Astronomie

Blick zurück vom Gipfel der Columbia-Hügel mit den Aufstiegsspuren des Mars-Rovers Spirit

Ein Marsjahr unterwegs mit Mainzer Spektrometern

Mitte 2003 wurden die beiden Alpha-Röntgen-Spektrometer (APXS), die am Max-Planck-Institut für Chemie in Mainz unter der Leitung von Dr. Rudolf Rieder gebaut worden waren, mit je einem der beiden Erkundungs-Rover, Spirit und Opportunity, zum Mars geschickt. Etwa sieben Monate später – im Januar 2004 – erfolgten die holprigen Landungen auf dem Mars. Wissenschaftler hatten viele Jahre lang die Marsoberfläche mit Bildern aus dem Orbit studiert, um zwei Landestellen zu finden, die Hinweise auf ehemalige Aktivitäten von Wasser geben sollten.

Der Rover Spirit war im großen Gusev-Krater gelandet (Durchmesser 130 Kilometer). Genau auf der anderen Seite des Mars, in der Ebene Meridiani, war Opportunity in einem ganz kleinen Krater zur Ruhe gekommen (Durchmesser nur 20 Meter). Jedoch entpuppte sich dieses „Golfloch“ als ein Glücksfall. Genau vor der Nase, sprich dem Instrumentenarm des Rovers lag helles, anstehendes Gestein. Schon die ersten Messungen mit dem Alpha-Röntgen-Spektrometer zeigten, das hier keine „normalen“ Steine vorlagen – man hatte nur einfache Basalte erwartet –, sondern ein Material, das aus einer Mischung von Schwefelsalzen in hoher Konzentration und Mars-Staub besteht. Der Gesteinsschleifer enthüllte, dass das Material relativ fest ist. Die Bilder zeigten viele Schichtungen. Es handelt sich also um ein richtiges Sediment, das durch Ablagerung in Wasser entstanden ist.

Opportunity entdeckte auf seiner zweijährigen Reise noch viele Hinweise auf Wasser, das jedoch seit langer Zeit verschwunden ist. Heute ist die Marsoberfläche knochentrocken und wegen der sehr dünnen Atmosphäre auch nicht imstande, flüssiges Wasser zu halten; es verdunstet sofort – nur auf den sehr kalten Marspolen gibt es Wassereis. Doch der Nachweis war erbracht, dass einst, vor vielen hundert Millionen oder gar ein, zwei Milliarden Jahren, Wasser vorhanden gewesen sein muss. Meridiani war also früher ein Land der vielen Seen oder eines kleinen Ozeans. Wann genau Wasser auf dem Mars geflossen ist, und ob sich darin Leben entwickelt haben könnte, ist noch unbekannt. Das soll bei den kommenden Mars-Missionen, etwa dem MSL-Rover 2009, näher untersucht werden.

Auf der anderen Seite des Mars hatte Spirit anfangs Probleme, Spuren von Wasser zu finden. Obwohl ein großes Flusstal in den Krater-Gusev mündet, ist die Landestelle jetzt eine trockene Marswüste: nur rotbrauner Staub und verstreute Gesteinsbrocken. Eine chemische Analyse der Steine mit dem APXS ergab erstaunlicherweise eine basaltische Zusammensetzung. Einzig die unerwartete Entdeckung, dass in einem der Steine eine hohe Konzentration des Elements Brom vorliegt, deutete auf die Einwirkung von Feuchtigkeit hin, weil Bromsalze in Wasser sehr leicht löslich sind. Da weitere Anzeichen für Wasser in der Umgebung fehlten, beschloss das Team der NASA, den Rover in Richtung einer Hügelkette zu steuern, die immerhin mehr als zwei Kilometer entfernt lag. Beide Rover einschließlich ihrer Instrumente waren nach sechs Monaten immer noch in extrem guter Form, und so bestand berechtigte Hoffnung, dass Spirit eine lange Reise gut überstehen würde.

Die Hügelkette hat er schon Mitte 2004 mühelos erreicht und mehr als sechs Kilometer zurückgelegt, obwohl er nur für eine maximale Fahrtstrecke von eineinhalb Kilometern konstruiert worden war. In den Hügeln, die zur Erinnerung an das verunglückte Space Shuttle „Columbia Hills“ getauft wurden, entdeckte Spirit Steine, die vollkommen anders sind als alle vorher auf dem Mars gefundenen, einschließlich der Sedimente von Meridiani. Ihr hoher Anteil an flüchtigen Elementen wie Schwefel und Chlor lässt darauf schließen, dass einst Asche von einem nahe liegenden Vulkan in den Gusev-Krater herunter regnete. Heute ragen die Columbia Hills über die Gusev-Ebene auf, doch früher waren sie mit Wasser in Kontakt, vielleicht eingetaucht in einem gefüllten Kratersee. Die chemische und mineralogische Zusammensetzung der Steine sowie sulfatreiche Staubschichten in einem Graben deuten darauf hin, dass hier ehemals Wasser mit vulkanischer Asche reagiert hat.

Immer wieder sind die Daten des APXS für Überraschungen gut: So wurde an drei verschiedenen Stellen in den Columbia Hills ein helles, zerklüftetes Grundgestein mit außergewöhnlich niedrigen Eisen- und hohen Aluminium-Konzentrationen entdeckt. Die Eisengehalte sind zwei- bis dreimal niedriger im Vergleich zu allen anderen Gesteinen auf dem Mars und den vom Mars stammenden Meteoriten. Der Hauptbestandteil dieser neu entdeckten Sedimente könnte ein aluminiumreiches Tonmineral sein, das durch Einwirkung von säurehaltigem Wasser auf vulkanische Asche entstehen kann.

Max-Planck-Institut für Chemie (2005)