Mars-Rover-Mission
Curiosity sucht nach Leben im "gelobten Land"
Der Nasa-Rover "Curiosity" soll ab Montag auf dem roten Planeten nach Leben suchen. Mit rund einer Tonne Gewicht ist er das schwerste Fahrzeug, das jemals auf einem Himmelskörper abgesetzt wurde.
Ein Dreivierteljahr hat der Flug zum Mars gedauert: Jetzt steht die Landung des Nasa-Roboters "Curiosity" unmittelbar bevor. Am Montag soll der auch Mars Science Laboratory (MSL) genannte Rover um 7:31 Uhr deutscher Zeit auf dem roten Planeten aufsetzen – hoffentlich sanft. Curiosity ("Neugier") ist das bislang größte Gefährt, das je zum Mars geschickt worden ist.
Alle zwei Jahre stehen Erde und Mars in einer günstigen Konstellation. Dann ist der Trip zum Mars in relativ kurzer Zeit möglich. Die Nasa hat viele dieser Startfenster genutzt – für die kleinen Rover "Opportunity" und "Spirit", für den Mars "Reconnaissance Orbiter" und zuletzt für den Lander "Phoenix". Nun also ist wieder ein Rover an der Reihe.
Der offensichtlichste Unterschied zwischen den bisherigen Rovern und Curiosity ist die Größe. MSL wiegt fast eine Tonne und ist damit fast sechsmal so schwer wie "Spirit" oder "Opportunity". Ein Grund für das große Gewicht sind die Experimentiersysteme. Allein die zehn Messinstrumente bringen es auf rund 100 Kilogramm.
So groß wie ein Mini Cooper
Auch die 43 Kilogramm schwere Nuklearbatterie ist nicht gerade federleicht. Die Zerfallswärme von 4,8 Kilogramm Plutonium (2000 Watt) wird genutzt, um das 28-Volt-Bordnetzt mit 120 Watt elektrischer Leistung zu versorgen. Curiosity ist also unabhängig von Solarzellen und dem Licht der Sonne.
"Der Rover erreicht die Größe eines Mini-Coopers", erklärt Jennifer Griffes vom California Institute of Technology in Pasadena (Caltech). Dies ermögliche ihm, viel weiter zu fahren als frühere Marsfahrzeuge. "Wir schätzen, dass er mindestens 20 Kilometer zurücklegen wird", sagt Griffes. Curiosity sei für lange Strecken konzipiert worden. "Daher haben wir ihn so groß gebaut wie möglich – so, dass er gerade noch landen kann."
Diesmal werden es keine Airbags sein, die für eine weiche Landung sorgen. Dafür ist Curiosity einfach zu groß. Stattdessen haben die Nasa-Ingenieure einen fliegenden "Himmelskran" mit Raketenmotoren konzipiert, einen Skycrane, der die Sonde an einem Kabel auf dem roten Planeten absetzen soll.
Fallschirme bremsen ab
"Wenn wir ihn oben auf die Landekapsel setzen würden, wie wir es bislang gemacht haben, bekämen wir Curiosity nach der Landung dort nicht mehr heil herunter", erläutert Pete Theisinger, Projekt-Manager für MSL. Die Räder von Curiosity fungieren als Landegestell und neben den Raketenmotoren werden Fallschirme helfen, das Aufsetzen möglichst sanft ausfallen zu lassen.
Die Landung von Curiosity birgt überdies die Herausforderung, gut zu zielen. Der Rover soll in einem äquatornahen Krater namens Gale aufsetzen, der einen Durchmesser von rund 154 Kilometer hat. Das anvisierte Landegebiet in diesem Krater ist nur ungefähr 20 Kilometer groß.
"Das ist sehr ehrgeizig, denn die Landeregionen für die bisherigen Mars-Sonden waren sechsmal größer", sagt John Grotzinger, Project Scientist für das MSL am Caltech. "Nach der Landung bewegen wir uns in Richtung gelobtes Land", sagt der Forscher. Mit "gelobtem Land" meint er einen Berg in der Kratermitte, an dessen Hängen sich über Milliarden von Jahren Sedimente abgelagert haben.
Rover erklimmt Berg
Der Gale-Krater ist ein Becken, in dem sich früher wahrscheinlich ein See befand. "Er bietet einerseits durch sein ebenes Gelände eine halbwegs sichere Landestelle", sagt Jim Green, der Direktor der Abteilung für Planetenwissenschaften bei der Nasa in Washington. Andererseits könne der Rover in ihm lange Strecken zurücklegen und eben den Berg in der Mitte des Kraters erklimmen.
Dabei wird das mobile Labor Bodenproben entnehmen und die verschiedenen geologischen Schichten des Bergs untersuchen. "Dies sollte uns Hinweise auf den Verbleib des Wassers und eine mögliche Bewohnbarkeit des Planeten liefern", hofft Green.
"Wir wollen Orte auf dem Mars aufspüren, die entweder einst bewohnbar waren oder vielleicht heute noch sind", erläutert Doug McCuistion, Direktor des Nasa-Marsprogramms. Dazu wird MSL die Mineralogie des Marsbodens analysieren und – falls vorhanden – organische Verbindungen entdecken können.
Bis zu 3,8 Milliarden Jahre alt
"Wir hoffen, dass wir auf fossile Organismen stoßen", so Griffes. Auf der Erde wird organisches Material in solchen Becken besonders gut konserviert. Was einmal hineingespült wurde, kommt nicht mehr heraus. Die Silikat-Schichten im Gale-Krater könnten durch Einwirkung von Wasser entstanden sind. "Wir suchen also auch nach Wasser", sagt Griffes.
Eine Reihe von Fotos, die Sonden aus dem Orbit von der Marsoberfläche gemacht haben, legen nahe, dass es dort noch heute flüssiges Wasser geben könnte. Mit Sicherheit sei es aber früher einmal präsent gewesen, sagt Richard Cook, Vize-Manager des MSL-Programms, "auch wenn sich der Mars heute als trockene und öde Landschaft präsentiert, muss das nicht immer so gewesen sein."
Das Alter des Gale-Kraters wird von Experten auf 3,5 bis 3,8 Milliarden Jahre geschätzt. Auf der Erde entstanden zu dieser Zeit die ersten Organismen. Auf dem Mars dürfte es damals feucht und warm gewesen sein. "Wir wollen Spuren von Leben finden, das dort vielleicht zu dieser Zeit, vor 3,5 Milliarden Jahren, existiert hat", sagt Theisinger.
"Science all inclusive"
Der Boden im Gale-Krater ist schichtförmig aufgebaut. Die unteren geologischen Formationen sind in der Regel älter als die darüber. Der Rover soll den Ablauf der Schichtungen rekonstruieren helfen, was sehr schwierig ist, da es keinen absoluten zeitlichen Bezugspunkt gibt wie auf der Erde.
"Weiter, größer, besser", das war die Devise beim Bau des MSL. Das hat dazu geführt, dass die Mission stolze 2,5 Milliarden Dollar kostet. Es ist das bislang teuerste und technisch anspruchsvollste Mars-Projekt der Nasa. "Science all inclusive", sagt Michael Meyer, Chef-Wissenschaftler beim Marsprogramm der Nasa.
Curiosity sei das erste analytische Labor, das über die Oberfläche des Mars' rollen soll. Spirit und Opportunity konnten ihre Sensoren nur gegen Objekte richten, sie beispielsweise direkt auf einen Marsstein halten.
Curiosity kann bohren
MSL wird hingegen Gesteinsproben entnehmen und sie vor Ort in seinem Inneren untersuchen können. "Für diese Fähigkeit bedarf es einfach einer solch immensen Masse und Größe", rechtfertigt Meyer die Ausmaße des Marsrovers. Curiosity verfügt über einen Bohrer, der Materialproben aus bis zu fünf Zentimeter Bodentiefe entnehmen und nach dem Prinzip eines Staubsaugers ins Bordlabor befördern kann. Dann wird analysiert.
Chemische Analysen des Marsbodens ermöglicht auch die aus einem starken Laser und einem Sensor-Teleskop aufgebaute "ChemCam". Ein Laserpuls mit hoher Energie wird auf einen Stein im Umkreis von sieben Metern gerichtet. Dort entsteht aus verdampftem Material eine heiße Plasmawolke. Das von dieser
ausgesendete Licht wird von dem Teleskop empfangen und spektrometrisch analysiert. Das Spektrum erlaubt Rückschlüsse auf die chemische Zusammensetzung der Materialprobe.
Vorerst letzte große Marsmission
Ein besonderes Merkmal von Curiosity sind zwei leistungsfähige Kameras, die an einem Mast auf dem Rover in zwei Meter Höhe über dem Marsboden befestigt sind. Sie ermöglichen den Wissenschaftlern im irdischen Kontrollzentrum jederzeit einen Rundumblick – ab 2,10 Meter Distanz vom Rover bis zum Marshorizont.
Curiosity wird für die Nasa indes auf absehbare Zeit die letzte große Marsmission bleiben. Den bisherigen Zwei-Jahres-Rhythmus beim Start neuer Sonden Richtung Mars können die Amerikaner nicht fortsetzen. Die neuen Budget-Vorgaben aus dem Weißen Haus zwingen die Nasa in den kommenden Jahren zu weiterem Sparen.
So werden die Amerikaner auch auf eine Beteiligung an der europäischen Rover-Mission "ExoMars" verzichten müssen. Und für die seit Jahren geplante "Mars Sample Return Mission", eine unbemannte Rückführung von Bodenproben zur Erde fehlt ebenfalls das Geld.
"Maven" erforscht Klimageschichte
Lediglich die Sonde "Maven" ("Mars Atmosphere and Volatile Evolution") soll noch abheben – im Jahr 2013. Sie soll die Gaszusammensetzung der Marsatmosphäre und damit die Klimageschichte des roten Planeten erforschen. Maven war bereits gebaut, bevor der Rotstift im Haushalt der Nasa angesetzt wurde.
Möglicherweise soll es im Jahr 2018 eine weitere, kostengünstige Marsmission der Nasa geben. Doch ob es dazu kommt, steht noch in den Sternen.
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