Bild: NASA/JPL-Caltech

Detektive auf dem Mars

Seit wenigen Monaten ist der Rover Perseverance auf dem Mars im Krater Jezero unterwegs. Die Mission ist Teil einer gewaltigen Spurensuche: Wissenschaftler fahnden nach Indizien für früheres Leben auf dem Roten Planeten.

Den Augen der Betrachter öffnet sich eine fremde Welt. Der uralte, ausgetrocknete Kratersee, in dem der Marsrover Perseverance niederging, ist bedeckt von rostrotem Staub. Hier und da ragen Gesteinsbrocken hervor. Am Horizont schält sich schemenhaft der Kraterrand heraus. „Ich war einfach überwältigt von den Bildern, die schon in den ersten Tagen zur Erde gekommen sind“, schwärmt Nicole Schmitz vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR).

Perseverance ist Teil der aktuellsten Mars-Mission, hinter der die US-Raumfahrtagentur NASA steht und an der Forscher aus aller Welt beteiligt sind. Es ist ein ehrgeiziges Ziel, das die Wissenschaftler verfolgen: Sie suchen nach Antworten auf die Frage, ob es jemals Leben auf dem Mars gegeben hat – und erforschen dafür zunächst die geologische Geschichte und die Klimageschichte des Planeten. So lässt sich herausfinden, ob dort zu früheren Zeiten überhaupt Bedingungen geherrscht haben, die Leben ermöglichen.  

Sechs deutsche Forscherinnen und Forscher gehören zum wissenschaftlichen Kernteam der Mission. Nicole Schmitz vom DLR-Institut für Planetenforschung ist Teil des Wissenschaftlerteams für die Mastcam-Z. „Das ist ein Kamerasystem für Panorama- und Stereoaufnahmen“, erklärt die Ingenieurin und Planetenforscherin. Das System ist an einem zwei Meter hohen Mast von Perseverance befestigt – daher der Name Mastcam-Z. „Das ‚Z‘ steht für Zoom und das ist tatsächlich eine Besonderheit“, ergänzt Nicole Schmitz: Anders als die beinahe baugleiche Kamera, die bei einer vorherigen Mission auf dem Marsrover Curiosity dabei war, verfügt die Mastcam-Z über Zoomobjektive in ihren beiden Augen. Dadurch liefert sie rund um den Rover dreidimensionale und farbige Aufnahmen der Marsoberfläche in sehr hoher Auflösung.

Meilensteine auf dem Weg zum Mars

1960–1962: Ein Glücksspiel
Den Beginn machte die Sowjetunion: Sie schickte von 1960 bis 1962 fünf Sonden – alle gingen verloren. Insgesamt brachen bislang 56 Sonden zum Mars auf, doch es scheiterten 22 (13 sowjetische, 6 aus den USA und 3 anderer Nationen). 

1965: Frühe Annäherung
Zunächst kam die NASA-Sonde „Mariner 4“ dem Mars am nächsten: Aus knapp 10.000 Kilometern Entfernung schoss sie 22 Fotos.

1971: Der erste Satellit
Die NASA-Sonde „Mariner 9“ war der erste Satellit im Orbit eines fremden Planeten. Knapp zwei Wochen später erreichten zwei sowjetische Sonden den Roten Planeten.

1976: Gekommen, um zu bleiben
Nachdem mehrere sowjetische Mars-Lander kurz nach der Landung verloren gingen, konnten die beiden NASA-Sonden „Viking 1“ und „Viking 2“ sicher landen.  

1997–2012: Der Mars macht mobil
Der Rover „Sojourner“ war das erste Fahrzeug, das seine Spuren im roten Sand hinterließ. Die NASA-Rover „Spirit“ und „Opportunity“ kamen ab 2004 hinzu, seit 2012 ist zudem „Curiosity“ vor Ort.

2021: Die aktuellen Missionen
Derzeit ist der Rover „Perseverance“ mit neuen Hightechgeräten im Einsatz. Doch die NASA-Rover haben den Roten Planeten bereits nicht mehr für sich allein: Mitte Mai konnte erstmals ein chinesischer Lander auf dem Mars landen. Mit an Bord: der Rover „Zhurong“.

2026: Bring mich zur Erde
Eine eigene Mission von NASA und ESA soll Proben abholen, die der Rover Perseverance derzeit sammelt.

„Wir haben die Kameras aber nicht nur zum Mars geschickt, um schöne Bilder zu erhalten“, erzählt Nicole Schmitz. „Sie sind auch ein wichtiges Messinstrument.“ Für sie ist das ein wichtiger Teil ihrer Arbeit: Da die Wissenschaftler die innere Geometrie der Kameraoptik genauestens kennen, können sie anhand der Stereoaufnahmen exakte Messungen im Gelände durchführen. Mit ihnen erstellen sie digitale Geländemodelle, die dabei helfen sollen, den verschiedenen Landschaftsformen auf dem Mars ihre Geheimnisse zu entlocken. „Wir wollen unter anderem die geologische Geschichte des Jezero-Kraters entschlüsseln“, erzählt Nicole Schmitz. „Mit den Aufnahmen können wir auch Details in Gesteinen, Sedimenten und im Bodenmaterial untersuchen und die Arten vorhandener Gesteinsarten eingrenzen.“  

Die Stereokamera soll aber nicht nur Daten darüber liefern, wie die verschiedenen Landschaften auf dem Mars einmal entstanden sind – sie soll auch die Ziele für ein anderes Hightechgerät aussuchen, das ebenfalls am Mast befestigt ist: SuperCam. Dieses kombiniert verschiedene spektroskopische Methoden, die Aufschluss über die Beschaffenheit der Krateroberfläche liefern sollen – und wo genau SuperCam messen soll, wird mit den Aufnahmen der Mastcam-Z festgelegt. „Aus ihren Bildern wählen wir mit den anderen Teams die vielversprechendsten Stellen aus“, erklärt Nicole Schmitz. „Damit verkleinern wir den sprichwörtlichen Heuhaufen, in dem die Kollegen dann nach der Nadel suchen.“

Einer dieser Kollegen ist David Vogt. Er arbeitet am DLR-Institut für Optische Sensor-systeme in der Gruppe von Susanne Schröder und bildet mit ihr zusammen den deutschen Teil des SuperCam-Teams. „Mit SuperCam untersuchen wir, wie Marsboden und Marsgestein zusammengesetzt sind“, erklärt der Physiker. „Das können wir in einem großen Umkreis um den Rover tun, da die Messungen komplett kontaktlos funktionieren.“  Dieser wird auf die Stelle fokussiert, die untersucht werden soll. „Bei der laserinduzierten Plasmaspektroskopie, kurz LIBS (engl. laser-induced breakdown spectroscopy), erzeugt der Laser ein Plasma. Das Licht, das von diesem Plasma ausgeht, fangen wir auf und zerlegen уs in sein Spektrum“, sagt David Vogt. „Das Spektrum ist für jedes chemische Element verschieden, sodass wir mit LIBS erfahren, welche Elemente an der Stelle im Marsboden enthalten sind, auf die der Laser trifft.“ 

Bei der Raman-Spektroskopie hingegen spielt die Wellenlänge des Lasers eine große Rolle. Das Laserlicht wird am Kristallgitter der Minerale des Marsgesteins gestreut und verrät dadurch, in welchen chemischen Verbindungen die einzelnen Elemente vorliegen. „Das eignet sich auch hervorragend dafür, organische Verbindungen zu erkennen.“ Die Infrarotspektroskopie arbeitet hingegen ohne Laser. „Das Teleskop des Instruments sammelt das vom Gestein zurückgestrahlte Umgebungslicht und nimmt davon das Spektrum auf.“ Zusammen mit der besonders hochauflösenden Kamera von SuperCam können damit auch Felsformationen in mehreren Kilometern Ent-fernung vom Rover untersucht werden. Doch SuperCam kann nicht nur sehen, sondern auch hören. Mit einem Mikrofon können zum ersten Mal Töne vom Mars eingefangen und wissenschaftlich analysiert werden – zum Beispiel der Wind oder die Geräusche des Rovers.

Von den Untersuchungen durch Mastcam-Z, SuperCam und den anderen Instrumenten des Rovers erhoffen sich die Forscher Aufschluss darüber, ob auf dem Mars früher einmal Bedingungen herrschten, die Leben möglich gemacht hätten. Und hier kommt der Landeplatz des Marsrovers ins Spiel: Die Wissenschaftler schickten ihn zu einem uralten, ausgetrockneten Kratersee mit einem recht gut erhaltenen Flussdelta. „Von der Erde wissen wir: Ein Delta entsteht, wenn ein Fluss in einen See oder ein Meer hineinfließt“, erklärt DLR-Expertin Nicole Schmitz: „Dabei lagern sich Gesteine, Sand und auch organisches Material in verschiedenen Schichten ab. Auf der Erde sind das vor allem feinkörnige Tonmineralien und Karbonate, von denen wir wissen, dass sie organische Substanzen oder Überreste von Leben sehr gut konservieren können.“ Diese Überreste auf dem Mars direkt zu erkennen, wird wahrscheinlich sehr schwer sein. „Wir reden hier nicht von Bakterien. Wir sprechen von Molekülen, Materialien, Strukturen oder Texturen in Gesteinen, die sich nur unter Einwirkung von Leben gebildet haben könnten.“ Solche Biosignaturen gibt es auch auf der Erde. Zu den ältesten gehören australische Stromatolithen – Fossilien aus einer fein geschichteten Abfolge von Kalkstein und Überresten biogener Strukturen wie beispielsweise Blaualgen, die vor Urzeiten in flachen, warmen Küstenzonen entstanden sind. „Allein Indizien zu finden, die auf eine mögliche Biosignatur hinweisen, wäre für uns schon ein Sechser im Lotto“, sagt Nicole Schmitz. „Aber ich denke, wirkliche Spuren früheren Lebens finden wir nur, wenn wir Proben nehmen, zur Erde bringen und hier untersuchen.“

Genau das ist für die Forscher die nächste Herausforderung. Der Physiker Gerhard Kminek leitet bei der europäischen Raumfahrtagentur ESA die wissenschaftliche Seite der Mission, mit der die Proben auf die Erde gebracht werden sollen. „Es gibt gute Gründe dafür, mit den Proben hier auf der Erde zu arbeiten“, erläutert er. Die Möglichkeiten für Untersuchungen direkt auf dem Mars seien stark eingeschränkt: „Erstens sind die Instrumente, die wir mitnehmen können, in Größe und Masse limitiert.“ Im Klartext: Jedes Kilogramm zählt. „Zweitens sind viele der heutigen Instrumente sehr empfindlich. Hier auf der Erde bauen wir riesige Hallen mit speziellen Fundamenten und schwingungsfreien Aufhängungen, damit auch ja keine vorbeifahrende Straßenbahn die Messungen verfälscht. Solchen Geräten tut ein Flug zu einem anderen Planeten wirklich nicht gut.“ Der dritte Grund, sagt er, werde häufig übersehen. „Für die Probenaufbereitung sind viele Schritte und große Sorgfalt notwendig. Das schreit förmlich nach einem Labor mit erfahrenen Wissenschaftlern.“

Dafür untersucht Perseverance den Mars nicht nur mit Kameras, Lasern und Spektrometern, sondern sammelt auch Proben des Gesteins und der Atmosphäre in kleinen Behältern. Diese platziert der Rover an verschiedenen Stellen auf seinem Weg über den Mars. Spätere Missionen sollen diese dann einsammeln und zur Erde bringen.

Mittlerweile ist die Konzeptionsphase für eine solche Mission, an der ESA und NASA gemeinsam arbeiten werden, abgeschlossen. Im Jahr 2026 soll der europäische Sample-Fetch-Rover mit einer NASA-Mission zum Mars fliegen. „Dort wird er landen und die Proben einsammeln, die Perseverance hinterlegen wird. Dann bringt er sie zur NASA-Rakete“, sagt Gerhard Kminek. Die schießt die Probenbehälter anschließend in eine Umlaufbahn um den Roten Planeten. Der Earth Return Orbiter (ERO) – ein mehr als sechs Tonnen schwerer ESA-Satellit, der ebenfalls 2026 zum Roten Planeten starten soll – wird sie dann einfangen und sicher zur Erde bringen.  

Ob es jemals Leben auf dem Mars gab, wird eine der fundamentalen Fragestellungen sein, denen Wissenschaftler aus allen Ländern mit den Proben nachgehen werden. Doch die Projektpartner erhoffen sich auch Informationen, die der terrestrischen Planetenfor-schung einen Schub verleihen. „Mit den Missionen“, bringt es Gerhard Kminek auf den Punkt, „wollen wir nichts weniger als ein Geschichtsbuch über die Planetenentwicklung 
schreiben.“    

18.08.2021 , Kai Dürfeld
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