Opportunity: Die Marathondistanz ist fast geschafft

Der seit mittlerweile mehr als elf Jahren auf der Marsoberfläche aktive Rover Opportunity befindet sich gegenwärtig in der unmittelbaren Nähe zu einem mit dem passenden Namen Marathon Valley belegten Tal, wo in den kommenden Wochen eingehende Untersuchungen erfolgen sollen. Mit dem Erreichen dieses Tals wird der Rover bereits in wenigen Tagen zudem auch eine Strecke von 42.195 Metern – dies entspricht der Länge eines olympischen Marathonlaufs – auf der Marsoberfläche zurückgelegt haben.

Ein Beitrag von Ralph-Mirko Richter. Quelle: JPL, Malin Space Science Systems, The Planetary Society, UMSF-Forum.

Auf seinem Weg über das Meridiani Planum erreichte der von der US-amerikanischen Weltraumbehörde NASA betriebene Marsrover Opportunity bereits am 9. August 2011 den Rand des etwa 22 Kilometer durchmessenden und bis zu 300 Meter tiefen Endeavour-Kraters. Seitdem ist der Rover damit beschäftigt, am westlichen Rand dieses rund 3,8 Milliarden Jahre alten Impaktkraters diverse Gesteinsformationen zu untersuchen. Durch die Ermittlung der chemischen und mineralogischen Zusammensetzung dieser Gesteine ergeben sich für die an dieser Mission beteiligten Wissenschaftler neue Einblicke in die Entstehungs- und Entwicklungsgeschichte dieser Region unseres Nachbarplaneten.

Seit Mitte August 2014 bewegt sich Opportunity am Rand einer mit dem Namen „Cape Tribulation“ belegten Geländeformation, welche einen mehrere Kilometer langen Teilbereich des stark erodierten Randes des Endeavour-Kraters bildet. Am 7. Januar 2015, dem Sol 3894 der Mission, erreichte der Rover schließlich den Gipfel des Cape Tribulation (Raumfahrer.net berichtete) und verbrachte die nächsten Tage damit, aus dieser erhöhten Position heraus diverse Aufnahmen der Umgebung anzufertigen. Ab dem 15. Januar setzte Opportunity seine Fahrt schließlich in die südliche Richtung fort. Bei dem dabei angepeilten ‚Fern-Ziel‘ handelte es sich um ein in rund 500 Metern Entfernung gelegenes und mit dem Namen „Marathon Valley“ belegtes Tal, welches sich ebenfalls im Bereich des Cape Tribulation befindet.

Diese Strecke wurde letztendlich im Rahmen von 13 Etappen zurückgelegt. An den Endpunkten der einzelnen Fahrten wurden jeweils mehrtägige Stopps für die Anfertigung von weiteren Aufnahmen der Planetenoberfläche und für die Untersuchung einzelner Boden- und Gesteinsformationen eingelegt. Auf dem Weg zu diesem Tal überschritt der Rover am 8. Februar, dem Sol 3926 der Mission, im Rahmen einer Fahrt über 31,2 Meter auch die Marke von insgesamt 42 auf der Marsoberfläche zurückgelegten Kilometern. Am 14. März wurde schließlich mit der Gesteinsformation „Jean Baptiste Charbonneau“ ein Bereich erreicht, welcher sich unmittelbar am nordwestlichen Rand des Marathon Valley befindet.

Die folgenden drei Tage wurden mit eingehenden Analysen dieser Formation sowie mit der Anfertigung weiterer Panoramaaufnahmen verbracht. Erste Auswertungen der dabei gewonnenen Daten zeigen, dass die hier untersuchten Gesteine einen ungewöhnlich hohen Anteil an Aluminium aufweisen, während Magnesium und Eisen in lediglich eher geringeren Mengen vertreten sind. Anschließend steuerte Opportunity ein weiteres, etwa 30 Meter südlich gelegenes Ziel namens „Sergeant Charles Floyd“ an, welches zwischen dem 3. und dem 9. März ebenfalls intensiv mit den verschiedenen Kamerasystemen sowie einem Alphapartikel-Röntgenspektrometer (kurz „APXS“) untersucht wurde.

Das APXS verfügt an seinem Kopfende über ein Ringstück, welches eine Isotopenquelle – es handelt sich hierbei um das radioaktiv strahlende Isotop Curium-244 – beinhaltet. Bei den Messungen wird dieses Kopfstück unmittelbar über dem zu untersuchenden Objekt platziert. Die Isotopenquelle sendet bei der anschließenden Messung eine Alphastrahlung in Form von Heliumkernen aus, welche aus zwei Protonen und zwei Neutronen bestehen. Sobald die Heliumkerne in dem zu untersuchenden Objekt auf andere Atomkerne treffen, werden diese dabei abhängig von der Atommasse der getroffenen Atome auf eine charakteristische Art und Weise gestreut und abgelenkt.

Misst man dabei den Winkel der erfolgten Ablenkung und die dabei auftretende Energie, so erhält man genaue Daten über die Masse der für die Ablenkung verantwortlichen Atomkerne und kann so auch die dafür verantwortlichen Elemente bestimmen. Aus der sich so ergebenden Zusammensetzung der verschiedenen Elemente kann wiederum auf das zugrunde liegende Mineral und daraus auf die chemische und mineralogische Zusammensetzung der untersuchten Bodenformation geschlossen werden. Mit dieser Methode lassen sich speziell leichte Elemente wie Natrium, Magnesium und Schwefel identifizieren und ihre Mengenanteile in der untersuchten Gesteinsprobe bestimmen. Das APX-Spektrometer von Opportunity wurden am Max-Planck-Institut für Chemie in Mainz entwickelt.

Anschließende Analysen hatten bis zum 16. März einen unmittelbar benachbarten Felsen namens „Sergeant Nathaniel Pryor“ zum Ziel bevor sich der Marsrover am 17. März im Rahmen einer weiteren Fahrt um 28 Meter in die westliche Richtung und somit vom Marathon Valley weg bewegte. Hier befindet sich in einer Entfernung von nur wenigen Metern von der mit dieser Fahrt erreichten Position ein etwa 50 Meter langes und flaches Tal, welches zunächst fotografisch dokumentiert werden sollte, bevor Opportunity in den nächsten Tagen den am westlichen Ende des Marathon Valley gelegenen und etwa 30 Meter durchmessenden Krater „Spirit of St. Louis“ erkunden wird.

Um diesen Krater zu erreichen erfolgte am heutigen Tag, dem Sol 3966 der Mission, eine weitere Fahrt über diesmal 54 Meter in die südliche Richtung. Derartige Impaktkrater, so Ray Arvidson von der Washington University in St. Louis/USA – der stellvertretende wissenschaftliche Leiter der Opportunity-Mission – sind natürliche Zugänge in den Untergrund und ermöglichen einen Einblick in die Zusammensetzung der obersten Schichten der Planetenoberfläche.
Im Anschluss an die Untersuchungen im Bereich dieses alten und somit bereits stark erodierten Kraters soll dann die intensive Erkundung des Marathon Valley beginnen. Hierbei handelt es sich um ein zwar ebenfalls eher flaches, dafür aber auch sehr breites Tal, in dessen Inneren in den vergangenen Jahren durch das CRISM-Spektrometer des Mars Reconnaissance Orbiter (kurz MRO) der NASA erhöhte Konzentrationen von verschiedenen Tonmineralen und Schichtsilikaten registriert wurden, welche sich dort anscheinend auf engen Raum konzentrieren.

Durch die eingehende Untersuchung dieser Minerale, welche sich nur unter dem langfristigen Einfluss von Wasser mit einem nahezu neutralen pH-Wert gebildet haben können, und der Erforschung der allgemeinen geologischen Bedingungen in dieser Region erhoffen sich die an der Opportunity-Mission beteiligten Wissenschaftler weitere Erkenntnisse über die Vorgänge, welche einstmals zu der Bildung dieser Tonminerale führten und über die Umweltbedingungen, die dabei vor Jahrmilliarden in diesem Bereich der Marsoberfläche vorherrschten.
Außerdem sind auf den Aufnahmen der ebenfalls an Bord des MRO befindlichen HiRISE-Kamera an den Innenwänden dieses Tals verschiedene Gesteinsschichten erkennbar. Wie bei einer extrem verkleinerten Version der Steilwände des Grand Canyon im US-Bundesstaat Arizona ergibt sich hier für die Marsforscher eventuell auf kleinstem Raum ein Einblick in die frühe klimatologische und geologische Geschichte dieser Region der Marsoberfläche.

Der Flash-Speicher
In den vergangenen Monaten traten mehrfach Probleme mit dem Flash-Speicher des Bordcomputers von Opportunity auf. Diese Probleme waren letztendlich so gravierend, dass der Rover seit dem Dezember 2014 auf diesen nichtflüchtigen Speicher verzichten musste (Raumfahrer.net berichtete). Allerdings gehen die für die technische Durchführung der Mission zuständigen Mitarbeiter des Jet Propulsion Laboratory (JPL) der NASA in Pasadena/Kalifornien davon aus, dass der Flash-Speicher in Kürze wieder genutzt werden kann, denn offenbar – so zeigten entsprechende Analysen bereits im Oktober 2014 – sind die aufgetretenen Probleme auf eine einzige der insgesamt sieben Speicherbänke des Flash-Speichers zurückzuführen, welche für die zwischenzeitliche Ablage von Daten genutzt werden.

Mit einem speziellen Software-Update soll diese anscheinend durch eine altersbedingte Abnutzung fehlerhafte Speicherbank Nummer 7 des Flashspeichers vom Rest des Speichers isoliert und anschließend dauerhaft nicht mehr genutzt werden. Die sich dadurch hoffentlich wieder ergebende Stabilität des Flash-Speichers würde die damit verbundene Reduzierung der Gesamtkapazität des Speichers um rund 14 Prozent auf dann nur noch 192 Megabyte mehr als nur ausgleichen. Während der letzten drei Monate wurde die speziell hierfür entwickelte Softwareversion R9.4 ausführlichen Tests unterzogen und sollte eigentlich bereit am 20. Februar zu Opportunity überspielt werden. Schlechtes Wetter sowie ein technisches Problem bei der hierfür vorgesehenen DSN-Anlage bei Canberra/Australien und die damit verbundenen Kommunikationsengpässe haben dies jedoch zunächst verhindert.

Die Übertragung erfolgte somit erst am 24. Februar. Am folgenden Tag wurde der Rover zunächst neu gebootet und anschließend einem ersten Funktionstest unterzogen. Dabei zeigte sich, dass die neu überspielte Software-Version anscheinend fehlerfrei läuft. Die Tests wurden in den folgenden Wochen – parallel zum ’normalen‘ Betrieb des Rovers – fortgesetzt. Sofern dabei nicht doch noch bisher unentdeckte Schwachstellen erkannt werden ist beabsichtigt, in den nächsten Tagen eine Neuformatierung des Flashspeichers durchzuführen, womit die Isolation der Speicherbank 7 abgeschlossen werden soll.

Wetter und Energiesituation
Neben dem allgemeinen technischen Zustand des Rovers – und dieser kann trotz einiger weiterer altersbedingter Abnutzungserscheinungen immer noch als gut bezeichnet werden – muss bei der Opportunity-Mission jedoch auch immer ein Blick auf die aktuelle Energiesituation geworfen werden. Im Gegensatz zu dem zweiten derzeit aktiven Marsrover der NASA, dem durch einen Radioisotopengenerator mit Strom versorgten Rover Curiosity, ist der mit Solarpaneelen ausgestattete Rover Opportunity bezüglich seiner Energieversorgung ausschließlich auf das Sonnenlicht angewiesen.

Für den Betrieb des Bordrechners, der internen Heizung für die wichtigsten elektronischen Bauteile und die tägliche Kommunikation mit der Erde benötigt Opportunity pro Marstag ein Minimum von etwa 160 Wattstunden Energie. Zusätzlich zur Verfügung stehende Energie kann für wissenschaftliche Arbeiten oder für die Durchführung von Fahrten genutzt werden. Hier ein Überblick über die Entwicklung der Energiewerte von Opportunity während der letzten drei Monate.

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 des Rovers trotz einer bedeckenden Staubschicht erreicht und letztendlich zur Energiegewinnung genutzt werden kann. Bei komplett staubfreien Paneelen würde dieser Wert 100 Prozent betragen. Je niedriger der Tau-Wert und je höher der Faktor für die Lichtdurchlässigkeit ausfällt, desto besser ist dies für den Energiehaushalt des ausschließlich mittels Sonnenenergie betriebenen Rovers.

• 11.03.2015: 0,577 kWh/Tag , Tau-Wert 0,658 , Lichtdurchlässigkeit 72,50 Prozent
• 03.03.2015: 0,545 kWh/Tag , Tau-Wert 0,708 , Lichtdurchlässigkeit 67,40 Prozent
• 26.02.2015: 0,559 kWh/Tag , Tau-Wert 0,734 , Lichtdurchlässigkeit 67,40 Prozent
• 18.02.2015: 0,559 kWh/Tag , Tau-Wert 0,816 , Lichtdurchlässigkeit 69,50 Prozent
• 09.02.2015: 0,479 kWh/Tag , Tau-Wert 0,824 , Lichtdurchlässigkeit 60,60 Prozent
• 03.02.2015: 0,484 kWh/Tag , Tau-Wert 0,949 , Lichtdurchlässigkeit 63,20 Prozent
• 27.01.2015: 0,534 kWh/Tag , Tau-Wert 0,891 , Lichtdurchlässigkeit 63,60 Prozent
• 21.01.2015: 0,440 kWh/Tag , Tau-Wert 1,037 , Lichtdurchlässigkeit 59,60 Prozent
• 13.01.2015: 0,395 kWh/Tag , Tau-Wert 1,056 , Lichtdurchlässigkeit 60,60 Prozent
• 06.01.2015: 0,438 kWh/Tag , Tau-Wert 1,041 , Lichtdurchlässigkeit 63,10 Prozent
• 17.12.2014: 0,494 kWh/Tag , Tau-Wert 1,189 , Lichtdurchlässigkeit 64,60 Prozent

Die Marsoberfläche ist weitflächig von großen Mengen an Staub bedeckt, welcher durch auftretende Stürme regelmäßig in die Atmosphäre befördert wird, sich dort zunächst verteilt und letztendlich wieder auf der Planetenoberfläche ablagert. Dabei bleibt es nicht aus, dass ein Teil dieses Staubes auch die Solarpaneele des Rovers bedeckt. Dieser Effekt einer kontinuierlich zunehmenden „Staubbedeckung“ der Paneele führt dazu, dass der Rover im Laufe der Zeit immer weniger Energie generieren kann.

Bereits seit dem Juli 2014 registrieren die an der Opportunity-Mission beteiligten Wissenschaftler einen durch die Bildung diverser regional begrenzter Staubstürme bedingten stetig erfolgenden Anstieg des Tau-Wertes, welcher sein Maximum erst Ende Oktober erreichte. In den folgenden Monaten haben Anzahl und Stärke der Stürme zwar abgenommen – gleichzeitig haben sich jedoch auch größere Mengen an Staub wieder auf der Marsoberfläche und somit auch auf den Solarpaneelen des Rovers abgelagert.
Teilweise aufgehoben wird dieses Manko allerdings immer wieder durch sogenannte „Dust Cleaning Events“. Die auf dem Mars wehenden Winde „fegen“ dabei von Zeit zu Zeit über die Solarpaneele des Rovers und „reinigen“ diese teilweise von dem zuvor dort abgelagertem Staub. Am 16. Februar 2015, dem Sol 3934 der Mission, hatte Opportunity das erneute Glück, von einer Windböe getroffen zu werden. Dadurch bedingt erhöhte sich die tägliche Energieausbeute des Rovers im Vergleich zur Vorwoche um etwa 12 Prozent. Ein weiteres, diesmal allerdings schwächer ausfallendes Dust Cleaning Event erfolgte Anfang März.

Sollten auf dem Mars in näherer Zukunft keine signifikanten Staubstürme auftreten, so wird der derzeitige Staubbedeckungsgrad und der damit verbundene Energiewert eine Fortsetzung der Aktivitäten des Rovers während der kommenden Monate deutlich begünstigen. Hierfür spricht auch – trotz erneuter Sturmaktivitäten entlang des „Acidalia Storm Track“ – die gegenwärtige Wettersituation auf dem Mars.

Der Acidalia Storm Track hat seinen Ursprung in der Tiefebene Acidalia Planitia auf der nördlichen Marshemisphäre. Diese Region ist eine der typischen ‚Geburtsstätten‘ von Staubstürmen auf unserem Nachbarplaneten. Von dort aus ziehen diese Stürme dann in die südliche Richtung. Sie bewegen sich dabei zuerst über das Chryse Planitia, erreichen anschließend das Xanthe Terra und überqueren dann den östlichen Bereich der am Marsäquator gelegenen Valles Marineris. Von dort aus bewegen sie sich bis zu dem Impaktbecken Aryre Planitia und dem westlich davon gelegenen Aonia Terra auf der südlichen Hemisphäre. Bedingt durch die jahreszeitlich bedingten klimatischen Veränderungen auf dem Mars treten solche dem Acidalia Storm Track folgenden Stürme etwa alle zwei Jahre speziell während der Zeit des auf der südlichen Hemisphäre beginnenden Frühlings auf.

In dem Zeitraum zwischen dem 9. und dem 15. März 2015 registrierte die MARCIE-Kamera – ein weiteres der insgesamt sieben Instrumente an Bord des NASA-Marsorbiters MRO, welches speziell für die Beobachtung des globalen Wetters auf unserem Nachbarplaneten ausgelegt ist – im Bereich der nördlichen Marshemisphäre eine deutlich zunehmende Aktivität von diversen Staubsturmgebieten. Speziell ein größeres Sturmgebiet, welches sich im Grenzbereich der Regionen Acidalia Planitia, Chryse Planitia und Tempe Terra entwickelte, zog dabei in die südliche Richtung und überquerte – dem besagten Acidalia Storm Track folgend – zunächst die Hochebenen Lunae Planum und Xanthe Terra, bevor es sich ab dem 11. März über den Valles Marineris langsam auflöste.
Weitere lokal begrenzte Sturmgebiete wurden in dem Beobachtungszeitraum zudem über der nördlichen Hemisphäre des Mars über dem Tempe Terra, dem Amazonis Planitia und nordwestlich von Arabia Terra registriert. Des weiteren wurde über der Südhemisphäre im Bereich des Terra Cimmeria ein moderates Sturmgebiet beobachtet, welches sich im Verlauf von mehreren Tagen in die Nähe der südlichen Polarkappe des Mars bewegte. Über dem Meridiani Planum – dem Operationsgebiet von Opportunity – und über dem Gale-Krater – hier agiert der Rover Curiosity – war der Himmel dagegen relativ staubarm und über Entfernungen von mehreren hundert Kilometern frei von Sturmaktivitäten.

Ist Opportunity ein Rover, dessen Zeit abgelaufen ist?
Eine deutlich größere Gefahr für die weitere Fortsetzung der – nicht nur ausschließlich aus wissenschaftlicher Sicht, sondern auch in Bezug auf das Interesse der Öffentlichkeit überaus erfolgreichen Mission des Marsrovers Opportunity – als lösbare technische Probleme oder ’schlechtes Wetter‘ findet sich dagegen derzeit anscheinend – wieder einmal – auf dessen Heimatplaneten.

Wie jedes Jahr üblich wird derzeit in den USA über das NASA-Budget für das anstehende Fiskaljahr 2016 verhandelt. In einer diesbezüglichen Anhörung in einem Unterausschuss des US-Senats stellte der NASA-Administrator Charles Bolden am 12. März 2015 die von ihm angedachte Finanzplanung vor. Trotz einer bewilligten Aufstockung der Finanzmittel des Gesamtbudgets der NASA um 2,9 Prozent ist dabei von Charles Bolden keine Bewilligung weitere Finanzmittel für die Opportunity-Mission vorgesehen. Auch die Mission des seit dem 23. Juni 2009 in einer Mondumlaufbahn befindlichen Mondorbiters Lunar Reconnaissance Orbiter soll laut dieser Präsentation eingestellt werden.

Diese Planung steht in einem deutlichen Widerspruch zu einer erst im Sommer 2014 durchgeführten NASA-Studie – der Planetary Science Senior Review, in deren Verlauf alle zwei Jahre die verschiedenen planetaren Missionen der NASA bezüglich ihres wissenschaftlichen Nutzens in Relation zu dem damit verbundenen finanziellen Aufwand eingestuft werden. Beide Missionen wurden dabei im Jahr 2014 als „Exzellent“ beziehungsweise „Sehr gut“ bewertet.

Auf diesen Widerspruch von dem republikanischen US-Senator Cory Gardner angesprochen antwortete Charles Bolden: „Wir können nicht weiterhin Instrumente nutzen und Missionen fortsetzen, deren Zeit abgelaufen ist. Unter diesen Voraussetzungen kann ich keine weitere Missionen wie zum Beispiel die 2016 zu startende Marsmission InSight umsetzen… Ich muss Entscheidungen treffen.“

Charles Bolden befindet sich hier in einem sich deutlich abzeichnenden Konflikt mit der Abteilung für Planetare Forschung der NASA, deren Mitarbeiter eine Weiterfinanzierung der Mission des Marsrovers Opportunity ausdrücklich befürworten. Und auch aus den Reihen der unmittelbar in die Mission involvierten Wissenschaftler und der Mitarbeiter des JPL sind vermehrt kritische Stimmen zu vernehmen, welche auch deutlich auf einer erst kürzlich auf einer in der vergangenen Woche im US-Bundesstaat Texas durchgeführten Fachkonferenz geäußert wurden.

Erst die kommenden Monate werden zeigen, ob die für den Weiterbetrieb von Opportunity benötigten Finanzmittel aufgetrieben werden können. Diese belaufen sich übrigens aktuell auf eine für die Umsetzung einer interplanetaren Mission eher geringe Summe von 16 Millionen US-Dollar pro Jahr. Einen weiterführenden Bericht hierzu – verfasst von Casey Dreier – finden Sie in englischer Sprache auf der Internetseite der Planetary Society.

Bis zum heutigen Tag – dem gerade beginnenden Sol 3967 seiner Mission – hat der Rover Opportunity rund 42.172 Meter auf der Oberfläche des Mars zurückgelegt und dabei 201.717 Aufnahmen von der Oberfläche und der Atmosphäre des „Roten Planeten“ aufgenommen und an sein Kontrollzentrum am JPL übermittelt. Bereits in Kürze wird der Rover die noch fehlenden Meter zurücklegen, welche jetzt noch für die Bewältigung der symbolträchtigen Marathondistanz von 42.195 Metern fehlen.

• Opportunity erreicht den Gipfel des Cape Tribulation (10. Januar 2015)
• Opportunity: Weiterfahrt auch ohne Flash-Speicher (20. Dezember 2014)
• Marsrover Opportunity ist wieder auf Südkurs (16. November 2014)
• Opportunity: Speicherformatierung war erfolgreich (21. September 2014)
• Opportunity: Formatierung des Flash-Speichers nötig (30. August 2014)
• Marsrover Opportunity stellt neuen Streckenrekord auf (30. Juli 2014)

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