Mars-Mission 2020: Instrumenten-Tests in der Atacama-Wüste

Der Rover Zoe in der Atacama-Wüste. Vier Wochen lang sollen seine Instrumente, darunter das Mars Microbeam Raman Spectrometer (MMRS), einem Intensivtest unterzogen werden. (Washington University St. Louis)
Der Rover Zoe in der Atacama-Wüste. Vier Wochen lang sollen seine Instrumente, darunter das Mars Microbeam Raman Spectrometer (MMRS), einem Intensivtest unterzogen werden. (Washington University St. Louis)

Ein Filmregisseur auf der Suche nach einem Drehort für einen Film über den Mars könnte die Atacama-Wüste in Erwägung ziehen – eine der rausten Landschaften, die der Planet Erde zu bieten hat. Aufgrund ihrer geografischen Gegebenheiten ist die Atacama-Wüste der trockenste Ort auf der Erde. Einige Wissenschaftler glauben, dass es in Teilen der Wüste zwischen 1570 und 1971 keinen Regen gab. Wegen der geringen Luftfeuchtigkeit kochen ihre Salzseen, Sanddünen und Lavaströme in der Hitze oder gefrieren nachts und werden von ultravioletter Strahlung bombardiert. Diese Bedingungen machen sie zu einem hervorragenden Ort, um die Instrumente für zukünftige Mars-Missionen zu testen.

“Wenn man das Aufspüren von Leben auf dem Mars übt, will man nicht in eine üppige Umgebung gehen”, sagte Dr. Alian Wang, forschende Professorin für Erd- und Planetenwissenschaften an der Washington University in St. Louis und Teilnehmerin des ASTEP-Programms der NASA zur Verbesserung der Technologien, die bei der planetaren Erforschung verwendet werden.

Unter der Schirmherrschaft von ASTEP wurde diesen Monat ein Rover namens Zoe von der Carnegie-Mellon University in die Atacama-Wüste gebracht. Er soll die nächsten vier Wochen zwischen Wegpunkten mit einer interessanten Geologie fahren und Bodenproben analysieren, sowohl Proben von der Oberfläche als auch Proben aus dem tiefen Untergrund. Die Proben aus dem Untergrund werden von einem meterlangen Bohrer hochgezogen und in Probenbehälter auf einem Karussell befördert, wo sie von einem Laser Raman Spektrometer untersucht werden: dem Mars Microbeam Raman Spectrometer oder kurz MMRS.

Wang, die leitende Wissenschaftlerin des Spektrometers, bedient ihn per Fernsteuerung von ihrem Büro in St. Louis aus. Ihr Kollege Dr. Jie Wei, ein Forscher für Erd- und Planetenwissenschaften, reist zusammen mit dem Rover in die Atacama-Wüste. Sie hoffen, dass Zoe 40 bis 50 Kilometer zurücklegen und 10 bis 15 Bohrlöcher bohren wird, sagte Wang.

Ein Teil der Atacama-Wüste. Rechts im Vordergrund ist das VISTA-Teleskop der ESO zu sehen. (ESO / B. Tafreshi (twanight.org))
Ein Teil der Atacama-Wüste. Rechts im Vordergrund ist das VISTA-Teleskop der ESO zu sehen. (ESO / B. Tafreshi (twanight.org))

Bereit für den Ernstfall

Das MMRS in seiner aktuellen, kompakten und robusten Konfiguration ist das Ergebnis von 18 Arbeitsjahren an der Washington University in St. Louis (WUSTL) und dem Jet Propulsion Laboratory (JPL). Das Projekt wurde zuerst von dem früheren WUSTL-Professor Larry Haskin geleitet, bevor Wang die Aufgabe übernahm.

Das MMRS sollte ursprünglich an Bord der Mars Exploration Rover Spirit und Opportunity zum Einsatz kommen, aber nachdem die NASA zwei Missionen bei der Annäherung an den Mars verloren hatte (den Polar Lander und den Climate Orbiter), wurden die beiden Rover verkleinert und trugen weniger Nutzlast. Das Raman-Spektrometer war das Opfer dieses Prozesses, weil es das neueste analytische Instrument der Rover war. Jetzt ist es jedoch der Top-Kandidat unter den Instrumenten, die für eine Mars-Mission 2020 in Frage kommen und Wang hat erst kürzlich drei Millionen Dollar von der NASA erhalten, um zu gewährleisten, dass es einsatzbereit sein wird.

Was ist das Besondere an Raman? Das Spektrometer richtet einen Laser auf die Probe und misst die Energie der Photonen, die von der Probe zurückgestreut werden. “Verglichen mit anderen Spektroskopien liefert die Raman-Spektroskopie ein sehr klares Spektrum. Wenn man also ein Gemisch (Gestein oder Boden) analysiert, erkennt man Spitzen für jede mineralische Phase und jedes organische Molekül”, sagte Wang. “Man muss keine komplizierte spektrale Verarbeitung durchführen, um zu identifizieren, was in der Probe enthalten ist. Im Vergleich zu anderen Spektroskopien ist es sehr diagnostisch.”

Lass mich jetzt nicht im Stich

Die Reise in die Atacama-Wüste soll das MMRS (und andere Instrumente) testen, bis sie versagen. Wenn ein Energiesystem auf dem Mars ausfällt, wird es vermutlich auch in der Atacama-Wüste versagen. Und es ist weitaus besser, falls es ausfallen sollte, während es noch auf der Erde ist und nicht, wenn es sich 55 Millionen Kilometer entfernt auf der Marsoberfläche befindet.

Letztes Jahr war Wang Mitglied eines Teams, das Instrumente in der Wüste testete, allerdings ohne den Rover. Die Forscher bohrten Löcher mit Handgeräten und betrieben die Instrumente manuell. Wang war die leitende Wissenschaftlerin für drei der Instrumente. “Wir entdeckten Probleme, die wir nie erwartet hatten”, sagte sie.

“Die Hitze, die durch die Kühlung des Detektors am Raman-Spektrometer produziert wird, wird von einem Lüfter abgeleitet. Als wir in die Atacama-Wüste reisten, waren wir manchmal bis zu 4.500 Meter über dem Meeresspiegel. Die Luft in der Höhe ist so dünn, dass der Lüfter hart arbeiten musste, um die Hitze abzuleiten. Das ist eine Lektion, die wir gelernt haben”, sagte sie. “Auf dem Mars wird es natürlich anders sein, weil die Atmosphäre viel dünner ist, aber wir haben gelernt, wo das Instrument verwundbar ist.”

Der Laser des Raman-Spektrometer muss innerhalb eines bestimmten Temperaturbereichs bleiben, damit er ordnungsgemäß funktioniert. “Als wir aber nach Laguna Leija kamen, erhielten wir plötzlich kein ausreichend starkes Signal mehr”, sagte Wang. “Wir fingen mit der Überprüfung an und entdeckten, dass die Energie des Lasers nur ein Fünfzehntel des Normalwerts betrug. Es war so windig und kalt, dass sich der Laser nicht aufheizen konnte. Wir mussten ihn länger betreiben, bevor wir Messungen vornehmen konnten und ein gutes Signal bekamen. Daraus lernten wir, dass wir eine bessere Temperaturkontrolle für diesen Laser entwickeln mussten.” Beide Entdeckungen waren unbezahlbar, weil sie dem Team erlauben werden, sich gegen diese Probleme abzusichern, so dass sie auf dem Mars nicht auftreten.

Die geplante Wegstrecke des Rovers in der Atacama-Wüste führt ihn an vulkanischen Abhängen und Schwemmfächern vorbei. (Google Earth)
Die geplante Wegstrecke des Rovers in der Atacama-Wüste führt ihn an vulkanischen Abhängen und Schwemmfächern vorbei. (Google Earth)

Es lebt!

Nachdem die Viking-Lander in den späten 1970er Jahren keine Hinweise für Leben auf dem Mars finden konnten, nahm eine Gruppe von Wissenschaftlern baugleiche Instrumente mit in die Atacama-Wüste, wo sie ebenfalls keine Hinweise für Leben fanden. Sie begegneten jedoch oxidierenden Bedingungen im Boden der Atacama-Wüste, die organische Moleküle zerstörten – eine führende Theorie für die scheinbare Sterilität der Marsböden.

Die im letzten Jahr durchgeführten Bodentests in der Atacama-Wüste bestätigten die Anwesenheit von Mikroorganismen im Wüstenboden. Die Präsenz von Leben in der Atacama-Wüste garantiert natürlich nicht seine Präsenz auf dem Mars. Aber es zeigt, dass die Instrumente in der Lage sein werden, es zu entdecken – falls es dort Leben unter der Oberfläche gibt.

Quelle: http://news.wustl.edu/news/Pages/25565.aspx

(THK)

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