Mars-Konferenz EMSEC 2007

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Raumfahrt aus der Froschperspektive
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Vom 12. bis 16. November wurde im europäischen Weltraumforschungs- und Technologiezentrum ESTEC der ESA in Noordwijk die Konferenz “EMSEC 2007” (EMSEC: European Mars Science and Exploration Conference) abgehalten, zu der sich Planetologen aus der ganzen Welt einfanden. Wo, wenn nicht hier, kann man abklopfen, wie der aktuelle Stand des Wissens ist?

Themenschwerpunkte der EMSEC 2007 waren die Missionen Mars Express undModell des ExoMars-Rovers der ESA, Photo Michael Khan ExoMars. Damit wurde der Bogen von der globalen Beobachtung des Planeten (durch den ESA-Mars-Orbiter Mars Express) zur in-situ-Untersuchung (durch den geplanten ESA-Rover ExoMars) geschlagen. Dies unterstreicht auch die Bedeutung des Zeitraums von Mitte dieses bis zur Mitte des kommenden Jahrzehnts, in dem die Marsforschung so große Fortschritte macht wie zuletzt während der Viking-Missionen vor dreißig Jahren. Das Hauptziel der Forschung ist dabei die Suche nach Leben auf dem roten Planeten.

Die Intensität der aktuellen Forschung wird allein schon durch die Anzahl der aktiven Sonden illustriert: Momentan sind es drei Orbiter (die NASA-Sonden Odyssey und “Mars Reconnaissance Orbiter” (MRO) und die ESA-Sonde Mars Express) und zwei Rover (Spirit und Opportunity der NASA). Ihnen wird sich am 25. Mai 2008 die NASA-Landesonde Phoenix hinzugesellen. 2009 wird der NASA-Rover “Mars Science Laboratory” (MSL) gestartet, 2013 das mobile exobiologische Labor ExoMars. ExoMars wird die erste mobile Sonde sein, deren Missionziel es ist, dediziert nach Spuren von existierendem oder früherem Leben zu suchen.

Die Suche nach Leben ist in weiten Teilen deckungsgleich mit der Suche nach flüssigem Wasser – zumindest, wenn wir von zellbasiertem Leben sprechen, wie wir Erdlinge es kennen.

Der heutige, dünne Kohlendioxidatmosphäre des Mars erlaubt kein flüssiges Wasser Der Schildvulkan Olympus Mons, Copyright NASA/GSFC mehr, der Luftdruck ist zu niedrig. Das war jedoch nicht immer so. In seiner wilden Jugend, der noachischen Periode, die vor spätestens etwa 3.5 Milliarden Jahren endete, hatte Mars noch einen glutflüssigen Kern wie die Erde. Dieser erzeugte ein Magnetfeld, das die geladenen Teilchen des Sonnenwinds band, und einen gewaltigen Vulkanismus – wahrscheinlich entstand schon in dieser Periode das Tharsis-Hochland, das die vier größten Vulkane des Sonnensystems trägt, auch wenn diese sich erst später bildeten. Die Vulkane stießen große Mengen Gase aus, vorwiegend Kohlendioxid und Wasserdampf, und lieferten damit Nachschub für die Atmosphäre, wodurch deren Verluste in den Weltraum mehr als ausgeglichen wurden. Diese Atmosphäre war dicht genug, um flüssiges Wasser zuzulassen.

Uebergang von suedlichem Hochland zu noerdlichem Tiefland, farbkodierte Hoehenkarte, Medusae Fossa, Copyright ESA Die Nord- und Südhalbkugeln des Mars sind sehr unterschiedlich. Während die Nordhalbkugel durch ausgedehnte, kraterarme Tiefländer geprägt ist, ist die Südhalbkugel im Durchschnitt einige Kilometer höher, dazu stark verkratert und zerklüftet. Die Mehrzahl der Krater entstand durch das schwere Bombardement durch die übriggebliebenen Trümmer in der Frühzeit des Sonnensystems, bis etwa vor 3.9 Milliarden Jahren. Da die Tiefländer im Norden kraterarm sind, müssen sie noch erhebliche Zeit nach dem Ende des Bombardements von Wasserflächen bedeckt gewesen sein. Durch Erosion und Sedimentation wurden die Krater dort weggebügelt. Es muss zu dieser Zeit auch ein Wettergeschehen gegeben haben, und damit auf der Südhalbkugel Regen, Bäche, Flüsse und Stöme, die sich über die dadurch ausgewaschenen gewaltigen Canyons in den tiefergelegenen Norden ergossen. Wasser fließt natürlich auch auf dem Mars von oben nach unten, und die Spuren sind heute noch deutlich sichtbar.

Mars war also einmal der Erde recht ähnlich. Allerdings konnte der rote PlanetReull Vallis, Auswaschungen, Copyright ESA/DLR/FU Berlin aufgrund seiner geringeren Dimensionen seine innere Wärme nicht halten. Mit dem Erstarren des Kerns brach das Magnetfeld zusammen,  sodass die Atmosphäre schutzlos dem Sonnenwind ausgesetzt war. Heute ist allenfalls ein schwacher Restmagnetismus erhalten. Zugleich ging auch der Vulkanismus stark zurück, sodass der Nachschub an Gas ausblieb. Die Folge war eine starke Ausdünnung – das bedeutete das Ende für flüssiges Wasser an der Oberfläche.

Allerdings blieben noch große Mengen Wassereis zurück, nicht  nur in den Polkappen und den polnahen Permafrostzonen, sondern auch in Gletschern, Packeisflächen und angefüllten, tiefen Kratern, wie in den letzten Jahren herausgefunden wurde. Unerwarteterweise wurden ausgedehnte Eisreservoirs auch in Äquatornähe gefunden, das Eis ist da offenbar durch eine Staubschicht vor der Sublimation und der Abtragung geschützt.

Vermutete Packeisschollen, Elysium, Copyright ESA/DLR/FU Berlin Mit dem Ende des noachischen brach das hesperische Zeitalter an. Dies dauert bis vor 1.8 Milliarden Jahren und war durch sporadischen Vulkanismus gekennzeichnet, der in ausgedehnten Lavafeldern seinen Niederschlag fand. Es wird angenommen, dass bei solchen Ereignissen Eisfelder großflächig aufschmolzen und sich daraufhin für kurze Zeit lokal große Wassermassen ergossen. Diese konnten allerdings in der schon sehr dünnen Atmosphäre keinen Bestand haben und verschwanden bald wieder, teils durch Verdampfen, teils durch Gefrieren oder Versickern.

Das darauffolgende amazonische Zeitalter, das bis  heute andauert, ist dem hesperischen nicht unähnlich, aber durch weiteres Nachlassen der vulkanischen Aktivität gekennzeichnet. Flüssiges Oberflächenwasser macht sich noch rarer, allerdings gibt es Indizien für die Existenz unterirdischen Wassers. Vom Instrument PFS (“Planetary Fourier Spectrometer”) wurden Spuren von Methan und seinen Zerfallsprodukten, u.a. Hourglass-Krater mit Gletscher, Copyright ESA/DLR/FU Berlin Formaldehyd, in erhöhten Konzentrationen in mehreren Stellen der Atmosphäre nachgewiesen – eine wissenschaftliche Sensation. PFS legte noch nach, indem es an denselben Stellen auch erhöhte Wasserdampfkonzentrationen nachwies. Methan zersetzt sich bei der auf Mars einfallenden, durch keine Ozonschicht gedämpften UV-Strahlung, innerhalb weniger Jahrhunderte. Es muss also einen Prozess geben, der lokal Methan nachliefert, und der auch noch mit Wasser zu tun hat. Biologische Aktivität wäre eine mögliche Erklärung, aber nicht die einzige.

Deuteronilus Regio mit deutlichen Spuren von Vergletscherung und Erosion. Copyright ESA/DLR/FU BerlinFerner wurden an steilen Kraterabhängen frische Ablaufrinnen festgestellt, die auf früheren Aufnahmen, also vor wenigen Jahren, noch nicht zu sehen waren. Das Austreten von oberflächennahem, flüssigem Wasser könnte diese Ablaufrinnen (“Gullies“) verursacht haben. Um hier weitere Aussagen treffen zu können, sind genaue Kenntnisse der Topologie erforderlich. Der mittlerweile defekte NASA-Marsorbiter MGS hat mit seinem Laser-Altimeter MOLA den Grundstein zur Mars-Topographie gelegt. Lokal konnte mit der in Deutschland entwickelten 3D-Kamera HRSC (“High Resolution Stereo Camera”) an Bord von Mars Express eine deutliche Verfeinerung der Modellierung erzielt werden. Die HiRise-Kamera auf dem neuesten NASA-Orbiter MRO mit ihrer hohen Auflösung liefert hier auch wichtige Daten.

Bei beiden genannten Beobachtungen gibt es allerdings auch alternative Krater in nordpolnaher Region mit unbedeckter Eisflaeche, Copyright ESA/DLR/FU Berlin Erklärungsansätze, sodass hier noch einiger Forschungsaufwand erforderlich sein wird. Hilfreich ist hierbei auch ein weiteres Instrument an Bord von Mars Express: Das langwellige Radar MARSIS kann den Untergrund bis in eine Tiefe von mehreren Kilometern “durchleuchten”. So hofft man, unterirdischen Wasseradern auf die Spur zu kommen. Bis jetzt allerdings vergeblich – MARSIS hat massenhaft Eisablagerungen entdeckt, aber noch keinen schlüssigen Nachweis flüssigen Wassers. Allerdings kann MARSIS nur auf einem kleinen Teil jedes Bahnumlaufs eingesetzt werden und auch nicht auf jedem Umlauf, sodass man von einer flächendeckenden Untersuchung noch weit entfernt ist. MRO unterstützt die Suche mit einem weiteren Radar namens SHARAD, das zwar weniger Eindringtiefe, dafür aber eine höhere Auflösung bietet.

Bei der Konferenz wurden auch mögliche Landeorte für ExoMars angesprochen. Die Auswahl dieser Orte unterliegt allerdings engen, teilweise widersprüchlichen Randbedingungen:

Erstens muss der Landeort eine sichere Landung ermöglichen. Das schließt zerklüftete Regionen ebenso aus wie hochliegende. Je tiefer der Landeort, desto dichter ist die Luft und desto zuverlässiger kann der Fallschirm das Landemodul abbremsen. Das schließt das gesamte südliche Hochland aus. Auch allzu weit nördlich gelegene Regionen sind wegen der dann problematischen Energieversorgung verboten.

Zweitens – dies ist mindestens ebenso wichtig – stehen die Anforderungen an den Kontaminationsschutz, Stichwort “Planetary Protection“. ExoMars ist als Mission der Kategorie IVb eingestuft, das schließt Landungen in so genannten “special regions” aus. In solchen Regionen könnten eingeschleppte irdische Mikroben nicht nur überleben, sondern sich sogar vermehren. Will eine Mission eine “special region” besuchen, fällt sie automatisch in die Kategorie IVc. Die dann zwingend einzuhaltenden Auflagen zur Sterilisierung des kompletten Gefährts würden wohl zu unlösbaren technischen Problemen führen.

Drittens ist natürlich auch der wissenschaftliche Wert der Landestelle ein wesentliches Kriterium. Wenn man nach früherem oder existierendem Leben sucht, sollte man sich eine Stelle aussuchen, deren Oberflächenzusammensetzung auf die Einwirkung von Wasser schließen lässt. Das Instrument OMEGA (ein abbildendes Spektroskop im sichtbaren und IR-Bereich) auf Mars Express hat an diversen Stellen fossile Lehmablagerungen (Phyllosilikate) nachweisen können, die in diesem Zusammenhang von besonderem Interesse sind. Insbesondere finden sich diese an den Mündungen der Ausflüsse, die die südlichen Hochländer entwässerten.

Rosetta/CIVA-Aufnahme der Region Mawrth, Copyright ESA Als möglicher Landeort wurde die Region Mawrth Vallis genannt (25 Grad N, 19 Grad W), das alle genannten Kriterien erfüllt und auch als mögliches Ziel für den amerikanischen Rover MSL gehandelt wird.

Ein anderer geeigneter Kandidat ist Meridiani Planum, wo auch Opportunity gelandet ist. Es gibt natürlich noch zahlreiche andere Orte, die wissenschaftlich von hohem Interesse sind, darunter Nili Fossae oder Holden Crater. Nili ist jedoch zu zerklüftet, Holden zu hochgelegen. 

Welche Zielregion das Rennen macht, wird sich wahrscheinlich erst im Startjahr 2013 herausstellen. Bis dahin wird es eine vertiefte Untersuchung sämtlicher Kandidaten geben, bei dem allerdings nicht nur Wissenschaftler, sondern auch Ingenieure, für die die sichere Landung und das Wohl des Rovers im Vordergrund stehen, ein gewichtiges Wörtchen mitzureden haben. Natürlich werden auch alle bis dann gewonnenen Forschungsergebnisse in die Auswahl einfließen und auch andere Lokationen vorgeschlagen werden.

Meine Meinung: Es ist wirklich beeindruckend, welche Eigendynamik die Erforschung des Mars in den letzten Jahren entwickelt hat und welche fundamentalen Erkenntnisse gewonnen und bestätigt wurden. Die größte Frage – zugleich eine der allergrößten Fragen der Wissenschaft überhaupt, nämlich die nach der Existenz von außerirdischem Leben – harrt immer noch der Antwort. Außergewöhnliche Thesen bedürfen außergewöhnlicher Beweise, das macht die ganze Sache nicht gerade leichter. Die Verfolgung dieses Wissenschaftskrimis finde ich ungeheuer spannend.

Hinzu kommt: Die Ingenieursleistung und Kühnheit der planetaren Forschungsprojekte ist immer aufs Neue beeindruckend. Ich staune über alle Bilder vom Mars, die atemberaubenden Panoramen aus dem Orbit ebenso wie die Nahaufnahmen von den Kameras der Rover, so scharf, als stünden sie nebenan und nicht auf einem viele Millionen Kilometer entfernten Planeten. Für mich wird Marsforschung auch immer vor allem eins bedeuten: Die Erfüllung eines Menschheitstraums und gleichzeitig die Quintessenz der besten Eigenschaften von uns Menschen: Die Fähigkeit, produktiv und effizient zusammenzuarbeiten und damit das Unmögliche möglich zu machen. Planetare Forschung ist jenseits der Wissenschaft und Technik auch noch etwas mehr: Eine menschliche Kulturleistung ersten Ranges.    

Ein Ausblick: Ich werde in der nahen Zukunft an dieser Stelle weitere Artikel zur Mission ExoMars liefern, die mir als Projektbeteiligtem natürlich besonders am Herzen liegt.

Weitere Information:

Mars-Express-Webseite der ESA
Gemeinsame Webseite aller Marsmissionen der NASA
Webseite der EMSEC 2007
EMSEC-Programm und Vorträge zum Download
Interviews mit beteiligten Wissenschaftlern

  • Veröffentlicht in: Mars

Ich bin Luft- und Raumfahrtingenieur und arbeite bei einer Raumfahrtagentur als Missionsanalytiker. Alle in meinen Artikeln geäußerten sind aber meine eigenen und geben nicht notwendigerweise die Sichtweise meines Arbeitgebers wieder.

1 Kommentar

  1. Schade nur, dass die ESA so selten zum Mars fliegt (einmal pro Dekade), wohingegen die NASA jedes Startfenster nutzt (alle zwei Jahre)!

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