An der JGU entwickeltes Mössbauer-Spektrometer bestimmt Zusammensetzung und Häufigkeit eisenhaltiger Minerale auf dem Mars
21.11.2005
Die Mitarbeiter des NASA-Kontrollzentrums im kalifornischen Pasadena brachen am 4. Januar 2004 in Jubelstürme aus, als der Rover Spirit unbeschadet auf dem Mars landete und schon nach wenigen Stunden erste Bilder zur Erde funkte. Ein Mars-Jahr oder genau 687 Tage später feiern Wissenschaftler des Instituts für Anorganische Chemie und Analytische Chemie der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU) den 1. Jahrestag der Spirit-Landung auf dem Mars. Mainzer Forscher der Arbeitsgruppe von Dr. Göstar Klingelhöfer sind an der NASA-Doppelmission zum Mars mit jeweils zwei Geräten auf dem Rover Spirit und dessen Zwilling Opportunity beteiligt, die wesentlich zum Erfolg der Mission beigetragen haben. Mittlerweile hat die NASA das Projekt dreimalig verlängert und das wissenschaftliche Team im Oktober 2005 weiter aufgestockt.
Der erste Rover der NASA-Doppelmission war am 4. Januar 2004 nach einer siebenmonatigen Reise auf dem Roten Planten gelandet. Er ist nunmehr seit knapp 23 Monaten bzw. seit genau einem Mars-Jahr im Gusev-Krater unterwegs, um Gestein und Boden des Nachbarplaneten der Erde zu untersuchen. Dabei sah es nach der Landung zunächst danach aus, als könne das Fahrzeug auf seinen sechs Rädern vielleicht nie auf den Weg gebracht werden, denn Spirit nahm zunächst die Befehle vom NASA-Kontrollzentrum nicht mehr entgegen. Der Speicherplatz des Rovercomputers war während der Reise vollgelaufen – eine kritische Panne, die jedoch nach einigen Tagen behoben werden konnte. Drei Wochen nach Spirit landete am 25. Januar 2005 der zweite Rover, Opportunity, auf der anderen Seite des Planeten in der Tiefebene Meridiani Planum. Auf dem Roboterarm der beiden Rover sind jeweils zwei Spektrometer aus Mainzer Fertigung installiert.
Das miniaturisierte Mössbauer-Spektrometer MIMOS II wurde vom Institut für Anorganische Chemie und Analytische Chemie der JGU unter der Leitung von Dr. Göstar Klingelhöfer entwickelt, gebaut und für die Missionen bereitgestellt. Außerdem ist Klingelhöfers Team auch an der Entwicklung und dem Betrieb des zweiten Mainzer Geräts auf Spirit und Opportunity, dem Alpha-Röntgen-Spektrometer APXS des Max-Planck-Instituts für Chemie, wesentlich beteiligt. Finanzielle Unterstützung erhalten die Mainzer Wissenschaftler vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR).
Viele der wichtigsten Minerale auf dem Mars enthalten Eisen. Das Mössbauer-Spektrometer kann die Zusammensetzung und die Häufigkeit eisenhaltiger Minerale mit hoher Zuverlässigkeit bestimmen. Die Informationen geben Aufschluss über die Umweltbedingungen, die auf dem Mars in früheren Zeiten geherrscht haben. Schon kurz nach der Landung lieferte MIMOS erste Daten. "Das war für uns der Höhepunkt - dass das Instrument nach der Landung einwandfrei funktionierte, nachdem wir auf der Reise zum Mars noch Probleme hatten", so Klingelhöfer. Es war das erste Mal, dass die Messgeräte auf einem anderen Planeten zum Einsatz kamen.
Die erste Entdeckung des Mössbauer-Spektrometers MIMOS II im Gusev-Krater war das Vorkommen von Olivin, eines Minerals, das normalerweise sehr schnell verwittert. "Das war für uns ziemlich überraschend", erklärt Klingelhöfer über die erste Datenauswertung. "Wenn Olivin noch vorhanden ist, kann kaum Wasser im Spiel gewesen sein, sonst wäre das Mineral schon verwittert." Später spürte das Mini-Spektrometer dann in Meridiani Planum das Mineral Jarosit und im Gusev-Krater das Mineral Goethit auf. "Beide benötigen Wasser zu ihrer Bildung, also muss früher, vor etwa drei bis vier Milliarden Jahren an beiden Landeplätzen reichlich Wasser vorhanden gewesen sein, um diese Sedimente zu bilden."
Eigentlich war das Ende der beiden Rover noch im Laufe des Jahres 2004 erwartet worden. Die NASA-Ingenieure rechneten damit, dass die Sonnenkollektoren mit Staub bedeckt würden und dass während des Mars-Winters nicht mehr genügend Energie für den Betrieb zur Verfügung stehen würde. Entsprechend war die sogenannte Primärmission nach drei Monaten abgeschlossen. Und doch befindet sich das Projekt mittlerweile in seiner 3. Verlängerung. "Spirit und Opportunity haben sämtliche Erwartungen im Hinblick auf ihre Lebensdauer und ihre Entdeckungen auf dem Mars übertroffen", so das Jet Propulsion Laboratory in Pasadena, Kalifornien, USA. "Und die beiden Rover sind in einem guten Zustand, um weiterhin noch mehr großartige Erkenntnisse zu liefern."
Opportunity soll als nächstes einen großen Krater in etwa drei Kilometer Entfernung ansteuern. "Wir erhoffen uns davon einen Einblick in tiefere Schichten des Mars-Gesteins", erklärt Klingelhöfer. Auch bei Spirit wird die nächste Fahrt spannend werden. "Spirit hat einen Hügel erklommen und auf der anderen Seite sehen wir merkwürdige Strukturen. Die Fahrt dorthin führt bergab, was grundsätzlich nicht so einfach ist wie eine Fahrt bergauf." Nach den derzeitigen Planungen der NASA sollen die beiden Rover zumindest noch bis September 2006 unterwegs sein und die Marsoberfläche untersuchen. Doch zunächst gilt es, den erneut bevorstehenden Mars-Winter gut zu überstehen.