Marsrover Opportunity setzt seine Fahrt fort

Der von der amerikanischen Weltraumbehörde NASA betriebene Marsrover hat die Untersuchung des Kraters Santa Maria beendet. Opportunity soll seine Fahrt zu dem noch etwa sechs Kilometer entfernten Endeavour-Krater am 25. März 2011 fortsetzen.

Ein Beitrag von Ralph-Mirko Richter. Quelle: JPL, Planetary Society, Malin Space Science Systems, Unmanned Spaceflight. Vertont von Peter Rittinger.

Nach dem Abschluss der Untersuchungen des Viktoria-Kraters im Jahr 2008 entschlossen sich die für die Opportunity-Mission verantwortlichen Mitarbeiter des Jet Propulsion Laboratory (JPL) den Rover zu einem neuen Ziel zu manövrieren. Hierfür wählte die Missionsleitung den knapp 22 Kilometer durchmessenden und etwa 12 Kilometer vom Viktoria-Krater entfernten Endeavour-Krater aus. Im Verlauf seiner weiteren Fahrt erreichte Opportunity am 16. Dezember 2010 den etwa 90 Meter durchmessenden Krater Santa Maria, welcher von dem Rover in den folgenden Wochen teilweise umrundet und dabei ausführlich fotografisch dokumentiert wurde. Am 11. Januar 2011 nahm der Rover schließlich eine Position unmittelbar vor einer Formation aus offen zutage tretenden Grundgestein ein, welche in den folgenden Wochen ausführlich mit den verschiedenen wissenschaftlichen Instrumenten des Rovers analysiert wurde (Raumfahrer.net berichtete).

Der Grund für diese mehrwöchige Unterbrechung der Fahrt war die diesjährige Sonnenkonjunktion. Dabei handelt es sich um eine Konstellation, bei der sich der Mars von der Erde aus gesehen in einem Abstand von weniger als fünf Grad von der Sonne befindet. Aufgrund dieser Planetenstellung war die Datenübertragung zwischen der Erde und dem Mars für einen Zeitraum von etwa zwei Wochen stark eingeschränkt, da die von der Sonne ausgehende Strahlung die Funksignale, welche zwischen den beiden Planeten hin und her gesandt werden, zu sehr störte. Im Zeitraum zwischen dem 27. Januar und dem 11. Februar 2011 sollte deshalb keine Transmission von Kommandos von der Erde aus in Richtung Mars erfolgen, um den Empfang von unvollständigen und damit eventuell fehlerhaften Kommandosequenzen durch Opportunity zu vermeiden. Stattdessen wurde dem Rover für diesen Zeitraum ein Arbeitsplan übermittelt, welcher von Opportunity automatisch abgearbeitet wurde.

Die primäre Aufgabe des Rovers bestand während des Zeitraumes der Konjunktion darin, mit seinem Moessbauer-Spektrometer Spektraldaten von der Felsformation „Luis de Torres“ zu sammeln. Hiefür war das Instrument während der Konjunktion jeden Tag für mehrere Stunden aktiv. Aus dem Marsorbit heraus gewonnene Daten des CRISM-Spektrometers an Bord des Mars Reconnaissance Orbiters deuten darauf hin, dass sich speziell in diesem Gebiet am südöstlichen Rand des Kraters hydratisierte Sulfatminerale befinden. Diese Mineralvorkommen gelten als ein sicheres Indiz dafür, dass in diesem Bereich der Marsoberfläche einstmals flüssiges Wasser mit dem dort befindlichen Gestein interagiert haben muss. Die an der Mission beteiligten Wissenschaftler hoffen, diese Sulfatminerale mit Hilfe der Moessbauer-Daten näher analysieren zu können.

Nach dem Ende der Konjunktion konnte die Verbindung mit dem Rover am 15. Februar wieder wie geplant hergestellt werden. Die dabei übermittelten Telemetriedaten zeigten, dass Opportunity den Zeitraum der Konjunktion gut überstanden hatte. Auch die gesammelten wissenschaftlichen Daten entsprachen den Erwartungen der Marsforscher. Ab dem 16. Februar konnte der Rover wieder im Normalmodus betrieben werden.

In den nächsten Tagen erfolgten dabei zunächst weitere Untersuchungen von „Luis de Torres“. Dazu wurde am 17. und 18. Februar das Rock Abrasion Tool (RAT) – hierbei handelt es sich um einen Gesteinsbohrer, welcher am Instrumentenarm des Rovers platziert ist – dazu genutzt, um die obersten drei Millimeter dieser Gesteinsplatte abzutragen und so von Verunreinigungen zu befreien. Nachdem das „Bohrloch“ mit dem ebenfalls am Roboterarm des Rovers befindlichen Mikroskop abgebildet wurde, kam mit dem APXS-Spektrometer ein weiteres Instrument zum Einsatz, um die mineralogische Zusammensetzung der Oberfläche zu ermitteln.

Die entsprechende Untersuchung dauerte drei Tage an. „Wir entschlossen uns für diese längere Untersuchung, um wirklich gute Daten zu erhalten“, so Ray Arvidson von der Washington University in St. Louis/USA. „Wir können Kohlenstoff und Wasserstoff nicht direkt nachweisen. Durch längerfristige Untersuchungen können wir dagegen zum Beispiel Kationen von Magnesium, Eisen oder Sauerstoff nachweisen.“ Durch deren Verteilung lassen sich Rückschlüsse auf die Anteile anderer Bestandteile ziehen.

„Wir können jetzt bereits sagen, dass die natürliche Oberfläche sehr stark [durch Staub- und Sandablagerungen] verunreinigt ist. Unter dieser obersten Schicht sind die Sulfatminerale in deutlich höheren Konzentrationen abgelagert“, so Ray Arvidson weiter. Für weitere Aussagen ist es jedoch noch zu früh. Den Wissenschaftlern steht jetzt erst einmal jede Menge Detektivarbeit bevor, da die gewonnenen Daten zuerst noch vollständig gesichtet, analysiert und bewertet werden müssen. Erst danach können erste Ergebnisse publiziert werden. Unklar ist bisher auch, warum das CRISM-Spektrometer die Sulfate in diesem Bereich trotz der staubbedeckten Oberfläche so deutlich nachweisen konnte.

Im Rahmen der bisher erfolgten Auswertung der Daten des CRISM-Spektrometers entdeckten die Wissenschaftler, dass die hydratisierten Sulfatminerale auch in anderen Bereichen des Meridiani Planum, dem Operationsgebiet von Opportunity, vorhanden sind. Entsprechende Nachweise gelangen bisher im Bereich des Viktoria-Kraters, bei dem etwa 100 Kilometer in südöstlicher Richtung gelegenen Ada-Krater und in mehreren Tälern im nördlichen Bereich des Meridiani Planum. Diese weiträumige Verteilung der Sulfate wird als ein Beleg dafür interpretiert, dass das Wasser, welches in diesen Bereichen einstmals über die Marsoberfläche geflossen ist, regional und nicht nur punktuell aufgetreten sein muss. Die Mitglieder des wissenschaftlichen Teams hoffen, dass die von Opportunity gesammelten Daten weitere Aufschlüsse bezüglich dieser Vermutung ermöglichen werden.

Nach der Beendigung der Bodenuntersuchungen bei „Luis de Torres“ setzte Opportunity seine Umrundung des „Santa Maria“-Kraters fort und bewegte sich ab dem 23. Februar über insgesamt 28 Meter in die nördliche Richtung. Das dabei angepeilte Ziel war ein auffälliger Felsblock am Rand von Santa Maria. Bei den anschließenden Untersuchung von „Ruiz Garcia“, so der vorläufige Name dieses Felsens, sind dann allerdings einige Probleme aufgetreten.

Zuerst konnten am 26. Februar, dem Sol 2521 der Opportunity-Mission, nicht die gewünschten Aufnahmen mit dem Mikroskop erstellt werden. Das Mikroskop des Rovers verfügt über ein Objektiv mit einer fest eingestellten Brennweite von 20 Millimetern. Bei einem Aufnahmeabstand von 66 Millimetern zur Oberfläche deckt es einen Bereich mit einer Fläche von 31 × 31 Millimetern ab. Um diesen für die zu erstellenden Aufnahmen optimalen Abstand zu der abzubildenden Oberflächenformation zu ermitteln, ist das Mikroskop mit einem Kontaktsensor ausgestattet.

Die Ermittlung des Abstandes zur Oberfläche hat an diesem Tag aber nicht wie vorgesehen funktioniert. Das Mars Exploration Rover-Team untersucht gegenwärtig noch die Ursache für das an diesem Tag aufgetretene Fehlverhalten. Möglich wäre zum Beispiel, dass die unregelmäßige Oberfläche des Felsens dafür verantwortlich war, dass die exakte Distanz zur Gesteinsoberfläche nicht korrekt ermittelt werden konnte. Als eine andere mögliche Ursache wurde auch eine allgemeine Fehlfunktion des Gerätes in Betracht gezogen. Als Alternative, so die Wissenschaftler, könnte in diesem Fall in Zukunft der Abstandssensor des Moessbauer-Spektrometers als Ersatz verwendet werden.
Drei Tage später wollten die Wissenschaftler dann erneut Mikroskop-Bilder angefertigen, wofür diesmal jedoch ein anderer Oberflächenbereich von „Ruiz Garcia“ als Ziel ausgesucht wurde. Aufgrund des Abstandes zwischen dem Rover und dem zu untersuchenden Felsen musste der Instrumentenarm des Rovers dabei zu seiner maximalen Länge ausgestreckt werden. Allerdings verweigerte eines der Gelenke des Instrumentenarmes dabei die Funktion und blockierte. Als Grund hierfür wird die kommandierte maximale Ausstreckung des Armes in Kombination mit einer nur geringfügige Bewegung angenommen. Vergleichbare Probleme in ähnlichen Situationen, so das JPL, sind bereits in der Vergangenheit aufgetreten. Weiterführende Tests bezüglich der Funktionalität der Gelenke des Instrumentenarmes zeigten keine weiteren Auffälligkeiten.

Um das Problem mit dem Gelenk des Instrumentenarmes zu umgehen ist Opportunity am darauffolgenden Sol 2525 einfach noch einmal 21 Zentimeter näher an Ruiz Garcia herangefahren. Nach diesem Manöver konnte der Instrumentenarm erfolgreich auf der Oberfläche des Felsens platziert werden. Neben diversen Abbildungen der Felsoberfläche mit dem Mikroskop wurde auch hier in den folgenden Tagen das APXS-Spektrometer zur Untersuchung eingesetzt.

Nach dem Abschluss der Untersuchungen bei „Ruiz Garcia“ waren die Messungen bezüglich der Bodenzusammensetzung im Bereich von Santa Maria durch die verschiedenen Instrumente des Rovers beendet. Ab dem 9. März wurde Opportunity von den Roverdrivern in mehreren kurzen Etappen weiter in die nördliche Richtung gesteuert, um verschiedenen neue Standorte am Kraterrand zu erreichen. Wie bereits in den Vorwochen wurden von diesen neuen Standorten aus mit den Navigations- und Panoramakameras des Rovers diverse Aufnahmen des Kraterrandes, der unmittelbaren Umgebung und des Kraterinneren anfertigt.

Dadurch, dass diese Abbildungen jeweils von zwei dicht beieinander liegenden Standpunkten angefertigt wurden, ist die Erstellung von Stereoaufnahmen möglich. Mit den diversen während der letzten Monate angefertigten Aufnahmen wollen die Wissenschaftler jetzt eine möglichst detailgetreue dreidimensionale Karte von Santa Maria und dessen Umgebung erstellen und so die Geomorphologie und Struktur dieses Kraters charakterisieren.

Während die an der Mission beteiligten Wissenschaftler jede Aufnahmesequenz der Kameras und jede Messung der Spektrometer mit Freude begrüßten, konnten es die Roverdriver in den letzten Tagen kaum erwarten, die Fahrt endlich fortsetzen zu dürfen. „Natürlich ist es uns bewusst, dass wir Santa Maria die gründlichste Aufmerksamkeit angedeihen lassen müssen, welche in der knappen zur Verfügung stehenden Zeit möglich ist“, so Scott Maxwell, der Leiter des Marsroverdriver-Teams des JPL. „Diese Untersuchungen dienen schließlich der Wissenschaft. Aber wir befinden uns gerade in einer Zeitphase, in der wir aufgrund der Energiesituation des Rovers und der Wetterlage auf dem Mars optimale Fahrbedingungen für den Rover vorfinden. Ich kann es nicht erwarten, den Rover endlich wieder „zurück auf die Straße“ zu bringen.“

Der Marsrover Opportunity wird, genauso wie auch sein baugleicher „Zwillingsbruder“ Spirit, ausschließlich mit Sonnenenergie betrieben, welche durch die Solarpaneele des Rovers gewonnen wird. Momentan herrscht am Operationsgebiet des Rovers der späte Mars-Frühling. Dies macht sich unter anderem dadurch bemerkbar, dass die Sonne für einen besonders langen Zeitraum über dem Horizont steht und dabei eine fast maximale Höhe erreicht. Dies hat zur Folge, dass dem Rover momentan ein theoretisches Maximum an Energie zur Verfügung steht, welches die Roverdriver natürlich sehr gerne für die weiteren Fahrten nutzen möchten. Der hohe Sonnenstand ermöglicht zusätzlich auch das Aufnahmen von Bildern, welche unter optimalen Beleuchtungsverhältnissen erstellt werden können. Diese Aufnahmen des Rovers sind zwingend für die Planung der weiteren Fahretappen notwendig. Je höher die Qualität dieser Aufnahmen ausfällt, desto weitere Etappen kann Opportunity pro Tag absolvieren.

Allerdings hat diese Jahreszeit – später Frühling auf der südlichen Hemisphäre des Mars, später Herbst auf der Nordhälfte – auch seine Schattenseiten. Der Mars verfügt mit einem Wert von 0,0934 nach dem Merkur über die zweithöchste Exzentrizität aller Planeten in unserem Sonnensystem. Dies hat zur Folge, dass der Planet am Punkt seiner größten Annäherung an die Sonne, dem sogenannten Perihel, rund 40 Prozent mehr Sonnenstrahlung empfängt als am entferntesten Punkt seiner Umlaufbahn. Dementsprechend stark variieren auch die Temperaturen in der Marsatmosphäre.

Bedingt durch den erfolgenden Temperaturanstieg sublimiert das an der Südpolarkappe in Form von Trockeneis niedergeschlagene Kohlendioxid, da sich der Marssüdpol aufgrund der Achsneigung des Planeten der Sonne entgegen neigt und dabei ein Maximum an Sonnenenergie empfängt. Das Kohlendioxid tritt dabei vom festen Aggregatzustand direkt in den gasförmigen Zustand über und steigt in die Atmosphäre auf. Zur gleichen Zeit wird es am Marsnordpol, welcher jetzt von der Sonne abgewandt ist – hier herrscht mittlerweile eine mit der von der Erde bekannte Polarnacht – immer kälter. Durch die extremen Temperaturunterschiede zwischen den beiden Polen entsteht eine von Süden nach Norden gerichtete Windströmung, welche das Kohlendioxid in die nördlichen Polarregionen transportiert. Nach dem Erreichen der nordpolaren Regionen resublimiert das Kohlendioxid durch die hier vorherrschenden tieferen Temperaturen erneut und bildet am Nordpol eine bis zu mehrere Meter dicke Schicht aus Kohlendioxideis. Die beim Transport des Kohlendioxides entstehenden Windströmungen entwickeln genügend Kraft, um den Staub auf der Marsoberfläche aufzuwirbeln.

Genau dieses Phänomen ließ sich während der vergangenen Wochen auf dem Mars verfolgen. Mehrere regional begrenzte Staubstürme haben dabei größere Mengen an Staub in die dortige Atmosphäre befördert. Erhöhte Staubaktivitäten konnten während der letzten Tage unter anderem am Rand der südlichen Polarkappe beobachtet werden. Wolken aus Wassereiskristallen und weitere Staubkonzentrationen konnten zudem über den gesamten nördlichen mittleren Breiten bis hin zum Rand der nördlichen Polarkappe registriert werden. Die höchsten Konzentrationen treten dabei im Bereich von Tempe Terra und Acidalia Planitia auf. Die Bereiche um die hohen Vulkane in den Regionen Tharsis und Elysium waren dagegen relativ klar. Der Himmel über den Operationsgebieten von Spirit und Opportunity war durch den Staub während der letzten Wochen leicht eingetrübt.

Einen Überblick über die Entwicklung der Energiewerte von Opportunity während der letzten Monate gibt die folgende Auflistung. Der Tau-Wert steht dabei für die Durchsetzung der Marsatmosphäre mit Staub und Eiskristallen. Je mehr Staub sich in der Atmosphäre des Planeten befindet, desto höher fällt dieser Wert aus. Der Wert für die Lichtdurchlässigkeit der Solarzellen gibt dagegen an, wie viel Sonnenlicht die Solarpaneele trotz einer bedeckenden Staubschicht erreicht und letztendlich zur Energiegewinnung genutzt werden kann. Je niedriger der Tau-Wert und je höher der Faktor für die Lichtdurchlässigkeit ausfällt, desto besser ist dies für den Energiehaushalt des Rovers.

• 19.01.2011: 0,555 kWh/Tag , Tau-Wert 0,789 , Lichtdurchlässigkeit 60,03 Prozent
• 24.01.2011: 0,554 kWh/Tag , Tau-Wert 0,854 , Lichtdurchlässigkeit 61,60 Prozent
• 31.01.2011: 0,524 kWh/Tag , Tau-Wert 1,070 , Lichtdurchlässigkeit 62,50 Prozent
• 03.02.2011: 0,585 kWh/Tag , Tau-Wert 1,070 , Lichtdurchlässigkeit 67,80 Prozent
• 15.02.2011: 0,505 kWh/Tag , Tau-Wert 0,949 , Lichtdurchlässigkeit 59,70 Prozent
• 23.02.2011: 0,420 kWh/Tag , Tau-Wert 1,000 , Lichtdurchlässigkeit 62,40 Prozent
• 03.03.2011: 0,446 kWh/Tag , Tau-Wert 1,350 , Lichtdurchlässigkeit 59,90 Prozent
• 09.03.2011: 0,412 kWh/Tag , Tau-Wert 1,050 , Lichtdurchlässigkeit 55,565 Prozent
• 15.03.2011: 0,412 kWh/Tag , Tau-Wert 1,020 , Lichtdurchlässigkeit 57,90 Prozent
• 22.03.2011: 0,453 kWh/Tag , Tau-Wert 0,986 , Lichtdurchlässigkeit 58,80 Prozent

Während der vergangenen Monate hat die Menge der generierten Energie besonders in den letzten Wochen stark abgenommen. Dies ging mit einer Zunahme des Tau-Wertes und einer Verschlechterung der Lichtdurchlässigkeit der Solarpaneele einher. Das kann die Mitarbeiter des JPL allerdings nicht sonderlich erschüttern. Die gegenwärtige Entwicklung wird als typisch für die gegenwärtige Jahreszeit auf dem Mars eingeschätzt und Opportunity hat vergleichbare Situationen während der letzten Jahre bereits immer wieder erfolgreich bewältigen können. Mit dem Fortschreiten der Jahreszeiten wird sich der Staub auch wieder legen und unabhängig davon steht dem Rover momentan immer noch genügend Energie zur Verfügung, um seine Arbeiten auch weiterhin ohne Einschränkungen fortzusetzen.

Nach der Beendigung der Fotoarbeiten am Rand des Kraters Santa Maria soll Opportunity seine Fahrt am 25. März 2011, dem Sol 2547 der Mission, fortsetzen. Im Rahmen dieser Fahrt, so die Planung der Roverdriver, soll sich der Rover etwa 100 Meter in die östliche Richtung bewegen. Bis zum Erreichen des Endeavour-Kraters muss Opportunity allerdings noch weitere rund sechs Kilometer überbrücken.

In den kommenden Monaten werden sich die Aktivitäten des Rovers fast ausschließlich auf weitere Fahrten in die östliche beziehungsweise südöstliche Richtung beschränken. Für die Planung der Route zu dem dort gelegenen Endeavour-Krater verwendet das Mars Exploration Rover-Team unter anderem auch die Bilder der HiRISE-Kamera des Mars Reconnaissance Orbiters. Auf deren Aufnahmen konnten bisher keine besonderen Formationen erkannt werden, welche für den Rover ein lohnendes Ziel für weitere wissenschaftliche Untersuchungen darstellen könnten. Zusätzlich zu zwischenzeitlichen Ruhepausen wird Opportunity auf seinem weiteren Weg unabhängig davon trotzdem auch mehrere Zwischenstopps einlegen und dabei in regelmäßigen Abständen den Marsboden, das Grundgestein und weitere Felsformationen untersuchen.

Mit den Worten „Wir sind eine Forschungsmission“, ruft John Callas den eigentlichen Sinn dieser Marsmission ins Gedächtnis. „Wir fahren jetzt zum Endeavour-Krater. Sobald wir dabei etwas Interessantes entdecken, was einen näheren Blick lohnenswert erscheinen lässt, werden wir natürlich anhalten und entsprechende Untersuchungen durchführen.“ Bis zum Ende seiner letzten Fahrt am Rand des Kraters Santa Maria am 19. März 2011, dem Sol 2.542 der Opportunity-Mission, konnte der Rover 26.709,42 Meter auf der Oberfläche des Mars zurücklegen. Dabei hat Opportunity bis zum jetzigen Zeitpunkt über 150.000 Bilder an die Erde übermittelt.

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