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Mars-Rover Curiosity Der Detektiv auf dem roten Planeten

Am 6. August 2012 landete Curiosity auf dem Mars. Seither rollt der Rover über den Roten Planeten und nimmt ihn genau unter die Lupe - unter anderem, um herauszufinden, ob dort einmal Leben möglich war.

Published at: 8-11-2020

Seit dem 6. August 2012 ist der NASA-Rover Curiosity auf dem Mars unterwegs. Mit seinen High-Tech-Geräten zuckelt der Roboter auf Rädern über den Roten Planeten und erlebte nach achteinhalb Jahren im Januar 2021 seinen dreitausendsten Mars-Tag. Ein Mars-Tag ("Sol") ist knapp vierzig Minuten länger als ein Tag auf der Erde.

Fast 25 Kilometer hat Curiosity bis Anfang 2021 zurückgelegt. Der Rover nimmt Bodenproben, wertet sie aus und schickt Daten und Fotos zur Erde, die von Wissenschaftlern analysiert werden.

Curiosity leistet Opportunity Gesellschaft

Mars-Rover Curiosity zeigt uns den Mount Sharp.

Der Mars-Rover ist wie sein Cousin Opportunity, der 14 Jahre lang bis 2018 den Mars erkundete, nicht kleinzukriegen. Inzwischen sind Curiositys Räder ein wenig ramponiert, auch der Bohrer funktioniert nicht mehr richtig. Doch die Mission geht weiter: Curiosity soll noch höher auf den Mount Sharp hinaufrollen und dort Bodenproben nehmen. Den markanten Berg von rund 5.000 Metern Höhe untersucht der Rover bereits seit Ende 2014.

Rover Curiosity stöbert nach Wasser auf dem Mars

Gut ein Jahr lang verbrachte er bis Sommer 2020 damit, eine Region am Mount Sharp zu untersuchen, die besonders reich an tonhaltigen Schichten ist. Sie entstanden vermutlich einst durch Wasser auf dem Mars. Und nach dessen Spuren sucht Curiosity. Bis heute wurde kein flüssiges Wasser auf dem Mars entdeckt. Dafür aber Wassereis und zahlreiche Hinweise auf Wasser.

Curiositys Hinweise auf Wasser auf dem Mars

Glatte Kiesel aus Flüssen

Mehr als 510 verschiedene Kieselsteine vom Mars hat sich das Team um Rebecca Williams vom Planetary Science Institute in Tucson, Arizona, auf Fotos genauer angesehen. Curiosity hatte die Aufnahmen im Herbst 2012 am Gale-Krater gemacht. Ende Mai 2013 veröffentlichten die Wissenschaftler ihre Ergebnisse: Die Steine sind zwei bis vierzig Millimeter dick, wie Fluss-Sedimente auf der Erde mit Sand verbunden - und glatt. Die Form der Kiesel zeige, dass sie vom Wasser geschliffen wurden, erläuterte das Niels-Bohr-Institut der Universität Kopenhagen, das an der Analyse beteiligt war. Wenn Steine durch Wind und Sandstürme verwitterten, würden sie rau und kantig. "Wir konnten sehen, dass nahezu alle 515 von uns analysierten Kiesel flach, glatt und rund abgeschliffen wurden", betonte Asmus Koefoed.

Von der Form und Größe der Steine schlossen die Wissenschaftler auf die Flüsse: "Um diese abgerundeten Kiesel zu formen und zu bewegen, muss es fließendes Wasser mit einer Tiefe zwischen zehn Zentimetern und einem Meter gegeben haben, das etwa einen Meter pro Sekunde schnell geflossen ist", erläuterte Gruppenleiter Morten Bo Madsen.

Urzeit-See auf dem Mars

Größere Aufmerksamkeit erreichte Curiosity im Dezember 2013. Gleich sechs Artikel in der Fachzeitschrift Science beschäftigten sich mit dem Rover und seinen Messungen. Curiosity hatte auf seiner Marsreise eine fünf Meter tiefe Mulde namens Yellowknife Bay im Gale-Krater untersucht. Dort war der Rover auf ein Ensemble von feinen, mittelgroßen und groben Sedimenten gestoßen, wie sie sich in ruhigem Wasser formen.

Die Messungen von Curiosity zeigten: Vor rund 3,6 Milliarden Jahren gab es im Gale-Krater mindestens einen See.

Ruhiges Gewässer für Steinfresser

Der See existierte einige zehn- bis hunderttausend Jahre lang. Er war ruhig, bestand aus Süßwasser und besaß einige biologische Schlüsselelemente wie Kohlenstoff, Sauerstoff, Stickstoff und Schwefel. In so einer Umgebung können beispielsweise Mikroorganismen gedeihen, die ihre Energie aus der Zersetzung von Gestein gewinnen, sogenannte Chemolithoautotrophe.

Belege dafür, dass es dort im Wasser wirklich Leben gab, fanden die Wissenschaftler aber nicht.

Leben auf dem Mars?

"Es ist wichtig zu betonen, dass wir keine Anzeichen von urzeitlichem Leben auf dem Mars gefunden haben. Wir haben entdeckt, dass der Gale-Krater mindestens einmal in seiner fernen Vergangenheit, vor Milliarden Jahren, einen See besessen hat, der vermutlich für mikrobielles Leben geeignet war. Das ist ein großer positiver Schritt in der Marserkundung." Sanjeev Gupta, Imperial College London

Untersuchung des Mount Sharp

Im September 2014 hatte Curiosity den Mount Sharp erreicht, der fünf Kilometer hoch aus dem Gale-Krater ragt. Erste Ergebnisse lassen darauf schließen, dass der Berg einst auf dem Boden eines riesigen Sees entstanden ist. Die NASA-Wissenschaftler vermuten, dass Flüsse über Millionen von Jahren Sand und Schlamm zum See transportiert haben. Dies würde bedeuten, dass es auf dem Mars ein beständiges feuchtwarmes Klima gab, das die Existenz von Seen über einen langen Zeitraum begünstigte.

Wasser auf dem Mars und in seinem Inneren

Vor 4,5 Milliarden Jahren hat der Mars wahrscheinlich 6,5mal so viel Wasser besessen wie heute. Das meiste Wasser ist mittlerweile von der Marsoberfläche verschwunden. Es könnte sich teils ins All verflüchtigt haben, teils in den unterirdischen Gletschern gefangen sein, die ein anderes Forscherteam mithilfe der Sonde Mars Reconnaissance Orbiter (MRO), die seit 2006 den Mars umkreist, in den mittleren Breiten des Roten Planeten entdeckt hatte. Radarmessungen zeigten massive Wassereis-Gletscher unter einer dicken, schützenden Staubschicht. "Wir haben berechnet, dass die Gletscher mehr als 150 Milliarden Kubikmetern Eis entsprechen", berichtete Nanna Bjørnholt Karlsson von der Universität von Kopenhagen. "Diese Menge Eis könnte die gesamte Marsoberfläche mit 1,1 Metern Eis bedecken. Das Eis der mittleren Breiten ist daher ein wichtiger Teil des Wasserreservoirs auf dem Mars."

Ein bisschen Wasser versteckt sich auch im Marsboden: Als Curiosity eine Schaufel voll Marsboden in einer speziellen Analysekammer auf 835 Grad Celsius erhitzte, löste sich Wasser aus der Probe. Hochgerechnet enthält der Marsboden rund zwei Prozent Wasser.

Verdunstender Reif auf dem Mars

Mitte April 2015 lieferten Curiositys Messungen Hinweise auf eine Art Salzlauge, die sich aus Luftfeuchtigkeit bildet. "Wir haben die Substanz Kalziumperchlorat im Boden entdeckt. Unter den richtigen Bedingungen absorbiert sie Wasserdampf aus der Atmosphäre", erläutert Morten Bo Madsen von der Universität Kopenhagen. "Wenn es Nacht wird, kondensiert ein Teil des Wasserdampfs aus der Atmosphäre auf der Planetenoberfläche als Reif, aber das Kalziumperchlorat ist sehr stark absorbierend und bildet mit dem Wasser eine Salzlauge, wobei der Gefrierpunkt sinkt und der Reif so zu einer Flüssigkeit werden kann." Der Boden sei so porös, dass diese einige Zentimeter tief einsickere. Tagsüber verdampfe das Wasser dann wieder. Aber für Leben gebe es vermutlich zu wenig Wasser und es sei zu kalt.

Perchlorate sind auf dem Mars weit verbreitet. Die Forscher erwarten deshalb, dass dieser Prozess nicht nur im Gale-Krater stattfindet, wo Curiosity ihn aufgestöbert hat. Dafür spricht auch, dass Wissenschaftler bereits Spuren ausgetrockneter Seen und Flüsse entdeckt haben. Auch im Gale-Crater hatte Curiosity bereits Sedimentablagerungen aufgespürt, die darauf hinweisen, dass es dort einst große Mengen flüssiges Wasser gegeben hat. "Die Sedimentplatten auf dem Boden sind eben, sodass alles darauf hindeutet, dass der gesamte Gale-Krater einmal ein großer See gewesen sein könnte", berichtet Madsen.

Auffällige Fließstrukturen?

Mars Reconnaissance Orbiter

Im September 2015 berichteten Forscher um Lujendra Ojha vom Georgia Institute of Technology in Atlanta von ihrer Vermutung, dass es sogar noch heute immer wieder flüssiges Wasser auf dem Mars geben könnte. Mit der Mars-Sonde MRO hatten die Wissenschaftler auffällige Fließstrukturen auf dem Mars untersucht, wenige Meter schmale Strukturen. Es sei denkbar, dass salzhaltiges Schmelzwasser im Marssommer regelmäßig an Steilhängen hinabfließe, so ihre Deutung. Die Spuren entstehen vermutlich, wenn die Temperaturen an den Hängen über rund minus 20 Grad klettern und dann regelmäßig auch den Gefrierpunkt übersteigen. Die Wissenschaftler spekulieren, dass das Wasser entweder von Eis abschmilzt, das sich unter dem Marsboden befindet, oder dass es von Salzen aus der dünnen Marsluft gebunden wird. Ein direkter Nachweis steht allerdings noch immer aus.

Sand statt Wasser?

Das bezweifeln Forscher vom US Geological Survey (USGS). Dazu haben sie Form, Länge und Hangneigung der Mars-Rinnen genauer untersucht. Das überraschende Ergebnis im November 2017: Alle diese dunklen Hanglinien kommen nur bei Hängen vor, die sehr steil sind und keine reicht bis in flache Ausläufer herunter. Im Gegenteil: Alle endeten immer bei der gleichen Hangneigung. Flüssiges Wasser müsste nach Ansicht der Forscher aber zumindest in einigen Fällen bis ins Tal fließen. Ihr Fazit ist darum: Die verdächtigen dunklen Rinnen stammen eher von Sandlawinen und der Mars ist demnach heute doch trockener als gedacht. Ein paar Punkte erklären sich dadurch aber immer noch nicht. Zum Beispiel, warum die Rinnen nach einer Weile verblassen und nur in der warmen Periode auftauchen. Auch die Rolle des in den Rinnen gefundenen Perchlorats bleibt ungeklärt. Vielleicht könnten sehr kleine Mengen des salzhaltigen Schmelzwassers die Sandlawinen auslösen, so die Wissenschaftler.

Curiosity findet Stickstoffverbindungen

Ein Schattenbild vom Mars-Rover Curiosity.

Curiosity schnüffelt auf dem Mars aber nicht nur nach Wasser, sondern auch nach Hinweisen, ob dort einst Leben möglich war. Deshalb sucht der Rover nach den sogenannten Grundbausteinen des Lebens (Wasserstoff, Stickstoff, Sauerstoff, Kohlenstoff, Phosphor und Schwefel) auf dem Mars. 2015 entdeckte der Rover beispielsweise Hinweise auf Nitrat. Die Stickstoffverbindung ist wahrscheinlich durch Hitzeschocks bei Einschlägen oder Blitzen entstanden, erklärte damals die Wissenschaftlerin Jennifer Stern vom Goddard Space Flight Center der NASA im März 2015: "Eine biochemisch zugängliche Form von Stickstoff zu finden, ist ein weiterer Hinweis darauf, dass das ehemalige Umfeld auf dem Mars im Gale-Krater lebensfreundlich war".

Mars-Rover Curiosity im Detail

Kohlenmonoxid für Marsmikroben

Mars-Rover Curiosity sucht nach Spuren von Wasser auf dem Mars.

Ebenfalls 2015 identifizierte Gary King von der Louisiana State University eine andere interessante chemische Verbindung: Kohlenmonoxid (CO), das eine Energiequelle für urzeitliche Marsmikroben sein könnte. Dieses Gas kommt in der Marsatmosphäre relativ häufig vor. Das Kohlenmonoxid könnte den Stoffwechsel von Mikroorganismen auf oder im Boden des Roten Planeten antreiben, schrieb der Wissenschaftler. Salzliebende irdische Bakterien, die Kohlenmonoxid zu Kohlendioxid verstoffwechseln, seien geeignete Modellorganismen für mögliche derartige Marsmikroben.

Methanquellen auf dem Mars

Curiosity fand in der Zusammensetzung der Marsatmosphäre auch andere Auffälligkeiten: Bei manchen Messungen war die Methankonzentration um das Zehnfache angestiegen. Christopher Webster von der NASA erklärte im Dezember 2014, dass die stark schwankenden Methankonzentrationen darauf hinwiesen, dass sich in der Nähe des Rovers eine Methanquelle befinde. Auf der Erde ist Methan zumeist biologischen Ursrpungs. Auf dem Mars sei der Ursprung noch ungeklärt.

Chemische Vorraussetzung für Leben auf dem Mars


Zudem entdeckte Curiosity bei einer Bohrung im Gale-Krater unterschiedliches organisches Material, das Kohlen- und Wasserstoffe in Verbindungen beinhalten, etwa Chlorbenzol. Solche organischen Moleküle sind eine chemische Voraussetzung für Leben, auch wenn sie ohne Leben auftreten können. Das von Curiosity entdeckte organische Material stammt entweder vom Mars selbst oder es ist durch Meteoriten auf dem Mars gelandet.

Weitere Curiosity-Erkenntnisse über den Mars

Strahlenbelastung

Forscher der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) messen die Strahlung auf dem Roten Planeten, um herauszufinden, ob bemannte Marsmissionen möglich sind. Der von ihnen entwickelte Strahlenmonitor RAD (Radiation Assessment Detector) befindet sich an Bord des Rovers Curiosity. 2013 veröffentlichten sie ein vorläufiges Ergebnis: Bei einem Aufenthalt von 500 Tagen auf der Marsoberfläche und einer An- und Abreise, die jeweils ein halbes Jahr dauert, wären Astronauten einer Strahlung von rund 1,0 Sievert ausgesetzt. Damit liegt die Gesamtbelastung über der Grenze von etwa 0,8 Sievert, der Astronautinnen und Astronauten in ihrer gesamten Laufbahn ausgesetzt sein dürfen. Insgesamt führt die Strahlenbelastung zu einem um drei Prozent erhöhten Krebsrisiko. Günther Reitz, vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) und Co-Autor der Studie, erklärt: "Die Astronauten müssten ihre Behausung eingraben, ab drei bis vier Metern im Marsboden wäre die Strahlung größtenteils abgeschirmt."

Farbspiele

Eine kleine Überraschung gab es 2013 bei Curiositys erster Bohrung: Der Rover bohrte einen roten Stein an. Doch der Staub, den er aus dessen Inneren dann analysierte, war grau. NASA-Wissenschaftler vermuten, chemische Reaktionen mit Sauerstoff könnten den Mars rot gefärbt haben, aber eben nur oberflächlich.
In der Gesteinsprobe entdeckten die NASA-Wissenschaftler Spuren von Schwefel, Stickstoff, Phosphor und Kohlenstoff. Diese Elemente spielen bei der Entstehung von Leben eine wichtige Rolle. Bei Bodenproben fand er im Marssand neben Sauerstoff und Chlorgas auch einfache Kohlenstoff-Verbindungen. Diese sind die molekulare Basis allen irdischen Lebens. Die NASA warnte allerdings eindringlich vor vorschnellen Schlüssen und übertriebenen Erwartungen. "Curiositys zweiter Name ist Geduld", sagte der Leiter der Mars-Mission, John Grotzinger.

Hämatit

Curiositys erstes Bohrloch am Fuße des Mount Sharp lieferte im November 2014 Hinweise auf Hämatit. Der Staub enthält viel mehr davon als alle anderen Gesteins- und Bodenproben, die Curiosity bisher genommen hat. Für die Mars-Forscher ist das eine gute Nachricht, denn die Sonde Mars Reconnaisance Orbiter MRO hatte dieses Mineral bereits mit einer Analyse aus dem Orbit vorhergesagt. Das bedeutet, die Messungen von MRO stimmen und lassen sich für die Steuerung des Rovers benutzen. Außerdem lässt sich mithilfe des Hämatits darauf schließen, welche Umweltbedingungen einst herrschten, als der Mars entstand.

Schon Curiositys Landung auf dem Mars war eine Sensation

  • Flüssiges Wasser auf dem Mars - Forscher-Streit geht weiter: 24. November 2017, 18.05 Uhr, IQ, Bayern 2.

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