Mars Science Laboratory

Am 26. November 2011 startete die amerikanische Marsmission Mars Science Laboratory. Die Sonde traf planmäßig am 6. August 2012 bei Mars ein und ließ einen Marsrover auf die Planetenoberfläche hinab.

Der Rover mit Namen Curiosity (der Neugierige) ist in etwa so groß wie ein Mini Cooper und somit das größte Marsfahrzeug aller Zeiten. Er hat ein Gesamtgewicht von 900 kg und wird auf 6 Rädern über den Marsboden rollen.

Curiosity gelangte mit einem neuartigen Landesystem zur Marsoberfläche. Eine Abstiegsstufe ließ den Rover an acht Meter langen Seilen zum Boden hinab, damit das Fahrzeug möglichst sanft aufsetzen konnte. Eine Animation des Landemanövers kann hier angeschaut werden: marsprogram.jpl.nasa.gov/msl.

Curiosity landete im 154 km großen Gale-Krater, und dieses Gebiet wird ausgiebig untersucht werden. Der Krater liegt in Äquatornähe und besitzt eine geologisch abwechslungsreiche Landschaft. Der Krater war einst mit Wasser geflutet und enthält aus dieser Zeit Sedimentgestein.

Curiosity kann Gesteinsproben nehmen und im bordeigenen Laboratorium SAM (Sample Analysis of Mars) deren Zusammensetzung untersuchen. Hierbei hofft man auf Tonminerale und sulfatische Gesteine zu stoßen, die sich nur unter Einwirkung einer feuchten Umgebung bilden können. Dies wäre ein ziemlich direkter Beweis für die einstmals feuchte Vergangenheit des Roten Planeten.

Das Gestein könnte auch organische Moleküle enthalten, welche Curiosity dann mit seinem Massenspektrometer nachweisen kann. Eine solche Entdeckung wäre eine absolute Sensation und würde zeigen, dass auch Mars einst Leben berherbergte.

Der Marsrover soll mindestens ein Marsjahr (das entspricht ungefähr zwei Erdenjahren) im Einsatz bleiben. Er ist mit einer plutoniumhaltigen Batterie ausgestattet, damit er nicht ausschließlich auf Sonnenenergie angewiesen ist. Curiosity kann pro Tag mehrere 100 Meter zurücklegen und dabei Steigungen von bis zu 45 Grad bewältigen.

Mit seinem Roboterarm kann er Bodenproben nehmen. Eine Kamera für hochauflösende Nahaufnahmen wird uns Bilder aus seiner unmittelbaren Umgebung liefern.

Curiosity hat außerdem einen hoch entwickelten Laser dabei, mit dem er Gestein mit intensiven Lichtpulsen beschießen kann. Das verdampfende Gestein kann sogleich mit einem Spektrometer auf seine Zusammensetzung untersucht werden.

Damit hat er deutlich mehr Möglichkeiten für Untersuchungen vor Ort als seine berühmten und über viele Jahre hinweg auf dem Mars aktiven Vorgänger Spirit und Opportunity. Wir dürfen also gespannt sein, was unser 'Reporter vor Ort' dann für Neuigkeiten vom Wüstenplanet zu berichten weiß.

Die Landestelle - gesehen von der Marssonde MRO

Curiosity ist nicht die einzige Marsmission, die derzeit im Einsatz ist. Die Sonden Mars Odyssey, Mars Express und Mars Reconnaissance Orbiter umkreisen seit Jahren den roten Planeten. Die Sonden werden Curiosity als erster Anlaufpunkt für die Übermittlung von Daten an die Erde dienen.

Da Mars rotiert, ist eine direkte Verbindung zwischen Curiosity und Erde nicht immer gegeben. Die Datenübertragung kann dennoch stattfinden, indem Curiosity zunächst einmal eine der Sonden anfunkt und diese dann die Datenpakete an die Empfangsstationen auf der Erde weitergibt.

Außerdem kann mit Hilfe hochauflösender Kameras die Mission des Marsrovers auch aus dem Marsorbit heraus mitverfolgt werden.

Mit MRO gelangen zum Beispiel hochaufgelöste Aufnahmen, die die genaue Landestelle zeigen. Zudem ist erkennbar, wo die einzelnen Teile der Landeeinheit geblieben sind.

In der farbigen Aufnahme sehen wir links unten im Bild eine Verfärbung des Marsbodens. Über dieser Stelle schwebte der Skycrane und blies den Marsstaub mit seinen Düsen weg. Zum Vorschein kam dunkleres Marsgestein.

Auf der oberen Abbildung sind die einzelnen Teile markiert, die nach der Landung Curiositys auf dem Marsboden aufschlugen. Dazu gehören das Hitzeschild (unten rechts), der Skycrane (oben links), der Fallschirm (unten links) und eine Abdeckung (ebenfalls unten links). Der Marsrover selbst befindet sich hier inmitten des dunkleren Bereiches, der auf beiden Aufnahmen zu erkennen ist.

Erste Bilder von Curiosity

Besonders interessant in den ersten Tagen der Mission ist der Blick in die nähere Umgebung. Wir sehen flaches Gelände, das mit Staub und kleinen Steinen bedeckt ist. Etwas weiter entfernt sind einige Erhebungen zu erkennen, die zur Kraterwand von Gale gehören.

Curiosity konnte natürlich nicht gleich nach der Landung losfahren. Zunächst einmal wurden alle seine Instrumente und Kameras aktiviert und getestet, um herauszufinden, ob sie den langen Flug und die Landung heil überstanden haben.

Soweit funktioniert auch alles, bis auf einen Windsensor. Zum Glück wurden davon gleich zwei Stück montiert, sodass wir trotz des Ausfalls dennoch Messdaten zur Windstärke auf Mars bekommen werden.

Außerdem wurden die verschiedenen Kommunikationswege Curiositys getestet. Er kann seine Messdaten per UHF-Antenne oder per Hochleistungsantenne übermitteln.

Ein Ausfall beider Antennen hätte bedeutet, dass der Marsrover weder Befehle von der Erde empfangen könnte noch seine Daten, also Messwerte und Bilder, direkt zur Erde oder über den Umweg der Marssonden hätte schicken können.

Nach diesen ersten Tests durfte sich Curiosity von der Stelle bewegen, allerdings ebenfalls zunächst nur um zu schauen, ob alles funktioniert. Jedes einzelne Rad wurde bewegt und mit einer Kamera genau beobachtet. Schließlich fuhr der Rover ein Stück gerade aus und dann im Kreis herum.

Die ersten Spuren von Curiosity im Marssand sind ein ganz wichtiges Zeichen, denn wir haben ja einen Rover zum Mars geschickt! Und dieser Rover fährt, genau wie vorgesehen!

Wären die Räder bei der Landung beschädigt worden, könnte sich das Fahrzeug nicht von der Stelle bewegen. Wir hätten dann eine stationäre Wetterstation auf dem Mars gehabt, die bestenfalls ihre allernächste Umgebung hätte untersuchen können.

So aber verfügen wir nun über ein mobiles Gerät, das im Laufe der Mission interessante Punkte ansteuern und untersuchen kann. Curiosity ist sogar in der Lage, Steigungen von bis zu 45 Grad zu nehmen. Er kann also auch Kraterwände hinauf oder hinab fahren, um besonders interessante Stellen zu erreichen.

Venus Express (VEX)

Im November 2005 wurde die von der europäischen Raumfahrtagentur ESA gebaute Venus-Sonde VEX (Venus Express) auf die Reise geschickt.

Im April 2006 kam sie bei Venus an, am 7. Mai schwenkte sie in eine stark elliptische Umlaufbahn um Venus ein. Das bedeutet, dass sie sich Venus zeitweise bis auf 250 Kilometern nähert, zeitweise aber auch 60 000 km Abstand zu ihr hat.

Die Mission war ursprünglich auf 500 Tage bei Venus ausgelegt. Venus Express ist nach wie vor im Einsatz und liefert bis heute neue Erkenntnisse.

Dank der langen Begleitung des Planeten durch eine Sonde wurden Langzeitbeobachtungen der Wolkenbewegungen und des Wetters auf Venus möglich.

So lassen sich diverse Entwicklungen erkennen, beispielsweise dass die Windgeschwindigkeiten in den letzten 6 Jahren deutlich zugenommen haben.

VEX hat sieben Messgeräte an Bord und soll hauptsächlich das Wettergeschehen auf Venus beobachten. Außerdem hofft man herauszufinden, wie es zu diesem enorm starken Treibhauseffekt kam, um der Erde das gleiche Schicksal zu ersparen.

• Die Venus Monitoring Camera (VMC) nimmt die Venuswolken im sichtbaren und infraroten Licht auf und untersucht das Wettergeschehen.
• Drei Spektrometer analysieren die chemische Zusammensetzung der Venusluft, suchen dort nach Wasserdampf und erstellen ein Temperaturprofil Außerdem sind sie auf der Suche nach noch aktiven Vulkanen.
• Ein Magnetometer soll ein eventuelles Magnetfeld der Venus erkunden.
• Ein Gerät wird die Konzentration der Atome in der Venusatmosphäre untersuchen und beobachten, wie diese auf den Sonnenwind reagieren.
• Das Radio-Science-Experiment soll herausfinden, wie stark die Moleküle der Atmosphäre ionisiert sind.

Im Jahr 2013 fand man eine Eigenart der Venusatmosphäre heraus: Sie zieht zeitweise einen kometenartigen Schweif hinter sich her! Bei nur sehr schwachem Sonnenwind dehnt sich die Ionosphäre unseres Nachbarplaneten schweifartig ins All aus. Die Forscher halten es sogar für möglich, dass auf diese Weise Partikel von einem Planeten zum anderen wandern können.

Die Hülle aus Elektronen und Ionen, welche die Venus in 150 bis 300 Kilometern Höhe umgibt, kann sich in Ausnahmefällen an ihrer sonnenabgewandten Seite schweifartig ins Weltall ausdehnen. Zu dieser seltenen Verformung kommt es, wenn der Sonnenwind, der Strom geladener Teilchen von der Sonne, nahezu abbricht.

Wie auch die Erde ist die Venus von einer so genannten Ionosphäre, einer Hülle aus Elektronen und Ionen, umgeben. Wissenschaftler bezeichnen dies als Plasma. Es entsteht, wenn extrem kurzwelliges ultraviolettes Licht und Röntgenstrahlung von der Sonne an der Tagseite der Planeten auf die äußersten Schichten der Atmosphäre treffen.

Auf der Erde hält das starke Magnetfeld die Teilchen gefangen. Sie rotieren deshalb im Gleichtakt mit der Erde (und ihrem Magnetfeld) um die Erdachse - und erreichen so auch die Nachtseite. Auf diese Weise entsteht eine Hülle aus geladenen Teilchen, welche die Erde vollständig umschließt.

Auf der Venus ist das völlig anders. Unserem Schwesterplaneten fehlt nicht nur das eigene Magnetfeld. Auch die Drehung um die eigene Achse vollzieht sich hier deutlich langsamer. Die geladenen Teilchen können so einfacher und deshalb in größerer Zahl zur Nachtseite gelangen. Dort bildet sich auf diese Weise eine Art Plasmaballon, der sich schweifartig ins All erstreckt. Die gesamte Ionosphäre erhält so eine tropfenförmige Gestalt.

Die neuen Messungen belegen, dass der Plasmaschweif etwa 15.000 Kilometer weit in den Weltraum ragt. Er könnte aber auch deutlich länger sein und sich möglicherweise sogar über Millionen von Kilometern erstrecken.

Quelle: ESA und astronews.com

MESSENGER

Stationen der Messengerreise

• Start 3.8.2004 Erde
• Swing-by 02.08.2005 Erde
• Swing-by 24.10.2006 Venus
• Swing-by 06.06.2007 Venus
• Swing-By 14.01.2008 Merkur
• Swing-By 06.10.2008 Merkur
• Swing-By 30.09.2009 Merkur
• Einschwenken in eine Umlaufbahn um Merkur am 18. März 2011

Die Flugbahn von Messenger war wie oben abgebildet, also ziemlich verzwickt und kompliziert. Die Sonde muss auf ihrem Weg zu Merkur viele viele Runden drehen. Ein direkter Flug ist nicht möglich, da die Sonde sonst mit zu großer Geschwindigkeit an Merkur vorbei und geradewegs in die Sonne fliegen würde.

Weshalb flog Messenger nicht auf direktem Weg zu Merkur?

Die Merkursonde Messenger konnte nicht genug Treibstoff mitnehmen, um dann bei der Ankunft bei Merkur lange Bremsmanöver durchzuführen, um in eine Umlaufbahn einzuschwenken. Sie flog mit hoher Geschwindigkeit durchs All und wurde zusätzlich noch durch die Anziehungskraft der Sonne beschleunigt.

Um Merkur in Ruhe untersuchen und fotografieren zu können, musste sie dort erheblich langsamer werden, sonst würde sie einfach vorbeirasen und direkt in die Sonne stürzen. Da Messenger unterwegs eng an den Planeten Erde und Venus vorbeiflog, wurde sie von deren Gravitationskräften abgebremst und verlor bei jedem Mal etwas Geschwindigkeit.

Das Ganze nennt man Swing-by-Manöver oder auch Slingshot oder Fly-by. Normalerweise wird diese Methode benutzt, um Raumsonden zu beschleunigen, die in die äußeren Regionen des Sonnensystems unterwegs sind, aber es geht auch anders herum. Sonden lassen sich genauso auch abbremsen. Außerdem kann dabei auch gleich die Flugrichtung der Sonde geändert werden.

Merkurs Anziehungskraft ist zu schwach, um unsere Raumsonde einzufangen und als künstlichen Mond um sich kreisen zu lassen. Also mussten sich die Raumfahrtingenieure etwas einfallen lassen, um Messenger entsprechend abzubremsen.

Nach der Ankunft musste Messenger erst noch dreimal an Merkur vorbeifliegen und in einer langgezogenen elliptischen Flugbahn wieder zu ihm zurückkehren. Dabei verlor sie an Geschwindigkeit und konnte dann beim vierten Besuch die Bremsdüsen zünden, um endgültig in eine Umlaufbahn einzuschwenken.

Messenger umrundet Merkur nun auf einer stark elliptischen Bahn. Dabei kommt die Sonde Merkur bis auf 200 Kilometer nahe. Am fernsten Punkt ihrer Umlaufbahn hat sie einen Abstand von 15 000 Kilometern. Ein Umlauf dauert ca. 12 Stunden.

Die Mission war auf ein Jahr Beobachtungszeit ausgelegt. Da die Sonde danach noch funktionierte, wurde die Mission zunächst um ein Jahr verlängert (bis März 2013), und nach diesem Jahr wiederum um ein Jahr, bis 2014!

Mit an Bord sind 7 Instrumente zur Erforschung von Merkur:

• Mercury Dual Imaging System (zwei Kameras mit CCD-Sensoren, die Schwarz/Weiß- und Farbbilder liefern)
• 3 verschiedene Spektrometer (Untersuchung der Zusammensetzung des Gesteins an der Oberfläche, Analyse der dünnen Restatmosphäre und Suche nach Wassereis)
• ein Magnetometer (Messung des schwachen Magnetfeldes)
• ein Laser-Höhenmesser (Profil der Merkurlandschaft)

Hier geht es zur offiziellen Webseite der MESSENGER-Mission: messenger.jhuapl.edu/index.php, wo viele weitere Informationen und Bilder zu finden sind.

Merkur - gesehen von MESSENGER

In dieser Animation wurde die Oberfläche Merkurs nachträglich eingefärbt, anhand der Daten über die Verteilung von Mineralien, die MESSENGER lieferte. Gleichee Farben bedeuten gleiche Zusammensetzung des Gesteins.

Das Foto des kompletten Merkurglobus entstand 2008 beim 2. Vorbeiflug kurz nach MESSENGERS größter Annäherung. Es zeigt Bereiche von Merkur, die bis zu diesem Tag unbekannt waren.

Auf dem Ausschnitt rechts daneben ist das Rembrandt Basin zu sehen (der große helle Fleck), das zweitgrößte Einschlagbecken auf Merkur (in etwa so groß wie die USA). Das Foto wurde im Januar 2013 aufgenommen.

In den Bildern sind verschiedene Details herausgegriffen - Krater, Streifen, Bergzüge ..