Mit Perseverance (Beharrlichkeit), ihrem bisher komplexesten Marsrover, beginnt die NASA ein neues Kapitel bei der Suche nach Spuren von Leben auf dem Mars. Der Start des neuen Rovers soll am 30. Juli 2020 um 13:50 Uhr (MESZ) mit einer Atlas-V-Trägerrakete von Cape Canaveral in Florida stattfinden. Die Landung ist für den 18. Februar 2021 im Krater Jezero geplant. Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) ist im Wissenschaftsteam der Mission Mars 2020 vertreten und an der Auswertung der Daten und Bilder beteiligt. Ziel der Mission ist es, anhand von Gesteins- und Sedimentanalysen genauer herauszufinden, wann der Mars ideale Bedingungen für Mikroorganismen gehabt haben könnte.
Wenn der Rover Perseverance 2021 auf dem Mars landet, hat er erstmals in der Geschichte der Erkundung des Mars Behälter zum Einsammeln von Proben an Bord, die mit Bohrkernen aus einigen Zentimeter Tiefe gefüllt und für eine spätere Rücksendung zur Erde zunächst auf dem Mars deponiert werden sollen. Mittels mehrerer Folgemissionen sollen die Proben bis etwa Anfang der 2030er Jahre zur Erde transportiert werden. Insgesamt sieben wissenschaftliche Instrumente sind in den Rover von der Größe eines Kleinwagens und einer Masse von 1025 Kilogramm integriert, mit denen er die Geologie der Landestelle analysiert, nach Anzeichen früheren Lebens in Gestein und Sedimenten sucht und so die vielversprechendsten Proben für die spätere Analyse auf der Erde findet. Dazu hat die Mission Mars 2020 eine weitere Premiere im Gepäck: Eine kleine, 1,8-Kilogramm leichte Hubschrauberdrohne für erste Testflüge über der Landestelle in der dünnen Marsatmosphäre.
Marspanoramen in 3D und in Farbe
"Wir freuen uns sehr, bei dieser außergewöhnlichen Mission zum Mars im Wissenschaftsteam dabei zu sein", sagt Nicole Schmitz vom DLR-Institut für Planetenforschung. "Besonders gespannt sind wir jetzt schon auf die ersten Bilder nach der Landung. Dann werden wir die Landestelle und das fast vier Milliarden Jahre alte Flussdelta das erste Mal aus der Perspektive der Roverkamera Mastcam-Z betrachten können." In die Prozessierung der Bilder der Stereokamera Mastcam-Z (Mast Camera, Zoom) fließt die langjährige Expertise der Berliner DLR-Planetenforscher ein, die sie bereits mit Kameratechnik bei den Missionen Mars Express, Dawn, MASCOT/Hayabusa2 und Philae/Rosetta gesammelt haben.
"Die beiden wissenschaftlichen Augen von Perseverance zur räumlichen Orientierung und mineralogischen Analyse befinden sich am ‚Kopf‘ des Rovers auf dem markanten Mast", erklärt Frank Preusker vom DLR-Institut für Planetenforschung. "Zusammen werden sie in der Lage sein, 360-Grad-Panoramen in 3D und in Farbe zu liefern." Mit maximalem Zoom kann die Kamera sogar bei einzelnen Aufnahmen Objekte von gerade einmal der Größe einer Stubenfliege über die Länge eines Fußballfeldes hinweg sichtbar machen. Die wissenschaftliche Leitung der Mastcam-Z liegt bei der Arizona State University. Der Rover Perseverance verfügt insgesamt sogar über 23 Kameras, mehr als jede andere interplanetare Mission bisher.
Gesteinsanalyse unter dem Laserstrahl
In direkter Nachbarschaft zu den beiden Augen der Stereokamera befindet sich ebenfalls auf dem Mast des Rovers das Spektrometer SuperCam, ein Instrument, das kontaktlos eine Analyse der chemischen Zusammensetzung und Mineralogie in der Umgebung des Rovers erlaubt. "Wie der Vorgänger ‚ChemCam‘ auf dem Marsrover Curiosity nutzt das Spektrometer einen gepulsten Laser, um die Geochemie von Gestein und Boden zu untersuchen. Darüber hinaus setzt es drei weitere spektroskopische Techniken und ein Mikrofon ein, um den Mineralgehalt und die Härte des Gesteins zu untersuchen", erklärt Susanne Schröder vom Berliner DLR-Institut für Optische Sensorsysteme, die sich im Wissenschaftsteam vor allem mit der Datenanalyse der Laser-Spektroskopie befasst. Die wissenschaftliche Leitung der SuperCam liegt beim Los Alamos National Laboratory in New Mexico und bei IRAP/CNES in Toulouse, Frankreich.
Ein Flussdelta und ein See in einem Krater
Perseverance wird im Krater Jezero landen, der sich am westlichen Rand von Isidis Planitia befindet, einem der größten Einschlagsbecken auf dem Mars, nördlich des Marsäquators bei etwa 18 Grad Breite und 77 Grad Länge gelegen. Westlich von Isidis finden sich einige der ältesten und wissenschaftlich interessantesten Landschaften, die der Mars zu bieten hat. Hochauflösende digitale Geländemodelle, die aus Daten der DLR-Stereokamera HRSC an Bord der ESA-Mission Mars Express gewonnen wurden, haben einen bedeutenden Betrag bei der Auswahl und Erforschung der Landestelle geleistet. Aus ihnen lassen sich wertvolle geologische Daten berechnen, wie das Volumen des Katers und des Deltas sowie Breite, Tiefe und Gefälle des Flusses, aber auch die Geländeneigung innerhalb der Landeellipse - eine der wichtigsten Faktoren für die Landestellenauswahl.
Sehr wahrscheinlich beherbergte der 45 Kilometer große Krater Jezero vor mehr als 3,5 Milliarden Jahren einen See. Deutliche Anzeichen dafür liefert ein altes Flussdelta im Westen des Kraters, das wasserhaltige Minerale wie beispielsweise Tonminerale enthält. Daher stammt auch der Name des Kraters „Jezero", der in mehreren slawischen Sprachen „See" bedeutet. Wissenschaftler halten es für möglich, dass Flüsse, die in Jezero mündeten und durch ihn gespeist wurden organische Moleküle oder andere potenzielle Anzeichen mikrobiellen Lebens, vielleicht sogar Mikroorganismen, mit sich führten. Spuren dieses früheren Lebens könnte in den Ablagerungen des Flussdeltas oder den Seesedimenten von Jezero konserviert sein und sich heute dort finden lassen. Heute ist das flüssige Wasser auf der Oberfläche des Mars verschwunden und seine Atmosphäre auf weniger als ein Prozent des Erdatmosphärendrucks ausgedünnt.
Reger Besuch auf dem Mars
Perseverance ist mittlerweile der fünfte Rover, den die NASA zum Mars schickt. 1997 landete Sojourner im Rahmen der Mission Mars Pathfinder und sendete rund drei Monate lang Daten und Bilder vom Roten Planeten zur Erde. 2004 folgten die Zwillingsrover Spirit und Opportunity, die erstmals größere Strecken zurücklegten, bis der Marswinter 2007 die Kommunikation mit Spirit und ein Staubsturm 2018 schließlich mit Opportunity beendeten. 2012 landete der bis heute im Krater Gale aktive Rover Curiosity, der in vielerlei Hinsicht baugleich mit Perseverance ist. 2018 setzte zuletzt die Landeplattform InSight auf dem Mars auf, ein geophysikalisches Labor, das das Innere des Planeten unter anderem mit der selbsthämmernden Thermalsonde HP³ des DLR, dem "Marsmaulwurf", erkundet. Der NASA-Rover Perseverance ist zunächst für eine Missionsdauer von einem Marsjahr (zwei Erdjahren) ausgelegt mit der Option auf eine Verlängerung der Mission.
Auch im nächsten Startfenster zum Mars im Jahr 2022 ist geplant, einen Rover von der Erde zum Roten Planeten zu schicken, der nach Spuren früheren Lebens suchen soll: Im Rahmen des ExoMars-Programms der ESA und der russischen Raumfahrtagentur Roscosmos wird der Rover Rosalind Franklin dabei unter anderem Proben aus bis zu zwei Metern Tiefe an die Marsoberfläche befördern und in seinem Inneren hochgenau nach Biosignaturen analysieren. In der Tiefe sind organische Verbindungen vor der Zerstörung durch kosmische Strahlung besser geschützt. Das DLR steuert einen wesentlichen Teil der wissenschaftlichen Nutzlast zu Rosalind Franklin bei: Eine hochauflösende Kamera auf dem Mast des Rovers wird es den Wissenschaftlern ermöglichen, verschiedene Gesteine zu interpretieren und den bestmöglichen Platz für die Bohrungen festzulegen.
