geringen Höhen von weniger als 20 km über der Marsoberfläche handelte. Bis zu diesen Ergebnissen des TGO galt die Absorptionsbande des CO₂ in diesem Spektralbereich als ausgeschlossen, da sie so bislang nirgendwo, weder auf der Erde noch im Kosmos, gemessen wurde.

Im Falle Ozon war die Situation ein wenig anders. Der Ozon-Anteil in der Marsatmosphäre ist zwar gering, wurde aber bereits von den Sonden Mariner 7 und 9 in den 1970er Jahren entdeckt und seit dieser Zeit im Wesentlichen im Ultraviolett-Bereich und in Höhen von mehr als 20 km über der Oberfläche beobachtet. Mit Hilfe des MIR-Spektrometers gelang es nun erstmals, Ozon im infraroten Bereich von 3 µm und in geringeren Höhen nachzuweisen. „Beide Absorptionsbande, sowohl des Kohlendioxids als auch des Ozons, befinden sich genau in dem Bereich, wo wir Methan erwartet hatten“, erläuterte Kevin Olsen, Mitarbeiter der Physikalischen Fakultät der Universität Oxford.

Was wie ein rein akademischer Diskurs anmutet, kann letztendlich zur Beantwortung einer grundsätzlicheren Frage beitragen: Kommt Methan in der Marsatmosphäre vor oder nicht? Denn die Tatsache, dass sich in diesem Spektralbereich Spuren von CO₂ befinden, stellt die bisherigen Methoden der Methansuche auf den Prüfstand. Außerdem fördern die neuen Forschungsergebnisse das Verständnis über die Wechselwirkung zwischen CO₂ und O₃ und mit dem Sonnenlicht und damit das bessere Verständnis chemischer Prozesse in der Marsatmosphäre und führen zu einer höheren Genauigkeit der Messungen.

Der Trace Gas Orbiter setzt seine Arbeit fort. Die nächste Etappe im ExoMars-Programm beginnt im Jahre 2022 mit dem Start der Landeplattform „Kasatschok“ und des Marsrovers „Rosalind Franklin“, welche dann auf der Oberfläche ihre Forschungen aufnehmen sollen. Der TGO soll dabei auch als Relaisstation für die Datenübertragung genutzt werden. Möglicherweise hilft der Blick von zwei Seiten – von „unten“ und von „oben“ – das Rätsel um das Methan und Lebensspuren auf dem roten Planeten zu lösen.

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• ExoMars Trace Gas Orbiter + Lander Schiaparelli auf Proton-M/Briz-M

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Quelle: Universität Bern.

16. September 2019 – ExoMars ist eine Weltraummission der Europäischen Weltraumorganisation ESA in Zusammenarbeit mit der russischen Raumfahrtagentur Roskosmos. ExoMars steht für Exobiologie auf dem Mars: Erstmals seit den 1970er-Jahren wird wieder aktiv nach Leben auf dem Mars geforscht. Sogenannte Spurengase, einschließlich Methan und deren Quellen, werden vom ExoMars Trace Gas Orbiter (TGO) untersucht, während das ExoMars-Programm als Ganzes – der TGO in Kombination mit dem Rover «Rosalind Franklin», der nächstes Jahr starten wird – untersuchen wird, wie sich das Wasser und die geochemische Umgebung auf dem Mars im Laufe der Zeit verändert haben.

Das Colour and Stereo Surface Imaging System (CaSSIS) an Bord des TGO wurde von einem internationalen Team unter der Leitung von Nicolas Thomas vom Physikalischen Institut und dem Center for Space and Habitability (CSH) der Universität Bern entwickelt. CaSSIS beobachtet seit April 2018 den Mars und liefert hochaufgelöste, farbige Bilder der Marsoberfläche.

Heftige Gasausbrüche in Dünenfeldern
Unter den neusten Bildern von CaSSIS, die heute auch von der ESA veröffentlicht wurden, befindet sich eine Aufnahme von Dünenfeldern in der Nordpolregion des Mars. Dünen gibt es auf dem Mars wie auf der Erde in verschiedenen charakteristischen Formen. Sie liefern Hinweise auf die vorherrschende Windrichtung. «Die kontinuierliche Beobachtung der Dünen liefert Hinweise darauf, wie sich die Dünen entwickelt haben und wie Sedimente auf dem Mars transportiert werden», erklärt Nicolas Thomas.

Im Winter bedeckt eine dünne Schicht Kohlendioxid-Eis die Oberfläche der Polarregionen des Mars. Mit dem ersten Licht des Frühlings taut die Schicht auf. In den Dünenfeldern erfolgt dieses Auftauen im Frühjahr von unten nach oben, wobei das dabei entstehende Gas zwischen der Eisschicht und dem Sand der Dünen eingeschlossen wird. Nicolas Thomas sagt dazu: «Wenn das Eis bricht, erfolgt ein heftiger Gasausbruch, der auch Sand mit sich trägt. Auf dem CaSSIS-Bild, das heute veröffentlicht wird, sind dunkle Flecken und Streifen, die von den Gasausbrüchen verursacht werden, zu sehen.»

Trockene Lawinen, Klimawandel und potenzielle Landeplätze auf dem Mars
Ebenfalls heute erscheint eine Auswahl von Bildern, die von den beeindruckenden wissenschaftlichen Fähigkeiten von CaSSIS zeugen. So zeigt eine Aufnahme von den Hängen in der Region Locras Vallis auf dem Mars markante helle und dunkle Streifen. Der genaue Zusammenhang zwischen diesen Streifen werde noch diskutiert, aber die führende Theorie lege nahe, dass sie durch trockene Lawinenprozesse gebildet werden, so Nicolas Thomas.

Der Gale Crater, heute der Standort des Curiosity Rovers der NASA, hat einen Durchmesser von etwa 150 km und liegt nahe der Grenze zwischen dem südlichen Hochland und dem nördlichen Tiefland des Mars. Auf dem CaSSIS-Bild ist ersichtlich, dass sich im Krater ein massiver zentraler Hügel befindet, der kilometerdicke, geschichtete Sedimentgesteine enthält. Nicolas Thomas erklärt: «Diese Gesteinsschichtungen sind Indikatoren dafür, dass sich das Klima auf dem Mars entwickelt hat von feuchteren Bedingungen, unter denen sich wasserführende Mineralien bildeten, zu den heute beobachteten, trockeneren Klimabedingungen.»

Ein weiteres, heute veröffentlichtes Bild vom Oyama-Krater ist für Nicolas Thomas besonders interessant: «Die verschiedenen Schichten in den Wänden des kleinen Kraters oben im Bild sind freigelegt, was uns gewissermaßen ein Fenster in die Vergangenheit öffnet. Solche Gebiete werden als potenzielle Landeplätze für kommende Einsätze auf dem Mars hoch eingestuft – sie sind besonders interessant für die zukünftige Erforschung des Mars aufgrund des Einflusses von Wasser und damit ihres Potenzials zur Erhaltung von Spuren vergangenen Lebens.»

Die neuen CaSSIS-Bilder und Resultate von den wissenschaftlichen Instrumenten an Bord des TGO werden diese Woche auch am internationalen European Planetary Science Congress and the Division of Planetary Sciences in Genf vorgestellt. Siehe dazu auch die Beiträge mit dem Hashtag #EPSCDPS2019 in den sozialen Medien.

CaSSIS: Spektakuläre Bilder vom Mars
An Bord der ExoMars-Sonde «Trace Gas Orbiter» der Europäischen Weltraumorganistion ESA befindet sich die Berner Kamera CaSSIS – sie liefert die bisher schärfsten Bilder vom Mars in Stereo und Farbe. Die Marskamera wurde von einem Team der Universität Bern unter der Leitung von Prof. Dr. Nicolas Thomas entwickelt. Die Bilder sind wichtig für die Entschlüsselung der Geschichte der Ablagerungen und Schichten auf dem Mars. Kombiniert mit Daten aus anderen Instrumenten, ermöglichen die Bilder den Forschenden, Rückschlüsse zu ziehen auf die verschiedenen chemischen Zusammensetzungen und beispielsweise Regionen zu identifizieren, die durch Wasser beeinflusst wurden. Die CaSSIS-Bilder können auch dabei helfen, zukünftige Landeplätze für Missionen zur Erkundung der Marsoberfläche zu bestimmen. Mehr Informationen: www.cassis.unibe.ch.

Förderung durch das SBFI / Abteilung Raumfahrt
CaSSIS ist ein Projekt der Universität Bern und ist finanziert von der Abteilung Raumfahrt des SBFI durch das PRODEX-Programm (PROgramme de Développement d’Expériences scientifiques) der Europäischen Weltraumorganisation ESA. Die Entwicklung der Instrumentenhardware wurde auch von der italienischen Weltraumbehörde (ASI), dem INAF/Astronomischen Observatorium Padua und dem Space Research Center (CBK) in Warschau unterstützt. Bei allen Instrumenten, die in der Schweiz entwickelt werden, stammen wesentliche Beiträge und/oder Teillieferungen aus der Schweizer Industrie. Das PRODEX-Programm, in dessen Rahmen wissenschaftliche Instrumente oder Teilsysteme bereitgestellt werden, verlangt eine industrielle Beteiligung und fördert so einen Wissens- und Technologietransfer zwischen Hochschulen und Industrie und verschafft dem Werkplatz Schweiz einen strukturellen Wettbewerbsvorteil – nicht zuletzt auch dank Spill-over-Effekten auf andere Sektoren der beteiligten Unternehmen. Beteiligungen der Schweiz an Programmen der ESA erlauben es Schweizer Akteuren aus Wissenschaft und Wirtschaft, sich ideal in entsprechenden Aktivitäten der ESA zu positionieren.

Berner Weltraumforschung: Seit der ersten Mondlandung an der Weltspitze
Als am 21. Juli 1969 Buzz Aldrin als zweiter Mann aus der Mondlandefähre stieg, entrollte er als erstes das Berner Sonnenwindsegel und steckte es noch vor der amerikanischen Flagge in den Boden des Mondes. Dieses Solarwind Composition Experiment (SWC), welches von Prof. Dr. Johannes Geiss und seinem Team am Physikalischen Institut der Universität Bern geplant und ausgewertet wurde, war ein erster grosser Höhepunkt in der Geschichte der Berner Weltraumforschung. Die Berner Weltraumforschung ist seit damals an der Weltspitze mit dabei. In Zahlen ergibt dies eine stattliche Bilanz: 25mal flogen Instrumente mit Raketen in die obere Atmosphäre und Ionosphäre (1967-1993), 9mal auf Ballonflügen in die Stratosphäre (1991-2008), über 30 Instrumente flogen auf Raumsonden mit, und mit CHEOPS teilt die Universität Bern die Verantwortung mit der ESA für eine ganze Mission (Start letztes Quartal 2019). Die erfolgreiche Arbeit der Abteilung Weltraumforschung und Planetologie (WP) des Physikalischen Instituts der Universität Bern wurde durch die Gründung eines universitären Kompetenzzentrums, dem Center for Space and Habitability (CSH), gestärkt. Der Schweizer Nationalsfonds sprach der Universität Bern zudem den Nationalen Forschungsschwerpunkt (NFS) PlanetS zu, den sie gemeinsam mit der Universität Genf leitet.

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Quelle: ESA.

Gab es jemals Leben auf dem Mars? Im Mittelpunkt der Marsexploration steht die Rekonstruktion und das Verständnis über die Geschichte unseres Nachbarplaneten um herauszufinden, wie sich diese Entwicklung von der der Erde unterscheidet.

Das erste Abenteuer der ESA zum roten Planeten begann vor 16 Jahren am 2. Juni 2003 mit dem Start der Mission Mars Express. Die Raumsonde hat nahezu die gesamte Oberfläche des Planeten erfasst und liefert weiterhin eine Fülle wissenschaftlicher Daten – darunter auch Beweise für ihre nasse Vergangenheit. Und dort, wo es Wasser gab, da gab es vielleicht auch Leben.

2016 startete die ESA gemeinsam mit der russischen Raumfahrtorganisation Roscosmos den 3,7 Tonnen schweren ExoMars Trace Gas Orbiter (TGO), die schwerste Raumsonde, die am Mars im Einsatz ist. TGO wird die Marsatmosphäre detaillierter denn je analysieren, indem die vorhandenen Gase gemessen und herausgestellt wird, ob sie biologischen oder geologischen Ursprungs sind. Darüber hinaus ermöglicht die Sonde die Erstellung einer globalen Karte über die Wasserverteilung in Form von Wassereis oder wasserhaltigen Mineralien im flachen Untergrund des Mars.

TGO dient zudem auch als Datenrelais für den Insight-Lander und Curiosity-Rover der NASA auf dem Mars. Bei der zweiten ExoMars-Mission wird er als primäre Relaisstation zur Erde dienen, die eine Rover- und Surface-Science-Plattform umfasst. Der Start ist für Juli 2020 geplant, die Ankunft auf dem Mars soll im März 2021 erfolgen. TGO bereitet sich bereits auf den Neuankömmling vor: im nächsten Monat wird TGO ihre Umlaufbahn anpassen, um sicherzustellen, dass er sich in der richtigen Position befindet, um den Einstieg, den Abstieg und die Landung des Absteigmoduls zu unterstützen.

Der Rover, benannt nach Rosalind Franklin, soll nach dem Abstieg von der Oberflächenplattform und der Erkundung ihrer Umgebung wissenschaftlich relevante Stellen auffinden. Aus einer Tiefe von 2 m unter der Erde, wo sie vor der harten Strahlung, die die Oberfläche bombardiert, geschützt sind, werden Proben entnommen. Anschließend werden sie mit Hilfe eines hochentwickelten Bordlabors analysiert, um nach Anzeichen von Leben zu suchen.

Der Mars 2020 Rover der NASA wird ebenfalls Anfang 2021 auf dem Mars landen, um das Delta eines alten Flusses zu erkunden. Zusätzlich zu eigenen wissenschaftlichen Zielen sollen Bodenproben in stiftgroßen Kanistern gesammelt und gelagert werden. Die Bodenproben werden anschließend für eine spätere Abholung und Rückkehr auf die Erde vorbereitet – in diesem Fall für den nächsten logischen Schritt der robotischen Erkundung des Mars.

Das Mars Sample Return-Konzept erfordert drei Missionen und internationale Kooperationen. Die ESA prüft Konzepte für einen kleinen und agilen „Fetch“ Rover, mit dem die gelagerten Proben geborgen, in einen fußballgroßen Behälter gefüllt und zu dessen Landeeinheit transportiert werden, die als Startrampe für das „Mars Ascent Vehicle“ (eine Rakete für einen Flug in die  Marsumlaufbahn) dienen. Die dritte Mission sieht ein von der ESA gesteuertes Raumfahrzeug vor, die diesen Container im Marsorbit lokalisieren und einsammeln soll, um ihn anschließend zurück zur Erde zu fliegen.

Die Sonde für die Probenrückführung nutzt dabei das technologische Erbe der BepiColombo-Mission der ESA. Beide Sonden beruhen auf einem elektrischen Antrieb und abnehmbaren Mehrstufen-Modulen. Für das Auffangen des Probenbehälters dient wiederum das europäische ATV als Beispiel, die die Internationale Raumstation mit Fracht, Treibstoff und Sauerstoff versorgte.

Wie bei der Rückführung von Mondgesteinen auf die Erde wird auch die Rückführung von Mars-Proben einen entscheidenden Moment in der Weltraumforschung darstellen. Bei dieser ersten Mars Sample Return Mission könnten rund 500 Gramm Material von verschiedenen Standorten gesammelt werden. Nach der Rückführung auf die Erde sollen die Proben in speziellen Einrichtungen aufbereitet werden, um sicherzustellen, dass sie den Anforderungen des Planetenschutzes entsprechen und im nachfolgenden Schritt Studien erleichtern, die in den kleinen, aber hochentwickelten Rover-Laboren nicht möglich sind. Und, was vielleicht noch wichtiger ist, können damit vielleicht künftige Entdeckungen gemacht werden, da sich die Analysetechniken im Laufe der Zeit verbessern.

Mit Blick auf die Zukunft gilt es, die Marsumgebung noch besser zu verstehen, bevor Astronauten den Roten Planeten besuchen. Die Proben sind nicht nur von wissenschaftlicher Bedeutung, sondern tragen auch dazu bei, die Gefahren durch den Staub im Boden einzuschätzen. Die staubige Umgebung kann sowohl die menschliche Gesundheit, als auch den Betrieb technischer Geräte beeinflussen. Mit den Proben ließe sich zudem untersuchen, wie wir die Ressourcen auf dem Planeten nutzen können – ein wesentlicher Aspekt bei der Schaffung einer autarken Umgebung für langfristige Aufenthalte auf dem Mars.

Europa beteiligt sich im Rahmen der JAXA-Mission an der Erforschung der Marsmonde Phobos und Deimos zu untersuchen, um Proben von Phobos auf die Erde zu bringen. Die daraus gewonnen Erkenntnisse sollen dazu beitragen, den Ursprung der Marsmonde besser zu verstehen.

„Während wir die wissenschaftliche Rendite unserer beiden Marsorbiter weiter maximieren, bereiten wir uns auch auf eine sichere Landung und die Fahrt auf der Marsoberfläche vor“, so David Parker, Direktor für die astronautische und robotische Exploration bei der ESA.

„Die nächsten logischen Schritte sind bereits geplant – eine robotergestützte Sample-Return-Mission bei der ersten Rundreise auf die Marsoberfläche. Die Rover-Mission der NASA Mars 2020 wird in Kürze als erster Schritt dieser anspruchsvollen Mission durchgeführt. Nun müssen wir die Mission zuende führen.

Die ESA hat ihre Kompetenz bei der Erforschung des Mars aus dem Orbit bewiesen, nun wollen wir eine sichere Landung sicherstellen, über die Oberfläche rollen und Proben entnehmen, um nach Anzeichen von Leben zu suchen. Unsere Sonden sind bereits in der Lage, Datenrelais für Oberflächenmissionen bereitzustellen. Der nächste Schritt besteht darin, Proben auf die Erde zu bringen, Wissenschaftlern auf der ganzen Welt Zugang zum Mars zu gewähren und sich gezielt auf die künftige astronautische Erforschung des Roten Planeten vorzubereiten. Während wir uns auf den Start unserer zweiten ExoMars-Mission vorbereiten, heben wir diese Woche den Beitrag der ESA zur Mars-Exploration hervor und blicken über den erfolgreichen Abschluss der Mars Sample Return-Mission hinaus. Mit dem Hashtag #ExploreFarther können Sie online an der Diskussion teilnehmen.

Der Beitrag Von Europa zum Mars – und zurück! erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: ESA.

11. April 2019 – Die Satellitendaten zeigen zum einen, wie sich ein kürzlich aufgetretener, planetenweiter Staubsturm auf den Wassergehalt in der Mars-Atmosphäre auswirkte und zeigen zum anderen einen überraschenden Methanmangel auf.

Zwei Aufsätze, die gestern im Wissenschaftsmagazin Nature erschienen, beschreiben die neuen Ergebnisse, die zeitgleich auf einer Pressekonferenz bei der European Geosciences Union in Wien vorgestellt wurden.

Ein dritter Aufsatz, der bei der Zeitschrift Proceedings of the Russian Academy of Science eingereicht worden ist, präsentiert die bisher detailreichste Karte über das Vorkommen von Wassereis oder hydratisierten Mineralien im oberflächennahen Marsuntergrund.

Das ExoMars-Programm ist ein Gemeinschaftsprojekt von ESA und Roscosmos. Der ExoMars Trace Gas Orbiter, kurz TGO, erreichte den Mars im Oktober 2016 und führte über ein Jahr lang Atmosphärenbremsungs-Manöver aus, um seinen wissenschaftlichen Orbit zu erreichen. In einer Höhe von 400 Kilometern über der Marsoberfläche braucht er nun zwei Stunden, um den Planeten zu umkreisen.

„Wir freuen uns über die ersten Ergebnisse des Spurengasorbiters“, sagt Håkan Svedhem, TGO-Projektwissenschaftler der ESA.

„Unsere Instrumente funktionieren einwandfrei und haben schon während der ersten Einsatzmonate hervorragende Daten auf einem viel höheren Niveau als je zuvor geliefert.“

Die Hauptmission des Spurengasorbiters hat Ende April 2018 begonnen, nur wenige Monate bevor ein Staubsturm aufzog, der den gesamten Planeten einhüllen und letztlich zur Beendigung der Opportunity-Mission der NASA führen sollte – der Marsrover der NASA erforschte 15 Jahre lang die Oberfläche des Roten Planeten.

TGO konnte dagegen aus der sicheren Entfernung in seinem Orbit heraus einzigartige Beobachtungen tätigen. Er dokumentierte das Aufziehen und die Entwicklung des Sturms und beobachtete, wie die zunehmende Staubentwicklung den Wasserdampf in der Atmosphäre beeinflusste. Letzteres trägt wesentlich zum Verständnis bei, wie sich das Wasservorkommen auf dem Mars über die Zeit veränderte.

Forscher machen sich den Staubsturm zunutze
NOMAD und ACS, zwei Spektrometer an Bord des Spurengasorbiters, führten die ersten hochauflösenden Messungen mit der Methode der solaren Okkultation durch. Dabei untersuchen sie, wie das Sonnenlicht von der Atmosphäre absorbiert wird, um die chemischen Fingerabdrücke der Bestandteile zu offenbaren.

So wurde eine vertikale Verteilung von Wasserdampf und „mittelschwerem Wasser“ – bei dem ein Wasserstoffatom durch ein Deuterium-Atom, also einer Wasserstoffart mit einem zusätzlichen Neutron, ersetzt wird – nah an der Marsoberfläche und bis in eine Höhe von über 80 Kilometern entdeckt. Die neuen Ergebnisse legen dar, welchen Einfluss Staub in der Atmosphäre auf Wasser hat und wie Wasserstoffatome in den Weltraum entweichen.

„An den nördlichen Breitengraden haben wir Merkmale entdeckt, wie etwa Staubwolken in Höhen von 25 bis 40 Kilometern, die vorher noch nicht da waren. An den südlichen Breitengraden konnten Staubschichten nachgewiesen werden, die noch höher aufstiegen“, so Ann Carine Vandaele, leitende Forscherin für das NOMAD-Instrument am Belgischen Institut für Weltraum-Aeronomie.

„Der Wasserdampf hat sich außergewöhnlich schnell in der Atmosphäre ausgedehnt. Dies geschah innerhalb weniger Tage vor dem Aufzug des Sturms, was uns zeigt, wie rasch die Atmosphäre auf den Staubsturm reagierte.“

Diese Observationen stehen im Einklang mit globalen Zirkulationsmodellen. Staub absorbiert die Sonnenstrahlung, erwärmt das umliegende Gas und bringt es dazu, sich auszudehnen. Andere Atmosphärenbestandteile, zum Beispiel Wasser, müssen sich dann über breitere vertikale Bereiche umverteilen. Zudem vergrößert sich der Temperaturunterschied zwischen den Äquator- und Polregionen, wodurch die atmosphärische Zirkulation angeregt wird. Gleichzeitig bilden sich, wegen der höheren Temperaturen, weniger Wassereis-Wolken, die den Wasserdampf in niedrigeren Höhen binden würden.

Die Wissenschaftler beobachteten zudem erstmalig das gleichzeitige Auftreten von mittelschwerem Wasser und Wasserdampf. Damit konnten wichtige Informationen über die Prozesse, die die Menge der ins All entweichenden Wasserstoff- und Deuterium-Atome steuern, gewonnen werden. Ebenso kann aus diesen Daten das Deuterium-Wasserstoff-Verhältnis (D/H) abgeleitet werden, was eine wichtige Kennzahl für die Entwicklung des Wasserinventars auf dem Mars ist.

„Wir wissen nun, dass das Wasser in der Marsatmosphäre, ganz gleich ob deuteriert oder nicht, sehr sensibel auf das Vorhandensein von Eiswolken reagiert. Diese hindern es nämlich daran, in höhere Atmosphärenschichten aufzusteigen. Während des Sturms gelangte Wasser allerdings in sehr hohe Schichten“, sagt Vandaele. „Unsere Modelle haben das schon lange vorhergesagt, aber nun haben wir es zum allerersten Mal tatsächlich beobachtet.“

Da die Wissenschaftler davon ausgehen, dass sich das D/H-Verhältnis mit den Jahreszeiten und den Breitengeraden ändert, sammelt TGO kontinuierlich regionale und saisonale Messwerte, die das wissenschaftliche Verständnis der wirkenden Prozesse weiter voranbringen sollen.

Weitere Erkenntnisse über das rätselhafte Mars-Methan
Die beiden komplementären Instrumente haben damit begonnen, die Spurengase in der Marsatmosphäre zu messen. Spurengase machen weniger als 1 Prozent des Atmosphärenvolumens aus. Ihre genaue chemische Zusammensetzung kann nur mit hochpräzisen Messtechniken bestimmt werden. Das Spurengasvorkommen wird üblicherweise in „parts per billion by volume“, also Volumenmischungsverhältnisse (ppbv) gemessen. Das Methaninventar der Erde beträgt beispielsweise 1.800 bbpv, was bedeutet, dass auf 1 Milliarde Moleküle 1.800 Methanmoleküle kommen.

Methan ist für die Marswissenschaftler von besonderem Interesse, weil es ein Anzeichen für Leben sowie für geologische Prozesse sein kann. Auf der Erde stammen 95 Prozent des Methans in der Atmosphäre aus biologischen Prozessen. Die Sonnenstrahlung braucht mehrere Hundert Jahre, um Methan zu zersetzen. Das bedeutet, dass jedes Molekül, das heute gefunden wird, relativ zeitnah entstanden sein muss – auch wenn das Methan selbst vor Millionen oder Milliarden von Jahren produziert worden ist und seitdem in unterirdischen Lagerstätten schlummert. Spurengase werden darüber hinaus in Schichten nahe der Planetenoberfläche Tag für Tag durchgewirbelt. Wendet man globale Windzirkulationsmodelle für die Berechnung an, wird das Methan so innerhalb weniger Monate gleichmäßig um den Planeten herum verteilt.

Berichte über Methan in der Marsatmosphäre wurden und werden intensiv diskutiert, da die entsprechenden Nachweise nur sehr sporadisch erbracht werden konnten (in Bezug auf die Zeit als auch auf den Fundort) und oftmals in den Nachweisgrenzbereich der jeweiligen Instrumente fielen. Im Jahr 2004 lieferte die ESA-Marssonde Mars Express eine der allerersten Messungen aus einem Orbit heraus. Diese ließen auf einen Methangehalt von 10 bbpv schließen.

Bodenbasierte Teleskope zeigten sowohl gar kein Methan als auch nur ein flüchtiges Vorkommen von bis zu 45 ppbv auf. Messungen des NASA-Marsrovers Curiosity, der den Gale-Krater seit 2012 erforschte, ließen auf ein jahreszeitlich schwankendes Methanlevel von 0,2 bis 0,7 ppbv schließen, zeigten aber auch einige Spitzen mit höheren Methangehalten auf. Auch Mars Express hat kürzlich eine Methanspitze aufgezeichnet, und zwar einen Tag nachdem Curiosity eins der höchsten Level überhaupt gemessen hatte.

Die neuen Ergebnisse des Spurengasorbiters bieten die bisher detaillierteste Analyse. Es wurde eine Obergrenze von 0,05 ppbv gemessen – also 10 bis 100 Mal weniger Methan als die bisherigen Observationen ergaben. Die präziseste Nachweisgrenze von 0,012 ppbv wurde in einer Höhe von 3 Kilometern gemessen.

Als Obergrenze entspricht der Wert von 0,05 ppbv einer Emission von bis zu 500 Tonnen Methan über eine vorhergesagte Lebensdauer des Moleküls von 300 Jahren, wenn man nur die atmosphärischen Zersetzungsprozesse betrachtet. Allerdings ist diese Menge über die gesamte Atmosphäre hinweg verteilt, was den Wert extrem niedrig erscheinen lässt.

„Wir haben wunderbare und genaue Daten, die uns anzeigen, dass dort, wo wir eigentlich Methan erwarten würden, Wasser ist. Trotzdem kommen wir nur auf eine bescheidene Höchstgrenze, die auf eine umfassende Abwesenheit von Methan schließen lässt“, sagt Oleg Korablev, leitender Forscher ACS vom Institut für Weltraumforschung an der Russischen Akademie der Wissenschaften in Moskau.

„Die hochpräzisen Messungen des TGO scheinen in Widerspruch zu den vorherigen Observationen zu stehen. Um die verschiedenen Datensätze miteinander in Einklang zu bringen und um festzustellen, wie es überhaupt zu dem schnellen Übergang von früher berichteten Schwaden zu den offensichtlich sehr niedrigen Hintergrundwerten kommen kann, müssen wir herausfinden, welcher Prozess Methan in oberflächennahen Bereichen zersetzt.“

„Die Frage, ob auf dem Mars überhaupt Methan vorhanden ist und wo dieser herkommen könnte, löste eine heftige Debatte aus. Nun stehen wir vor ebenso interessanten Fragen: Wohin und wie verschwindet dieses Methan? Und wie schnell kann es verschwinden?“, so Svedhem.

„Noch haben wir nicht alle Teile zusammengebracht. Dabei wird uns TGO helfen – denn er misst die Marsatmosphäre in einer nie zuvor erreichten Genauigkeit und mit den besten Instrumenten, die wir derzeit haben. So werden wir besser verstehen können, wie aktiv dieser Planet ist – sowohl geologisch als auch biologisch.“

Messergebnisse liefern die bisher ausführlichste Karte von Wasservorkommen
Während die Experten weiterhin darüber streiten, ob und warum es Methan gibt, steht eins fest: Es gab und gibt Wasser auf dem Mars. Heute kommt es in der Form von Wassereis oder durch Wasser hydratisierten Mineralien vor. Und wo Wasser war, da kann es auch Leben gegeben haben.

Um herauszufinden, wo genau und wann es wie viel Wasser gab, kartografiert FREND, der Neutronendetektor an Bord des TGO, die Wasserstoffverteilung unter der unmittelbaren Planetenoberfläche (bis zu einer Tiefe von 1 Meter). Wasserstoff ist ein Anzeichen für das Vorhandensein von Wasser, da es ein Bestandteil des Wassermoleküls ist. Darüber hinaus kann es darauf hinweisen, dass Wasser von der Planetenoberfläche absorbiert wurde, oder dass es Mineralien gibt, die unter Anwesenheit von Wasser entstanden sind.

Das Kartografieren wird etwa ein Marsjahr, also fast zwei Erdjahre, dauern. Am Ende werden die besten bis dato verfügbaren Kenngrößen zur Verfügung stehen, mit denen die bisher qualitativ ausführlichste Karte erstellt werden kann. Allerdings übertreffen bereits die ersten Karten, die auf Basis innerhalb von wenigen Monaten erstellt wurden, bereits die Auflösung früherer Messungen.

„In nur 131 Tagen hat das Instrument eine Karte erstellt, die eine höhere Auflösung aufweist als diejenige, die mit den Daten des Vorgängers an Bord der NASA-Raumsonde Mars Odyssey in 16 Jahren zusammengetragen wurde. Und wir erwarten sogar noch eine weitere Verbesserung der Auflösung“, sagt Igor Mitrofanov, leitender Forscher vom Institut für Weltraumforschung FREND an der Russischen Akademie der Wissenschaften in Moskau.

Die neue Karte bildet nicht nur den offensichtlich wasserreichen Permafrost in den Polregionen ab, sondern zeigt die bereits lokalisierten „trockenen“ und „feuchten“ Gebiete des Planeten in präziseren Details. Darüber hinaus hebt sie wasserreiche Materialien in den Äquatorregionen hervor, die darauf schließen lassen, dass es hier einmal wasserreichen Permafrost gegeben haben könnte – oder aber, dass hier früher die Pole des Mars lagen.

„Die Daten verbessern sich kontinuierlich – am Ende werden sie die Referenzdaten für das Kartografieren von wasserreichen Materialien im oberflächennahen Marsuntergrund darstellen. Dies wird entscheidend zu unserem Verständnis darüber beitragen, wie sich der Planet als Ganzes entwickelt hat und wo genau sich derzeit vorhandenes Wasser befindet“, so Mitrofanov weiter. „Die Messungen sind dabei nicht nur von wissenschaftlichem Wert, sondern liefern auch wertvolle Informationen für die Planung zukünftiger Marsmissionen.“

„Nachdem wir bereits in den Genuss wunderschöner Bilder und Stereoansichten des Mars gekommen sind – aufgenommen vom Kamerasystem an Bord des TGO – freuen wir uns nun, erste Einblicke in die von den anderen Instrumenten gesammelten Daten geben zu können“, so Svedhem abschließend. „Wir blicken optimistisch in die Zukunft, in der wir noch einiges zu der wissenschaftlichen Erforschung der faszinierenden Eigenschaften des Mars beitragen werden. Dazu gehört die Verteilung von Wasser unter der Planetenoberfläche, Prozesse, die auf der Oberfläche laufen sowie die rätselhafte Zusammensetzung der Marsatmosphäre.“

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• ExoMars Trace Gas Orbiter + Lander Schiaparelli auf Proton-M/Briz-M

Originalpublikationen:

• „Early observations by ExoMars TracEarly observations by ExoMars Trace Gas Orbiter show no signs of methane on Mars” von O. Korablev et al.
• „Martian dust storm impact on atmospheric water and D/H observed by ExoMars Trace Gas Orbiter” von A.C Vandaele et al.
• „Neutron Mapping of Mars with High Spatial Resolution: First Results of FREND experiment of the ExoMars Project” von I.G. Mitrofanov et al.

Der Beitrag TGO liefert erste Erkenntnisse über Marsatmosphäre erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: Universität Bern.

Am 2. März 2019 hat CaSSIS nun zudem sein erstes Bild von InSight geliefert, dem Lander der NASA auf dem Mars.

ExoMars ist ein Weltraummission der Europäischen Weltraumorganisation ESA in Zusammenarbeit mit der russischen Raumfahrtagentur Roskosmos. ExoMars steht für Exobiologie auf dem Mars: erstmals seit den 1970er-Jahren wird wieder aktiv nach Leben auf dem Mars geforscht. Sogenannte Spurengase einschliesslich Methan und deren Quellen werden vom ExoMars Trace Gas Orbiter (TGO) untersucht, während das ExoMars-Programm als Ganzes – der TGO in Kombination mit dem Rover Rosalind Franklin, der nächstes Jahr starten wird – untersuchen wird, wie sich das Wasser und die geochemische Umgebung auf dem Mars im Laufe der Zeit verändert haben.

Das Colour and Stereo Surface Imaging System (CaSSIS) an Bord des TGO wurde von einem internationalen Team unter der Leitung von Prof. Nicolas Thomas vom Center for Space and Habitability (CSH) der Universität Bern entwickelt. TGO trat die Reise zum Mars heute vor drei Jahren an, am 14. März 2016, und erreichte den Mars am 19. Oktober desselben Jahres. Dabei demonstrierte und nutzte die Sonde ihre hohen Fähigkeiten betreffend Atmosphärenbremsung, um die wissenschaftliche Umlaufbahn zu erreichen. Die Hauptmission begann schliesslich im April 2018.

Hallo InSight!
Unter den Bildern von CaSSIS, die heute auch von der ESA veröffentlicht wurden, befindet sich unter anderem ein Bild des Landers InSight der amerikanischen Weltraumorganisation NASA. Es gab bereits Aufnahmen von InSight, die vom Mars Reconnaissance Orbiter der NASA gemacht wurden. Es ist jedoch das erste Mal, dass ein europäisches Instrument den Lander identifiziert hat. InSight war am 26. November 2018 auf dem Mars angekommen mit dem Ziel, das Innere des roten Planeten zu untersuchen.

Das farbempfindliche Bild wurde am 2. März 2019 von CaSSIS aufgenommen und bildet eine Fläche von 2.25 x 2.25 km ab. Zu diesem Zeitpunkt hämmerte InSight eine Sonde in den Marsboden, um die Hitze im Inneren des Planeten zu messen. Auf der Aufnahme von CaSSIS ist InSight als etwas hellerer Fleck im Zentrum einer dunklen Fläche zu sehen, die entstanden ist, als der Lander seine Bremsraketen zündete kurz vor seiner Landung in der Elysium Planitia Region und Staub aufwirbelte. Ebenfalls zu sehen sind das kurz vor der Landung abgeworfene Hitzeschild am Rande eines Kraters und der Schutzschild von InSight.

«Der Orbiter wird verwendet, um Daten von InSight zur Erde zu übertragen», sagt Nicolas Thomas, der Hauptverantwortliche für CaSSIS. «Wegen dieser Funktion konnten wir die Kamera bisher nicht auf den Landeplatz von InSight richten, um Unsicherheiten in der Kommunikation zu vermeiden. Wir mussten also warten, bis der Landeplatz direkt unter dem TGO vorbeikam, um dieses Bild aufzunehmen.» CaSSIS soll das InSight-Team durch die Beobachtung der Marsoberfläche in der Umgebung zusätzlich unterstützen.

Das Bild von InSight zeigt auch, dass CaSSIS in der Lage sein wird, den zukünftigen ExoMars-Rover Rosalind Franklin zu fotografieren, der im März 2021 auf dem Mars ankommen soll. Der TGO wird auch für diesen Rover als Datenübertragungsstation dienen.

Wissenschaft im Schaufenster
Ebenfalls heute erscheint eine Auswahl von Bildern, die von den beeindruckenden wissenschaftlichen Fähigkeiten von CaSSIS zeugen. Die hochauflösenden Bilder zeigen Ansichten von eigenartigen Oberflächenmerkmalen, illustrieren die Vielfalt der Mineralien auf dem Mars und liefern sogar 3D-Stereoansichten und digitale Geländemodelle. Die Bilder wurden von Teams der Universität Bern, der University of Arizona und des INAF-Padova produziert.

Die Bilder beinhalten Detailansichten von polaren Schichtablagerungen und zeigen die Dynamik von Dünen und von sogenannten Staubteufeln (Luftwirbeln). Die Stereobilder von CaSSIS erwecken die Szenerie auf dem Mars zum Leben, indem sie zusätzlich Einblick in die Höhenunterschiede geben. Diese Informationen sind wichtig für die Entschlüsselung der Geschichte der Ablagerungen und Schichten auf dem Mars.

Einige Bilder wurden eingefärbt, um die Oberflächenstruktur deutlich zu machen. Kombiniert mit Daten aus anderen Instrumenten, ermöglichen die Bilder den Forschenden, Rückschlüsse zu ziehen auf die verschiedenen chemischen Zusammensetzungen und beispielsweise Regionen zu identifizieren, die durch Wasser beeinflusst wurden. Diese Bilder können auch unterstützend eingesetzt werden für die Leitung von Missionen zur Erkundung der Marsoberfläche.

«Das Bild von der Landestelle von InSight ist nur eines von vielen wirklich hochwertigen Bildern, die CaSSIS geliefert hat. Die heute veröffentlichten Bilder gehören zu den besten der letzten Zeit. Und ich bin auch begeistert von den digitalen Geländemodellen», sagt Nicolas Thomas. Håkan Svedhem, Project Scientist für den TGO bei der ESA fügt an: «Die Bilder sind ein Beweis für das wissenschaftliche Potential des Kamerasystems. Wir werden während der Mission in der Lage sein, dank der Bilder sowohl dynamische Oberflächenprozesse zu untersuchen – einschliesslich solcher, die helfen könnten, den Bestand an Spurgasen zu begrenzen, den die Spektrometer der TGO analysieren – und zukünftige Landeplätze zu charakterisieren.»

Förderung durch das SBFI / Abteilung Raumfahrt
CaSSIS ist ein Projekt der Universität Bern und ist finanziert von der Abteilung Raumfahrt des SBFI durch das PRODEX-Programm der Europäischen Weltraumorganisation ESA. Die Entwicklung der Instrumentenhardware wurde auch von der italienischen Weltraumbehörde (ASI), dem INAF/Astronomischen Observatorium Padua und dem Space Research Center (CBK) in Warschau unterstützt.

Bei allen Instrumenten, die in der Schweiz und unter der Leitung der Universität Bern entwickelt wurden, stammen wesentliche Beiträge und/oder Teillieferungen aus der Schweizer Industrie. Das PRODEX-Programm, in dessen Rahmen wissenschaftliche Instrumente oder Teilsysteme bereitgestellt werden, verlangt eine industrielle Beteiligung von mindestens 50% am Gesamtprojekt. Diese Bedingung ermöglicht einen Wissens- und Technologietransfer aus der Industrie und in die Industrie und verschafft dem Werkplatz Schweiz einen strukturellen Wettbewerbsvorteil – nicht zuletzt auch dank Spill-over-Effekten auf andere Sektoren der beteiligten Unternehmen.

Beteiligungen der Schweiz an Programmen der ESA erlauben es Schweizer Akteuren aus Wissenschaft und Wirtschaft, sich ideal in entsprechenden Aktivitäten der ESA zu positionieren.

Berner Weltraumforschung: Seit 50 Jahren an der Weltspitze mit dabei
Die Berner Weltraumforschung in Zahlen ergibt eine stattliche Bilanz: 25mal flogen Instrumente mit Raketen in die obere Atmosphäre und Ionosphäre (1967-1993), 9mal auf Ballonflügen in die Stratosphäre (1991-2008), 33 Instrumente flogen auf Raumsonden mit, und ein Satellit wurde gebaut (CHEOPS, Start 2. Hälfte 2019).

Die erfolgreiche Arbeit der Abteilung Weltraumforschung und Planetologie (WP) des Physikalischen Instituts der Universität Bern wurde durch die Gründung eines universitären Kompetenzzentrums, dem Center for Space and Habitability (CSH), gestärkt. Der Schweizer Nationalsfonds sprach der Universität Bern zudem den Nationalen Forschungsschwerpunkt (NFS) PlanetS zu, den sie gemeinsam mit der Universität Genf leitet.

Der Beitrag Spektakuläre Bilder von Mars-Kamera CaSSIS erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Autor: Star-Light, Quelle: ESA.

Dabei hatte alles so schön begonnen. Die ExoMars 2016 Mission ist eine gemeinsame Mission der ESA und der russischen Weltraumbehörde Roskosmos. Sie besteht aus zwei Teilen, dem Trace Gas Orbiter (TGO), sowie Schiaparelli. So heißt der „Entry, Descent and Landing Demonstrator“ (EDL), dessen wichtigste Aufgabe darin besteht weich auf dem Mars zu landen. Er ist benannt nach dem italienischen Astronom Giovanni Virginio Schiaparelli. Mit ihm werden die Verfahren und Technologien getestet, die 2020 für einen kontrollierten Abstieg und die weiche Landung eines Rovers auf dem Mars notwendig sind. Dazu gehören ein Hitzeschild, ein Fallschirm, Bremsraketen sowie eine Art „Knautschzone“, die die Energie beim Aufsetzen aufnehmen soll.

Die ESA stellte sich die Landung von Schiaparelli folgendermaßen vor: Nach dem Eintritt in die Marsatmosphäre soll die Sonde selbständig auf dem Mars landen, denn Funksignale benötigen zu diesem Zeitpunkt schon über neun Minuten, was ein Eingreifen des Kontrollzentrums in Darmstadt unmöglich macht. Nachdem der Lander mit rund der achtfachen Geschwindigkeit einer Gewehrkugel (ca. 21,000 km/h) in die Atmosphäre eingetreten ist, soll er in etwa 6 Minuten auf maximal Radfahrergeschwindigkeit abgebremst werden.

Dies geschieht als erstes durch die Reibung des Hitzeschildes in der Marsatmosphäre, der bis zu 1.750 Grad aushalten soll. Geht alles nach Plan ist die Sonde dann noch circa 1.800 km/h schnell, wenn sich in rund 11 km Höhe ein Überschallfallschirm öffnet, der die Sonde bis auf etwa 250 km/h abbremst. Kurz nach dem Öffnen des Schirms wird der vordere Hitzeschild abgeworfen, eine Kamera macht ab diesem Zeitpunkt regelmäßig ein Foto von der vor ihr liegenden Marsoberfläche.

In der letzten Phase der Landung werden der hintere Hitzeschild und der Fallschirm abgeworfen und neun mit Hydrazin angetriebene Bremstriebwerke übernehmen. Sie sollen den Lander knapp über dem Boden in einen kurzen Schwebezustand bringen bevor sie abschalten und der Lander mit maximal 18 km/h aufsetzt. Die schon erwähnte „Knautschzone“, eine verformbare Struktur, fängt die Bewegungsenergie auf und wandelt sie in Verformungsenergie um. Schiaparelli ist gelandet. Soviel zur Theorie.

In der Praxis ist es dann wohl nicht ganz so abgelaufen, wie die ESA auf Ihrer Homepage am 20. Oktober 2016 schreibt. Der ESA standen während der Landung verschiedene Informationsquellen zur Verfügung, um die Landung zu verfolgen. Zum einen diente der TGO als Relaissatellit, was er auch bei zukünftigen Missionen sein soll. Sowie ebenfalls das Giant Metrewave Radio Telescope (GMRT) in der Nähe von Pune (Indien). Beide verloren das Signal von Schiaparelli kurz vor der geplanten Landung. Die Daten werden zur Zeit noch analysiert. Die ESA geht davon aus mit den gewonnen Daten die entscheidenden Minuten des Abstiegs nachvollziehen zu können. Das ist letztlich die gute Nachricht und ein wichtiger Teilerfolg. Die Daten werden dazu beitragen den geplanten Marsrover 2020 sicherer auf den Mars zu bringen.

Erste Ergebnisse der Datenauswertung deuten darauf hin, dass bis zum Abwurf des vorderen Hitzeschildes alles nach Plan lief, der Abwurf des hinteren Hitzeschildes und des Fallschirms scheint zu früh erfolgt zu sein. Die Triebwerke haben wohl kurz gezündet, aber zu früh abgeschaltet. So schlug die Sonde wohl mit hoher Geschwindigkeit auf den Marsboden auf, dabei könnten die Treibstofftanks der Triebwerke explodiert sein. Erste Fotos aus dem Orbit vom MRO lassen dies vermuten. Neue Bilder in hoher Auflösung werden hier wohl für mehr Klarheit sorgen.

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Schiaparelli-Landung

Der Beitrag Bruchlandung auf dem Mars erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: Telespazio VEGA Deutschland.

Die Telespazio VEGA-Experten sind Teil der ESOC-Teams in der Flugkontrolle (FCT) und Software Support (SWS), und werden, unter der Gesamtleitung der ESA, eine herausfordernde Phase der Mission unterstützen: Die Trennung des Landemoduls Schiaparelli vom TGO-Mutterschiff am 16. Oktober 2016; die Anhebung der Umlaufbahn des TGO am 17. Oktober 2016; das kritische Manöver des TGO am 19. Oktober 2016, welches die Sonde in die Umlaufbahn des Mars bringt.

Ebenfalls am 19. Oktober soll Schiaparelli auf dem Mars landen. Diese Manöver wurden während der letzten drei Monate intensiv trainiert: Das FCT und SWS durchliefen am ESOC so genannte Simulation Campaigns, während derer nominale als auch fehlerinduzierte Szenarien geprobt wurden. Diese Trainings wurden von zwei erfahrenen Telespazio VEGA Simulation Officers entwickelt und geleitet. Dazu nutzen sie den Satellitenbetriebs-Simulator, den das Unternehmen für ExoMars TGO, gemeinsam mit anderen Partnern, entwickelt hat.

Der präzise Anflug, die Trennung von Sonde und Landemodul sowie das Manöver, um in die Umlaufbahn des Mars einzuschwenken, wurden vom ESOC Flugdynamik-Team vorbereitet, in welchem sich ebenfalls hoch qualifizierte Telespazio VEGA-Mitarbeiter befinden. Zusätzlichen Support liefert das Unternehmen an die ESA durch Experten im Bodenstationsbetrieb und ICT-Engineering. Viele weitere missionskritische Bodensysteme, welche dazu genutzt werden, den ExoMars TGO zu steuern und seine Aktivitäten zu planen, entwickelte Telespazio VEGA Deutschland, gemeinsam mit Partnern, für die ESA, darunter das Missionsplanungssystem (MPS) und das Missionskontrollsystem (MCS).

ExoMars ist eine spannende Marserkundungsmission, die durch internationale Zusammenarbeit mit Roskosmos ermöglicht wurde. Der Hauptauftragnehmer, verantwortlich für den ExoMars-Satelliten in Europa, ist Thales Alenia Space (Thales/Leonardo-Finmeccanica). Viele der Technologien an Bord wurden ebenfalls von Leonardo-Finmeccanica entwickelt.

In der ersten Phase der Mission (2016) fliegt der Mars-Spurengas-Orbiter (TGO) mit einem Demonstrationsmodul zum Eintritt, Abstieg und zur Landung (EDM) zum Mars. In einer zweiten Phase, die auf der Erfahrung der ersten Phase aufbaut, sollen ein Mars-Rover und eine Marsoberflächen-Plattform folgen. Der 2020er ExoMars-Rover wurde entworfen, um nach Spuren von heutigem oder früherem Leben zu suchen, indem er mithilfe eines Bohrers und einem weiteren Satz leistungsfähiger Instrumente Unterbodenproben sammelt und analysiert. ExoMars wird zeigen, wie neue Technologien dabei helfen, den Weg für zukünftige Marsmissionen zu bereiten, die Proben zurück zur Erde bringen sollen.

Der Beitrag ExoMars: Telespazio VEGA Deutschland begleitet Ankunft erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: ESA.

Die Sonde war am 14. März 2016 gestartet. In den folgenden Wochen nach dem Start haben Missionsteam und beteiligte Wissenschaftler den Trace Gas Orbiter und das Landemodul Schiaparelli intensiv überprüft, um sicher zu sein, dass alles bereit ist für den Einsatz beim Mars ab Oktober.

Die Kontroll-, Navigations- und Kommunikationssysteme des Raumfahrzeugs wurden in Betrieb genommen. Zwei Mbit/s kann die 2,2 m durchmessende Antenne bereits zur Erde übertragen. Die wissenschaftlichen Instrumente wurden ersten Tests unterzogen.

Im Marsorbit angekommen, beginnt für das Raumfahrzeug mit seinen anspruchsvollen Instrumenten die Suche nach Spurengasen in der Atmosphäre des Mars.

Von besonderem Interesse ist Methan, welches auf aktive biologische oder geologische Prozesse auf dem Planeten Mars hindeuten könnte. Zusätzlich soll Schiaparelli die Technologien testen, die für eine sichere und kontrollierte Landung auf dem Mars nötig sind. Geplant ist seine Landung für den 19. Oktober 2016.

„Alle Systeme wurden aktiviert und überprüft, einschließlich Energieversorgung, Kommunikation, Sternensensoren, Leitsystem und Navigation, alle Nutzlasten und auch Schiaparelli. Das Flugteam arbeitet sich jetzt besser in den Betrieb dieser neuen und fortschrittlichen Sonde ein“, so Betriebsleiter Peter Schmitz von der ESA.

Das erste Bild besteht aus zwei Einzelaufnahmen, aufgenommen mit dem Kamera-Drehmechanismus aus zwei leicht unterschiedlichen Richtungen. Die Einzelbilder wurden so übereinandergelegt und bearbeitet, dass ein neues Bild mit jeweils einem positiven und einem negativen Bild der Sterne entstand (ähnlich wie bei einem Negativ und dem später entwickelten Bild). Der Abstand zwischen Positivbild und Negativbild ist dabei für alle Sterne gleich. Dem Team zeigt dieses Bild, dass sowohl die Kamera als auch ihr Drehmechanismus funktionieren.

„Das erste Einschalten hat reibungslos geklappt und bislang sieht alles gut aus“, so Nicolas Thomas von der Universität Bern, der Hauptverantwortliche für das Kamerasystem. „Die Kamera wurde nicht für die Beobachtung lichtschwacher Sterne entwickelt, trotzdem ist dieses erste Bild sehr beruhigend. Alles sieht danach aus, dass wir auch vom Mars gute Daten bekommen werden.“

Ist das Ziel Mars erreicht, wird die CaSSIS für Colour and Stereo Surface Imaging System genannte Kamera Oberflächenstrukturen fotografieren, einschließlich derer, die mit Gasquellen in Verbindung gebracht werden, wie z.B. Vulkane.

Weitere Instrumente, wie die Spurengassensoren der Atmospheric Chemistry Suite (ACS) und vom Nadir and Occultation for Mars Discovery (NOMAD) sowie der Teilchendetektor (Fine Resolution Epithermal Neutron Detector, FREND), der in der Lage sein wird Wassereisvorkommen zu entdecken, wurden in der vergangenen Woche zum ersten Mal eingeschaltet und sandten Testdaten.

Auch das Landemodul Schiaparelli und seine Flugsysteme wurden gründlichen Tests unterzogen. Obwohl primär ein Technologiedemonstrator, wird Schiaparelli einige grundsätzliche Untersuchungen vornehmen, während seiner kurzen Mission auf der Marsoberfläche.

„Die Instrumente des Trace Gas Orbiter und von Schiaparelli funktionieren ausgezeichnet. Die wissenschaftlichen Teams werden auf dem Weg zum Mars ihre Kalibrierungen und Tests fortsetzen, damit alles für die spannende Mission bereit ist, die vor uns liegt,“ so Håkan Svedhem, ESA-Projektwissenschaftler.

Der nächste Meilenstein wird eine große Kurskorrektur sein, die für Juli geplant ist und das Raumfahrtzeug auf den Mars ausrichten wird. ExoMars 2016 wird den Roten Planeten am 19. Oktober 2016 erreichen. Das Raumfahrtzeug hat inzwischen mehr als 83 Millionen Kilometer der insgesamt rund 500 Millionen Kilometer langen Reise zum roten Planten hinter sich gebracht.

Der Beitrag „Augen auf“ für die Raumsonde ExoMars TGO erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Viktoria Schöneich. Quelle: ESA.

ExoMars ist eine Mission der ESA, die zunächst in Zusammenarbeit mit der NASA geplant war. Nachdem sich die amerikanische Weltraumagentur 2011 aus Kostengründen aus dem Projekt zurückziehen musste, ging die ESA eine Kooperation mit der russischen Raumfahrtagentur Roskosmos ein. Die Mission, die nach Spuren von vergangenem oder gar aktuellem Leben auf dem Mars suchen soll, wird mit zwei Raumfahrzeugen durchgeführt: dem ExoMars Rover, der 2018 zum Mars fliegen soll und dem ExoMars Trace Gas Orbiter (TGO), der am 14.3. gestartet wurde und dem Rover als Relais dienen soll. Die ESA stellt wesentliche Teile der Raumfahrzeuge bereit, Roskosmos beteiligt sich an einem Teil der Instrumente und startet die Mission auf ihren Proton-Raketen.

Um 10:31 Uhr deutscher Zeit (MEZ) hob die Proton mit einer Breeze-M Oberstufe ab. Nach etwa 10 Minuten begann die Oberstufe mit dem Einschuss in eine Mars-Transferbahn und trennte sich um 21:13 Uhr vom Trace Gas Orbiter. Die Zielgeschwindigkeit wurde mit einer Genauigkeit von 1,5 m/s erreicht. Anschließend entfaltete der Orbiter seine Solarpaneele und führte die ersten kritischen Systemchecks durch, die dem Orbiter generell eine gute Verfassung bescheinigten. Es konnte allerdings eine erhöhte Wärmebelastung auf das Haupttriebwerk des TGO, das den Einschuss in den Marsorbit bewerkstelligen soll, festgestellt werden. Nach Absprache mit dem Hersteller des Triebwerks, Thales Alenia Space, wurde der Orbiter um einige Grad geneigt, um das Triebwerk aus der direkten Sonneneinstrahlung zu entfernen, was das Problem lösen konnte. Die kommenden zwei Wochen sollen weitere Systemchecks folgen.

Der Einschuss in den Marsorbit ist für den 19. Oktober 2016 geplant. Zunächst befindet sich TGO in einem elliptischen Orbit. Von dort aus wird die Marsatmosphäre genutzt werden, um die Höhe so weit zu verringern, bis sich die Raumsonde in einer Höhe von 400 km in einem kreisförmigen Orbit befindet (Aerobraking). Anfang 2017 soll dann mit der wissenschaftlichen Mission begonnen werden, die zunächst bis 2022 andauern soll.

Wissenschaft mit ExoMars
An Bord von ExoMars befinden sich Spektrometer für verschiedene Wellenlängen, mit denen die Spurengase und die Chemie der Atmosphäre untersucht werden sollen. Weiterhin soll mit einem Neutronendetektor Wassereis auf der Marsoberfläche bis zu einer Tiefe von einem Meter ausfindig gemacht werden. Für hochauflösende Stereoaufnahmen ist eine Farbkamera an Bord; hiermit sollen insbesondere die Regionen fotografiert werden, über denen interessante Spurengase gefunden wurden.

Untersucht werden Spurengase, die weniger als 1% Anteil an der Marsatmosphäre haben: Methan, Wasserdampf, Stickstoffdioxid und Acetylen. Eine besondere Aufmerksamkeit ist dem Methanvorkommen auf dem Mars gewidmet. Mit bodengestützen Teleskopen konnten vor einiger Zeit Spuren von Methan in der Atmosphäre des roten Planeten nachgewiesen werden, die jedoch zeitlich und örtlich stark begrenzt waren. Das Gas entsteht auf der Erde bei geologischen oder biologischen Prozessen und dürfte auf dem geologisch inaktiven Mars eigentlich nicht vorhanden sein. Entsprechend sorgte die Entdeckung für Überraschung. Tatsächlich ist das Methanvorkommen auf dem Mars zeitlich und örtlich variabel.

Methan gilt als so genannter „Biomarker“: Gase, die einen starken Hinweis auf Leben liefern, wie wir es kennen. Zu dieser Gruppe zählen z.B. auch Sauerstoff und Wasserdampf. Biomarker sind Gase, die nach einiger Zeit durch chemische Prozesse aus einer Atmosphäre verschwinden sollten und deswegen kontinuierlich nachgebildet werden müssen, um weiterhin vorhanden zu sein. Da dies auch durch andere Prozesse passieren kann, bedeutet die Anwesenheit dieser Gase aber nicht zwangsläufig die Anwesenheit von Leben.

Die Entdeckung von Leben auf dem Mars in Form von Mikroben wäre sicherlich eine Sensation. Aber auch andere mögliche Ursachen versprechen interessante Einblicke. Geologische Aktivität auf dem Mars würde unser Bild vom roten Planeten revolutionieren. Einige Modelle prognostizieren aktiven Vulkanismus auf dem bisher als geologisch tot angenommenen Mars. Ein anderes Szenario zur Entstehung von Methan setzt flüssiges Wasser voraus, eine weitere Zutat für Leben.

Europas erste Landung auf dem Mars?

Erster Höhepunkt der Mission wird die Landung des Entry, Descent and Landing Demonstrator Module (EDM) Schiaparelli sein. Dabei handelt es sich um eine Kapsel von 1,65 m Durchmesser mit einer Masse von 600 kg. Das EDM wird kurz vor Erreichen der Marsumlaufbahn am 16. Oktober 2016 vom TGO getrennt und drei Tage lang im Hibernation Modus verharren, um Energie zu sparen. Am 19. Oktober 2016 wird sich Schiaparelli in einer Höhe von 122,5 km Höhe aktivieren und in die Marsatmosphäre eintreten. In 11 km Höhe wird schließlich der Fallschirm entfaltet, bei 7 km der Hitzeschild abgetrennt, damit das Höhenradar freie Sicht zum Boden hat. Neben der Höhe soll auch die Horizontalgeschwindigkeit gemessen werden. Diese Daten sind wichtig für den Einsatz der Flüssigtriebwerke, die nach Abtrennen des Fallschirms zum Einsatz kommen werden. Die Triebwerke verlangsamen Schiaparelli schließlich auf etwas mehr als 1 m/s in 2 m Höhe. Dort schalten sich die Triebwerke ab und der Lander fällt zu Boden. Der Aufprall wird durch dämpfende Elemente in der Struktur abgefedert.

Bis zum 23. Oktober 2016 wird Schiaparelli die Marsoberfläche untersuchen, bevor dem batteriebetriebenen Lander die Energie ausgehen wird. Bereits während des Abstiegs sollen Daten zur Atmosphäre gesammelt werden, die unter anderem die Frage beantworten sollen, wie Staubstürme auf dem Mars entstehen. Schiaparelli wird in einem Gebiet landen, in dem sich spezielle Eisenoxide befinden, die auf der Erde ausschließlich in Verbindung mit flüssigem Wasser entstehen. Die Hauptmission besteht allerdings in der Technologiedemonstration der Landesysteme und des Landemanövers; der Großteil der gesammelten Daten wird also vermutlich Lage-, Beschleunigungs- und Hitzeschilddaten sein. Nachdem der Lander inaktiv geworden ist, werden Würfeleckenreflektoren als Reflektor dienen: zum einen für die Entfernungsmessung, zum anderen, um zu beobachten, wie sich Staub auf ihnen ablagert und von den Marswinden weggeblasen wird.

Landungen auf dem Mars gelten als besondere Herausforderung, weil die Marsatmosphäre zwar dicht genug ist, um einen Lander ohne Hitzeschutz stark zu beschädigen, aber doch zu dünn ist, um alleine mit Fallschirmen eine ausreichende Abbremsung für die meisten Fahrzeuge zu erreichen. Zudem ist das CO₂, aus dem der Großteil der Marsatmosphäre besteht, sowie in der Luft liegender Staub, eine Herausforderung für Hitzeschutzsysteme und deren Qualifizierung. Die Landesysteme muten deswegen oftmals kreativ an, so wurden die Zwillingsrover Spirit und Opportunity mit einem Airbagsystem abgebremst (Lithobreaking). Unvergessen ist auch das waghalsige Skycrane-Manöver, mit dem die NASA 2012 den Rover Curiosity landete. Bisher sind nur den USA erfolgreiche Missionen auf der Marsoberfläche gelungen. Aus diesem Grund hat Schiaparelli für die europäische Raumfahrt neben der wissenschaftlichen vor allem eine technische und politische Bedeutung.

ExoMars sticht unter den zahlreichen Missionen zu unserem Nachbarplaneten als Mission hervor, die explizit nach Spuren von vergangenem oder gar aktuellem Leben suchen soll, zum ersten Mal nach den Viking-Sonden der 70er Jahre. Doch selbst wenn kein Leben gefunden werden sollte, die Untersuchung von Spurengasen wird sicherlich dazu beitragen, unser Verständnis vom roten Planeten erheblich zu erweitern.

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