50 Jahre vor Pluto-Flyby: Die ersten Bilder vom Mars
14. Juli 2015
50 Jahre vor Pluto-Flyby: Die ersten Bilder vom Mars
Erstes Bild vom Mars
Das erste Bild, das eine Raumsonde vom Mars aufgenommen hat - es entstand vor genau 50 Jahren, am 14. Juli 1965 aus einer Entfernung von etwas mehr als zehntausend Kilometern. Es zeigt einen Teil der nördlichen Hemisphäre vor dem Schwarz des Weltraumhintergrunds. Die später bei diesem Vorbeiflug aufgenommenen Bilder waren in ihrer Qualität deutlich besser.
Weil die Entwicklung einer leistungsfähigeren Oberstufe für die Atlas-Trägerrakete noch nicht abgeschlossen war, musste die NASA für den Start von Mariner 4 - der unbedingt im "Startfenster" November 1964 stattfinden sollte - auf eine schwächere Agena-Oberstufe zurückgreifen. Mit der Konsequenz, dass die Marssonde viel leichter und kleiner als geplant ausfallen und relativ schnell im Gewicht angepasst werden musste. Mariner 4 wog beim Start am 28. November 1964 nur 261 Kilogramm, was natürlich bedeutete, dass die wissenschaftliche Nutzlast nur sehr klein sein durfte. Nach einigen Navigationsproblemen und Korrekturmanövern während des siebeneinhalbmonatigen Transfers zum Mars erreichte die Sonde ihr Ziel am 14. Juli 1965.
Einschlagsstruktur Orcus Patera auf Mariner 4-Bild und HRSC-Bild
Das vierte von Mariner 4 am 14. Juli 1965 aufgenommene Bild ist das erste, das eine Struktur auf dem Mars erkennen lässt - den südlichen Rand von Orcus Patera (im Bild oben rechts in der linken oberen Bildhälfte; weil das Sonnenlicht sehr steil auf den Mars traf, sind topographische Merkmale nur schwer zu unterscheiden) in der Ebene Amazonis Planitia. Bei Orcus Patera handelt es sich vermutlich um eine Einschlagsstruktur, bei der ein Asteroid unter sehr flachem Winkel auf die Marsoberfläche getroffen ist. Die länglich gestreckte Vertiefung ist etwa 380 Kilometer lang und 140 Kilometer breit und bis zu 600 Meter tief. Die vom DLR betriebene Stereokamera HRSC nahm dieses Gebiet am 11. Oktober 2005 auf einer Höhe von etwa 600 Kilometern auf.
Während am heutigen 14. Juli alle Aufmerksamkeit der Astronomen und Raumfahrtfans auf den nahen Vorbeiflug der amerikanischen Sonde New Horizons am Pluto konzentriert ist, erinnern sich "ältere Semester" daran, dass vor genau 50 Jahren ein ganz ähnlicher Planetenvorbeiflug ebenfalls Geschichte schrieb: An diesem Tag passierte die NASA-Sonde Mariner 4 den Mars und funkte die ersten 22 Bilder unseres äußeren Nachbarplaneten zur Erde. Für die damalige Zeit eine großartige Leistung.
Einige der Rahmendaten von Mariner 4 und New Horizons sind sich trotz der enormen technischen Entwicklung seither in der Raumfahrt verblüffend ähnlich. Wie am Pluto erfolgte der Flug über die Marsoberfläche in etwa zehntausend Kilometer Distanz, die kürzeste Entfernung betrug 9843 Kilometer. Während New Horizons schlicht zu schnell dafür ist, am Zwergplaneten Pluto mit seinem Mond Charon in eine Umlaufbahn einzulenken, war dies bei Mariner 4 auch nicht möglich, allerdings aus Gewichtsgründen: Die Sonde war eine rasch entwickelte, leichtgewichtige Fortsetzung des erst 1960 aufgelegten Mariner-Programms, das weder eine große Nutzlast mit sich führen konnte, noch ausreichend Treibstoff für ein aufwändiges Manöver zum Erreichen einer Umlaufbahn hatte.
Wegen der geringen Sendeleistung von nur 8,33 Bit pro Sekunde dauerte es achteinhalb Stunden, bis nur eines der 200 mal 200 Bildpunkte großen Bilder zur Erde übertragen war; insgesamt benötigte Mariner 4 neun Tage, ehe der ganze Datenbestand, der auf 100 Metern Magnetband gespeichert war, am Boden war. Die Sonde flog vom Nordpol kommend über beide Hemisphären in Richtung Südpol und fotografierte in teilweise überlappenden Aufnahmen abwechselnd mit einem Grün- und Rotfilter vor der Teleskoplinse einen Geländestreifen von etwa 250 Kilometern Breite. Die Kapazität des Bandrekorders reichte nur 21 Bilder und 21 Linien einer 22. Aufnahme.
Immerhin war dies ein Prozent der Marsoberfläche, also etwa eineinhalb Millionen Quadratkilometer, in einer Bildauflösung, die bis zu drei Kilometer große Details zeigte - heute dürfen wir uns bei New Horizons dank des um ein Vielfaches leistungsfähigeren Kamerasystems auf Dutzende von hochaufgelösten und in mehreren Farbkanälen gewonnenen Bildern freuen. Etwas archaisch mutet auch der Prozess an, wie diese ersten Marsbilder auf die Tische der Wissenschaftler gelangten - nämlich nicht auf einem Monitor, sondern abfotografiert von einer Kathodenröhre im Jet Propulsion Laboratory in Pasadena (Kalifornien) und dann nass-chemisch auf Papier abgezogen.
Krater über Krater auf dem Mars - ein zweiter Erdenmond?
Die Begeisterung der Forscher hielt sich jedoch zunächst in Grenzen. Aufgrund der in den Jahrzehnten zuvor mit den besten Teleskopen der Welt auf fotografischen Glasplatten erfassten Mars-Planetenscheibe erwarteten sie durchaus "Außergewöhnliches": Denn auf diesen zeichneten sich ungewöhnliche, nicht so ohne weiteres erklärbare Schattierungen und vor allem die berühmten "Canali" ab, die der italienische Astronom Giovanni Schiaparelli 1877 dokumentierte. Vielleicht gab es auf dem Mars sogar große stehende Gewässer? Stattdessen sahen sie nun eine von Kratern übersäte Landschaft, die an den Mond erinnerte. Sie konnten nicht ahnen, dass dies einem Zufall geschuldet war - denn Mariner 4 erfasste in den 22 Bildern fast ausschließlich das südliche Marshochland, das im Gegensatz zu den nördlichen Tiefebenen älter ist und wesentlich mehr Einschlagskrater hat. Auch sah das Teleskopauge von Mariner 4 noch nicht die großen Talsysteme, durch die einst Wasser über den Mars geflossen war.
Neben den Fotos, von denen nur 16 als brauchbar eingestuft wurden, waren noch sechs weitere Experimente an Bord von Mariner 4 (auch das deckt sich mit der Zahl der Experimente auf New Horizons): So konnten einige wichtige physikalische Messungen durchgeführt werden. Sie zeigten zum Beispiel, dass der Mars kein Magnetfeld hat. Zudem ist er nur von einem sehr schwachen Strahlungsgürtel umgeben, der kein Vergleich zum irdischen Van Allen-Gürtel darstellt. Bedeutend war auch die Erkenntnis, dass die Oberflächentemperatur auf dem Mars minus 60 bis minus 100 Grad Celsius beträgt, was zumindest den tatsächlichen Tagestemperaturen in hohen südlichen Breiten recht nahe kommt. Und nicht zuletzt wurde dem Gasdruck der dünnen Marsatmosphäre durch konkreten Messungen mit 4 Millibar endlich ein belastbarer Wert zugewiesen (statt der angenommenen 100 Millibar) - tatsächlich beträgt er etwa 6 Millibar, weniger als ein Hundertstel des irdischen Atmosphärendrucks.
Mariner 4 bildete den Auftakt für einen regelrechten "Wettlauf" zum Mars: zunächst noch mit vielen Rückschlägen - vor allem bei den Versuchen der sowjetischen Raumfahrt, der es aus Prestigegründen wichtig war, als erste Nation auf dem Mars zu landen. Das gelang dann allerdings kontrolliert den Amerikanern erst mit den beiden legendären Viking-Missionen elf Jahre später. Heute ist der Mars, nicht zuletzt dank des am Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) entwickelten Kamerasystems HRSC auf der ESA-Sonde Mars Express längst vollständig und in hoher Auflösung und sogar in "3D" kartiert. Vor allem für Landesonden ist der Mars wegen seiner etwas schwierig zu berechnenden Atmosphäre nach wie vor ein anspruchsvoll anzusteuerndes Ziel. Die Pionierleistungen wie jene der Mariner 4-Sonde bildeten eine unersetzliche Grundlage für die heutigen Forschungsergebnisse. Mariner 4 wurde nach dem Vorbeiflug durch die Schwerkraft des Mars auf eine neue elliptische Bahn geschleudert und umkreist die Sonne heute auf einem so genannten "Friedhofsorbit" in 235 Millionen Kilometer Entfernung zum Zentralgestirn, mit einer Bahnneigung von 2,54 Grad zur Ekliptik.
