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Im August dieses Jahres startet die NASA mit der Phoenix-Mission eine Marsmission, deren Hauptaufgabe es ist, auf dem Mars Spuren nach vergangenem oder vielleicht sogar noch existierendem Leben in Form von Mikroorganismen zu suchen.
Der Phoenix-Lander ist die erste Marsmission, die, von der am 3.12.1999 gescheiterten Mission Mars Polar Lander abgesehen, in der Nordpolregion des Mars landen soll. Phoenix ist eine verbesserte und weiterentwickelte Version des Mars Surveyor 2001 Landers, der jedoch nie gestartet wurde. Einige Instrumente sind von der Vorgängermission übernommen und dem heutigen Stand der Technik angepasst worden. Diese Vorgehensweise senkt die Kosten der Mission dramatisch. So kostet die Mission „nur“ 386 Millionen US-Dollar.
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Das Startfenster beginnt am 3. August 2007 und endet am 24. August 2007. Der Zeitraum für die Landung am Mars wurde für die Zeit vom 25. Mai 2008 bis zum 6. Juni 2008 festgelegt. Dazwischen liegt, wie bei Anflügen zum Mars üblich, die Marsopposition. Sie findet am 24. Dezember statt.
Die Einhaltung des Startfensters ist für die Durchführung der Mission von elementarer Bedeutung. Wird es verpasst, ist es erst wieder zur nächsten Opposition in zwei Jahren möglich, den Mars mit einer vertretbaren Menge an Treibstoff und in einer relativ kurzen Reisezeit zu erreichen.
Die Landeprozedur unterscheidet sich erheblich von den letzten Marsmissionen:
Bisher sind die Landemissionen seit Pathfinder 1997 mit Airbags gelandet, die die Landeeinheit abfederten, indem sie wie ein Wasserball mehrmals auf dem Mars aufschlugen. Dieses Prinzip hat sich bisher sehr gut bewährt, da es ebenso kostengünstig wie zuverlässig ist. Es hat jedoch einen entscheidenden Nachteil, der sich gerade in den Polarregionen bemerkbar macht:
Gesteinsbrocken ab 50 Zentimeter Durchmesser können die Airbags zum Platzen und die Mission somit buchstäblich in letzter Sekunde zum Scheitern bringen. Gerade in den Polarregionen gibt es sehr viele Felsbrocken, die eine derartige Landung erschweren.
Mit der NASA-Raumsonde Mars Global Surveyor wurden in der Nordpolarregion diverse potentielle Landestellen ausgewählt, die auf Aufnahmen der Mars Observer Camera (MOC; bestmögliche Auflösung ca. 1,2 Meter pro Pixel) eben und ohne Geröll erscheinen. Hierzu muss erwähnt werden, dass die kleinsten erkennbaren geologischen Strukturen, also auch potentiell störende Felsbrocken, mindestens zwei Pixel groß sein müssen, um sie vom immer vorhandenen Hintergrundrauschen der CCD-Sensoren unterscheiden zu können. Die kleinsten auflösbaren Strukturen waren also ca. knapp zwei Meter groß.
Mit der später gestarteten Marssonde Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) und dem HiRISE-Kameraexperiment, das Spitzenauflösungen von 29 Zentimetern pro Pixel ermöglicht, wurden die möglichen Landeplätze erneut untersucht. Hier zeigte sich, dass die meisten Landestellen (auch die bis zu diesem Zeitpunkt favorisierte) immer noch mit zu großen Gesteinsbrocken übersät sind.
Die Wahl fiel schließlich auf einen Ort ohne größere Felsbrocken. Das folgende Foto zeigt die Landestelle von Phoenix. Es wurde in Originalauflösung (31,2 cm pro Pixel) dargestellt. Da eine Struktur, um als solche erkannt zu werden, mindestens zwei Pixel groß sein muss, beträgt die größe der kleinsten erkennbaren Strukturen ca. 90 cm in der Diagonale. Ihre Kantenlänge wäre dann etwa 60 cm.
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Hierzu muss gesagt werden, dass große Felsbrocken nicht nur für Airbags, sondern auch für die Landung mit Bremsraketen und Landefüßen verheerende Folgen haben können. Setzt nämlich einer der Landefüße genau auf einem großen Stein auf, bekommt die Sonde eine Schräglage, und sie kann im ungünstigsten Fall umkippen.
Mit einem solchen System ist Phoenix ausgestattet.
Zunächst bremst sie wie üblich in der Hochatmosphäre ab und wird an einem Fallschirm bis fast an die Oberfläche herabsinken, wobei kontinuierlich Fotos vom Landegebiet aufgenommen werden. Kurz vor der Landung zünden Bremsraketen, so dass Phoenix mit moderater Geschwindigkeit auf der Marsoberfläche aufsetzen wird. Ein vergleichbares System hat sich bereits bei den Viking-Missionen zum Mars und bei den Surveyor-Missionen zum Mond bewährt.
Das Bild zeigt eine Darstellung der Landung:
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Die Phoenix-Mission hat zwei primäre Ziele:
Der Lander soll die Geologie des Wassers auf Mars untersuchen. Bei der Landestelle wird Wassereis in einer Tiefe von nur 50 Zetimetern unter der Marsoberfläche vermutet. Phoenix ist hierfür mit einem Baggerarm ausgestattet, der die bodennahen Schichten untersuchen soll.
Phoenix landet in einer Region in der Nähe des Nordpols des Mars, die nur saisonal mit Eis bedeckt ist. Das Eis ist in den polnahen Regionen, die nur temporär mit Eis (dann in erster Linie CO2-Eis) bedeckt ist, in den Porenräumen des Gesteins eingelagert. Die Situation stellt man sich am besten wie einen mit Wasser getränkten Badeschwamm vor, der bei niedrigen Temperaturen gefriert. Die Gesteine weisen Porenräume auf, man spricht hier von der Porosität des Gesteins. In diesen Porenräumen lagert sich Wasser in flüssiger, oder, im Falle der Polargebiete des Mars, als Eis ein.
Das Grundwasser ist ebenfalls unter der Marsoberfläche als Eis gespeichert. Es wurde detektiert, dass sich an der Phoenix-Landestelle in nur 50 Zentimetern tiefe ein Eisreservoir befindet. Der Phoenix-Lander ist mit einem Schaufelarm ausgestattet, der bis in diese Tiefen bohren und Bodenproben sammeln kann. Diese werden dann, wie bei den Viking-Landern, auf Spuren von Leben und geochemisch untersucht.
Ein Roboterarm, der sich in alle Richtungen bewegen und sich um die eigene Achse drehen kann. Er kann bis zu 50 Zentimeter tief bohren und Bodenproben nehmen. Er ist mit einer Kamera, der „Robotic Arm Camera“, ausgestattet, die Nahaufnahmen des Bodens und der Bohrlöcher anfertigen kann. Hierbei sollen Details von 16 Mikrometern Größe aufgelöst werden.
Eine auf einem zwei Meter hohen, schwenkbarem Arm befestigte Kamera, die eine Weiterentwicklung der Kamera von Pathfinder ist. Sie ermöglicht Stereoaufnahmen und Fotos der Landschaft durch 12 Farbfilter. Die Stereoaufnahmen dienen ausserdem der Unterstützung der Arbeiten mit dem Roboterarm.
Die Kamera, die während des Landevorgangs die Umgebung der Landestelle fotografiert. Die Ergebnisse der Daten nach der Landung sollen dann in ihren Kontext einbezogen werden.
Eine Wetterstation, die täglich Wetterberichte vom Mars liefert. Es werden Druck und Temperatur vermessen und die Atmosphäre bis in 20 Kilometer Höhe untersucht. Dies geschieht durch Vermessung der Wolken- und Staubpartikelverteilung.
Eine Kombination aus Schmelzöfen und Massenspektrometer, die die vom Roboterarm genommenen Proben untersuchen soll. Aus der Beobachtung des Übergangs vom festen in den flüssigen Zustand sind Rückschlüsse auf die chemische Zusammensetzung der Proben möglich. Bei hinreichend hohen Temperaturen können auch ggf. entstehende Gase untersucht werden.
Es besteht aus diversen Instrumenten, unter anderem Mikroskopen und Labors zur nasschemischen Analyse der Bodenproben. Das optische Mikroskop kann bis zu 10 Mikrometer kleine Partikel auflösen. Das Rasterkraftmikroskop schafft sogar eine Auflösung von 10 Nanometern.
Der Phoenix-Lander kann sich nicht fortbewegen. Er ist stationär und kann nur seine unmittelbare Umgebung untersuchen.
Das Bild zeigt Phoenix auf Mars:
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Im weiteren Sinne kann Phoenix als Nachfolger der Viking Lander angesehen werden. Der Lander ist ähnlich konzipiert und verfolgt ähnliche wissenschaftliche Ziele. Es bleibt zu hoffen, dass die Phoenix-Mission ein voller Erfolg wird und wir der Antwort auf die Frage, ob es auf dem Mars Leben gab oder gar noch gibt, einen entscheidenden Schritt näher kommen.
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