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Astronomie

Zwei "Supernasen" auf dem roten Planeten

Max-Planck-Institut für Chemie mit zwei Spektrometern an der Mission Mars Exploration Rovers 2003 beteiligt

3. Juni 2003

Der Wettlauf zum roten Planeten hat begonnen: In den nächsten Tagen startet die US-Raumfahrtbehörde zwei Sonden zum Mars und wie beim europäischen Mars Express fliegen Instrumente von Wissenschaftlern der Max-Planck-Gesellschaft mit: Zwei Nasen namens Alpha Particle X-Ray Spectrometers (APXS), die auf der Marsoberfläche Steine und Böden beschnüffeln, um ihre chemische Zusammensetzung zu bestimmen. Entwickelt und gebaut wurden die Geräte in der Abteilung Kosmochemie am Mainzer Max-Planck-Institut für Chemie. Zum Einsatz kommen sie in den beiden Autos der Mission Mars Exploration Rovers 2003. Der erste Rover soll am 8., sein Bruder am 25. Juni auf die Reise gehen.
Ein Mars Exploration Rover in der Montagehalle. Der "Schnüffler" (kleines Foto rechts oben) ist mit geöffneten Türen zu sehen, während am Rover (Pfeil) seine goldschimmernden Türen geschlossen sind. Der Rover ist etwa einen Meter lang und wiegt 150 Kilogramm. Er soll mindestens 90 Tage lang auf der Marsoberfläche operieren. Bild vergrößern
Ein Mars Exploration Rover in der Montagehalle. Der "Schnüffler" (kleines Foto rechts oben) ist mit geöffneten Türen zu sehen, während am Rover (Pfeil) seine goldschimmernden Türen geschlossen sind. Der Rover ist etwa einen Meter lang und wiegt 150 Kilogramm. Er soll mindestens 90 Tage lang auf der Marsoberfläche operieren. [weniger]

Neben dem Ziel, eine möglichst lange Strecke (mehr als 500 Meter) zurückzulegen, sollen die Rover als ferngesteuerte Feldgeologen arbeiten. Die Roboter auf Rädern haben einen beweglichen Arm mit einem Gesteinsschleifer und drei wissenschaftlichen Instrumenten: eine amerikanische Mikroskop-Kamera für Oberflächenbilder, ein Mössbauer-Spektrometer für mineralogische Analysen (Johannes Gutenberg-Universität in Mainz) sowie das APXS aus dem Max-Planck-Institut für Chemie. Seinen Beinamen Schnüffler erhielt das Gerät während der Mars Pathfinder Mission im Jahr 1997, als es von dem Mini-Rover Sojourner zu verschiedenen Stellen auf der Oberfläche gefahren wurde und die erste chemische Untersuchung eines Marssteins vornahm. Dieses Konzept eines mobilen Labors überzeugte so sehr, dass die NASA nun zwei große Rover zum Mars schickt, die mehrere Instrumente tragen, um Steine und Böden in bisher einmaliger Qualität zu untersuchen.

Dr. Rudolf Rieder und Dr. Ralf Gellert brachten das APXS für die MER-Mission auf den neuesten technischen Stand. Dabei verbesserten sie die Methode der Röntgenanalyse mit einem neuen Typ von Detektor, den das Halbleiterlabor der Max-Planck-Gesellschaft entwickelt hat. Jetzt gewinnen die Forscher schon nach einer halben Stunde Messzeit sehr gute Röntgenspektren bei Pathfinder mussten sie mehrere Stunden warten. Laut Dr. Johannes Brückner verbessert das neue APXS die Marserkundung deutlich. Wann immer es während der Mission möglich ist, wird der Schnüffler kurz eingeschaltet, um zu überprüfen, ob sich unterwegs die chemische Zusammensetzung des Bodens oder der Steine verändert hat, sagt Brückner. Dies führe zu großer Flexibilität, da sich schnell entscheiden lasse, ob der Rover weiterfahren soll oder nicht. Ist die neue Stelle interessant, kann ein längeres Messprogramm mit allen Instrumenten durchgeführt werden.

Der Schnüffler besteht aus einem 8 Zentimeter langen zylindrischen Messkopf mit 5 Zentimeter Durchmesser, der am Manipulatorarm befestigt ist, und der Elektronik, die sich im Innern des Rovers befindet. Beides zusammen wiegt nur etwa 600 Gramm. Der Messkopf enthält radioaktive Quellen des Transurans Curium-244 und bombardiert die Oberfläche einer Probe mit Alpha- und Röntgenstrahlung. Als Resultat sendet die Probe ihrerseits Röntgenstrahlung aus, die ein Detektor auffängt. Das auf diese Weise gewonnene Röntgenspektrum zeigt Linien, die für die Elemente in der Probe charakteristisch sind gewissermaßen ein atomarer Fingerabdruck. Damit lassen sich viele Elemente nachweisen: Natrium, Magnesium, Aluminium, Silizium, Kalium, Kalzium, Eisen und Zink. Wasserstoff, der im Molekül Wasser (H2O) vorkommt, lässt sich indirekt mit dem Mössbauer-Spektrometer bestimmen. Türen, die durch Druck geöffnet werden können, schützen das Innere des Messkopfs vor Staub.

Im Januar 2004 werden die beiden Rover auf dem Mars in der Nähe des Äquators landen, der eine in dem Krater Gusev (15°S, 175°O), der andere in Terra Meridiani (2°S, 354°O) einem Gebiet, wo das Eisen-Mineral Hematit vorkommt. Beide Orte wurden ausgewählt, weil es dort vermutlich einmal Wasser gab. Nach der Landung sollen die Sonden zunächst die unmittelbare Umgebung untersuchen. Dann werden die Rover ihre Querfeldeinrallye beginnen. Zwar fehlen Kameras entlang der Piste, aber die Zuschauer auf der Erde sollen aufregende Bilder von mehreren Bordkameras erhalten. Die jeweils nächste Etappe der Rallye wird erst am Tag zuvor festgelegt.

Wegen der dünnen Atmosphäre kann sich Wasser auf dem Mars nicht lange halten: Es verdunstet (sublimiert) sehr schnell. Daher ist die Oberfläche des Roten Planeten heute knochentrocken. Es gibt jedoch viele Hinweise, dass vor vielen Millionen Jahren auf dem Mars Wasser geflossen ist. So zeigen Fotos aus der Umlaufbahn Strukturen wie den Krater Gusev, die sich am ehesten durch eine nasse Vergangenheit des Mars erklären lassen. Wasser ist eine wichtige Voraussetzung für die Entstehung von Leben daher gilt der Suche nach Wasser das besondere Interesse der Wissenschaftler.

Die beiden MER-Rover sind die ersten mobilen Kundschafter, die nach Zeichen von früheren Wasseraktivitäten suchen, wie zum Beispiel nach Mineralien, die sich durch Wasser verändert haben (Hydratisierung), hydrothermale Ablagerungen (mineralische Ablagerungen verursacht von einstmals heißen Wasserquellen) oder Sedimente (schichtweise Ablagerungen in ehemaligen Seen oder Ozeanen). Die Schnüffler an Bord werden die chemische Zusammensetzung von Gesteinen, Böden, Sedimenten und anderen Formationen bestimmen. Zusammen mit den mineralogischen Daten des Mössbauer-Spektrometers und den Oberflächenbildern der Mikroskop-Kamera lassen sich die Proben ausführlich analysieren. Wie immer die Suche nach Wasser auf dem roten Planeten ausgehen mag zwei Instrumente aus Mainz helfen dabei mit.

 
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