Mars Express

Die Suche nach Lebensspuren auf dem Mars - Beagle 2, PLUTO & Co.

Interview mit Dr. Lutz Richter vom 23. Dezember 2003, Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt, Principal Investigator des Mars-Bohrers PLUTO

Frage: Herr Richter, mit dem Bohrersystem PLUTO stellt das DLR, neben der HRSC auf dem Orbiter, ein wichtiges Experiment zur Mission bei. Wie lässt sich die Mission in kurzen Fakten zusammenfassen?

  Dr. Lutz Richter mit einem Modell des Marsbohrers PLUTO

Dr. Lutz Richer: Mars Express wird eine umfassende Untersuchung des Planeten Mars durchführen, wie sie nur mit den amerikanischen Viking-Missionen der siebziger Jahre vergleichbar ist. Vom Mars Express Orbiter, der den Planeten auf einer elliptischen Bahn zwischen 250 Kilometer und 11000 Kilometer Höhe vier Jahre lang umkreisen soll, werden zum einen die Eigenschaften der Oberfläche untersucht, zum anderen die Marsatmosphäre und schliesslich auch die Struktur des tiefen Untergrunds. Das Landeelement Beagle 2 schliesslich hat die Aufgabe, chemische und mineralogische Messungen an Oberflächenmaterialien durchzuführen und zudem in Proben von unterhalb der Oberfläche nach Hinweisen auf früheres, einfaches Leben zu suchen.

Deutsche Wissenschaftler stellen wichtige Beiträge zur Instrumentierung von Mars Express, so stammt die HRSC-Stereokamera vom DLR, und die geophysikalische Radiosondierung des Planeten mittels des Orbiter-Kommunikationssystems wird von der Universität zu Köln geleitet. Ferner bestehen zahlreiche deutsche Beteiligungen an den anderen Orbiter-Instrumenten wie dem OMEGA-Infrarotspektrometer (Kartierung von Oberflächenmineralen besonders im Hinblick auf frühere Wassereinwirkung), dem PFS-Spektrometer (Untersuchung Oberfläche und Atmosphäre) und dem SPICAM-Instrument (Untersuchung Atmosphäre). Das Radarsystem MARSIS, entwickelt und wissenschaftlich geleitet von Italien und den USA, wird seine Signale bis in 5 Kilometer Tiefe aussenden und dabei Rückschlüsse auf Schichtungen in der Planetenkruste und auf das Vorhandensein eines Grundwasserspiegels zulassen.

Insgesamt steht dabei die Frage nach der Geschichte des Wassers auf dem Mars im Mittelpunkt und in welchen Formen das Wasser heute auf dem Planeten vorhanden und verteilt ist, etwa als Eis eingelagert im Boden, direkt an der Oberfläche (an den Polen) und als Wasserdampf in der Atmosphäre. Vor allen Dingen ist zu klären, wie oft, wo und für wie lange Wasser jemals auf der Oberfläche in flüssigem Zustand existieren konnte, denn dies beeinflusst, ob sich auf dem Mars einmal Leben bilden konnte so wie auf der Erde.

Frage: PLUTO ist auf dem Lander Beagle 2 montiert. Woher stammt der Name Beagle 2 und welche Experimente sind noch auf dem Lander installiert?

Dr. Lutz Richter: Charles Darwin unternahm Mitte des 19. Jahrhunderts mehrere Forschungsreisen mit einem Schiff, das den Namen "Beagle" trug, und studierte dabei Pflanzen- und Tierarten auf verschiedenen Erdteilen. Aus seinen Ergebnissen leitete er die Theorie zur Evolution des Lebens auf der Erde ab. Weil das Mars Express-Landeelement die Suche nach biologischen Spuren auf dem Mars als eines seiner Ziele hat, wählten unsere britischen Kollegen den Namen "Beagle 2" aus. Sie schlugen seinerzeit der ESA gegenüber den Lander vor und erreichten nach einem erfolgreichen Auswahlverfahren im Wettbewerb auch eine Finanzierung für Beagle 2.

Der Ansatz, den der Lander bei der Lebenssuche verfolgt, stammt von Prof. Colin Pillinger von der Open University in Grossbritannien, der mit seinem Team einige der sogenannten Mars-Meteoriten untersuchte und darin, ähnlich wie andere Forschergruppen, organisches Material nachgewiesen hat. Ob dieses mit biologischen Prozessen in Zusammenhang steht, ist unklar, ebenso wie der Umstand, ob diese Spuren von der Erde stammen und in das Innere des Steins gelangten, bevor er gefunden und untersucht wurde. Um den Aspekt der terrestrischen Kontamination, also der Verfälschung durch irdische Einflüsse, auszuschliessen, schlug Pillinger den Lander "Beagle 2" vor, der auf dem Mars mit einem miniaturisierten Instrument ähnliche Messungen durchführen soll wie Pillinger sonst im Labor. Die verwendete Methode ist die der gestuften Verbrennung, bei der die Probe schrittweise auf höhere Temperaturen erwärmt und ihr dabei Sauerstoff zugeführt wird; ein Massenspektrometer weist die entweichenden Gase nach und sucht dabei nach Kohlenstoff aus organischen Molekülen in der Probe, der bei etwa 300 Grad Celsius verbrennen würde, im Gegensatz zu Kohlenstoff aus Karbonatgestein, der erst bei 600 bis 800 Grad frei würde. Ferner kann man messen, wie innerhalb des organischen Kohlenstoffs die stabilen Kohlenstoffisotope (12 und 13) verteilt sind, da dies auf der Erde ein untrüglicher Indikator für Lebensprozesse ist. Es geht also um die Anwendung eines sehr einfachen Kriteriums zum Nachweis chemischer Spuren früherer Lebensvorgänge auf dem Mars.

Die Viking-Missionen machten sehr viel mehr Annahmen zur Art des erwarteten mikrobiellen Lebens und lieferten keine schlüssigen Ergebnisse. Wichtig ist, dass Beagle 2 zum ersten Mal Bodenproben aus bis zu 1,5 Meter Tiefe entnimmt und damit den nach Viking erkannten Nachteil umgeht, dass oberflächennahe Proben kein organisches Material über lange Zeit erhalten können, wegen einerseits UV-Einstrahlung von der Sonne und andererseits vermuteter oxidierender Substanzen (z.B. Sauerstoffradikale), welche photochemisch gebildet werden. Für die Probennahme spielt dabei das DLR Maulwurfbohrsystem PLUTO eine entscheidende Rolle, das eben den Zugang zu den Tiefenproben ermöglicht. Weitere Lander-Instrumente, an einem Greifarm montiert, werden die Mineralogie und Chemie der Steine im Umfeld des Landers untersuchen. Hier geht es vor allem um Zeichen für Wassereinwirkung am Landeplatz in der Vergangenheit. Andere, leichtgewichtige Sensoren messen Wetterbedingungen in der bodennahen Atmosphäre.

Frage: Ist das Landegebiet von Beagle 2 Zufall oder wurde es nach konkreten Kriterien ausgewählt?

Dr. Lutz Richter: Das Landegebiet in Isidis Planitia wurde aus technischen Gesichtspunkten ausgewählt, da es einerseits vergleichsweise tief liegt und damit der Landefallschirm die Sonde durch mehr Luft abbremsen kann, und weil es sich nahe am Äquator befindet und damit die Temperaturen wärmer sind als in höheren nördlichen Breiten zum Zeitpunkt der Landung. Nichtsdestotrotz gibt es Hinweise auf frühere Wassereinwirkung in dem Gebiet, dadurch dass das ehemalige Einschlagsbecken Isidis – etwa 3,5 bis 4 Milliarden Jahre alt – später erkennbar durch Sediment aufgefüllt wurde, bei dem Wasser eine Rolle gespielt haben kann. Jetzige Oberflächenstrukturen sind ausserdem irdischen Tuffkegeln ähnlich, die bei Vulkanaktivität bei Vorhandensein von Wasser im Boden entstehen.

Frage: Wenn Beagle 2 am 25. Dezember 2003 auf dem Mars gelandet ist, wie erfahren sie davon?

Dr. Lutz Richter: Beagle 2 kann nicht direkt zur Erde senden, weil der Lander dafür zu klein ist und zu wenig Energie zur Verfügung hat. Man ist bei der Kommunikation in beiden Richtungen auf Mars-Orbiter angewiesen, die über ein standardisiertes UHF Funkrelais-System verfügen, das mit den aktuellen amerikanischen Landern (ab Januar) und mit Beagle 2 kommunizieren kann. Am Tage der Ankunft von Mars Express steht der europäische Orbiter noch nicht zur Verfügung, da er nach dem Einfangmanöver noch bis Anfang Januar mehrere Manöver durchführen muss, um auf die geplante, endgültige Bahn um den Mars zu gelangen. Der amerikanische Mars Odyssey Orbiter – seit Oktober 2001 in der Marsumlaufbahn - wird dagegen bei jedem Überflug des Landegebiets (alle 12 Stunden) von Anfang an Signale und Daten von Beagle 2 empfangen und Kommandos an den europäischen Lander weiter geben. Der erste Überflug von Odyssey geschieht um 06.30 Uhr MEZ am 25.12., also nur rund 2 Stunden nach der Landung. Wenn dieser kurze Kontakt (10 Minuten Dauer) gelingt, wird man kurz darauf die ersten Beagle-Daten einschliesslich zweier Schwarz-Weiss Weitwinkelbilder von der Landerumgebung am Boden haben. Von der Abtrennung des Landers am 19.12. bis einschliesslich Landung gibt es keine Möglichkeit des Datenempfangs vom Lander.

Wenn der erste Funkkontakt zum Lander nicht zustande kommt, heisst das noch nicht, dass die Landung gescheitert ist. Dies kann vielmehr auch an ungünstiger Orientierung auf der Oberfläche oder an Einstellungen am Kommunikationssystem (Orbiter und Lander) liegen. Am Abend des 25.12. wird Beagle für diesen Fall seine Trägerfrequenz abstrahlen (Signal ohne Daten), die man mit dem Radioteleskop von Jodrell Bank in Grossbritannien nachweisen könnte. Dies wäre ein eindeutiger Hinweis auf eine geglückte Landung.

Frage: PLUTO wird in den Medien oft als Hightech-Maulwurf charakterisiert. Was ist denn das Besondere und vor allem wie erfahren sie, was genau PLUTO gefunden hat?

Dr. Lutz Richter: PLUTO verwendet ein sogenanntes "Maulwurf"-Prinzip und ist somit kein drehender Bohrer. Dies wäre auch nicht möglich, denn ein weltraum-geeignetes Bohrsystem für 1,5 Meter Tiefe wäre zu schwer und zu gross für Beagle 2. Beim "Maulwurf" handelt es sich um einen 28 Zentimeter langen Metallzylinder mit 2 Zentimeter Durchmesser an einem Kabel, der im Inneren einen elektrisch betriebenen Schlagmechanismus beherbergt, welcher einmal alle vier Sekunden einen Schlag von innen gegen die Spitze erzeugt. Bei jedem Schlag bewegt sich das Gerät einige Millimeter tiefer in das Bodenmaterial, das durch die Schlagwirkung seitlich verdrängt wird. Die Rückstosskraft jedes Schlages ist kleiner als die Schlagkraft und wird durch Reibung der Maulwurfhülse mit dem umgebenden Bodenmaterial aufgenommen, so dass ein "Selbsteintreiben" stattfindet, ohne dass man den Bohrkörper von oben abstützen müsste.

Der PLUTO-Maulwurf fungiert in erster Linie als Probennehmer, indem er in vorgegebener Tiefe seine Spitze öffnet und dabei jeweils etwa Kubikmillimeter Boden aufnimmt. Nach jedem "Bohrgang" wird der Maulwurf aus dem Boden durch Aufwickeln des Verbindungskabels und gegebenenfalls unterstützt durch Rückwärtsschlagen geborgen. Da das PLUTO-System am Lander-Greifarm montiert ist, kann der Arm PLUTO anschliessend so bewegen, dass die Maulwurfspitze die genommene Probe an das Instrument innerhalb des Landers abgeben kann, das das Material verbrennt und nach organischen Spuren sucht.
Zusätzlich bekommen wir aus der Art und Weise, wie der Maulwurf in den Boden vordringt, zum ersten Mal Informationen zur Festigkeit des Marsbodens unterhalb der Oberfläche, und Daten zu möglicherweise vorhandenen Schichtungen. Temperaturmessungen im Boden führt der PLUTO-Maulwurf ebenfalls durch, aus denen wir bestimmte physikalische Eigenschaften des Marsbodens ableiten können. Wir arbeiten auch schon an einem weiter entwickelten PLUTO, der einen umfangreichen Satz von Messinstrumenten mit in den Boden nehmen soll, um Analysen vor Ort zu ermöglichen, ohne zwingenderweise die Probe an die Oberfläche bringen zu müssen.

Hinweis: Der Abdruck des Interviews, auch in Auszügen, ist erwünscht. Der Abdruck des Bildes ist honorarfrei mit der Copyright-Zeile DLR.

Zuletzt geändert am:
28.04.2013 17:57:10 Uhr