Sanfte Landung in außerirdischen polaren Gefilden

Nach dem Bilderbuch-Touchdown funkt der NASA-Lander "Phoenix" erste Bilder vom Roten Planeten. Das spektakulärste "Phoenix"-Foto nahm jedoch eine andere Marssonde auf - Spurensuche nach organischem Leben beginnt heute oder morgen

Von dem Schicksal, das bislang viele Landeroboter ereilte, die eine glatte Bruchlandung hinlegten, blieb die NASA-Raumsonde „Phoenix“ verschont. Nach 32 Jahren konnte der Rote Planet am Montagmorgen endlich wieder einen irdischen Gesandten willkommen heißen, der ihn im Gegensatz zu Spirit" und "Opportunity auf sanfte Art und Weise „begrüßte“. Erste Bilder liegen bereits vor, weitere folgen. Erstmals seine Fühler nach Spuren von Leben ausstrecken darf „Phoenix“ bereits heute oder morgen. Wenn sich der Greifarm mitsamt Bohrer und Schaufel in den Marsboden eingräbt und das Labor des „Phoenix“-Roboters in Aktion tritt, beginnt eine gezielte Suche nach Spuren von organischen Lebensformen, die einst den Mars bevölkerten oder dort heute immer noch präsent sind.

Erstes Bild von „Phoenix“ vom Nordpol des Mars. Bild: NASA/JPL-Caltech/University of Arizona

Seven minutes of terror

Nach 296 Tagen im All und 679 Millionen zurückgelegten Kilometern hat der 350 Kilogramm schwere NASA-Lander Phoenix gestern um 1.38 Uhr MESZ die entscheidende Phase seiner Mission mit Bravour gemeistert und setzte mithilfe eines Fallschirms und Bremsraketen sicher in der Nordpolregion des Mars auf. Obwohl selbst Experten die Chancen eines solch erfolgreichen Touchdowns auf nur 50 Prozent bestimmten, überstand der Roboter während des siebenminütigen Sinkfluges alle kritischen Manöver problemlos.

"Wir haben uns zu Tode geängstigt. Wir haben immer in jener Minute unsere Angst für einen Moment vergessen können, als das nächste Problem anstand“, so „Phoenix“-Projektmanager Barry Goldstein, der wie seine Teamkollegen das Spektakel im Kontrollzentrum der NASA in Pasadena (Jet Propulsion Laboratory/California) live verfolgte. „Ich hätte mir nicht träumen lassen, dass alles so perfekt klappt.“

Dass die Landung der Phoenix für die NASA im Vorfeld zu einer Art Herzschlagfinale wurde, zeigt folgender NASA-Teaser. Bild: NASA

Dass viele NASA-Wissenschaftler das komplexe Landemanöver der Sonde als "seven minutes of terror" charakterisierten, hat historische Wurzeln. Denn immerhin traten in der Vergangenheit während dieser sensiblen Phase vermehrt Fehlfunktionen auf, die das vorzeitige Ende so manch hoffnungsvoller Mission abrupt besiegelten. Auch wenn kein Planet jemals so detailliert über einen längeren Zeitraum beobachtet, fotografiert und kartographiert wurde und derart häufig irdischen Besuch erhalten hat, schaffte nur knapp die Hälfte der von der Erde stammenden Robotersonden den Sprung in den Orbit des erdnächsten Planeten.

Sicher gelandet und festen Boden unter den Landearmen.Bild: NASA/JPL-Caltech/University of Arizona/Texas A&M

Der verbleibende Rest ging entweder beim Start oder während des mehrmonatigen Hinflugs, spätestens aber beim Bremsmanöver verloren, ganz zu schweigen von den Lande-Robotern, von denen alleine die NASA sechs verlor und nur fünf auf den Mars platzieren konnte. Der 1999 zu Bruch gegangene „Mars Polar Lander“ der NASA ist der bekannteste Repräsentant dieser Tragödien. Aber auch die Europäische Raumfahrtagentur ESA hat sich mit ihrer bis auf den heutigen Tag verschollenen „Beagle 2“-Sonde in den Annalen der gescheiterten Marsexpeditionen verewigt.

Beagle-2 - unvergessen, aber auch unauffindbar Bild: ESA

Zurück zu den Wurzeln

Sieht man einmal von dem erfolgreichen mobilen „Sojourner“-Minirover (1997) und den sehr agilen „Spirit“- und „Opportunity“-Rovern ab (2004), die ummantelt von einem komplexen Airbag-System – eher auf Mars plumpsten als landeten, bildeten die beiden Viking-Fähren die bislang einzigen erfolgreichen Missionen, deren Roboterarme 1976 den samtenen Staub des Roten Planeten sanft aufwirbelten. Bei „Phoenix“ kamen indes ganz gezielt wieder Landebeine zum Einsatz: „Ich liebe Airbags“, gesteht NASA-Manager Ed Weiler:

„Wir haben drei erfolgreiche Geschichten mit Airbags geschrieben, aber man kann Wissenschaft nicht neu erfinden, wenn man das fortsetzt, was man ohnehin kann. Wir sind stattdessen mit Raketen und Landebeinen auf dem Mars gelandet, die doppelt so lang sind, wie die der Viking-Sonden.“

Nur potentielle Marsmikroben könnten Zeugen der Phoenix-Landung geworden sein … Bild: NASA

Angesichts der zahlreichen Misserfolge in der Vergangenheit waren die Nerven aller Beteiligten bis zum Zerreißen gespannt. Nicht zuletzt im Hinblick auf eine bemannte Marsmission hätte ein abermaliges Scheitern der ambitionierten Lande-Mission das Marsprogramm der NASA um Jahre zurück und zugleich viele Fragen aufgeworfen: Wie soll es jemals gelingen, Menschen auf dem Mars zu befördern, wenn dies noch nicht einmal mit einfachen Roboter-Sonden gelingt?

So in etwa dürfte „Phoenix“ es sich auf Mars bequem gemacht haben Bild: NASA

Herzschlagfinale und spektakuläre Bilder

Das Herzschlagfinale der insgesamt 267 Millionen Euro teuren Mission begann mit dem Eintritt der Raumsonde in die Mars-Atmosphäre. Binnen 420 Sekunden musste Phoenix von rund 20.000 auf acht Stundenkilometer abbremsen. Glücklicherweise erfüllten der Hitzeschutzschild, der Fallschirm und die Bremsraketen ihre Aufgabe derart perfekt, dass circa 20 Minuten nach der Landung die Sonnensegel der Robotersonde planmäßig geöffnet werden konnten.

Ein perfekt ausgefahrenes Sonnenpanel – Energieversorgung garantiert! NASA/JPL-Caltech/University of Arizona

Als die Energieversorgung gesichert war, nahm sich „Phoenix“ eine zweistündige Auszeit, um ihre Batterien aufzuladen. Im Anschluss daran nahm die Sonde mit dem Surface Stereo Imager (SSI) die ersten Bilder vom Mars auf und sandte diese gen Erde. Auf ihnen sind die ausgefalteten Sonnenpaneele und die sondeneigene Wetterstation gut zu sehen.

Die Auflösung der Stereokamera von Phoenix ist auffallend höher als bei der Pathfinder-Mission von 1997. Bild: NASA/JPL-Caltech/University of Arizona

Die drei Landebeine der „Phoenix“ haben in der arktischen Region “Vastitas Borealis“ mit dem Marsboden Tuchfühlung aufgenommen. Es sei zwar keine punktgenaue Landung gewesen, "Phoenix" sei aber, so die NASA, fast exakt an der geplanten Stelle gelandet, die zuvor der econaissance Orbiter andestelle lokalisiert und untersucht habe. Tatsächlich ist „Phoenix“ nicht direkt auf der Polarkappe, sondern am Rande des Polargebietes niedergegangen, wo den Beobachtungen des "MarsOdyssey"-Orbiters zufolge sehr viel Eis lagert – entweder auf der Oberfläche in Form von Permafrost oder unter der steinig-sandigen Oberfläche.

Äußerlich ist hier kein großer Unterschied zu anderen Marsbildern erkennbar. Doch wenige Zentimeter unter der Sandschicht sollte Wassereis vorhanden sein. Bild: NASA/JPL-Caltech/University of Arizona/Texas A&M

Wie die ersten zur Erde gefunkten Bilder belegen, unterscheidet sich das Gebiet, auf dem Phoenix alsbald seine Arbeit aufnimmt, auf den ersten Blick (exo-)geologisch nicht sonderlich von den Fotos der „Viking“-, „Sojourner“-, „Spirit“- oder „Opportunity“- Missionen. Anstelle einer sichtbaren Eisfläche zeigt Mars dem Betrachter auf den aktuellen „Phoenix“-Aufnahmen sein vertrautes Antlitz. Die in einem wüstenartigen Talkessel eingebettete Sonde ist umgeben von Geröll und Sand. Darunter, so die Annahme der NASA-Forscher, befindet sich jene Eisschicht, die Phoenix in den nächsten 90 Tagen näher unter die Lupe nehmen und auf Spuren von vergangenen oder gegenwärtigen Leben untersuchen soll. Zeit für längere Analysen haben die Forscher dabei aber nicht, da die Landestelle bereits nach drei Monaten in der Dunkelheit und Kälte des Marswinters versinken soll.

Sonnenuntergang auf Mars und ein aktiver Roboterarm eines irdischen Roboters Bild: NASA

Suche nach organischem Leben

Der primäre Forschungsauftrag der Raumsonde könnte laut Agenda der NASA schon heute beginnen. Für den dritten Missionstag ist nämlich die erste Bohrung vorgesehen. Läuft alles nach Plan, gräbt sich ein aus Titan und Aluminium bestehender 2,35 Meter langer Roboterarm, der mit einer Schaufel und einem Bohrer bestückt ist, in den Marsboden und entnimmt dort gezielt Proben von Wassereis. Schließlich vermuten die Forscher direkt unter der arktischen Bodenoberfläche große Eisvorkommen. „Wir sind aber nicht in der Lage, auf die entscheidende Frage, ob es Leben auf dem Mars gibt, eine endgültige Antwort zu geben“, erklärt der leitende Chefwissenschaftler Peter H. Smith von der University of Arizona in Tucson.

Mars mitsamt Polarregion. Bild: NASA

"Wir werden aber den nächsten wichtigen Schritt gehen. Wir werden herausfinden, ob in dem Polareis organisches Material existiert. Schließlich konserviert Eis hervorragend. Und wenn es irgendwann einmal Organismen auf Mars gegeben hat, die in dem Eis eingeschlossen wurden, dann werden diese auch heute noch dort zu finden sein."

Wenn der Roboterarm von bis zu 50 Zentimeter in den Marsboden eintaucht, nach Wassereis schaufelt und die Proben ans Tageslicht des Mars befördert, schlägt die Stunde der (Exo-) Geochemiker und Astrobiologen. Dann tritt das sondeneigene Mini-Labor (näheres hierzu in einem späteren Beitrag) – bestehend aus acht kleinen Schmelzöfen, einem Massenspektrometer und zwei Mikroskopen – vor Ort in Aktion. Bevor die Probe analysiert wird, nimmt zu allererst die Roboterarm-Kamera (RAC) den Fund ins Visier und schießt vom Selbigen hochauflösende Bilder.

RAC. Bild: NASA

„Unsere Kamera ist die erste im All, deren Fokus sich verstellen lässt“, erklärt Horst Uwe Keller, unter dessen Leitung die Kamera am Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung (MPS) in Katlenburg-Lindau entstanden ist. Auf diese Weise können die Forscher bei Bedarf Makroaufnahmen von Bodenproben mit einer Auflösung von nur 50 Mikrometern machen, dem Viertel der Dicke eines menschlichen Haares.

Blick zum Horizont. Bild: NASA/JPL-Caltech/University of Arizona/Texas A&M

Der Mythos lebt

Ursprünglich sollte die jetzige Forschungssonde bereits vor sieben Jahren in Gestalt des "Mars Surveyor 2001 Lander" den Weg zum Mars antreten. Doch da die Landung des Mars Polar Lander Ende 1999 in der Nähe des Marssüdpols in einem Fiasko endete und der Mars Climate Orbiter in eine viel zu niedrige Umlaufbahn platziert wurde, stoppte die NASA im Frühjahr 2000 kurzerhand die geplante "Mars Surveyor 2001 Lander"-Mission. Drei Jahre später revidierte sie ihren Entschluss und gab grünes Licht für eine Nachfolgemission, die im Rahmen des Mars-Scout-Programms („kleiner – schneller – billiger“) aus Bestandteilen der gestrichenen Surveyor Lander-Expedition bestehen sollte.

Start am 4. August 2007 mit einer Delta-2-Rakete. Bild: NASA/Sandra Joseph and John Kechele

Geplant – getan. Nach etlichen Verbesserungen und Tests wurden die eingelagerten Bauteile für „Phoenix“ wiederverwendet, die Sonde insgesamt auf dem technisch-elektronisch neuesten Stand gebracht und im August 2007 mit einer Delta-II-Trägerrakete von Cape Canaveral in Florida auf die Reise geschickt. Benannt nach dem mythischen Vogel, der sich aus der eigenen Asche zu neuem Leben erhob, gereicht „Phoenix“ seinem sagenumwobenen Vorbild also nicht nur namentlich zur Ehre.

Für „Marsgeologen“ sicherlich interessant. Bild: NASA/JPL-Caltech/University of Arizona/Texas A&M

Einzigartiger Schnappschuss

Aller Ehren wert ist auch ein einmaliges Bild, das dem High Resolution Imaging Science Experiment (HiRISE) des “Mars Reconnaissance Orbiter” der NASA gelang. Es zeigt die Raumsonde Phoenix während des Sinkflugs mit geöffnetem Fallschirm. Um am rechten Ort zu rechten Zeit zu sein, hielt die NASA das Team um Alfred McEwen von der University of Arizona in Tucson über sämtliche Navigationsschritte der „Phoenix“-Sonde ständig auf dem Laufenden und hoffte auch auf die nötige Portion Glück. Schließlich war aufgrund der großen Distanz zwischen Mars und Erde und der damit verbundenen 15-minütigen Signalverzögerung eine sofortige Korrektur oder Bildanpassung nicht möglich. Ob HiRISE Chancen hatte, den Neuankömmling tatsächlich in flagranti zu erwischen, konnte im Vorfeld kein Wissenschaftler garantieren. Erst als Alfred McEwen das eingetroffene Bildmaterial sondierte und sichtete, offenbarte sich ein Schnappschuss par excellence. „Auf dem ersten Bild sahen wir ein paar weiße Stellen. Als wir aber den Fallschirm und den Lander sowie jene Seile erkannten, die beide miteinander verbindet, war alles klar.“

Bild mit Seltenheitswert: Phoenix beim Landemanöver. Bild: NASA

So nüchtern McEwen dieses ungewöhnliche Foto kommentierte, so ungewöhnlich enthusiastisch gab sich Barry Goldstein vom Jet Propulsion Laboratory (JPL) der NASA in Pasadena. Immerhin handelt es sich bei dem HiRISE-Bild um die erste Aufnahme der Raumfahrtgeschichte, auf dem eine Raumsonde bei einer Mars-Landung zu sehen ist, die von einem anderen Raumfahrzeug fotografiert wurde. Goldstein ist sich dieser Tatsache anscheinend bewusst. Seine Worte sprechen Bände: „Ich bin von den Socken; ja ich bin völlig von den Socken.“

Sehenswertes Quicktime-Video jener Region, in der „Phoenix“ gelandet ist

Weitere bisher veröffentlichte Bilder der Phoenix-Mission:
http://fawkes3.lpl.arizona.edu/images.php?gID=426&cID=8
http://fawkes4.lpl.arizona.edu/images.php?gID=440&cID=8

(Harald Zaun)

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