Der Mars im Focus der internationalen Wissenschaft

Deutsche Wissenschaftler stellen 20 Prozent im amerikanischen Mars-Science-Team- Zwei wissenschaftliche Instrumente an Bord des amerikanischen Mars-Roboters Spirit kommen aus Deutschland

Interview mit dem Wissenschaftler Dr. Lutz Richter, Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR), Mitglied im Science Team der amerikanischen Mars Exploration Rover (MER) Mission.

Frage: Sie sind Mitglied im Science Team der US-amerikanischen Mission Mars Exploration Rover (MER). Was passiert dort, was machen Sie genau?

Lutz Richter: Ziel der amerikanischen Mars-Mission ist, zwei leistungsfähige Rover von je 180 Kilogramm Masse zeitgleich in zwei Regionen der Marsoberfläche zu bringen, die Hinweise auf unterschiedliche Arten der Einwirkung flüssigen Wassers in der Vergangenheit besitzen. Durch eine umfangreiche Instrumentierung soll bei einer Fahrtstrecke von maximal einigen Kilometer die Geologie und Mineralogie von Oberflächenmaterialien und Steinen charakterisiert werden, um die genaueren Umstände der Wechselwirkung des Geländes mit Wasser zu untersuchen. Dies wird Rückschlüsse über verschiedene vermutete, mit Wasser verknüpfte Prozesse auch in anderen Teilen des Planeten erlauben. Der Betrieb der Fahrzeuge – d.h. sowohl Fahrbewegungen als auch stationäre Messungen und Beobachtungen - geschieht interaktiv auf einer täglichen Basis durch das Science Team und das technische Team am Jet Propulsion Laboratory (JPL) in Pasadena in Abhängigkeit der gewonnenen Beobachtungen und Daten. Die Betriebsdauer der beiden Fahrzeuge soll sich auf drei bis vier Monate bis etwa April/Mai 2004 erstrecken.

Meine Aufgabe besteht in Untersuchungen der Festigkeit und möglicher Schichtungen des oberen Marsbodens entlang der Rover-Fahrtstrecken. Dies geschieht durch Rückschlüsse aus der Telemetrie des Vortriebssystems und durch Beobachtungen der Fahrspuren in Kamerabildern, aber auch anhand der Interpretation der Mikroskopaufnahmen. Ferner sind mit den Rädern gezielt Grabungsexperimente bei stillstehendem Fahrzeug möglich, um Material aus bis zu zehn Zentimeter Tiefe zu exponieren und zu beobachten.

Frage: Wie sind Sie in dieses Gremium gekommen?

Lutz Richter: Die bei einer Raumfahrtmission beteiligten Wissenschaftler werden grundsätzlich durch Ausschreibungsverfahren ausgewählt, so auch bei der Mission Mars Exploration Rover (MER). Nachdem die MER-Mission im Jahr 2000 mit einem Team von etwa 15 Wissenschaftlern unter Leitung von Steven Squyres von der Cornell Universität beschlossen wurde, entschied die US-amerikanische Weltraumbehörde NASA im Jahr 2001, das Science Team zu vergrößern um Personen, die zwar keine eigenen Messinstrumente beisteuern würden, aber dafür andere wissenschaftliche Beiträge liefern sollten. An dieser Ausschreibung nahm ich teil mit dem Vorschlag, physikalische Eigenschaften der überquerten Bodenmaterialien zu untersuchen, und wurde im Mai 2002 zusammen mit rund 28 anderen Personen ausgewählt. Wir sind auch ohne Instrument-Beistellung vollwertige Teilnehmer an der Mission.

Frage: Sind Sie der einzige Deutsche dort?

Lutz Richter: Nein, denn zwei der Rover-Messinstrumente kommen aus Deutschland - die APX- und Mössbauer-Spektrometer - , so dass alleine hierdurch eine Reihe deutscher Wissenschaftler bereits beteiligt sind. Für das APX sind das Rudolf Rieder, Heinrich Wänke und Ralf Gellert (Max-Planck-Institut für Chemie in Mainz), für das Mössbauer-Spektrometer Goestar Klingelhöfer, Bodo Bernhard und Paolo de Souza (Universität Mainz). Zusätzlich kamen dann durch besagte Ausschreibung aus Deutschland Johannes Brückner (Max-Planck-Institut für Chemie in Mainz, zur Unterstützung für das APX), Stubbe Hviid (Max-Planck-Institut für Aeronomie) und ich dazu. Vom DLR gibt es außer mir keine Beteiligten.

Frage: Gibt es noch andere Europäer im Team? Wie groß ist das Team?

Lutz Richter: Im gesamten Science Team von rund 50 Personen gibt es neben den Deutschen noch mehrere Wissenschaftler aus Dänemark - die das Experiment zu den magnetischen Eigenschaften des Marsstaubes entwickelt haben - sowie einen französischen Wissenschaftker, der die Arbeiten mit den APX- und Mössbauer-Spektrometern unterstützt. Bei den übrigen Wissenschaftlern handelt es sich um Amerikaner.

Frage: Insgesamt vier Mars-Missionen sind noch oder waren in diesen Monaten zum roten Planeten unterwegs. Warum gab es keine besseren internationalen Absprachen? Hätte eine intensive Zusammenarbeit der Wissenschaftler nicht Geld sparen können?

Lutz Richter: Oft wird übersehen, dass die gesamte Mars-Exploration auf internationaler Zusammenarbeit basiert. Dafür gibt es Gremien, die übergreifend über die Raumfahrtagenturen jahrelang im Vorfeld die Ziele der Missionen absprechen, so dass es keine Duplikate gibt. Dass im Jahr 2003 mehrere Missionen gestartet wurden, lag am günstigen Startfenster. Wenn man sich die Missionen im Einzelnen ansieht, wird klar, dass die jeweiligen Aufgaben sich sehr gut ergänzen und nichts doppelt gemacht wird.

Frage: Wonach suchen die amerikanischen Missionen, wonach sucht die europäische Mission Mars Express?

Lutz Richter: Die amerikanischen Mars-Landemissionen betreiben so genannte "Feldgeologie", um die Entwicklungsgeschichte von Oberflächenmaterialien in ihren Landegebieten zu verstehen, insbesondere in Hinblick auf die Rolle von Wasser. Darüber hinaus betreibt die NASA seit Jahren zwei höchst erfolgreiche Orbitersonden in der Marsumlaufbahn (Mars Global Surveyor und Mars Odyssey), die die Morphologie und Topografie der Oberfläche, die Verteilung von chemischen Elementen und Mineralen sowie das Wettergeschehen in der Atmosphäre vermessen.

Die europäische Mission Mars Express beinhaltet einen Orbiter, der kostenmässig etwa 80 Prozent der Mission ausmacht, und den leider verschollenen Lander "Beagle 2". Mars Express stellt einen umfassenden Ansatz zur gleichzeitigen Untersuchung vielfältiger Fragestellungen zum Mars dar: es wird sowohl zum ersten Mal die Marsoberfläche dreidimensional abgebildet – um geologische Strukturen zuverlässiger interpretieren zu können – als auch mit bisher nicht erreichter Empfindlichkeit nach wasser-relevanten Mineralen gesucht und die bislang genauesten Messungen zum Wasserdampf in der Atmosphäre durchgeführt. Zusätzlich gibt es ein Radarsystem, das erstmals bei einer Marsmission aus dem Orbit den tiefen Untergrund im Hinblick auf Eis und einen Grundwasserspiegel sondiert. "Beagle 2" sollte revolutionäre Messungen zur Suche nach organischen Molekülen an Proben aus bis zu zwei Metern Tiefe durchführen, die mit einem vom DLR entwickelten Bohrsystem ("PLUTO") entnommen werden sollten; in Proben dieser Art ist die Chance am größten, biologisch erzeugte Moleküle nachzuweisen, die von möglichen früheren Lebensprozessen auf dem Mars stammen können. Unser Bohrer kann das, was kein anderes wissenschaftliches Instrument auf dem Mars zur Zeit kann, nämlich direkt nach Kohlenstoffverbindungen und damit nach Lebensspuren suchen.

Frage: Welche wissenschaftlichen Instrumente sind auf dem amerikanischen Mars-Rover Spirit, und welche Aufgaben haben sie?

Lutz Richter: Auf jedem der beiden baugleichen Mars-Rover "Spirit" und "Opportunity" sind die Instrumente Pancam, Mini-TES, APX-Spektrometer, Mössbauer-Spektrometer, Mikroskopkamera (MI), Rock Abrasion Tool (RAT) und ein Magnetexperiment untergebracht. Davon stammen APX und Mössbauer-Spektrometer aus Deutschland und sind die einzigen Geräte der Nutzlast, die durch Kontaktmessungen an Proben die chemische und mineralogische Zusammensetzung von Steinen und Bodenmaterial ermitteln können. Sie sind zusammen mit RAT und MI an einem Greifarm untergebracht, von dem sie – von der Erde aus kontrolliert – die zuvor von den Wissenschaftlern aus den Kamerabildern ausgewählten Objekte analysieren, die das Fahrzeug zuvor angesteuert hat (abermals von der Erde aus kontrolliert).

Frage: Es ist doch erstaunlich, dass auf den amerikanischen Rovern Spirit und Opportunity die beiden analytischen Instrumente aus Deutschland kommen. Wieso ist das so?

Lutz Richter: In Deutschland gibt es eine Tradition zu leistungsfähigen und zugleich miniaturisierten Messinstrumenten für planetare Landemissionen, und bereits 1997 war der Vorläufer des heutigen APX-Spektrometers das einzige Messinstrument, das bei der amerikanischen Mars Pathfinder-Mission neuartige wissenschaftliche Erkenntnisse produzierte.

Frage: Sie haben einen Maulwurf-Bohrer für den Mars entwickelt. Was ist das besondere dieses Bohrers?

Lutz Richter: Dieser Bohrer, genannt PLUTO (für Planetary Underground Tool), stellt das einzige System dar, das bei einem Gewicht von weniger als 900 Gramm Proben von planetarem Staub bzw. Sand aus bis zu zwei Metern Tiefe zu nehmen vermag. Das Gerät ist kein drehender Bohrer, sondern basiert auf einem 280 Millimeter langen stiftähnlichen Zylinder an einem Kabel, der sich durch Bodenverdrängung (über einen inneren Schlagmechanismus) sukzessive in den Boden bewegt. PLUTO wurde am Institut für Raumsimulation des DLR entwickelt, in Zusammenarbeit mit dem Institut VNIITransmash in St. Petersburg, Russland.

Frage: Ihr Bohrer war auf der europäischen Landeeinheit Beagle 2, die sich seit ihrer Landung, dem 25. Dezember 2003, nicht gemeldet hat. Haben sie noch Hoffnung auf einen Kontakt?

Lutz Richter: Nein, es gibt schon seit einiger Zeit eigentlich keine Hoffnung mehr. Man muss dennoch noch eine zeitlang der Hypothese nachgehen, dass die Landung zwar geglückt aber z.B. auf Grund eines Elektronik- oder Softwareproblems bislang kein Funkkontakt zustande gekommen ist. Es ist aber davon auszugehen, dass "Beagle 2" den Landevorgang nicht überlebt hat, unter Umständen wegen zu hoher Auftreffgeschwindigkeit auf Grund der Ende Dezember wegen Staubstürmen stark aufgeheizten und daher weniger dichten Marsatmosphäre.

Frage: Wie hoch waren die Kosten für den Mars-Bohrer? Müssen sie diese nun komplett abschreiben?

Lutz Richter: Die Entwicklung des völlig neuartigen PLUTO-Bohrers einschließlich der Konstruktion mehrerer baugleicher Systeme kostete etwa 1,9 Millionen Euro. Verloren davon sind allerdings nur rund 200.000 Euro, soviel betrugen die Baukosten für die Flugeinheit auf Beagle 2. Der Entwicklungsaufwand dagegen ist kein Verlust, sondern versetzt uns in die Lage, PLUTO zu vergleichsweise geringen Kosten bei zukünftigen planetaren Missionen einzusetzen.

Frage: Auf welchen anderen Missionen könnte ihr Mars-Bohrer zum Einsatz kommen?

Lutz Richter: Es bieten sich einerseits die für 2009 geplante amerikanische Mars-Mission "Mars Science Laboratory" (MSL) an, als auch die im zukünftigen ESA-Programm AURORA angedachte Marsmission ExoMars (2009 oder 2011). Darüber hinaus gibt es innerhalb des Beagle 2-Konsortiums bereits jetzt ernsthafte Erwägungen, das Design des Beagle 2-Landers zu überarbeiten und die einzigartigen Missionsziele von Beagle 2 unter Umständen schon 2007 durch eine neue Flugmöglichkeit zu erreichen.

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