Opportunity: Die Bodenuntersuchungen haben begonnen

Nach dem Erreichen des Endeavour-Kraters war der Marsrover Opportunity während der letzten Wochen damit beschäftigt, in dessen Randbereich geologische und geochemische Analysen durchzuführen. Hierzu wurden jetzt von der NASA erste Ergebnisse veröffentlicht.

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 Entdeckung und Untersuchung mehrerer Meteoriten und 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.

Als erstes Untersuchungsgebiet wählten die an der Mission beteiligten Geologen ein Areal an der Südseite des dort gelegenen Odyssey-Kraters aus. Dieser lediglich etwa 17 x 21 Meter durchmessende Impaktkrater befindet sich direkt auf der Südspitze des Cape York. In seiner Umgebung sind eine Vielzahl von Gesteinsbrocken abgelagert, die bei dem Einschlag, welcher zur Entstehung dieses Kraters führte, aus dem Untergrund herausgerissen wurden.

Am 11. und am 13. August führte der Rover zwei Fahrten aus, bei denen er sich dem Südrand des Odyssey-Kraters um 14,88 beziehungsweise 17,86 weitere Meter annäherte. Eine dritte Annäherungsetappe wurde am 16. August durch die Sicherheitsautomatik des Rovers nach nur 49 gefahrenen Zentimetern automatisch abgebrochen. Dieser vorzeitige Fahrtabbruch stellte für die „Roverdriver“ des JPL, welche für die Steuerung von Opportunity verantwortlich sind, allerdings keine allzu große Überraschung dar. Aufgrund des unbekannten Geländes und der großen Präzision, mit der sich der Rover ab jetzt bewegen musste, hatten diese die Sicherheitsparameter, welche unter anderem die Toleranzen für einen Schlupf der Räder oder eine seitliche Abdrift des Rovers kontrollieren, im Vorfeld der Fahrt bewusst konservativ eingestellt. Der Fahrtabbruch wurde in diesem Fall dadurch ausgelöst, dass die verschiedenen Kamerasysteme des Rovers nicht genügend Daten für die exakte visuelle Positionsbestimmung, die sogenannte visuelle Odometrie, liefern konnten.

Die Fahrt des Rovers wurde am 19. August fortgesetzt und endete diesmal nach weiteren vier Metern der Annäherung an das angepeilte Ziel, welches in den folgenden Tagen ausführlich mit den verschiedenen Instrumenten des Rovers untersucht werden sollte. Hierfür hatte das wissenschaftliche Team der Opportunity-Mission mittlerweile einen knapp 30 Zentimeter hohen und rund 1,5 Meter breiten Felsen ausgewählt. Tisdale-2, so dessen vorläufiger Name, zeichnet sich durch eine augenfällige helle Schicht an seiner Oberseite aus, welche das Interesse der Geologen geweckt hatte. Zudem schien es sich hierbei um einen Felsblock zu handeln, welcher bei dem Impakt aus dem Untergrund herausgelöst wurde. Seine Analyse könnte also einen Einblick in den ansonsten im Verborgenen liegenden Marsuntergrund liefern.
Die Annäherung an Tisdale-2 wurde zwei Tage später fortgesetzt. Zu diesem Zweck vollführte der Rover zuerst eine Drehung um 180 Grad. Durch dieses Manöver wendete Opportunity, welcher sich bisher in einer „Rückwärtsbewegung“ fortbewegt hatte, dem Felsen jetzt seine Vorderseite mit dem dort befindlichen Instrumentenarm zu. Im Anschluss an die Drehung erfolgte eine weitere Annäherung um zwei Meter. Nach der Beendigung dieser Fahrt befand sich Tisdale-2 endlich in der Reichweite des „Instrument Deployment Device“ (IDD), so die offizielle Bezeichnung für den Instrumentenarm, an dem vier Geräte zur „In Situ“-Erforschung der Marsoberfläche befestigt sind.
Hierbei handelt es sich um das Rock Abrasion Tool (RAT), einem Gesteinsbohrer mit einer integrierten Bürste zur Reinigung von zu untersuchenden Gesteinen, einem Mikroskop (MI) für detaillierte Abbildungen der zu untersuchenden Objekte und um zwei Spektrometer. Das APXS-Spektrometer wurde am Max-Planck-Institut für Chemie entwickelt. Das zweite Instrument, das Moessbauer-Spektrometer ist dagegen eine Entwicklung der Johannes Gutenberg Universität in Mainz.

Die direkte Untersuchung von Tisdale-2 begann schließlich am 22. August. Um ein möglichst aussagekräftiges Profil über die vertikale chemische Zusammensetzung von Tisdale-2 zu erstellen, analysierte der Rover zwischen dem 22. und dem 24. August 2011 – dies entspricht den Sols 2694 bis 2696 der Mission – zunächst drei verschiedene Bereiche an dessen Vorderseite. Die erste Messung erfolge im oberen Bereich, die zweite in der Mitte und die dritte Messung im unteren Bereich des Felsens.

Dazu wurde vor jeder Untersuchung zuerst das Moessbauer-Spektrometer auf dem jeweiligen zu untersuchenden Bereich abgesetzt. Durch dieses Präzisionsmanöver sollte bestätigt werden, dass die Roverdriver die Entfernung des Instrumentenarmes zu ihrem Ziel korrekt berechnet hatten und die Instrumente punktgenau auf der sehr unebenen Gesteinsoberfläche eingesetzt werden konnten. Erst nach der erfolgten Bestätigung wurde das Mikroskop des Rovers auf das jeweilige Ziel ausgerichtet. Dieses fertigte anschließend von diesen Bereichen der Felsoberfläche jeweils eine Vielzahl von Aufnahmen an. Während der anschließenden Nächte wurden in diesen Bereichen zusätzlich jeweils mehrstündige Messungen mit dem APXS-Spektrometer durchgeführt. Aus den so gewonnenen Daten können die beteiligten Wissenschaftler die chemische Zusammensetzung von Tisdale-2 ableiten.

Nach der Erstellung des vertikalen Profils näherte sich Opportunity dem Felsen am 26. August nochmals um weitere 15 Zentimeter. Durch dieses Manöver gelangte jetzt auch die Oberseite von Tisdale-2 in die Reichweite des IDD. Diese wurde ab dem 28. August, dem Sol 2699 der Mission, ebenfalls mit dem Mikroskop und dem APXS-Spektrometer untersucht. Auch bei diesen Messungen wurden verschiedene Bereiche der Felsoberfläche abgetastet.

Am 1. September 2011 wurden im Rahmen einer von der NASA veranstalteten Telekonferenz erste Ergebnisse der bisherigen Untersuchungen bekannt gegeben.

Opportunity, so die an der Mission beteiligten Wissenschaftler, hat mit der Ankunft im Randbereich des Endeavour-Kraters ein Gebiet erreicht, welches sich aus geologischer Sicht vollkommen von den zuvor befahrenen und untersuchten Regionen unterscheidet. Der Rover hat während der Annäherung an das Cape York eine Grenzelinie in der Zusammensetzung des Sedimentgesteins überschritten und hat jetzt Zugriff auf tiefer liegende Gesteinsschichten, welche über ein deutlich höheres Alter verfügen als die zuvor untersuchten Oberflächenformationen. Diese Formationen entstammen teilweise dem Noachischem Zeitalter, welches vor etwa 3,8 bis 3,5 Milliarden Jahren vorherrschte. Im Gegensatz zu den bisher üblichen Gesteinsschichten aus Sandstein erreicht Opportunity somit jetzt Gesteinsformationen, welche aus der Frühzeit des Mars stammen. „Dies ist für uns eine brandneue Mission mit einem brandneuen Landeplatz“, so Steve Squyres von der Cornell University, der Principal Investigator der Mars Exploration Rover-Mission.
Bereits beim Durchfahren der dem Cape York vorgelagerten Bottany Bay zeigte sich, dass die dort befindlichen Felsen offensichtlich durch eine über Milliarden von Jahren anhaltende Winderosion verändert wurden. Auf der Oberfläche der Bottany Bay sind zudem an mehreren Stellen feine Adern erkennbar, welche sich aus einem hellen Material zusammensetzten. Möglicherweise, so ein erster Erklärungsversuch, handelt es sich hierbei um Minerale, welche durch Wasser aus der Planetenoberfläche ausgewaschen wurden. Für genauere Aussagen fehlen allerdings entsprechende Messwerte, da sich die an der Mission beteiligte Wissenschaftler dazu entschlossen hatten, zuerst die Gesteine in der Umgebung des Odyssey-Kraters zu analysieren.

Die ersten Auswertungen der bisher gewonnenen Daten von Tisdale-2 haben ergeben, dass es sich bei dieser Struktur um eine typische Impaktbrekzie handelt. Der Felsen ist somit ein Produkt des Meteoriteneinschlages, welcher zur Entstehung des Odyssey-Kraters führte. Bei dem Impakt wurden ältere auf der Marsoberfläche abgelagerte Gesteine zertrümmert und durch die dabei auftretenden hohen Drücke verdichtet und zu Tisdale-2 verschmolzen. Tisdale-2 ist die erste Impaktbrekzie, welche auf dem Mars durch den Rover Opportunity untersucht werden konnte.

Zudem verfügt Tisdale-2, so die ersten Analysen der APXS-Daten, über eine Zusammensetzung, welche in dieser Form noch nie zuvor auf dem Mars nachgewiesen werden konnte. Er besitzt eine Zusammensetzung, welche mit verschiedenen vulkanischen Gesteinen vergleichbar ist. Die nachgewiesenen Anteile von Kieselerde, Aluminium und Chlor sind typisch. Besonders auffällig ist jedoch der ungewöhnlich hohe Anteil von Zink und Brom. Speziell der nachgewiesene Zink-Anteil fällt deutlich höher aus als bei allen zuvor durch die Rover Spirit und Opportunity untersuchten Gesteinen. Auf der Erde sind Gesteine mit einer solchen hohen Zink-Konzentration Hinweise auf eine in der Vergangenheit in der Region erfolgten hydrothermale Aktivität.

„Dies könnte ein Hinweis darauf sein, dass wir es auch hier mit einem ehemaligen hydrothermalen System zu tun haben“, so Steve Squyres. Erste Vermutungen gehen in die Richtung, dass die hydrothermale Aktivität vor mehreren Jahrmilliarden durch die Entstehung des Endeavour-Kraters ausgelöst wurde. Im Gegensatz zu anderen Regionen auf dem Mars, welche Anzeichen für eine ehemalige hydrothermale Aktivität aufweisen, war das im Bereich des Endeavour-Kraters aufgetretenen Wasser aber sehr wahrscheinlich pH-neutral.

Dies deckt sich mit den vorherigen Messergebissen des CRISM-Spektrometers an Bord des Marsorbiters Mars Reconnaissance Orbiter (MRO). Die bisherigen Analysen der von diesem Instrument gewonnenen Daten deuten eindeutig darauf hin, dass sich in der Umgebung des Cape York an verschiedenen Stellen Schichtsilikate und Tonminerale abgelagert haben. Dies weist auf eine früher erfolgte Interaktion der dortigen Oberfläche mit Wasser hin.

Im zentralen Bereich des Cape York konnte das CRISM-Spektrometer eine hohe Konzentration von Smektiten – hierbei handelt es sich um Schichtsilikate, welche eine bestimmte Gruppe der Tonminerale bilden – registrieren. Speziell das Vorhandensein dieser Smektite ist ein Indiz dafür, dass sich in diesem Bereich der Marsoberfläche einstmals pH-neutrales Wasser befunden haben muss – und dies über einen in geologischen Zusammenhängen betrachtet längeren Zeitraum.

Opportunity beendete die Untersuchungen von Tisdale-2 am 31. August. Am darauffolgenden Tag verließ der Rover sein bisheriges Forschungsziel und bewegte sich zunächst knapp 20 Meter in die östliche Richtung. Die nächste Fahrt ist noch für dieses Wochenende vorgesehen. Dabei soll sich der Rover um weitere 20 bis 25 Meter in die nordöstliche Richtung bewegen und einen Bereich mit offen zutage liegenden Grundgestein erreichen. Bei dessen Analyse soll Opportunity nach weiteren Zink-Konzentrationen suchen. Sollten diese tatsächlich nachgewiesen werden, so wäre dies ein weiteres Indiz für eine einstmals „feuchte Vergangenheit“ des Mars.

Ein kleiner Wermutstropfen ist die gegenwärtig auf dem Mars vorherrschende Wettersituation. Aufgrund mehrerer während der letzten Wochen auf dem Mars aktiven lokalen und regionalen Staubstürmen ist die Atmosphäre des Mars gegenwärtig sehr stark mit Staub durchtränkt. Dies hatte unter anderem zur Folge, dass die in den letzten Wochen von Opportunity angefertigten Fotoaufnahmen der weiteren Umgebung relativ unscharf ausgefallen sind.

Die Staubaktivitäten in der Marsatmosphären hatten in den letzten Tagen wieder zugenommen. Vor zwei Wochen wurden dabei lokale Sturmgebiete über dem südlichen Noachis Terra und unmittelbar südlich des Hellas Planitia beobachtet, welche sich zu einem regionalen Sandsturm entwickelten, der sich anschließend über die nahezu gesamten südlichen Hemisphäre des Mars ausbreitete. Das Zentrum dieses Sturmgebietes befand sich über dem Noachis Terra und bewegte sich dann auf das westlich gelegene Aonia Terra zu. Ausläufer des Sturm dehnten sich dabei bis in das Terra Sirenum und das Terra Cimmeria aus. Zeitweilig wurde durch den Staub auch die südliche Polarkappe des Mars verdeckt.

Ab dem 22. August bewegte sich ein größeres Sturmgebiet über dem Chryse Planitia. Kleinere Stürme wurden in der vergangenen Woche zudem über dem Utopia Planitia und dem Elysium Planitia registriert. Wolken aus Wassereiskristallen wurden über dem Tempe Terra und dem Acidalia Planitia sowie im Bereich des Vulkans Arsia Mons in der Tharsis-Region beobachtet, von wo aus sie sich über die nördlichen mittleren Breiten des Mars ausdehnten. Der Himmel über dem Meridiani Planum, dem Operationsgebiet von Opportunity, war von dieser Entwicklung der letzten Wochen allerdings kaum betroffen. Er erschien lediglich leicht getrübt.

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.

• 27.07.2011: 0,413 kWh/Tag , Tau-Wert 1,01 , Lichtdurchlässigkeit 58,70 Prozent
• 03.08.2011: 0,385 kWh/Tag , Tau-Wert 1,03 , Lichtdurchlässigkeit 53,70 Prozent
• 09.08.2011: 0,374 kWh/Tag , Tau-Wert 1,12 , Lichtdurchlässigkeit 54,20 Prozent
• 17.08.2011: 0,399 kWh/Tag , Tau-Wert 1,03 , Lichtdurchlässigkeit 56,90 Prozent
• 23.08.2011: 0,366 kWh/Tag , Tau-Wert 1,07 , Lichtdurchlässigkeit 54,60 Prozent
• 31.08.2011: 0,352 kWh/Tag , Tau-Wert 1,07 , Lichtdurchlässigkeit 54,00 Prozent

Laut John Callas, dem für die Mars Exploration Rover-Mission zuständigen Projektmanager des JPL, wird die Energiesituation während des kommenden Marswinters sehr wahrscheinlich keine Beeinträchtigung darstellen. Die zur Verfügung stehende Energie sollte auch in der Zukunft ausreichen, um die Fortsetzung der geplanten Analysen zu ermöglichen. Für diese Einschätzung greifen die Ingenieure des JPL auf die Erfahrungen der letzten Jahre zurück. Trotzdem muss aufgrund des fortgeschrittenen Alters des Rovers jederzeit damit gerechnet werden, dass entscheidende technische Bauteile von Opportunity dauerhaft ausfallen und die Mission somit beendet werden muss. „Wir betrachten jeden weiteren Tag der Forschung als ein zuvor nicht zu erwartendes Geschenk für die Fortsetzung dieser Mission“, so Dave Lavery vom NASA-Hauptquartier.

Sollte Opportunity jedoch auch weiterhin einsatzfähig bleiben – und abgesehen von verschiedenen Alterserscheinungen deutet gegenwärtig eigentlich nichts auf das Gegenteil hin – so könnte der Rover noch viele weitere Jahre mit der Erforschung des Endeavour-Kraters verbringen. Nach dem Abschluss der noch mehrere Monate andauernden Untersuchungen am Cape York soll sich Opportunity dabei in die südliche Richtung bewegen und das in mehreren Kilometern Entfernung gelegene Cape Tribulation ansteuern. Hier würde eine neue Herausforderung auf den Rover warten. Bei der Ersteigung des Cape Tribulation müsste Opportunity zuerst einen Höhenunterschied von rund 80 Metern überbrücken und anschließend ein Gefälle von bis zu 25 Grad überwinden. Erst danach würden sich die im Bereich des Cape Tribulation befindlichen Smektit-Konzentrationen in der Reichweite des Rovers befinden.

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