ExoMars: Auf der Suche nach Leben auf dem Roten Planeten

8 März 2016

Ersterscheinung des Texts bei Sterne und Weltraum (Heft 3/2016). 

Sonnenaufgang auf dem Mars: 400 Kilometer über der Oberfläche richtet eine Raumsonde im Orbit ihre Instrumente in Richtung des Sonnenlichts, das durch die Atmosphäre des Planeten strömt.

Sie ist auf der Suche nach den spektralen Signaturen wichtiger Gase wie Methan, die auf noch heute aktive biologische oder geologische Vorgänge hinweisen können. Zur gleichen Zeit ist ein Fahrzeug auf der Oberfläche dabei, mit einem Bohrer die erste Bodenprobe aus einer Tiefe von zwei Metern zu entnehmen. Das Gefährt befindet sich in einer Region, die in der Frühzeit des Planeten vor rund vier Milliarden Jahren mit flüssigem Wasser bedeckt war. Wird es Reste vergangenen Lebens finden, die vor der energiereichen Strahlung geschützt waren, welche heute die Oberfläche überflutet?

Seit Jahrhunderten ist die Menschheit von der Suche nach Leben auf dem Mars fasziniert, angefangen von Künstlern und Schriftstellern bis hin zu den Forschern und Astronomen. Obwohl das obige Szenario wie eine Szene aus einem Sciencefictionroman wirkt, wird es bald Realität dank des Programms ExoMars.

ExoMars ist ein gemeinsames Projekt der Europäischen Raumfahrtagentur ESA und der russischen Weltraumbehörde Roskosmos. Es besteht aus zwei Missionen: Die erste, die Mitte März 2016 startete, beinhaltet den so genannten Trace Gas Orbiter (Orbiter für Spurengase, kurz: TGO) und ein Landemodul namens Schiaparelli, das Verfahren für eine weiche Landung auf dem Mars erproben soll. 

Die zweite Mission, die 2020 folgen wird, besteht aus einem Marsrover und einer Landeplattform mit wissenschaftlichen Instrumenten. Die Hauptaufgabe des Programms ExoMars ist die Beantwortung der Frage, ob der Mars einstmals belebt war oder gar immer noch ist.

Dabei möchten die Forscher erfahren, ob der Planet heute noch geologisch aktiv ist oder sich dort Hinweise auf einfaches mikrobielles Leben finden lassen. Jedoch ist es noch gar nicht so lange her, dass sich die Spekulationen hierüber regelrecht überschlugen und viele Menschen annahmen, auf unserem Nachbarplaneten gäbe es intelligentes Leben.

Das ExoMars-Modul für die Testlandung ist nach dem italienischen Astronomen Giovanni Schiaparelli benannt

Diese Fantasien wurden verstärkt durch die Fehlinterpretation teleskopischer Beobachtungen des italienischen Astronomen Giovanni Schiaparelli (1835 – 1910) gegen Ende des 19. Jahrhunderts: Er hatte auf dem Planeten helle und dunkle gerade Linien wahrgenommen, die er im Italienischen als »canali« bezeichnete. Diese wurden fälschlicherweise im Englischen und anderen Sprachen als »Kanäle« anstatt als »Furchen« oder »Rillen« übersetzt. Dadurch drängte sich das Bild eines Netzwerks aus Bewässerungskanälen auf, die vermeintlich von intelligenten Wesen auf dem Mars errichtet wurden.

Nach Giovanni Schiaparelli ist nun das ExoMars-Modul für die Testlandung benannt, dessen offizielle Bezeichnung sonst »Entry, descent and landing demonstrator« lautet, auf Deutsch ungefähr: »Modul zur Demonstration des Eintritts, Abstiegs und Aufsetzens auf der Marsoberfläche«.

Schließlich fotografierten im 20. Jahrhundert Raumsonden die Marsoberfläche im Detail und räumten mit dem Missverständnis der Kanäle auf: Die von Schiaparelli gesichteten geraden Strukturen waren nur optische Täuschungen gewesen. Jedoch nahmen die Wissenschaftler weiterhin an, dass es auf dem Mars Mikroorganismen geben könnte. Tatsächlich machte sich im Jahr 1976 das US-Programm Viking daran, mittels zweier Landesonden mit speziellen Instrumenten nach Stoffwechselprodukten von Mikroben im Marsboden zu suchen.

Nachdem dies erfolglos blieb, stellten die Forscher auf eine stufenweise Forschungsstrategie um. Schon aus den Beobachtungen des Planeten mit den beiden Viking-Orbitern war klar geworden, dass Wasser – die Grundbedingung für die Entstehung von Leben, wie wir es kennen – eine große Rolle bei der Gestaltung der Marsoberfläche gespielt hatte. Tatsächlich wiesen verzweigte Netzwerke aus Tälern – ähnlich jenen, die durch Regenfälle in den irdischen Wüsten entstehen – und uralte ausgetrocknete Flussbetten und -rinnen darauf hin.

Daraus ergab sich in der Folgezeit das Mantra »Folge dem Wasser«. Aber heute ist die Marsoberfläche kalt, trocken und starker Strahlung ausgesetzt, so dass dort Organismen nicht überleben würden. Könnte sich aber Leben während früherer feuchter Umweltphasen vor Milliarden von Jahren auf dem Mars eingenistet haben?

Dies ist bis heute eine der wichtigsten ungelösten wissenschaftlichen Fragen unserer Zeit. Sie beflügelte zahlreiche Missionen zum Mars, seitdem die Menschheit damit begann, den Roten Planeten zu erkunden. Mehr als 40 Raumsonden wurden in Richtung Mars gestartet, freilich mit sehr unterschiedlichem Erfolg. Obwohl sich unser Verständnis des Mars seitdem gewaltig verbessert hat, haben wir noch immer keine Antwort auf diese Kernfrage.

Mehr als 40 Raumsonden sind bereits in Richtung Mars gestartet 

Europa war an zahlreichen Marsmissionen beteiligt, die von den USA, Russland und Japan durchgeführt wurden. Die erste eigene Mission, Mars Express, begann im Jahr 2003. Sie führte zudem die britische Landesonde Beagle-2 mit, die sich erfolgreich von der Muttersonde trennte, dann aber verschollen blieb.

Mars Express war auf eine Betriebsdauer von zwei Jahren im Marsumlauf ausgelegt, ist aber nach mehr als zwölf Jahren noch immer aktiv. Eine der interessantesten Beobachtungen in ihrer eindrucksvollen Karriere war der Nachweis von Methan in der Marsatmosphäre. Diese Entdeckung sollte die Keimzelle für die Entwicklung des Trace Gas Orbiter (TGO) des ExoMars-Programms werden. Auf der Erde setzen vor allem lebende Organismen einen Großteil des atmosphärischen Methans frei.

Es ist zudem der Hauptbestandteil von Erdgas; ein weiterer Beitrag stammt aus der vulkanischen und hydrothermalen Aktivität unseres Planeten. Obwohl Methan weniger als 0,000 18 Prozent der Gase in der Erdatmosphäre ausmacht (oder 18 Teile pro Milliarde Teilchen pro Volumeneinheit = 18 ppbv), gelangen pro Jahr mehrere hundert Millionen Tonnen in unsere Lufthülle. 

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Die Marsoberfläche ist von verschiedensten geologischen Formationen übersät (hier Ascuris Planum)Access the image

Da die biologische Aktivität der Erde eine Schlüsselrolle für die Methanproduktion spielt, ist der sichere Nachweis von Methan auf dem Mars ein erster wichtiger Schritt, die derzeit aktiven Prozesse zu verstehen, welche dort dieses Gas erzeugen und auch wieder entfernen. In der Marsatmosphäre sollte das Methan nur eine recht kurze Lebensdauer von rund 400 Jahren haben, da es durch die ultraviolette Strahlung der Sonne zerstört wird. Mischungsvorgänge in der Atmosphäre sollten dafür sorgen, dass sich rasch ein mehr oder weniger einheitlicher Methangehalt auf geringem Niveau einstellt. Sollte dies richtig sein, so müsste es eine Quelle geben, die den Vorrat ständig auffüllt, und gleichzeitig ein Vorgang aktiv sein, der das Methan wieder rasch entfernt. Nur so lassen sich die beobachteten Veränderungen der Methankonzentrationen erklären.

Endlich diese Vorgänge zu verstehen, ist eines der aufregendsten Ziele des Trace Gas Orbiters. Sie sind ein Rätsel, das es zu lösen gilt. Tatsächlich ist es eine Hauptaufgabe für TGO, eine große Anzahl von Spurengasen in der Marsatmosphäre gleichzeitig zu analysieren. Sie sind dort nur in geringen Mengen vorhanden und machen wesentlich weniger als ein Prozent der Gesamtzusammensetzung aus. Es sind die Beziehungen zwischen den verschiedenen Spurengasen, die uns Einblicke in den möglichen Ursprung von Methan und anderen interessanten Gase bieten dürften, sei er biologischer oder geothermaler Natur.

TGO führt zudem das Testmodul Schiaparelli mit sich, das Schlüsseltechnologien im Hinblick auf die nächste Mission des ExoMars-Programms erproben wird, die schon oben erwähnte Mission ExoMars-2020. 

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