Bereits Kunde? Jetzt einloggen.
Lesezeit ca. 10 Min.

Treffpunkt Mars


Sterne und Weltraum - epaper ⋅ Ausgabe 8/2021 vom 09.07.2021

MARSFORSCHUNG

Artikelbild für den Artikel "Treffpunkt Mars" aus der Ausgabe 8/2021 von Sterne und Weltraum. Dieses epaper sofort kaufen oder online lesen mit der Zeitschriften-Flatrate United Kiosk NEWS.

Bildquelle: Sterne und Weltraum, Ausgabe 8/2021

IN KÜRZE

■Die drei Marssonden Al-Amal, Tianwen-1 und Perseverance erweisen sich als große Erfolge.

■Der Volksrepublik China gelang im Mai 2021 auf Anhieb eine sanfte Landung auf dem Roten Planeten.

■Der Marshubschrauber Ingenuity wird von der NASA für weitere Erkundungsflüge genutzt.

Alle Wege führen zum Roten Planeten

Insgesamt vier Sonden sind im Frühjahr 2021 beim Mars angekommen und haben nun mit ihrer Arbeit begonnen. Der Marshelikopter Ingenuity (links oben) hat die Erwartungen übertroffen und dient als Pfadfinder für den Rover Perseverance (links unten). Die arabische Sonde Al-Amal (oben) fotografiert den Planeten von oben, während Chinas Rover Zhurong (unten) ins Unbekannte vorstößt.

Schon sind mehr als fünf Monate seit der Ankunft der neuesten Generation von Marssonden vergangen. Seitdem haben alle ihre Arbeit in vollem Umfang aufgenommen (siehe SuW 5/2021, S. 26).

Der Mars von oben ...

Weiterlesen
epaper-Einzelheft 5,99€
NEWS 14 Tage gratis testen
Bereits gekauft?Anmelden & Lesen
Leseprobe: Abdruck mit freundlicher Genehmigung von Sterne und Weltraum. Alle Rechte vorbehalten.

Mehr aus dieser Ausgabe

Titelbild der Ausgabe 8/2021 von Der bestirnte Himmel über mir. Zeitschriften als Abo oder epaper bei United Kiosk online kaufen.
Der bestirnte Himmel über mir
Titelbild der Ausgabe 8/2021 von Noch einmal: CalSky abgeschaltet – was tun?. Zeitschriften als Abo oder epaper bei United Kiosk online kaufen.
Noch einmal: CalSky abgeschaltet – was tun?
Titelbild der Ausgabe 8/2021 von Ärgerliche Starlinks, schlaue Digitalkameras. Zeitschriften als Abo oder epaper bei United Kiosk online kaufen.
Ärgerliche Starlinks, schlaue Digitalkameras
Titelbild der Ausgabe 8/2021 von LESER FRAGEN – EXPERTEN ANTWORTEN. Zeitschriften als Abo oder epaper bei United Kiosk online kaufen.
LESER FRAGEN – EXPERTEN ANTWORTEN
Titelbild der Ausgabe 8/2021 von Raumsonde Juno erkundet Ganymed. Zeitschriften als Abo oder epaper bei United Kiosk online kaufen.
Raumsonde Juno erkundet Ganymed
Titelbild der Ausgabe 8/2021 von Extremer Strahlungsausbruch von Proxima Centauri. Zeitschriften als Abo oder epaper bei United Kiosk online kaufen.
Extremer Strahlungsausbruch von Proxima Centauri
Vorheriger Artikel
Eine einsame Insel im All
aus dieser Ausgabe
Nächster Artikel MORGENHIMMEL
aus dieser Ausgabe

...

Die Sonde Al-Amal der Vereinigten Arabischen Emirate erreichte im April ihre endgültige Umlaufbahn um den Mars. Sie erkundet nun ihr Zielobjekt mit drei Instrumenten, die vom nahen Infrarot über das sichtbare Licht bis ins Ultraviolett empfindlich sind. Besonders attraktiv sind die Bilder, die mit der Kamera EXI, dem Emirates Exploration Imager, entstehen (siehe »Der höchste Vulkan des Sonnensystems«). Sie zeigen jeweils den gesamten Mars in seinen unterschiedlichen Lichtphasen, abhängig davon, in welchem Teil seiner Umlaufbahn sich Al- Amal (deutsch: Hoffnung) gerade befindet. Noch wurden sehr wenige Bilder veröffentlicht, aber im Oktober 2021 sollen die gesamten Messdaten und Aufnahmen im Internet zugänglich sein.

Das abbildende Ultraviolettspektrometer EMUS, das Emirates Mars Ultraviolet Spectrometer, liefert interessante neue Ergebnisse. Mit den Aufnahmen lässt sich das Verhalten der hohen Marsatmosphäre untersuchen, zum Beispiel, wie der Rote Planet ständig geringe Mengen von Wasserstoff in den umgebenden Weltraum abgibt und auf Dauer verliert. Um den Pla- netenkörper herum bildet sich eine ausgedehnte Wolke, die durch den Sonnenwind zu einem Schweif ausgezogen wird (siehe »Aura des Mars«). Ähnliche Wasserstoffschweife sind auch von der Venus und der Erde bekannt. Zudem ist es mit EMUS möglich, die Verteilung atomaren Sauerstoffs in der Gashülle zu kartieren oder das Verhalten von Kohlenmonoxid zu beobachten.

Der höchste Vulkan des Sonnensystems

Der oberhalb der Bildmitte sichtbare Olympus Mons überragt seine Umgebung um etwa 26 Kilometer und erstreckt sich über einen Basisdurchmesser von 600 Kilometern. Er würde somit ganz Frankreich bedecken, könnte man ihn auf die Erde verpflanzen. Rechts von ihm zeigen sich als dunkle Flecken die drei Vulkanriesen der Tharsis-Region. Sie sind bis zu 20 Kilometer hoch.

Aura des Mars

Der Rote Planet setzt ständig geringe Mengen an atomarem Wasserstoff aus seiner Atmosphäre frei, der in den umgebenden Weltraum entweicht. Die Schwerkraft des Planeten ist zu gering, um das leichteste Element festzuhalten. Daher bildet der Wasserstoff eine weit ausgedehnte Hülle um den Mars. Die Sternform des Bilds ist ein Artefakt, entstanden durch den Abtastvorgang des Ultraviolettspektrometers EMUS. Helle Farbtöne geben höhere Wasserstoffkonzentrationen an, dunkle geringere.

Kein Planetenfieber

Mit dem abbildenden Infrarotspektrometer EMIRS an Bord von Al-Amal lassen sich Karten mit Temperaturen in der Atmosphäre (links) und auf der Oberfläche (rechts) des Mars erstellen. In der Marsnacht kühlt die Oberfläche rasch ab, so dass die Temperaturen auf unter –120 Grad Celsius fallen können.

Das Instrument EMIRS, das Emirates Mars Infrared Spectrometer, erzeugt Temperaturkarten der Marsoberfläche. Es zeigt, dass sich die Oberfläche im Sonnenlicht auf knapp 0 Grad Celsius aufheizt, während sie in der Nacht schnell auf Temperaturen von weniger als –120 Grad Celsius auskühlt (siehe »Kein Planetenfieber«). Die dünne Marsatmosphäre kann nur wenig Wärme speichern, so dass die Oberfläche rasch sehr kalt wird.

Al-Amal soll für mindestens ein Marsjahr (687 Erdtage) den Roten Planeten erkunden. Die Sonde wird das Wettergeschehen beobachten und jahreszeitliche Veränderungen auf dem Mars wie Staubstürme und das Wachsen und Schrumpfen der saisonalen Polarkappen dokumentieren. Ist die Sonde nach Ablauf des ersten Marsjahrs noch in einem guten Zustand, so wird ihre Mission sicherlich verlängert werden.

Ein Feuergott auf dem Roten Planeten

Mit einem Paukenschlag trat im Februar dieses Jahr die Volksrepublik China neu in die Marsforschung ein. Nachdem der Einschuss ihres ersten Orbiters Tianwen-1 – deutsch: »Fragen an den Himmel« – in eine Umlaufbahn auf Anhieb gelang, konnte sie am 15. Mai 2021 einen weiteren Erfolg verbuchen: Die mitgeführte Landesonde Zhurong, die nach einem chinesischen Feuergott benannt ist, setzte nach einem kurzen Flug aus dem Orbit sanft in Utopia Planitia auf (siehe SuW 7/2021, S. 15).

Damit ist China das zweite Land, dem ein solches Vorhaben beim ersten Versuch gelang – im Gegensatz zu den wenig erfolgreichen Bemühungen Russlands und der Europäer. Die Pionierleistung der ersten gelungenen Landung überhaupt absolvierte die NASA-Sonde Viking-1 am 20. Juli 1976 in Chryse Planitia. Ihre Schwestersonde Viking-2 setzte am 3. September 1976 in der Region Utopia Planitia auf, die auch das Ziel von Zhurong war. Allerdings trennen den Rover mehr als 1000 Kilometer von seinem seit mehr als 40 Jahren inaktiven und nicht bewegungsfähigen Vorgänger.

Zhurong bestand beim Aufsetzen aus einer Landeplattform mit Bremstriebwerken und einem Rover. Jener fuhr schon eine Woche nach dem Aufsetzen vom Lander herunter, der nun ohne Funktion ist. Zhurong übermittelte davor und danach erste Bilder seiner Umgebung (siehe »Feuergott auf der Marsoberfläche«). Sie zeigen eine flache, sandige Ebene, auf der es im näheren Umfeld nur kleinere Steine gibt. Das Landegebiet ist also sehr viel geeigneter für einen Rover auf Rädern als es der mit deutlich gröberen Gesteinsbrocken übersäte Landeplatz von Viking-2 gewesen wäre. Ausgedehnten Erkundungsfahrten von Zhurong steht demnach nichts entgegen. Der Rover soll mindestens 90 Tage auf dem Mars aktiv sein. Er dürfte aber wahrscheinlich sehr viel länger durchhalten, nimmt man sich die erfolgreichen chinesischen Mondrover als Maßstab.

Die Kommunikation erfolgt hauptsächlich über den Marsobiter Tianwen-1, der die Daten zur Erde weiterleitet und Steuerbefehle an Zhurong übermittelt. Zusätzlich kann der Rover seine Bilder und Messdaten auch über die europäische Sonde Mars Express zur Erde übertragen; es gibt eine entsprechende Vereinbarung mit der Europäischen Raumfahrtbehörde ESA.

In der Region wurde ein kleiner Kegel mit einem Gipfelkrater gesichtet, der sich rund sieben Kilometer entfernt vom Landeplatz befindet. Er könnte der Überrest eines ehemaligen Schlammvulkans sein, der aber schon lange Zeit inaktiv ist. Die chinesische Raumfahrtbehörde CNSA deutete schon Interesse an dieser Struktur an, und vielleicht gelingt es Zhurong, die Strecke bis dorthin zu überwinden.

Feuergott auf der Marsoberfläche

Diese beiden Ansichten des Landeplatzes des chinesischen Marsrovers Zhurong entstanden vor (links) und nach dem Herabfahren vom Landegestell (rechts). Beide Bilder wurden von einer Navigationskamera mit Fischaugenobjektiv aufgenommen. Die Landschaft in diesem Gebiet von Utopia Planitia ist ausgesprochen flach und weist nur kleine Gesteinsbrocken auf. Sie eignet sich sehr gut für die Fahrten des sechsrädrigen Rovers.

Leider sind die CNSA und die an der Mission beteiligten chinesischen Forschungsinstitute sehr knauserig mit ihren Informationen. Anders als bei allen anderen Raumfahrtbehörden weltweit gibt es keine Ansprechpartner für die internationale Presse, und die Öffentlichkeitsarbeit der CNSA lässt sich nur als erratisch bezeichnen. In gewisser Weise erinnert dies an die frühere Sowjetunion, die seinerzeit aus schon als fanatisch zu bezeichnendem Geheimhaltungswahn kaum brauchbare Informationen veröffentlichte. Tatsächlich war die chinesische Raumfahrtbehörde noch vor einigen Jahren sehr viel zugänglicher als heute. Möglicherweise hängt dies mit der derzeitigen Staatsführung zusammen.

Rover mit Wärmflasche

Zhurong ist wie seine Gegenstücke von der NASA mit einem Kameramast ausgestattet. Hier ist die Kamera auf die Oberseite des Rovers gerichtet: Im Vordergrund ist eines der beiden runden Thermostatgefäße zu sehen, in dem sich eine Flüssigkeit aus einem Kohlenwasserstoff befindet. Er nimmt w ährend des Tages Sonnenwärme auf und h ält Zhurong in der eisigen Marsnacht wie eine Wärmflasche warm. Darüber zeigt sich die Hauptantenne zur Kommunikation mit der Muttersonde Tianwen-1 im Marsorbit. Der Parabolspiegel hat einen Durchmesser von etwa 40 Zentimetern.

Zhurong wird von Solarzellen auf vier ausklappbaren Paneelen mit Energie versorgt. Sie verfügen im Gegensatz zu denen auf den früheren NASA-Rovern Spirit und Opportunity über eine Reinigungsfunktion, damit sie durch den allgegenwärtigen Staub nicht so schnell verschmutzen und verschleißen. Tatsächlich entspricht der rund 240 Kilogramm schwere Zhurong technisch in etwa diesen beiden Rovern, die im Jahr 2004 auf dem Roten Planeten ankamen und viele Jahre durchhielten. Allerdings ist die wissenschaftliche Instrumentierung von Zhurong deutlich aufwändiger und besteht aus sechs Instrumenten (siehe SuW 5/2021, S. 26).

Bei Einbruch der Nacht klappt Zhurong seine Solarzellen ein, so dass der Rover vor starker Auskühlung geschützt ist und Schäden an der komplexen Elektronik vermieden werden. Um das Fahrzeug warmzuhalten, sind auf dessen Oberseite zwei runde Gefäße mit infrarottransparenten Deckeln eingebaut, die größere Mengen des Kohlenwasserstoffs n-Undekan enthalten (siehe »Rover mit Wärmflasche«). Dieser oberhalb von –26 Grad Celsius flüssige Stoff nimmt während des Tages Sonnenwärme auf und speichert sie. Während der Nacht und bei eingeklappten Solarzellen gibt die Flüssigkeit die in ihr gespeicherte Wärme langsam ab, erstarrt dabei und hält so den Rover warm. Deswegen benötigt Zhurong keine nuklearen Heizelemente, um die Kälte der Marsnacht zu überdauern. Dies ist das erste Mal, dass ein solches System zum Einsatz kommt.

anfängliche Flugzone von Ingenuity

Position von Ingenuity und Perseverance am Tag Sol 109

Fahrstrecke und Wegpunkte von Perseverance

Wo ist Perseverance?

Mittels einer interaktiven Karte lassen sich die Position und die Fahrstrecke des Marsrovers im Detail verfolgen. Hier zeigt sich das Landegebiet am 11. Juni 2021. Die aktuellen Standorte des Rovers und der Helikopterdrohne Ingenuity sind mit Symbolen markiert. Die Fahrstrecke erscheint als weiße Linie und die vorherigen Standorte werden als rote Punkte angezeigt.

Interaktive Karte der Fahrstrecke von Perseverance: suw.link/2018-Percy

Ingenuity zeigt, was er kann

Am 19. April 2021 wurde Raumfahrtgeschichte geschrieben, als die kleine Hubschrauberdrohne Ingenuity zum ersten Motorflug auf einem anderen Planeten abhob (Pfeile). Mittels ihrer Nachfolger könnte eine neue Ära der Planetenforschung beginnen, zum Beispiel mit Fluggeräten, die vorab für Rover oder Astronauten das Terrain erkunden.

Die Abenteuer von Perseverance und Ingenuity

Während sich die chinesische Raumfahrtbehörde sehr bedeckt hält, demonstriert die US-amerikanische NASA, wie man es publikumswirksam richtig macht. Hier stehen Bilder und Informationen in praktisch unbegrenzter Fülle zur Verfügung und eventuellen Nachfragen zeigt man sich stets sehr aufgeschlossen. Seit seiner Landung am 18. Februar 2021 übermittelte der Marsrover Perseverance rund 90 000 Bilder von seinem Landeplatz (Stand 17. Juni 2021), die allesamt in voller Auflösung öffentlich zugänglich sind. Sämtliche Abläufe bei Perseverance und der kleinen Hubschrauberdrohne Ingenuity finden unter den wissbegierigen Augen der Weltöffentlichkeit statt.

Bislang hat Perseverance nur etwa 510 Meter im Krater Jezero zurückgelegt (siehe »Wo ist Perseverance?«). Diese relativ geringe Fahrstrecke ist dem Umstand geschuldet, dass die ersten Wochen der Erprobung des Minihelikopters und der wissenschaftlichen Instrumente an Bord des Rovers dienen sollten. Ingenuity hat alle fünf vorgesehenen Testflüge, bei denen die Anforderungen an die Drohne von Flug zu Flug immer weiter erhöht wurden, zur vollsten Zufriedenheit abgeschlossen (siehe auch SuW 6/2021, S. 12). Eigentlich sollten nach dem fünften Flug die Aktivitäten mit Ingenuity eingestellt werden, aber auf Grund des äußerst guten Funktionierens des Marshubschraubers entschloss sich die NASA, weitere Flüge zu unternehmen (siehe »Ingenuity zeigt, was er kann«). Dabei wird Ingenuity wie ein Pfadfinder eingesetzt und erkundet die vorgesehene Fahrstrecke von Perseverance aus der Luft.

Beim sechsten Flug am 22. Mai 2021 traten allerdings erstmals Probleme mit der Steuerung auf, welche die die Hubschrauberdrohne in starke Wackelbewegungen von bis zu 20 Grad brachten. Trotz der Schwierigkeiten konnte Ingenuity sicher und unbeschädigt aufsetzen (siehe »Marslandschaft aus der Vogelperspektive«). Die Probleme traten auf, weil ein Bild der Navigationskameras an Bord nicht korrekt aufgenommen wurde und die nachfolgenden Aufnahmen das Steuerprogramm mit einem falschen Zeitstempel erreichten, wodurch es in Verwirrung geriet. Nun muss das Programm umgestrickt werden, damit sich solche Aussetzer nicht wiederholen. Ingenuity gilt als ein reines Testvehikel und ist außer einer Farb- und zwei Schwarz-Weiß-Kameras nicht mit wissenschaftlichen Instrumenten ausgestattet.

Marslandschaft aus der Vogelperspektive

Beim sechsten Flug von Ingenuity wurden mit der Farbkamera der Minidrohne aus zehn Meter Höhe Sanddünen, Felsbrocken und der Wall des Kraters Jezero erfasst.

Spuren von Marsflüssen

Etwa zwei Kilometer vom Landeplatz im Krater Jezero entfernt zeigen sich Überreste des fossilen Flussdeltas, das durch einen Strom im Nevreta Vallis entstand. In den Steilwänden dieses etwa 30 Meter hohen Hügels sind Schichtungen des Gesteins deutlich zu erkennen, die während verschiedener Flutereignisse entstanden. An den mit Pfeilen markierten Stellen stehen die Schichten schräg. Es sind so genannte Kreuzschichtungen, die sich bei variierendem Wasserzufluss bilden.

In den nächsten Wochen und Monaten soll sich Perseverance dem Rand des fossilen Flussdeltas im Krater Jezero annähern, was der Hauptgrund für die Landung an diesem Ort war. Dort werden die Kameras die Ablagerungen im Detail kartieren und die Region auch für die Suche nach möglichen Aufstiegswegen auf das Delta absuchen. Erste Bilder eines Teils des Deltas in der Nähe des Landeplatzes zeigen deutliche Hinweise auf eine Kreuzschichtung, wie sie bei irdischen Flussdeltas in ariden, also wüstenhaften, Gebieten typisch sind.

Wahrscheinlich gab es vor rund vier Milliarden Jahren immer wieder Fluten, welche sich durch das Nevreta Vallis vom Hochland in den Krater Jezero hineinwälzten. Sie lagerten große Mengen an Gesteinstrümmern und feinerem Material ab, als sich das rasch fließende Wasser in den See ergoss und dabei drastisch an Geschwindigkeit verlor. Dadurch verlagerten sich die Wasserströme immer wieder und sorgten für sich ständig wandelnde Ablagerungen (siehe »Spuren von Marsflüssen«). Solche Vorgänge lassen sich im Miniaturmaßstab auch auf der Erde live beobachten, wenn beispielsweise bei Regen ein sandhaltiges Rinnsal in eine größere Pfütze fließt und dabei ein kleines Delta bildet.

Unter Laserfeuer

Mit dem Laser des Spektrometers SuperCam wurde am 10. März 2021 erstmals ein Gesteinsbrocken (siehe Bild rechts) im Jezero- Krater untersucht. Der Laser bestrahlte ihn und verdampfte dabei geringe Mengen Material. Das resultierende Spektrum unten belegt, dass es sich bei dem Máaz genannten Felsbrocken um einen vulkanischen Basalt handelt. Dies lässt sich unter anderem anhand der normierten Intensitäten der Spektrallinien von Silizium, Kalzium, Magnesium und Sauerstoff ableiten. Das Gesamtspektrum reicht vom Ultravioletten bei der Wellenlänge von 240 Nanometern über das sichtbare Licht bis ins Infrarote bei 840 Nanometern.

Máaz

50 Zentimeter

Erste Analysen der Felsbrocken am Landeplatz zeigen, dass sie überwiegend aus dem Vulkangestein Basalt bestehen, wie es für den Mars typisch ist. Wahrscheinlich wurden die Brocken vom Fluss aus der Hochlandregion in den Krater gespült. Aus mineralogischer Sicht lassen sich die Marsbasalte kaum von ihren irdischen Gegenstücken unterscheiden, weswegen der Mars in dieser Hinsicht unserer Erde äußerst ähnlich ist (siehe »Unter Laserfeuer«).

In der nächsten Zeit soll dann auch erstmals das Bohrsystem an Bord von Perseverance in Betrieb genommen werden, um aus einem Gesteinsbrocken einen Bohrkern zu gewinnen. Er wird dann nach eingehender Untersuchung in ein luftdichtes Probenrohr verpackt und für einen späteren Rücktransport zur Erde im Rover sicher verwahrt.

Zwar gibt es auf der Erde in Form von Marsmeteoriten, von denen rund 170 unterschiedliche Funde dokumentiert sind, schon zahlreiche Gesteinsproben des Roten Planeten. Allerdings wissen wir nicht, von welchen Orten auf dem Mars sie stammen, so dass der geologische Kontext der Gesteine unbekannt ist. Erst mit vom Mars zur Erde transportierten Gesteinen wäre eine exakte Zuordnung möglich.

Tatsächlich bereitet die NASA schon zusammen mit ihrem europäischen Gegenstück ESA für diesen Zweck zwei noch unbenannte Raumsonden vor, zu denen unter anderem ein spezieller Sammelrover gehört. Vielleicht starten die Sonden schon im Jahr 2026, wenn ihre Finanzierung durch die USA und Europa gelingt.

Auf jeden Fall versprechen die nächsten Monate und Jahre viele weitere spannende Ergebnisse und eindrucksvolle Bilder von unserem äußeren Nachbarplaneten. SuW bleibt am Thema dran.

TILMANN ALTHAUS ist seit 2002 Redakteur bei »Sterne und Weltraum« und betreut vor allem Themen zur Planetenforschung und Raumfahrt.

AstroViews 15 – Abenteuer Mars – Reise zum Roten Planeten

www.sterne-und-weltraum.de/ astroviews15