Opportunity auf dem Weg zum Winterquartier

Nach dem Abschluss erster Untersuchungen am Rand des Endeavour-Kraters hat sich der Marsrover Opportunity während der letzten Wochen in die nördliche Richtung bewegt und befindet sich mittlerweile am Nordrand des Cape York. In dieser Region soll der Rover die kommenden Monate bis zum Ende des Winters auf dem Mars verbringen.

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

Nach dem Abschluss der Untersuchungen des Viktoria-Kraters, welcher sich auf der auf dem Mars gelegenen Hochebene “Meridiani Planum” befindet, fassten die für die Opportunity-Mission verantwortlichen Mitarbeiter des Jet Propulsion Laboratory (JPL) den Entschluss, den Marsrover Opportunity zu einem neuen Ziel zu manövrieren. Hierfür wählte die Missionsleitung den westlichen Rand des knapp 22 Kilometer durchmessenden und etwa 12 Kilometer vom Viktoria-Krater entfernt liegenden Endeavour-Kraters aus. Auf dem Weg zu seinem neuen Ziel legte Opportunity in den vergangenen Jahren weitere über 20 Kilometer auf der Oberfläche unseres Nachbarplaneten zurück.

Neben der Erkundung verschiedener kleinerer Krater stand dabei die in regelmäßigen Abständen erfolgende Analyse der chemischen Zusammensetzung der passierten Böden und Gesteine auf dem Arbeitsprogramm des Robotergeologen. Nach einer Reisedauer von fast drei Jahren konnte der Rover sein Ziel schließlich am 9. August 2011, dem Sol 2.681 der Mission, erreichen (Raumfahrer.net berichtete). Opportunity befand sich jetzt direkt an der Südspitze des Cape York, einer mehrere hundert Meter langen und nur wenige Meter hohen Geländeerhebung, welche sich direkt am westlichen Rand des Endeavour-Kraters befindet.

Nach dem Abschluss erster Bodenanalysen in dieser Region (Raumfahrer.net berichtete) wurde die Fahrt am 1. September 2011, dem Sol 2703 der Mission, fortgesetzt. Im Rahmen von zwei Etappen wurde dabei zunächst eine etwa einen Meter durchmessende Bodenformation namens “Chester Lake” angesteuert, welche in den folgenden Wochen mit den am Roboterarm des Rovers befestigten Instrumenten näher untersucht wurde. Neben diversen Abbildungen durch die Kameras erfolgten dabei auch an verschiedenen Stellen mehrere Messungen mit dem APXS-Spektrometer des Rovers, um die mineralogische Zusammensetzung des Gesteins zu bestimmen. Dabei wurde die Oberfläche von Chester Lake auch mehrfach mit einem Gesteinsschleifer, dem sogenannten Rock Abrasion Tool (RAT) bearbeitet, um diese von Staubablagerungen zu reinigen, welche die Messdaten des APXS verfälschen könnten.

Im Gegensatz zu dem vorher untersuchten und lediglich rund 30 Meter entfernt liegenden Ziel “Tisdale-2” konnte das wissenschaftliche Team der Mars Exploration Rover-Mission bei Chester Lake keine Anzeichen für eine in der Vergangenheit erfolgte Interaktion der Oberfläche mit Wasser nachweisen. Dies erscheint insofern überraschend, da es sich auch bei dieser Struktur anscheinend um eine typische Impaktbrekzie handelt. Wie auch bereits bei Tisdale-2 handelt es sich bei Chester Lake somit sehr wahrscheinlich um ein Produkt des Meteoriteneinschlages, welcher zur Entstehung des nur wenige Meter entfernt liegenden Odyssey-Kraters führte. Bei dem Impakt wurden ältere auf der Marsoberfläche abgelagerte Gesteine zertrümmert und durch die dabei auftretenden hohen Drücke verdichtet und zu Impaktbrekzien verschmolzen. Für eine endgültige Auswertung der gesammelten Daten benötigt das Team allerdings noch weitere Zeit.

Die Untersuchungen von Chester Lake und der unmittelbaren Umgebung dauerten bis zum 3. Oktober an. Am darauf folgenden Tag setzte Opportunity seine Fahrt fort und bewegte sich in die nördliche Richtung. Das angepeilte Ziel war ein flacher, in Nord-Süd-Richtung verlaufender Höhenzug namens “Shoemaker Ridge”. Der Rover bewegte sich bis zum 20. Oktober auch weiterhin in diese Richtung und legte dabei im Rahmen von 9 Etappen insgesamt weitere fast 400 Meter zurück. Im Rahmen der einzelnen Fahrten erfolgten weitere Abbildungen von verschiedenen Gesteinsformationen und ein kurzer “Abstecher” zu einem etwas abseits des Weges gelegenen kleinen Krater. Bei seiner Fahrt am 23. Oktober, dem Sol 2754 der Mission, überwand Opportunity im Rahmen einer Etappe über weitere rund 60 Meter die Marke von 34 auf der Oberfläche des Mars zurückgelegten Kilometern.

Ungefähr zur gleichen Zeit fassten die Leiter des Mars Exploration Rover-Teams den Entschluss, dass Opportunity den kommenden Marswinter im nördlichen Bereich des Cape York verbringen soll. Der Grund hierfür ist die Energieversorgung des Rovers, welcher ausschließlich durch Solarenergie betrieben wird. Neben der Lichtdurchlässigkeit der Marsatmosphäre ist dabei der Bedeckungsgrad der Solarpaneele mit Staubpartikeln entscheidend für die täglich generierte Menge an Strom. Für den Betrieb seines Bordrechners, der internen Heizung für die wichtigsten elektronischen Bauteile und die tägliche Kommunikation mit der Erde benötigt der Rover pro Tag ein Minimum von etwa 160 Wattstunden Energie. Eine Auswertung des Verlaufs des Staub-Bedeckungsgrades der Solarpaneele und ein Vergleich mit den Werten der vergangenen Jahre hat gezeigt, dass die Solarpaneele gegenwärtig mit mehr Staub bedeckt sind als in den vergleichbaren Zeiträumen der Vorjahre.

Aus diesem Grund wurde bereits vor mehreren Wochen eine sogenannte “Winter Planning Group” ins Leben gerufen, welche sich mit der zukünftig zu erwartenden Energiesituation und den daraus resultierenden Möglichkeiten für den Weiterbetrieb des Rovers während der kommenden Wintermonate auf dem Mars auseinander setzen sollte. Die Planungsgruppe kam zu dem Ergebnis, dass die tägliche Energieausbeute von Opportunity bei einer Beibehaltung des bisherigen Trends bis zur Wintersonnenwende, welche am 12. März 2012 erfolgt, bis auf einen Wert von nur noch etwas über 200 Wattstunden Energie pro Sol abfallen könnte. Aus diesem Grund, so die Empfehlung der Planungsgruppe, soll Opportunity den diesjährigen Mars-Winter an einem nach Norden gerichteten Hang verbringen. Dadurch würden die Solarpaneele automatisch in Richtung auf die Sonne ausgerichtet, was eine höhere tägliche Energieausbeute zur Folge haben würde. Ein solches “Parken” in einem Winterquartier war in den vergangenen Jahren lediglich bei dem weiter südlich operierenden Zwillingsrover von Opportunity, dem Rover Spirit, üblich.
Als Winterquartier, so die Planungsgruppe, bietet sich der nördliche Bereich des Cape York an. Die von der HiRISE-Kamera an Bord des Marsorbiters Mars Reconnaissance Orbiter aufgenommenen Bilder und die daraus entwickelten digitalen Gelände- und Höhenmodelle der Region rund um das Cape York deuten darauf hin, dass sich in diesem Gebiet verschieden Hänge befinden, welche eine Neigung von bis zu 15 Grad in die nördliche Richtung aufweisen. Mit der aus einer solchen Neigung resultierenden Energiegewinnungsrate sollte der Rover auch während der kommenden Monate des Marswinters weiterhin in der Lage sein, seine wissenschaftliche Aktivitäten in Form von weiteren Fotoaufnahmen und spektroskopischen Messungen durchzuführen. Bei einer entsprechend hohen Energierate sind zudem auch kurze Positionswechsel denkbar, welche die Untersuchung verschiedener Oberflächenbereiche ermöglichen würden.

Sollte der Rover aufgrund einer schlechten Energiesituation trotzdem dazu gezwungen sein, die dann aktuelle Position über mehrere Wochen oder gar Monate zu halten, so sind längerfristige Messungen mit dem Moessbauer-Spektrometer denkbar. Dieses Instrument macht sich den sogenannten Mößbauer-Effekt zunutze, um bei der Analyse von Gesteins- und Bodenproben eisenhaltige Mineralien nachzuweisen und dadurch zum Beispiel auch Aussagen über eine zu einem früheren Zeitpunkt erfolgte Interaktion der Oberfläche mit Wasser zu ermöglichen.

Das Instrument sendet dabei mittels einer radioaktiven Quelle, in diesem Fall handelt es sich um Kobalt-57, Gammastrahlen aus, welche auf den zu untersuchenden Oberflächenbereich auftreffen und von diesem reflektiert werden. Die Unterschiede zwischen dem ursprünglich ausgesandten und dem anschließend wieder empfangenen Spektrum geben Auskunft über die genaue Zusammensetzung der eisenhaltigen Mineralien auf der Planetenoberfläche, welche übrigens auch für die rötliche Färbung der Oberfläche des Mars verantwortlich sind.

Das “MIMOS II” genannte Mößbauer-Spektrometer der Rover-Mission wurde unter der Leitung von Dr. Göstar Klingelhöfer am Institut für Anorganische und Analytische Chemie an der Johannes Gutenberg Universität in Mainz entwickelt und gebaut. Allerdings verfügt das dabei verwendete Kobalt-57 nur über eine Halbwertzeit von 271 Tagen, was entsprechende Messungen des Spektroskops nach einer Missionsdauer von über sieben Jahren mittlerweile sehr zeitaufwändig ausfallen lässt. Messungen, welche zu Beginn der Mission einen Zeitraum von nur wenigen Stunden beanspruchten, dauern mittlerweile viele Tage. Für die Gewinnung eines detaillierten Spektrums benötigt Opportunity mittlerweile mehrere Wochen. Von daher sind solche Messungen nur dann sinnvoll, wenn der Rover über einen längeren Zeitraum zur Bewegungslosigkeit gezwungen ist. Zuletzt war dies während der Sonnenkonjunktion im Januar/Februar 2011 der Fall (Raumfahrer.net berichtete).

Eine weitere Alternative für eine längerfristige wissenschaftliche Untersuchung ohne Positionsveränderung wäre eine Radio-Science-Kampagne zur Untersuchung des inneren Aufbaus unseres Nachbarplaneten. Durch eine langfristige Verfolgung und Analyse der Doppler-Signale der von dem Rover ausgesandten Radiowellen ließen sich Rückschlüsse über die innere Struktur des Mars gewinnen. Eine entsprechende Kampagne erscheint allerdings nur dann sinnvoll, wenn sich der Rover für die Dauer von mindestens 300 (Erd)Tagen nicht um auch nur einen Zentimeter von der Stelle bewegt. Weitere Details zu einer entsprechenden Untersuchung finden Sie hier.

Die Einnahme der “Winterquartier”-Position durch Opportunity ist noch vor dem 25. November 2011 vorgesehen, denn an diesem Tag öffnet sich das Startfenster für die nächste Planetenmission der NASA. Der Marsrover Curiosity könnte nach seinem Start (der frühest mögliche Starttermin ist der 25. November 2011, das Startfenster schließt sich am 18. Dezember) unter Umständen für die Dauer von mehreren Wochen den größten Teil der ursprünglich für Opportunity reservierten Kommunikationszeit des Deep Space Network der NASA belegen. Diese Phase einer eventuellen zwangsweise verringerten Kommunikation mit Opportunity könnte sich laut Scott Maxwell, dem Leiter des für die Steuerung von Opportunity verantwortlichen Marsroverdriver-Teams – einen Start von Curiosity am Ende des gegebenen Zeitfensters vorausgesetzt – bis in den Januar 2012 erstrecken.

Im Januar könnte sich die Energiesituation des Rovers allerdings bereits so weit verschlechtert haben, dass längere Fahrten nicht mehr möglich sind beziehungsweise das Roverdriver-Team nicht mehr genügend Zeit hätte, um auf unerwartete Ereignisse wie zum Beispiel einem Festfahren des Rovers in eventuell vorhandenen Sandfallen zu reagieren. Mit einem vorzeitigen Erreichen des Winterquartiers steht dem Team zudem auch genügend Zeit zur Verfügung, um die dortige Landschaft näher zu erkunden und Standorte und Forschungsziele auszuwählen, welche dann ab dem Januar 2012 nach dem Ende der “heißen” Kommunikationsphase mit Curiosity gezielt angesteuert werden könnten.

Aus diesem Grund führten die Fahrten von Opportunity auch in den letzten Wochen weiterhin in die nördliche Richtung. Neben der Suche nach einer optimalen Parkposition für die kommenden Monate galt die Suche einem Untergrund, welcher aus geochemischer Sicht interessant genug erscheint, um langfristige Messungen mit dem Moessbauer-Spektrometer zu rechtfertigen. Besonders interessant erscheinen dabei die feinen, schmalen Risse im Untergrund, welche an Venen erinnern und die der Rover bereits vor mehreren Wochen unmittelbar nach dem Erreichen des Odyssey-Kraters am Südrand des Cape York beobachten konnte. Hierbei handelt es sich anscheinend um Frakturen im marsianischen Grundgestein, welche laut einer ersten Einschätzung von bisher noch nicht näher bestimmten Materialien ausgefüllt wurden.

Und tatsächlich stieß Opportunity in den vergangenen Tagen auch im nordwestlichen Bereich des Cape York auf solche “Venen”. Diese wurden erstmals auf den Bildern identifiziert, welche der Rover nach seiner Fahrt am 29. Oktober, dem Sol 2760 der Mission, aufnahm. Die noch fehlenden 3,7 Meter bis zu der als “Homestake” bezeichneten Oberflächenformation konnten am 1. November erfolgreich überbrückt werden. Bereits am darauf folgenden Tag wurde zuerst das Mikroskop direkt über der “Vene” platziert, um detaillierte Bilder zu erhalten. Anschließend erfolgte eine mehrstündige Messung des APXS-Spektrometers, um deren mineralogische Zusammensetzung zu bestimmen. Die folgenden Tage wurden durch weitere Messungen und Bildaufnahmen bestimmt, wobei auch die unmittelbare Umgebung von Homestake das Ziel einer umfassenden Untersuchung durch die verschiedenen Instrumente darstellte.

Allerdings befindet sich im Bereich von Homestake keine Hanglage, welche eine optimale Positionierung des Rovers zur Sonne ermöglicht. Deshalb entschlossen sich die Leiter der Mission, die Fahrt über das Cape York nach dem Abschluss der Untersuchungen fortzusetzen. Unmittelbar vor dem Verlassen des Gebietes vollführte Opportunity am 12. November noch eine “Drehung” auf Homestake. Dieses Pirouetten-Manöver hatte zur Folge, dass der dortige Oberflächenbereich durch die Räder des Rovers umgepflügt wurde. Die danach erkennbaren Veränderungen erlaubten den Wissenschaftlern weitere Einblicke in die Zusammensetzung und Beschaffenheit der Oberfläche.

Anschließend wurde die Fahrt in die nordöstliche Richtung fortgesetzt, wobei Opportunity mittlerweile im Rahmen von drei Etappen weitere rund 120 Meter überwinden konnte. Eine weitere Fahrt, welche am heutigen Sol 2778 erfolgte, führte über eine Distanz von etwa 12 Metern in die südliche Richtung. Der Rover befindet sich jetzt im nördlichen Bereich des Cape York und ist nur noch wenige Meter von der vorgesehenen Winterquartier-Position entfernt.

Einen Überblick über die Entwicklung der Energiewerte von Opportunity während der letzten Wochen gibt die folgende Auflistung. Der Tau-Wert steht dabei für die Durchsetzung der Marsatmosphäre mit Staub und Wassereiskristallen. 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.

• 31.08.2011: 0,352 kWh/Tag , Tau-Wert 1,070 , Lichtdurchlässigkeit 54,00 Prozent
• 07.09.2011: 0,336 kWh/Tag , Tau-Wert 1,000 , Lichtdurchlässigkeit 53,10 Prozent
• 14.09.2011: 0,334 kWh/Tag , Tau-Wert 0,887 , Lichtdurchlässigkeit 52,00 Prozent
• 20.09.2011: 0,321 kWh/Tag , Tau-Wert 0,895 , Lichtdurchlässigkeit 51,10 Prozent
• 27.09.2011: 0,313 kWh/Tag , Tau-Wert 0,882 , Lichtdurchlässigkeit 51,40 Prozent
• 06.10.2011: 0,320 kWh/Tag , Tau-Wert 0,840 , Lichtdurchlässigkeit 51,30 Prozent
• 13.10.2011: 0,316 kWh/Tag , Tau-Wert 0,791 , Lichtdurchlässigkeit 49,80 Prozent
• 19.10.2011: 0,312 kWh/Tag , Tau-Wert 0,764 , Lichtdurchlässigkeit 49,10 Prozent
• 25.10.2011: 0,297 kWh/Tag , Tau-Wert 0,913 , Lichtdurchlässigkeit 51,00 Prozent
• 01.11.2011: 0,304 kWh/Tag , Tau-Wert 0,752 , Lichtdurchlässigkeit 49,40 Prozent
• 08.11.2011: 0,295 kWh/Tag , Tau-Wert 0,774 , Lichtdurchlässigkeit 48,90 Prozent

An dieser Stelle noch der bisher letzte Mars-Wetterbericht für den Zeitraum vom 31. Oktober bis zum 13. November 2011, erstellt von Malin Space Science Systems (MSSS). Die Firma MSSS ist für den Betrieb der Kameras HiRISE, CTX und MARCI an Bord des Marsorbiters Mars Reconnaissance Orbiter verantwortlich. Die MARCI-Kamera fertigt dabei tägliche globale Aufnahmen des Mars an, mit denen sich Wetterkarten erstellen lassen. Diese Karten erlauben Rückschlüsse über die gegenwärtigen Staubaktivitäten und Wolkenbildungen in der Marsatmosphäre. Über einen längeren Zeitraum gewinnen die Wissenschaftler dadurch einen Einblick in die Dynamik des Wettergeschehens auf unserem Nachbarplaneten. Die so gewonnenen Wetterdaten verfügen zwar nicht über die Qualität der aus den Tagesnachrichten bekannten irdischen Wetterberichte, für die Planung der zukünftigen Aktivitäten eines Marsrovers sind sie jedoch trotzdem sehr hilfreich.

Das Wetter auf dem Mars zeigte in den vergangenen Wochen die für die gegenwärtige Jahreszeit typischen Eigenschaften. Mehrere kleine und lokal begrenzte Staubstürme wurden zu Beginn des Monats über dem Terra Sirenum und über dem Terra Cimmeria beobachtet (beide Regionen befinden sich auf der südlichen Planetenhemisphäre). Gleichzeitig wurden etwas größer ausfallende Sturmgebiete am Rand der nördlichen Polarkappe registriert. Erwähnenswert sind dabei drei Sturmgebiete im Bereich des Acidalia Planitia (am 3. November 2011) sowie über den Regionen Utopia Planitia und Arcadia Planitia (beide am 5. November 2011). Speziell die beiden Sturmgebiete am 5. November dehnten sich bis über den Rand der Polarkappe nach Norden hin aus.

Auch die vergangene Woche zeigte eine erhöhte Staubaktivität innerhalb der Marsatmosphäre. Dies zeigte sich anhand mehrerer größerer Sturmgebiete, welche speziell über dem Acidalia Planitia, dem Tempe Terra und dem Arcadia Planitia auftraten. Lokal begrenzte Staubstürme traten dagegen besonders über dem Aonia Terra und im Bereich des nördlich davon gelegenen Claritas Fossae auf.

Wolken aus Wassereiskristallen wurden speziell über den größeren Vulkanen im Bereich der Regionen Tharsis und Elysium beobachtet. Weitere allerdings recht dünn ausfallende Wolkengebiete wurden zudem am Rand der nördlichen Polarkappe und im Bereich des Marsäquators registriert. Hierbei war dann auch das Meridiani Planum, das Operationsgebiet von Opportunity, unmittelbar betroffen.

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