Künstlerische Darstellung des ExoMars Rovers auf der Marsoberfläche.

Mission ExoMars

Im Rahmen des ExoMars-Programms wollen Forscher einerseits Technik für künftige Missionen testen und andererseits nach Spuren von Leben auf dem Roten Planeten suchen. Die Mission besteht dabei aus zwei Teilen: 2016 erreichten eine Raumsonde und ein Landeroboter den Mars, voraussichtlich 2021 soll ein Rover folgen. 

Gibt oder gab es Leben auf dem Mars? Diese Frage stellen sich Menschen bereits seit Jahrhunderten. Heute weiß man zwar, dass zumindest die Marsoberfläche zu unwirtlich ist, um Leben zu beherbergen. Doch in früheren feuchteren Perioden hätte einfaches Leben vielleicht eine Chance auf dem Planeten gehabt und auch heute noch könnten Mikroorganismen – geschützt unterhalb der Oberfläche – ausharren.

Künstlerische Darstellung wie sich im All die kegelförmige Landekapsel „Schiaparelli“ von ihrem satellitenartig aussehenden Träger, dem Trace Gas Orbiter, trennt und den Eintritt in die Marsatmosphäre beginnt.
Schiaparelli trennt sich vom Trace Gas Orbiter

ExoMars – ein gemeinsames Projekt der Europäischen Raumfahrtagentur ESA und der russischen Weltraumbehörde Roskosmos – soll nun weitere Indizien liefern, um die große Frage nach Leben auf dem Mars zu beantworten. Im März 2016 startete der erste Teil der Mission: Der sogenannte Trace Gas Orbiter mit dem Landemodul „Schiaparelli“ an Bord. Am 16. Oktober 2016 trennte sich Schiaparelli von seiner Muttersonde und setzte am 19. Oktober zur Landung im Meridani Planum, einer ausgedehnten Hochebene frei von Kratern und großen Felsbrocken, an.

Die bisher ausgewerteten Funksignale lassen darauf schließen, dass sich der Fallschirm von Schiaparelli in einer Höhe von zwölf Kilometern und einer Geschwindigkeit von 1730 Kilometern pro Stunde öffnete und auch der Hitzeschild wie erwartet funktionierte. Doch kurz nachdem sich der Fallschirm entfaltet hatte, übermittelte ein Instrument an Bord, das die Rotation des Landers erfasst, für etwa eine Sekunde einen fehlerhaften Wert an das Steuerungssystem. Zusammen mit den anderen, korrekt gemessenen Daten errechnete der Bordcomputer dadurch eine negative Höhe – Schiaparelli sollte sich also unterhalb der Marsoberfläche befinden, tatsächlich trennten den Lander aber noch 3,7 Kilometer vom Boden.

Durch das fehlerhafte Signal verhielt sich Schiaparelli so als würde die Landung kurz bevorstehen: Der Fallschirm löste sich, die Bremstriebwerke zündeten nur für wenige Sekunden und es wurden weitere Instrumente an Bord aktiviert. Infolgedessen raste Schiaparelli ungebremst zur Oberfläche, wo der Lander mit einer Geschwindigkeit von mehr als 500 Kilometern pro Stunde aufschlug und explodierte.

Landestelle von Schiaparelli
Landestelle von Schiaparelli

Die ESA wollte mit Schiaparelli vor allem Techniken für zukünftige Marslandungen erproben – die Batterien des Landers wären innerhalb einer Woche erschöpft gewesen. „Ingenieurtechnisch gesehen ist es das, was wir von einem Test erwarten, und wir verfügen nun über äußerst wertvolle Daten, die wir auswerten können“, so David Parker, ESA-Direktor für bemannte Raumfahrt und robotische Exploration. Schiaparelli war mit einer einfachen Kamera ausgerüstet, um Bilder vom Landevorgang zu liefern. Zudem erfasste der Roboter während seines Abstiegs auch Windgeschwindigkeiten, Feuchtigkeit, Druck und Temperatur.

Der Trace Gas Orbiter erreichte derweil erfolgreich eine Umlaufbahn um den Mars und wird erst Ende 2017 seinen wissenschaftlichen Betrieb aufnehmen. Bis dahin führt die Sonde komplexe Bremsmanöver durch, um schließlich auf einen kreisförmigen Orbit, vierhundert Kilometer über dem Planeten, zu schwenken. Von dort wird sie mithilfe von Spektrometer und Infrarotinstrument die Marsatmosphäre untersuchen. Insbesondere haben es die Wissenschaftler dabei auf Spurengase wie Methan abgesehen.

Methan ließ sich in der Marsatmosphäre bereits nachweisen, die gemessene Konzentration schwankt allerdings stark. Daher werden genauere Messungen, wie sie der Trace Gas Orbiter durchführen kann, gespannt erwartet. Da ultraviolette Sonnenstrahlung das Gas in der Atmosphäre innerhalb von rund 400 Jahren zersetzt, muss dort aufgespürtes Methan von aktiven Quellen auf dem Planeten stammen. Doch der Ursprung – biologisch, etwa von methanproduzierenden Mikroorganismen, oder geologisch, beispielsweise durch Vulkanismus oder Kometeneinschläge – ist unklar. Der Trace Gas Orbiter soll hier Antworten liefern. Denn er wird nicht nur die Verteilung von Spurengasen über Zeiträume von Tagen, Monaten und Jahren hinweg kartieren, sondern auch deren chemische Zusammensetzung genau bestimmen. Und zumindest auf der Erde lässt sich Methan aus biologischen und geologischen Vorgängen eindeutig durch seine isotopische Signatur unterscheiden.

Künstlerische Darstellung des mit sechs Rädern und aufgeklappten Solarzellen ausgestatteten ExoMars Rover auf der Marsoberfläche
ExoMars-Rover

Der Trace Gas Orbiter verfügt darüber hinaus über ein ausgereiftes Kamerasystem, das Farbaufnahmen der Marsoberfläche mit einer Auflösung von fünf Metern pro Pixel sowie eine dreidimensionale Rekonstruktion der Oberfläche von besonders interessanten Gebieten erlaubt. Mithilfe eines Neutronendetektors an Bord wollen die Forscher zudem Wasserstoff auf und einen Meter unter der Oberfläche aufspüren und so eine genaue Karte des Wassereises auf dem Mars erstellen.

Voraussichtlich 2020 beginnt dann der zweite Teil der Mission, bestehend aus einem europäischen Rover und einer in Russland gebauten Landeplattform. Ein Jahr nach dem Start soll der Marsrover dann eine Region erkunden, die in der Frühzeit des Roten Planeten vor rund vier Milliarden Jahren mit flüssigem Wasser bedeckt war. Dort wird das fahrbare Labor dann erstmals Proben aus einer Tiefe von bis zu zwei Metern entnehmen und vor Ort analysieren – bisherige Bohrsysteme drangen nur wenige Zentimeter in die Marsoberfläche ein.

Der Rover soll mehrere Kilometer auf dem Mars zurücklegen und dabei mehrfach Bodenproben entnehmen. Und auch der Trace Gas Orbiter leistet dabei seine Dienste: Neben seiner wissenschaftlichen Mission wird er die Daten des Rovers sammeln und zur Erde funken. Insgesamt soll die ExoMars-Mission bis 2022 andauern.