Phoenix auf dem Mars - Spektrum der Wissenschaft
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Planetenforschung
Phoenix auf dem Mars
Illustration: Nasa, JPL / Caltech / University of arizona
Die jüngste Marslandemission gilt als beendet – doch die Auswertung
der Daten des Mars Phoenix ist in vollem Gange und noch für manche
Überraschung gut. Auch neue Fragen haben sich ergeben, und die Folge
missionen zu ihrer Beantwortung sind schon in Vorbereitung.
Von Walter Goetz den Klimaveränderungen? Haben sich auf dem
E
Mars je Lebensformen entwickelt? Und sollte
s waren gerade einmal 22 Fotos, die dies der Fall sein: Ähneln sie terrestrischen Le-
die US-Sonde Mariner 4 im Jahr bensformen und können wir sie als solche an
1965 vom Mars zur Erde funkte. der Oberfläche nachweisen? Diese Fragen be-
Doch mit den Aufnahmen aus einer flügeln die Erforschung unseres Nachbarpla-
Nähe von bis zu 10 000 Kilometern hatte neten schon seit Mitte der 1960er Jahre.
eine neue Epoche der Erforschung des Roten Bislang allerdings ist die Geschichte der
Planeten begonnen, der wie die Erde polare Marsmissionen von wechselhaftem Glück ge-
Eiskappen, Wolken am Himmel und jahres- prägt. Mitte der 1970er Jahre landeten Viking
zeitliche Wetterzyklen besitzt und auf dem 1 und Viking 2 als erste Raumsonden funkti-
wir vertraute geologische Strukturen wie Vul- onstüchtig auf der Oberfläche des Planeten.
kane und Canyons vorfinden. Von ihnen stammen auch die ersten Farbauf-
Andererseits ist er – zumindest heute – eine nahmen des Roten Planeten, und sie sendeten
unwirtliche Welt. Doch war dies immer so? viel länger als erwartet, bis 1982 beziehungs-
Existierte einst vielleicht flüssiges Wasser auf weise 1980, Daten zur Erde. Doch ihre Suche
dem Mars, war der Planet sogar feucht und nach mikroskopischen Lebensformen im Mars
warm? Falls ja, wie kam es zu den anschließen boden lieferte widersprüchliche Resultate und
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Astronomie & Physik
Die erfolgreiche Landung auf aus der Asche ihrer Vorgänger auferstehen zu
einem fremden Planeten ist auch
heute noch keineswegs selbstver-
ständlich. Doch dem Mars Phoenix
lassen: Am 4. August 2007 startete der Phoe-
nix, am 25. Mai des Folgejahres landete er auf
dem Mars.
In Kürze
(Illustration) gelang sie vor zwei Seine Vor-Ort-Mission scheint zwar längst r Mars Phoenix gilt als
Jahren. Anschließend untersuchte beendet. Am 2. November 2008 hörte die Bo- extrem erfolgreiche Mission:
er mehrere Monate lang die denstation zum letzten Mal von ihm – die Son- Erstmals hat eine Sonde
Chemie des Marsbodens, Funde ne lieferte wohl nicht mehr genug Energie –, geochemische und meteoro
von Wassereis und das Wetter in und die im Januar 2010 aufgenommenen Ver- logische Daten von einem
den nordpolaren Regionen. suche, ihn nach dem Marswinter wieder aufzu- arktischen Landeplatz auf
wecken, erwiesen sich als vergeblich. Doch mit dem Mars geliefert.
der Auswertung der Daten sind die Forscher r Anfang 2010 wurde ver-
ist – nach heutigem Stand – erfolglos geblie- bis heute beschäftigt. Phoenix lieferte optische sucht, das Gefährt nach dem
ben. Ein voller Erfolg hingegen wurde, nach- Aufnahmen, detaillierte Analysen von Boden- Marswinter wieder »aufzu-
dem 1993 ein Mars-Orbiter gescheitert war, proben und selbst Wetterberichte – zahllose In- wecken« – vergeblich.
der 1997 in eine Umlaufbahn eingeschwenkte formationen, die nun nach und nach zu einem Gleichwohl ist die Datenlage
Mars Global Surveyor, dessen letzte Funksig Gesamtbild zusammengesetzt werden. über Wetter, Bodenbeschaf
nale uns im Oktober 2006 ereichten. Eben- Mit an Bord waren gleich mehrere abbil- fenheit und Wasservorkom
falls im Jahr 1997 landeten Mars Pathfinder dende Systeme: der Stereo Surface Imager men besser als je zuvor.
und sein Rover Sojourner sicher auf der Ober- (SSI) mit einer Auflösung von bis zu einem r Gleichzeitig sind neue
fläche des Planeten. Millimeter pro Pixel, die Robotic Arm Came- Fragen aufgetaucht. Antwor
1999 jedoch gingen sowohl der Mars Cli- ra (RAC) mit bis zu 24 Mikrometern pro Pi- ten sollen kommende Missi-
mate Orbiter als auch der Mars Polar Lander xel, ein optisches Mikroskop (vier Mikrome- onen wie Curiosity und
verloren, und im Jahr 2000 wurde die Entwick ter pro Pixel) und schließlich ein Rasterkraft- ExoMars liefern. Nach 2020
lung des ursprünglich als Kombination aus Or- mikroskop, dessen Auflösung 0,1 Mikrometer werden dann erste Rückkehr
biter, Lander und Rover geplanten Mars-Surve- pro Pixel erreichte. Gemeinsam mit Kollegen kapseln Proben zur Erde
yor-Programms gestoppt. Doch immerhin fand der University of Arizona hat unsere Arbeits- transportieren.
der Orbiter neue Verwendung: Unter dem Na- gruppe am Max-Planck-Institut für Sonnen
men Mars Odyssey startete er 2001 (und diente systemforschung sowohl die Roboterarmka-
später als Relaisstation für die 2004 gelandeten mera RAC als auch die Fokalebenen-Baugrup-
Zwillingsrover Spirit und Opportunity). 2003 pen des optischen Mikroskops beigesteuert. Die Schaufel am ausgefahrenen
feierte die europäische Weltraumbehörde ESA Darüber hinaus war der Lander mit dem Roboterarm auf dem linken Foto
auch das erfolgreiche Eintreffen des Orbiters nasschemischen WCL-Labor (Wet Chemistry dient zur Aufnahme von Boden-
Mars Express, lediglich der Lander Beagle blieb Laboratory) ausgestattet. In vier separaten, je proben. Rechts ist auch der Eis-
verschollen. 2006 schließlich erreichte der einmal nutzbaren Zellen ließen sich Boden- bohrer auf der Schaufelrückseite
Mars Reconnaissance Orbiter die Umlaufbahn proben mit flüssigem Wasser vermischen. Io- zu sehen. Die Kamera RAC er-
um unseren Nachbarplaneten und schießt bis nenselektive Elektroden untersuchten die er- laubt einen Blick in die Schaufel
heute Bilder mit höchster Auflösung. zeugte Lösung und lieferten Informationen und auf die Bodenprobe, wäh-
Das jüngste Projekt ist indessen Mars Phoe- über wasserlösliche Salze und andere Bestand- rend die Thermal and Electrical
nix. Nachdem im Jahr 2000 Katzenjammer ge- teile. Weitere Proben wurden in einem Ther- Conductivity Probe (TECP) die
herrscht hatte, weil die noch unerforschten mal and Evolved Gas Analyzer (TEGA) auf Leitfähigkeit der Bodenprobe
arktischen Regionen des Mars wieder außer bis zu 1000 Grad Celsius erhitzt. Die dabei untersucht.
Reichweite gerückt waren, führte Mars Odys-
sey die Wende herbei. 2002 entdeckte die Son-
de ebendort dicht unter der Oberfläche große
Mengen an Wasserstoff (siehe »Gefrorener
NASA, JPL / University of Arizona / Mark T. Lemmon, Texas A&M University
Ozean unter dem Marsboden«, SdW 9/2002,
S. 12). Forscher interpretierten die weniger als
einen Meter tief gelegenen Reservoire als Was-
sereis, das die lange gesuchten organischen
Eisbohrer
Substanzen und damit Hinweise auf gegenwär-
tiges oder früheres Leben enthalten könnte.
Erneut diente das Mars-Surveyor-Vorha-
ben als Ausgangsbasis. Sein Orbiter war im
Odyssey-Projekt aufgegangen, nun diente sein
Lander dem Team um Peter H. Smith von der RAC TECP
University of Arizona in Tucson als Grundla-
ge, um die Mission Mars Phoenix gleichsam
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Planetenforschung
frei werdenden Gase ließen sich massenspek- dem er die Laufzeit der Strahlung maß, die an
Der Landeplatz troskopisch identifizieren, und die Tempera- Staub- und Eispartikeln in der Luft zurückge-
turen, bei denen sie entstanden, grenzten die streut wurde. In 25, 50 und 100 Zentimeter
Der Phoenix ging an einem Identität ihrer (möglicherweise organischen) Höhe über dem Lander waren außerdem
Ort nieder, der 500 Kilome Ursprungssubstanzen ein. Zudem konnten Druck- und Temperatursensoren am Mast
ter nördlich der Grenze der endotherme Phasenübergänge erkannt wer- montiert, und an seiner Spitze befand sich ein
vulkanischen Tharsis-Region den, solche also, bei denen die (kontrollierte) in Dänemark entwickeltes Windmessgerät, der
und 1800 Kilometer von Zufuhr von Wärmeenergie nicht zu entspre- »Wetterhahn«. Komplementäre Daten über
deren gigantischem Schild
chend höheren Temperaturen führte. atmosphärischen Staub und Wasserdampf lie-
vulkan Alba Patera entfernt
liegt. Weitere rund 2000
Schließlich verfügte der Lander über einen ferte der SSI, der die Sonnenscheibe durch
Kilometer nördlich befinden 2,3 Meter langen Roboterarm mit einer optische und nahinfrarote Filter fotografierte.
sich die Eiskappe des Nord- Schaufel, an deren Rückseite auch ein Eisboh- Das erste Bild, das die Kamera nach der
pols und die zirkumpolaren rer installiert war. Damit ließen sich gezielt Bo Landung schoss, zeigt eine von den Landedü-
Dünen. Zu den Kriterien bei denproben aufnehmen und an verschiedene sen frei gelegte helle, ebene Oberfläche, die
der Auswahl des Lande Systeme weiterreichen. So zeigte die am Arm »Holy Cow«. Die Eisfunde darin zeigen, dass
platzes zählte die hohe befestigte RAC-Kamera aufgenommene Bo- sich das 2002 von der Odyssey entdeckte Eis
Wahrscheinlichkeit, dort auf denproben in hoher Auflösung, und ein Sen- tatsächlich nur wenige Zentimeter unter der
Wassereis zu stoßen; außer sor mit vier Nadeln maß ihre elektrische und Oberfläche befindet. Auf den meisten Bildern
dem durfte das Gelände thermische Leitfähigkeit. Weitere Sensoren er- ist allerdings nicht reines Wassereis, sondern
nicht zu steil abfallen und
fassten den Druck des atmosphärischen Was- stark eishaltiger Regolith (eishaltiges Boden-
musste vergleichsweise frei
von Geröll sein.
serdampfs und die relative Luftfeuchte. und Gesteinsmaterial) zu sehen. In einem wei-
Für die »Wetterberichte« war ein von der teren eishaltigen Bodenbereich in direkter
kanadischen Raumfahrtbehörde entwickelter Nachbarschaft, der ebenfalls durch die Brems-
meteorologischer Mast zuständig. Sein wich- raketen entstandenen »Snow Queen« (die meis
tigstes Instrument war ein LIDAR-Laser ten Namen von Oberflächendetails wurden der
(Light Detection and Ranging), der die verti- Welt der Märchen und Kindergeschichten ent-
kale Struktur der Atmosphäre untersuchte, in- lehnt), entwickelten sich im Verlauf von 50
Selbstporträt auf einer fernen Welt
Einer für fast alles: Zahlreiche Instrumente des Phoenix zeigt schen Zellen analysiert werden. In der Instrumentengruppe TEGA
dieses Mosaikbild, dessen Einzelfotos die Stereokamera SSI (der ein von organischem Material freier Teflonblock als Kalibra-
schoss. Von links nach rechts sind das LIDAR-Lasersystem und tionsreferenz diente) ließen sich die Proben erhitzen und die da-
der meteorologische Mast mitsamt dem Wetterhahn zu sehen, bei freigesetzten Gase untersuchen. Rechts ist der Ansatz des Ro-
die der Wetterbeobachtung dienten. Die Datenübertragung zu boterarms zu erkennen (der auf den anderen Bildern des Mosaiks
Sonden im Orbit erfolgte über eine UHF-Hochfrequenzantenne. nicht im Blickfeld war). In der Furche »Dodo Goldilock« (Kreis)
Außerdem im Bild: eines der Solarpaneele für die Stromversor- suchte der Lander nach Eis. Das kleine Bild oben rechts zeigt die
gung. Bodenproben wurden über einen Schacht zum optischen faltbare »Biobarriere«, die den Roboterarm bis zur Landung auf
Mikroskop überführt und konnten außerdem in vier nasschemi dem Mars vor biologischer Kontamination schützte.
NASA, JPL, Robert G. Bonitz / IEEE
meteorologischer Biobarriere des Roboterarms
Mast mit Wetterhahn
Schacht für Pro-
benüberführung
zum Mikroskop TEGA-Komponente
westliches für Gasanalyse
UHF- Solarpaneel vier Nasschemie-
An Zellen
ten
ne thermische Teflonblock zur
TEGA- TEGA-Kalibrierung
Komponente
Roboterarm (Ansatz)
LIDAR
»Dodo Goldilock«-
Furche
zusammengefaltete
Biobarriere
NASA, JPL / University of Arizona / Mark T. Lemmon, Texas A&M University
Astronomie & Physik
Marstagen (»Sols«) durch Sublimation zahl- a c
reiche Risse, nachdem die thermisch isolieren-
de obere Bodenschicht verloren gegangen war.
Im Verlauf der Mission grub der Roboter-
arm zwölf bis zu 18,3 Zentimeter tiefe Fur-
NASA, JPL / University of Arizona / Horst Uwe Keller und W. J. Markiewicz,
chen. In einigen wie etwa »Dodo Goldilock«
fand sich, bestätigt durch die SSI-Spektren,
nahezu reines Eis, in anderen eisreicher Rego-
MPI für Sonnensystemforschung, Katlenburg - Lindau
lith, in manchen überhaupt kein Eis. Helle, b d
zentimetergroße Klumpen in der »Dodo
Goldilock«-Furche, die im Verlauf von vier
Sols verschwanden, galten den Forschern als
weiteres Indiz dafür, dass es sich bei dem hel-
len Material unmittelbar unter der Oberfläche
tatsächlich um Wassereis handelte. Warum
aber das Mischungsverhältnis von Eis und Re-
golith auf kurze Distanzen so stark variiert,
bleibt weiterhin unklar. deutlich größere braune und schwarze Schluff- Der Blick der Roboterarmkamera
und Sandpartikel. Genauere Hinweise auf ih- unter den Lander zeigt die von
Erstaunlicher Perchloratfund ren Ursprung werden aber erst Vergleiche mit den Landedüsen des Phoenix frei
Manche Bodenauffälligkeiten lassen sich in- irdischen Böden liefern. gelegte Fläche »Holy Cow«. Der
dessen durch die klimatischen Bedingungen In den Zellen des WCL-Nasschemielabors Leitfähigkeitssensor TECP ist als
der polaren Regionen erklären. Hier ist die entstand bei der Mischung von Bodenproben helles Rechteck zu sehen. Auf
Landschaft von Aufwölbungen übersät, die mit wässriger Lösung eine schwach alkalische den meisten Bildern erscheint
meist einige Meter Durchmesser aufweisen. Lösung, in der die Elektroden eine überra- die »Holy Cow« hell und reflek-
Ein Modell für die Bildung solcher »polygo- schend hohe Menge an Perchlorat entdeckten, tierend (Bild a), im rötlichen
–
ner« Strukturen hat ein Team um Ronald Slet- also anionische ClO4 -Moleküle. (In geringe Licht der Dämmerung gleicht sie
ten an der University of Washington entwi- ren Mengen ließen sich auch, in absteigender sich aber dem umgebenden
ckelt. Ihm zufolge führt die jahreszeitliche Reihenfolge, Kationen von Magnesium, Na Marsboden an (b), woraus die
Kontraktion und Expansion des Bodens zur trium, Kalzium und Kalium nachweisen.) Der Forscher schließen, dass sie hier
Entstehung keilförmiger Risse. Im Winter la- Fund ist erstaunlich. Forscher um Michael nicht auf reines Eis gestoßen
gert sich darin feinkörniges Material ab, wes- Hecht vom kalifornischen Jet Propulsion La- sind. Die benachbarte »Snow
halb sie sich im nächsten Sommer nicht wie- boratory gehen davon aus, dass der Perchlorat Queen« war zunächst glatt (c),
der vollständig schließen. Durch die Ausbil- anteil am Marsboden bei etwa einem Ge- zeigte jedoch nach etwa 50
dung von Hügeln (»Polygonen«) wird wichtsprozent liegt, was entsprechende Vor- Marstagen infolge der täglichen
schließlich die erzeugte jahreszeitliche Span- kommen in einigen irdischen Wüstenböden Temperaturzyklen Risse an der
nung gemildert. um mehrere Größenordnungen übersteigt. Ist Oberfläche (d, weiße Kreise).
–
So kommt es zu einem Erosionsprozess, ClO4 aber nur am Landeplatz oder tatsächlich
einem langsamen zyklischen Transport von überall auf dem Mars verbreitet, wie frühere
Oberflächenmaterial, wie er auch in irdischen Chlorfunde zumindest vermuten lassen? Und
arktischen Regionen auftritt, wo er als Kryotur welche primitiven Lebensformen könnten sich
bation bezeichnet wird. Er erneuert auf kurzen angesichts einer so hohen Konzentration im
Zeitskalen kontinuierlich die Landschaft (sie- Boden überhaupt entwickelt haben?
he Grafik S. 29) und hat wohl auch dazu bei- Auf die Anwesenheit von Perchlorat ließen
getragen, dass Phoenix nicht auf Auswurfma- die von WCL gemessenen Ionenkonzentratio
terial des Heimdall-Kraters gestoßen ist. Die- nen und weitere Parameter zwar nur indirekt
ser vor 500 Millionen Jahren entstandene schließen; dennoch gilt sie als gesichert, da
Krater – mit elf Kilometer Durchmesser und
einem Kilometer Tiefe – befindet sich gerade
einmal 20 Kilometer westlich vom Landeplatz.
Die große Vielfalt von Bodenpartikeln un-
tersuchte Phoenix mittels mikroskopischer
Farbaufnahmen und dreidimensionaler Dar-
stellungen des Rasterkraftmikroskops. Unklar
ist, inwieweit die untersuchten Partikel reprä-
sentativ für den Marsstaub im Allgemeinen
sind. Am Landeplatz dominieren rötlich oran-
gefarbene Teilchen, die kleiner als zehn Mikro-
meter sein müssen, da sie vom Mikroskop
nicht aufgelöst werden. Daneben gibt es auch
SPEKTRUM DER WISSENSCHAFT · APRIL 2010 27
Planetenforschung
Zoom auf den Lander
a b c d
e
NASA, JPL / Malin Space Science Systems / University of Arizona
Der Landeplatz des Phoenix liegt nahe der nördlichen Polkappe Hitzeschild (schwarzer Punkt rechts von der Bildmitte) und der
(a). Die Schwarz-Weiß-Aufnahme des Mars Global Surveyor (b) Fallschirm (heller Punkt unten) zu erkennen. In der Vergrößerung
zeigt ein 280 Meter breites Areal, in dem der Landeplatz links vom (d) werden Unebenheiten des Bodens und grobkörniges, von den
kreisförmigen Heimdall-Krater zu sehen ist. Das folgende Bild (c) Landedüsen frei gelegtes Material deutlich. Eine letzte Vergröße-
nahm der Mars Reconnaissance Orbiter 22 Stunden nach der Lan- rung (e, mit einer Auflösung von etwa 33 Zentimeter pro Pixel)
dung auf. Hier sind der Lander selbst, aber auch der abgestoßene zeigt schließlich den Lander und die beiden Solarpaneele.
andere Interpretationen der Daten kaum mit unterschiedlicher Empfindlichkeit auf ver
Am einen Ende der rund 20 möglich sind. TEGA indessen wies rätselhaf- schiedene Ionentypen.
Zentimeter breiten Furche terweise nur in einem einzigen Fall ein mög- Ein weiteres wichtiges Ergebnis der massen-
»Dodo Goldilock« fand sich fast liches Zerfallsprodukt nach: Bei der Erhitzung spektroskopischen Analysen war die Freiset-
reines Wassereis (links). Die einer Bodenprobe von »Baby Bear« wurde die zung von Kohlendioxid bei Temperaturen von
Kreise markieren Anhäufungen Freisetzung von molekularem Sauerstoff beob 800 bis 900 Grad – ein Hinweis auf das von
von etwa zwei Zentimeter achtet, der aus Perchlorat hervorgegangen sein jeher erwartete und lange vermisste Kalzium-
großen Eispartikeln (Detail könnte. Allerdings müssen die Informationen karbonat! Forscher um William V. Boynton
rechts oben), die binnen vier über die Konzentrationen wasserlöslicher von der University of Arizona gehen von einem
Sols (Marstagen) nach dem Komponenten im Marsboden durch weitere Anteil von drei bis fünf Gewichtsprozent im
Graben vermutlich infolge von Instrumente ohnehin noch verfeinert werden, Marsboden aus. Meist entstehen solche Karbo-
Sublimation verschwunden denn jede WCL-Elektrode reagiert, auch ab- nate durch Ausfällung aus wässrigen Lösun
waren (rechts unten). hängig von der tatsächlichen Konzentration, gen – der Fund von Kalziumkarbonat zeigt
also, dass am Phoenix-Landeplatz irgendwann
einmal flüssiges Wasser existiert hat. Die Ent-
deckung gilt als bestätigt, weil sie auch mit den
Interpretationen der WCL-Daten vereinbar ist,
wie ein Team um Samuel P. Kounaves von der
Tufts University in Massachusetts nachwies.
Überraschenderweise wurde über den ge-
samten Temperaturbereich des Thermal Ana
lyzer von unter 0 bis 1000 Grad Celsius aber
kein Schwefeldioxid frei, obwohl alle früheren
Landemissionen erhebliche Schwefelmengen
nachgewiesen hatten. Magnesiumsulfat wäre,
bei einem atmosphärischen Druck von sieben
Millibar, kurz vor Erreichen der Maximaltem-
NASA, JPL / University of Arizona / Mark T. Lemmon, Texas A&M University
peratur zerfallen, war also nicht in den Proben
vorhanden. Mit dem Vorhandensein von Kal-
ziumsulfat hingegen, das schon zuvor in gro
ßen Mengen nahe der nordpolaren Eiskappe
gefunden worden war, hatten die Forscher fest
gerechnet; es zerfällt allerdings erst bei etwa
1400 Grad Celsius. Nach der Analyse aller
Daten kam ein Team um Nasa-Forscher
D. C. Golden dennoch zum Schluss, dass am
Landeplatz des Phoenix – wie auch in den
28 SPEKTRUM DER WISSENSCHAFT · APRIL 2010
Astronomie & Physik
Permafrost
NASA, JPL / University of Arizona / Mark T. Lemmon, Texas A&M University
Kryoturbation sorgt nahe der polaren Eiskappe für die Entstehung unregelmäßiger
Aufwölbungen, welche dort die Marsoberfläche prägen (links). Denn im Winter bilden
sich keilförmige Spalten im Boden (Grafik), in die feinkörniges Material fällt, so dass
sie sich im Sommer nicht mehr vollständig schließen. Die resultierenden Spannungen
im Boden lassen das Material wandern (weiße Pfeile) und so »polygone« Hügelformen
entstehen. Die blauen Pfeile illustrieren den längerfristigen Materialtransport.
meisten bislang analysierten Marsböden – ne- gen zeigten, dass sich ab Sol 80 in jeder Nacht
ben Kalziumkarbonat mit höchster Wahrschein Bodennebel sowie Wolken aus Wassereis in ei-
lichkeit auch Kalziumsulfat vorhanden ist. ner Höhe von etwa vier Kilometern nahe der
Auch die meteorologischen Messverfahren Obergrenze der atmosphärischen Grenzschicht
des Phoenix erlaubten vielfältige Analysen, bildeten. Viele dieser Wolken wiesen die auch
deren Ergebnisse sich durch Beobachtungs- auf der Erde bekannten »Fallstreifen« auf: Eis-
daten aus dem Orbit weiter absichern ließen. kristalle, die eine bestimmte Größe erreicht ha-
Insbesondere untersuchte der Lander ausge- ben, so dass sie durch die Atmosphäre zu fallen
prägte Wetterphänomene, wie sie für die pola beginnen und sublimieren. Tagsüber indessen
ren Regionen typisch sind, vor allem die be- wurden die vom LIDAR entsandten Lichtpulse
reits von Bildern aus der Umlaufbahn bekann durch atmosphärischen Staub zurückgestreut,
te Wolkenbildung. Der Wetterhahn lieferte noch bevor sie höher liegende Wolken erreich-
zudem Daten über Windrichtung und -ge- ten. Der SSI wiederum entdeckte gegen Ende
schwindigkeit, die nun in die Entwicklung der Mission auch am Taghimmel viele Wolken,
von Wettermodellen einfließen. die in einigen Fällen binnen zehn Minuten
Landeplatz
durch Sublimation wieder verschwanden.
Staubtornados Zum Verständnis des täglichen lokalen durch Einschlag
zogen am Landeplatz vorüber Wasserkreislaufs hat die Phoenix-Mission we- »geräumt«?
Der Druck des atmosphärischen Wasserdampfs sentlich beigetragen: In den Morgenstunden
Ein wichtiges Kriterium für
steigt, wie die Messungen des Feuchtigkeits- gelangt Wasserdampf in die Atmosphäre, der
die Wahl des Landeplatzes
sensors zeigen, zwischen 2 Uhr und 10 Uhr aus dicht unter der Oberfläche liegendem Eis hatte in der Tatsache bestan
Ortszeit an, um bei etwa 1,8 Pascal ein Pla- stammt oder auch aus Wasser, welches entwe- den, dass sich dort nur
teau zu erreichen, auf dem er für den größten der an das körnige Material des Marsbodens Felsen oder Steine mit
Teil des Tages verbleibt, wohingegen die Tem- gebunden ist oder als Kristallwasser in Mine- Durchmessern von weniger
peratur der Atmosphäre bis 14 Uhr weiterhin ralen oder Salzen (wie Magnesiumperchlorat) als etwa 50 Zentimetern
ansteigt. Nach 10 Uhr pegelt sich dank atmo- vorliegt. Im Verlauf der Nacht gefriert der at- finden. Doch warum ist das
sphärischer Konvektion ein konstanter Gleich mosphärische Wasserdampf aus und es bilden so? Möglicherweise hat
gewichts-Wasserdampfdruck ein. Wie an den sich Fallstreifen. In einigen Fällen kam es aber die Energie des Einschlags,
Landeplätzen des Mars Pathfinder und des auch zu Schneefall, bei dem die Fallstreifen der den nahe gelegenen
Heimdall-Krater entstehen
Rovers Spirit wurden auch hier Staubteufel bis zur Oberfläche herabreichten.
ließ, das unter der Oberflä
beobachtet, die mit Geschwindigkeiten von Phoenix war insgesamt 152 Sols in Betrieb, che liegende Eis und andere
fünf bis zehn Meter pro Sekunde in der Nähe vom 26. Mai bis zum 2. November 2008, also kondensierte flüchtige Stoffe
vorüberzogen. vom späten Frühling bis zum späten Sommer explosionsartig verdampfen
Im späteren Missionsverlauf erwiesen sich des rund 23 Erdmonate dauernden Marsjahrs. lassen, wodurch die größe
die LIDAR-Daten als besonders wichtig. Ihre Vom 1. April bis zum 10. Juli 2009 herrschte ren Felsbrocken zerstört und
Auswertung durch James A. Whiteway von der am Landeplatz dann die Dunkelheit der Po- weggefegt wurden.
kanadischen York University und seine Kolle- larnacht. Nun ist die Sonne zwar längst wie-
SPEKTRUM DER WISSENSCHAFT · APRIL 2010 29
Planetenforschung
Klar ist: Der schwierige Schritt hin zu mehr-
Farbfotos: NASA, JPL, Michael H. Hecht / University of Arizona / W. Thomas Pike, Imperial College
zelligen Lebewesen hat auf dem Mars sicher nie
stattgefunden; auch die Erde brachte solche
Organismen erstmals im Präkambrium vor
knapp einer Milliarde Jahren hervor, also sehr
London; kleines s/w-Foto: NASA, JPL / Urs Staufer, TU Delft, Niederlande
spät in ihrer Geschichte. Doch bislang sind wir
nicht einmal auf Spuren organischen Materials
gestoßen. Erst wenn wir in geschützteren Regi-
onen wie dem Inneren von Sedimentgesteinen
oder tieferen Bodenschichten suchen, dürfen
wir hoffen, fündig zu werden. Parallel dazu
müssen wir die chemische Reaktivität des Bo-
dens und seiner Oberfläche sowie dessen Be-
wohnbarkeit abschätzen und terrestrische Le-
bensformen identifizieren, die unter diesen
Bedingungen gedeihen. Geochemische und
mineralogische Studien können Aufschluss auf
frühere Bedingungen wie Salzgehalte, Tempe-
Unter dem Mikroskop zeigt sich der über dem Lander aufgegangen, doch er raturen und Wasserkreisläufe geben, und or-
eine Mischung aus hellen und rührt sich nicht mehr. Vergeblich hatte die ganische Untersuchungen müssen sich den
dunklen, rund 60 Mikrometer Mars Odyssey am 18. Januar 2010 begonnen, leichten Elementen der ersten und zweiten
großen Körnchen (links), einge- nach seinen Signalen zu lauschen. Hätte Hauptgruppe des Periodensystems widmen.
bettet in rötlich orangefarbene, Phoenix die winterlichen Temperaturen von Dem eventuellen Nachweis und der Identifi-
knapp zehn Mikrometer große bis zu 150 Kelvin überstanden – womit nie- zierung solcher Moleküle würde dann die
Staubpartikel (rechts). Die mand ernsthaft rechnete –, hätten ihn die Schlüsselfrage folgen: Wurden sie durch Me-
Detailaufnahme eines Partikels Forscher im »Lazarus-Modus« wiedererwe- teoriten oder Kometen »importiert« oder be-
(linkes Bild, oben) stammt vom cken können. Doch bei solcher Kälte werden zeugen sie eigenständige biologische Aktivität?
Rasterkraftmikroskop des Materialien spröde und brechen, es treten Was zu tun ist, soll in den nächsten Jahren
Phoenix. Die Mineralogie der Leitfähigkeitsprobleme bei Platinen auf, und eine Reihe neuer Missionen erledigen. Ab
einzelnen Teilchen ist noch nicht die Batterien werden tiefentladen. Vor allem 2012 wird der NASA-Rover Curiosity erst-
völlig aufgeklärt. aber dürfte sich bis zum Spätwinter im Sep- mals die Methode der Röntgendiffraktion zur
tember 2009 eine rund 30 Zentimeter dicke Mineralanalyse anwenden und so eine nahezu
Schicht von ausfrierendem atmosphärischem vollständige Bestandsaufnahme der Minera
Kohlendioxid auf den Solarpaneelen abgela- lien in Böden und Gesteinen leisten. Und na-
gert haben. Ihr Gewicht von mehr als einer türlich soll er mittels SAM, dem bereits flug-
Aufschluss über Wolken und Tonne pro Paneel hat eines oder auch beide bereiten NASA-Instrument Sample Analysis
Bodennebel, die sich nachts Module wohl schlicht abbrechen lassen. at Mars, auch atmosphärisches Methan auf-
bildeten, gab das vom Laser Trotzdem gilt Phoenix bereits jetzt als ex- spüren – selbst in Konzentrationen von weni-
instrument LIDAR vermessene trem erfolgreich: Erstmals lieferte eine Sonde ger als einem Molekül pro einer Milliarde
Streulicht aus der Atmosphäre geochemische und meteorologische Daten Luftmoleküle.
(links). Eiswolken in der atmo- von einem arktischen Landeplatz auf dem Ob es geochemischen Ursprungs ist oder
sphärischen Grenzschicht in Mars. Die Hoffnung auf den Fund von Leben tatsächlich von Mikroben im Untergrund
etwa vier Kilometer Höhe zeigen ist aber drei Jahrzehnte nach den biologischen stammt (weit über 90 Prozent der Methanvor-
oft Fallstreifen – Eiskristalle, die Experimenten der Viking-Landesonden er- kommen in der Erdatmosphäre sind biolo-
zunächst frei fallen und dann neut enttäuscht worden. Wie sollen wir nun gischen Ursprungs), wird man aber auch dann
sublimieren (rechts). weitersuchen? noch nicht wissen. In relativ großen Mengen
NASA, JPL / University of Arizona / Jim A. Whiteway, York University, Kanada
5,0 5,0
4,5
4,0
Höhe (in Kilometern)
Höhe (in Kilometern)
1,00 4,0
3,0
Intensität des
Streulichts
0,85
3,5
0,70
2,0
0,55 3,0
1,0 0,40
2,5
0 2,0
03.00 03.15 03.30 03.45 04.00 04.15 04.30 04.40 04.50 05.00 05.10 05.20
lokale Zeit lokale Zeit
30 SPEKTRUM DER WISSENSCHAFT · APRIL 2010
Astronomie & Physik
Wo ist Phoenix jetzt?
Nach der harten Polarnacht hat sich der Phoenix nicht wieder (von links nach rechts). Die Bilder sind näherungsweise einge
aus der Asche erhoben. Diese Aufnahmen der Stereokamera des nordet, und die abgebildete Fläche misst rund 40 mal 45 Meter.
Mars Reconnaissance Orbiter zeigt die Sonde im Spätfrühjahr Die Schatten der Solarpaneele im linken Bild verlaufen in Rich-
an Sol 21 der Mission, mitten im Marswinter und im Frühjahr tung Nordosten, was einem Aufnahmezeitpunkt am frühen Nach-
mittag lokaler Zeit entspricht.
16. 6. 2008 30. 7. 2009 6. 1. 2010 Das stark verrauschte mittlere Bild wurde wenige Tage nach
Ende der Polarnacht bei geringer Lichtintensität aufgenommen,
als die Sonne nur ein Grad über dem Horizont stand. Im rechten
Bild erscheint die Sonde asymmetrisch; mögliche Ursache
könnte die Beschädigung eines Solarpaneels durch das darauf
NASA, JPL / University of Arizona
lastende Trockeneis sein.
wurde das Schlüsselmolekül bislang in der forschung entwickelt. MOMA wird Moleküle
Marsregion Syrtis Major entdeckt, einer gro oder ihre Bruchstücke und Derivate auf bis
ßen, dunklen Oberflächenstruktur. Messun 1000 Grad Celsius erhitzen oder durch Laser-
gen, die ein Team um NASA-Forscher Micha- strahlen in die Dampfphase überführen, um
el Mumma im Jahr 2009 von der Erde aus sie mittels eines Massenspektrometers zu iden-
vornahm, ergaben zeitweilige Konzentratio tifizieren. Organische Moleküle mittlerer Ge-
nen von bis zu 20 Molekülen pro Milliarde wichtsklasse, entsprechend etwa 100 bis 600
Luftmoleküle, die allerdings im Widerspruch atomaren Masseneinheiten, kann das Instru-
zu Modellen der Marsatmosphärenchemie ste- ment schon in sehr geringer Konzentration
hen und kontrovers diskutiert werden. Diesen nachweisen. Methoden der Ramanspektro-
Streit wird erst SAM schlichten können. skopie, Röntgendiffraktion und Röntgenfluo-
reszenz sowie der Nahinfrarotmikroskopie zur
Ab 2020 mit Rückflugticket? mineralogischen Untersuchung des Bodens
Im Jahr 2013 wird dann ein Orbiter folgen: ergänzen schließlich das Instrumentarium. Walter Goetz, der 2002 am Center
Das NASA-Projekt MAVEN soll die äußeren Die Zukunft von ExoMars hängt allerdings for Planetary Science der Univer
Regionen der Marsatmosphäre und ihre vom Erfolg des Curiosity-Rovers ab, denn bei- sität Kopenhagen promovierte,
arbeitet als Physiker am Max-
Wechselwirkung mit dem Sonnenwind unter- de sollen dieselbe Landetechnologie nutzen. Planck-Institut für Sonnensystem-
suchen. Diese Daten können in theoretische Bewährt sie sich nicht, muss auch ExoMars forschung (MPS) in Katlenburg-Lin-
Modelle einfließen, aus denen sich die meteo- neu überdacht werden, ebenso wie MAX-C, dau. Im Jahr 2004 nahm er an der
rologischen Bedingungen früherer Zeiten re- der Mars Astrobiology Explorer Cacher der dreimonatigen Primärmission der
konstruieren lassen. Möglicherweise war es ja NASA. MAX-C soll gemeinsam mit ExoMars Mars Exploration Rover am kalifor-
nischen Jet Propulsion Laboratory
auch die dünne Marsatmosphäre, welche die in derselben Landeschale, der aeroshell, auf den teil. 2008 folgte die Mitwirkung an
biologische Aktivität an der Oberfläche des Mars gelangen. Dank der größeren Mobilität der Phoenix-Primärmission an der
Planeten nicht ausreichend förderte oder gar und Reichweite des Rovers wird er einerseits University of Arizona in Tucson.
verhinderte. Denn schließlich lehrt uns das ExoMars den Weg weisen und darüber hinaus Derzeit wirkt er auch am Bau von
Beispiel Erde, dass die Atmosphäre neben den einen großen Probenbehälter besitzen, den al- Instrumenten für den geplanten
europäischen Rover ExoMars mit.
Ozeanen das entscheidende Medium für die lerdings erst eine Folgemission zur Erde zu-
Entwicklung von Leben war. rückbringen soll.
Zugleich ist sie ein hochsensibler Indikator Die vielfältige Morphologie und Mineralo- © American Scientist
für Leben: »Diagnostische Moleküle« wie Me- gie der Marsoberfläche sind uns durch die www.amsci.org
than sind selbst in geringsten Konzentratio Missionen in der ersten Dekade des Jahrhun-
nen aussagekräftige Marker für biologische derts deutlich vor Augen geführt worden. Da-
Hecht, M. H. et al.: Detection of
Prozesse. Die gezielte Suche nach solchen Mo- mit ist klar: Für den Erfolg der Rover wird die Perchlorate and the Soluble
lekülen soll daher ab 2016 der Mars Trace Gas Wahl ihres Landeplatzes ausschlaggebend sein. Chemistry of Martian Soil at the
Orbiter der ESA aus einer Umlaufbahn heraus Im Erfolgsfall werden ExoMars und MAX-C Phoenix Lander Site. In: Science
fortsetzen und dabei insbesondere auch ihre aber auch das Ende einer Epoche markieren – 325(5936), S. 64 – 67, 3. Juli 2009.
Quellen lokalisieren. als die letzten großen Missionen, die nicht Smith, P. H. et al.: H2O at the
Dann, voraussichtlich im Jahr 2018, wird zum Transport von Marsproben zur Erde vor- Phoenix Landing Site. In: Science
mit ExoMars erstmals ein ESA-Rover auf den gesehen sind. Das werden erst ihre Nachfolger 325(5936), S. 58 – 61, 3. Juli 2009.
Weg geschickt und mit seinem Bohrer bis in leisten: In der dritten Dekade heben hoffent-
eine Bodentiefe von zwei Metern vordringen. lich die ersten Sample-Return-Missionen ab,
Zahlreiche Weblinks zu diesem
Das Gefährt soll mit dem Mars Organic Mo- um den Roten Planeten nicht nur zu errei- Thema und den ergänzenden Text
lecule Analyser (MOMA) ausgestattet sein, chen, sondern auch wieder von dort zurück- »Warum Mars?« finden Sie unter
den gegenwärtig das MPI für Sonnensystem- zukehren. www.spektrum.de/artikel/1022877.
SPEKTRUM DER WISSENSCHAFT · APRIL 2010 31Sie können auch lesen
