Mars Rover Perseverance

Etwas mehr als 6 Monate nach dem Start ist der Mars Rover Perseverance wie geplant am 18. Februar 2021 im Jezero Krater auf der Marsoberfläche gelandet. Perseverance ist damit schon über 3 Jahre auf dem Mars im Einsatz. Auch ist der Rover bereits das fünfte unbemannte Fahrzeug, welches die NASA erfolgreich auf dem roten Nachbarplaneten gelandet hat.

An Bord des Rovers sind auch ein Mini-Helikopter und 7 Instrumente, die eine wissenschaftliche Erkundung der Marsoberfläche ermöglichen. Was genau sollen der Rover und der Helikopter Ingenuity erforschen? Welches sind die Ergebnisse der Perseverance Mission bis jetzt? Und welche Ziele sollen noch erreicht werden?

Hier fassen wir die wichtigsten Daten zum bisherigen Verlauf, die interessantesten Meldungen und Ergebnisse sowie die weitere Planung der Perseverance Mission (auch Mars 2020 genannt) zusammen:

• Wo ist der Rover gelandet und wo befindet er sich jetzt?
• Warum ist bei dieser Mission auch ein Helikopter dabei?
• Was soll Perseverance auf dem Mars erforschen?
• Welche Instrumente hat der Rover dafür an Bord?
• Wie kann Perseverance auf dem Mars autonom fahren?
• Welches sind die Ziele der Perseverance Mission?
• Welche Ergebnisse gibt es bis jetzt?
• Warum ist das Gebiet im Jezero Krater so interessant?
• Wie sieht die weitere Planung der Perseverance Mission aus?

Perseverance Mission (Mars 2020)

Der Perseverance Rover und der Helikopter Ingenuity landeten am 18. Februar 2021 (20:55 UTC) auf dem Mars. Doch der Start der Perseverance Mission erfolgte bereits im Sommer 2020. Entsprechend lautet der offizielle Name der NASA für die Mission: Mars 2020.

Start: Juli 2020

Rover und Helikopter wurden am 30. Juli 2020 (11:50:00 UTC) mit einer Atlas V 541 (AV-088) Rakete ins All geschossen. Der Start erfolgte vom Kennedy Space Center, dem NASA Weltraumbahnhof in Cape Canaveral, Florida.

Im Sommer 2020 war die Position des Mars zur Erde optimal und der Flug dauerte so nur etwas über 6 Monate. Diese optimale Konstellation tritt aufgrund der unterschiedlichen Geschwindigkeiten der beiden Planeten auf ihren Umlaufbahnen nur ungefähr alle 2 Jahre auf.

Missionen zum Mars starten deshalb oft im gleichen Zeitfenster. So sind im Sommer 2020 neben Perseverance zwei weitere aktuelle Marsmissionen gestartet: Am 19. Juli die Hope Mission der Vereinigten Arabische Emirate und am 23. Juli die Tianwen-1 Mission der chinesischen Raumfahrtbehörde (CSNA). Auch diese erreichten dann im Februar 2021 den Mars.

Perseverance Landung Februar 2021

Rover Perseverance und Mini-Hubschrauber Ingenuity landeten am 18. Februar 2021 im Jezero Krater. Dieses Gebiet wurde ausgewählt, weil sich dort sehr wahrscheinlich vor Millionen Jahren ein See befand.
Der Rover soll diesen Krater genauer untersuchen, auch nach möglichen Hinweisen auf eventuelles früheres Leben. Hierauf gehen wir genauer in dem Kapitel Perseverance Mission Ziele ein.

Der Jezero Krater

Wo befindet sich der Jezero Krater auf dem Mars?
Eine vollständige Karte der Marsoberfläche findet Ihr in dem Übersichtsartikel zu unserem Nachbarplaneten:

Skycrane Manöver

Die Landung erfolgte mit dem Skycrane Manöver, welches bereits 2012 beim NASA Rover Curiosity eingesetzt wurde. Landungen auf dem Mars sind sehr schwierig und gelingen oft nicht, siehe hierzu auch den Artikel: Aktuelle Marsmissionen.

Landeposition

Der Rover ist wie geplant im Jezero Krater gelandet. Die genauen Koordinaten des Landepunktes auf der Marsoberfläche sind: 18.4447° Nord und 77.4508° Ost.
Am 5. März hat die NASA den Landeplatz nach der amerikanischen Science Fiction Autorin Octavia E. Butler benannt.

Unter dem folgenden Link ist auf YouTube ein Video der ESA zu sehen, welches einen Flug über den Jezero Krater zeigt (Animation basierend auf Daten des ESA Mars Express):

https://www.youtube.com/watch?v=4MeRkQ5n7G0

Erste Bilder

Schon wenige Tage nach der Landung, am 21. Februar, schickte der Rover dieses 360-Grad Panorama Bild, das den ganzen Mars-Horizont um den Rover zeigt:

Am 23. Februar präsentierte die NASA dann das erste 360-Grad Panorama Video auf YouTube. Durch die Pfeile links oben lässt sich das Bild drehen:

https://www.youtube.com/watch?v=wE-aQO9XD1g

Am gleichen Tag veröffentlichte die NASA auch ein Video, welches die Landung aus der Sicht des Rovers zeigt. Dies ist keine Animation des Landemanövers. Man sieht die letzen 3 Minuten der Landung aus der Perspektive der auf dem Rover befindlichen Kameras: die Öffnung des Fallschirms, die Absprengung des Hitzeschildes und die erfolgreiche Landung mit dem Skycrane Manöver.

Dabei wird die Landung einmal in Echtzeit und als Zeitraffer bei 30%-iger Geschwindigkeit gezeigt:

https://www.youtube.com/watch?v=4czjS9h4Fpg

Wo befindet sich Perseverance jetzt?

Die aktuelle Position des Rovers auf dem Mars ist auf dieser Webseite der NASA zu sehen:

https://mars.nasa.gov/maps/location/?mission=M20

Mars-Rover Perseverance

Mit der Mars Mission 2020 hat die NASA bereits das fünfte unbemannte Fahrzeug auf dem roten Nachbarplaneten gelandet. Vorher waren bereits diese 4 Rover erfolgreich auf dem Mars gelandet:

• Sojourner (1996)
• Spirit und Opportunity (beide 2004)
• Curiosity (2012)

Was unterscheidet die Perseverance Mission von diesen vorherigen Missionen
Perseverance ist das größte Fahrzeug, das bisher auf dem Mars gelandet ist: Mit einer Höhe von 2,2 Meter, einer Länge von 3 Meter, einer Breite von 2,7 Meter und einem Gewicht von 1.050 kg ist der Rover ungefähr vergleichbar mit einem SUV.

Der Rover baut auf den Erfahrungen auf, welche die NASA bereits mit früheren Mars-Rovern gemacht hat. So sind das Design und viele Komponenten von Perseverance dem Curiosity Rover sehr ähnlich.
Perseverance ist allerdings deutlich größer und hat zudem auch einige technologische Neuerungen an Bord. Dazu gehören:

• ein Bohrinstrument zur Untersuchung des Marsgesteins. Dieses kann Proben des Gesteins in Kapseln verschließen und auf dem Mars deponieren. Diese Kapseln sollen dann durch eine spätere Mission zur Erde gebracht werden.
• zwei Mikrofone, welche Geräusche auf dem Nachbarplaneten aufnehmen können.
• eine Reihe neuer wissenschaftlicher Instrumente zur genauen Erforschung der Bedingungen auf der Oberfläche des Mars. Das Kapitel Perseverance Instrumente gibt eine Übersicht der Instrumente, die sich an Bord des NASA Mars-Rovers befinden.

Helikopter Ingenuity

Als weitere Neuerung gegenüber vorherigen Missionen wird der Rover von einem kleinen Fluggerät begleitet. Der Hubschrauber Ingenuity soll das Gebiet in der Nähe des Rovers erkunden. So kann der Rover eventuelle Hindernisse leichter umfahren. Auch kann der Helikopter aus der Luft die beste Strecke zu interessanten Punkten ausmachen. Dadurch vereinfacht sich die Fortbewegung des Rovers auf dem Mars und auch die Planung der Route für den Rover.

Die Umsetzung eines Helikopters auf dem Mars ist eine technische Herausforderung. Aufgrund der viel geringeren Dichte der Marsatmosphäre ist es für Hubschrauber sehr schwierig, auf dem Mars zu fliegen.

Auch kann der Flug nicht von der Erde aus gesteuert werden: Die sich mit Lichtgeschwindigkeit ausbreitenden Funksignale benötigen für eine Strecke vom Mars zur Erde über 3 Minuten. Eine Steuerung von der Erde aus würde also mit einer Verzögerung von mindestens 6 Minuten erfolgen.
Der Helikopter muss deshalb autonom fliegen, genau wie der Rover auf dem Mars autonom fährt. Für den autonomen Flug des Mars-Helikopters wurde eine neue Technik entworfen.

Perseverance Mission Ziele

Welches sind die Ziele der Perseverance Mission? Die Mission ist vorerst für eine Dauer von 2 Jahren geplant. In dieser Zeit soll Perseverance eine Reihe von wissenschaftlichen Fragestellungen erforschen, insbesondere auf dem Gebiet der Astrobiologie.

Das Hauptziel der Mission ist die Erkundung der Bedingungen auf der Oberfläche des Mars: Haben diese früher eventuell Leben ermöglicht? Und wie sind die Bedingungen für eventuelle zukünftige bemannte Missionen?
Daneben soll der Rover auch nach Zeichen von Leben suchen. Gab es früher Leben auf dem Mars? Die Beantwortung dieser Fragen sind gleichzeitig wichtige Meilensteine in dem Mars-Erkundungs-Programm der NASA.

Die 4 Ziele der Perseverance Mission

Nach den offiziellen Planungen der NASA hat die Perseverance Mission diese 4 wissenschaftlichen Hauptziele:

1. Bewohnbarkeit: Erkundung der Bedingungen auf der Marsoberfläche (Looking for Habitability). Die klimatischen Bedingungen auf dem Mars sollen genau untersucht und charakterisiert werden. Dies bedeutet vor allem, es soll festgestellt werden, ob früher Leben auf dem Mars möglich war.
2. Lebenszeichen: Zeichen von früherem (oder jetzigem) Leben auf dem Mars (Seeking Biosignatures). Die Frage, ob es Leben auf dem Mars gab, soll durch Perseverance beantwortet werden. Vermutet wird, dass vor allem Bakterien gefunden werden können. Dafür ist der Rover in einem Gebiet gelandet, in dem sich wahrscheinlich vor vielen Millionen Jahren ein See und eine Flussmündung befand, dem 45 km breiten Jezero Krater. Wasser ist die Voraussetzung für alles Leben auf der Erde und wahrscheinlich auch der Ort, wo das erste Leben entstand. Es ist daher sinnvoll auf dem Mars dort nach Zeichen von früherem Leben zu suchen, wo es auch Wasser gab.
3. Gesteinsproben: Proben nehmen und später zur Erde schicken (Catching Samples). Perseverance soll eine genaue Untersuchung der Oberfläche vornehmen, insbesondere des Marsgesteins und der geologischen Prozesse auf dem Mars. Hierfür hat der Rover ein besonderes Bohrgerät, welches Proben sammeln kann. Es werden mehre Proben genommen, die in Behältern verschlossen und auf dem Mars gelagert werden. In einer späteren Mission sollen diese Proben aufgesammelt und dann zur genauen Analyse zur Erde gebracht werden.
4. Vorbereitung für bemannte Missionen: Testen eines Gerätes zu Herstellung von Sauerstoff (Preparing for Humans). Ein weiteres Ziel von Perseverance ist die Erprobung einer Technik zur Erzeugung von Sauerstoff. Aus dem Kohlendioxid (CO₂) in der Marsatmosphäre soll der Rover Sauerstoff (O₂) gewinnen. Dazu hat der Rover das Gerät MOXIE an Bord. Mehr Infos hierzu im Kapitel Perseverance Instrumente. Die Möglichkeit, Sauerstoff auf dem Mars zu erzeugen, ist eine wichtige Voraussetzung für zukünftige bemannte Missionen.

Perseverance Instrumente

Der Rover verfügt über eine Reihe von hochmodernen wissenschaftlichen Instrumenten. Einige davon enthalten neuartige Technologien, welche zum ersten Mal eingesetzt werden. Diese ermöglichen die Erkundung und Erforschung des Planeten, insbesondere der Marsoberfläche und des Marsgesteins. Auch kann der Rover Proben nehmen und diese in Behältern sammeln und lagern.

Insgesamt verfügt Perseverance über 7 unterschiedliche Instrumente, welche es ermöglichen sollen, die wissenschaftlichen Ziele der Mission umzusetzen.

Welche Instrumente befinden sich an Bord des Rovers?

Genau wie bei der Technik und dem Design des Rovers bauen auch die Instrumente auf den Erfahrungen mit dem Curiosity Rover und der Mars Science Laboratory Mission auf. Der Perseverance Rover verfügt über diese 7 Instrumente:

• SHERLOC (Scanning Habitable Environments with Raman & Luminescence for Organics and Chemicals): das erste UV Raman Spektometer auf dem Mars
• MOXIE (Mars Oxygen In-Situ Resource Utilization Experiment)
• PIXL (Planetary Instrument for X-Ray Lithochemistry)
• RIMFAX (Radar Imager for Mars‘ subsurface experiment)
• MEDA (Mars Environmental Dynamics Analyzer)
• SuperCam: Spektrometer zur Untersuchung von Gesteinen und eventuellen organischen Verbindungen
• Mastcam-Z: fertigt vor allem Aufnahmen zur Navigation des Rovers an

Die folgende Abbildung zeigt die Instrumente an Bord von Perseverance. Viele der sieben Instrumente bestehen aus mehreren Komponenten, die teilweise an verschiedenen Stellen des Mars-Rovers montiert sind.

Im Folgenden beschreiben wir die Technik und Funktion dieser Instrumente genauer. Dabei gehen wir auch darauf ein, wie diese Instrumente zu den wissenschaftlichen Zielen der Mars 2020 Mission beitragen.

PIXL

Dieses Instrument soll die Chemie von Steinen, Geröll und Felsen auf der Marsoberfläche im Detail untersuchen. Durch Fluoreszenz-Spektroskopie im Bereich der Röntgenstrahlung kann es die Elemente bestimmen, aus welchen die Marsoberfläche zusammengesetzt ist. PIXL (Planetary Instrument for X-Ray Lithochemistry) verfügt dafür über eine sehr hohe Auflösung, welche chemische Analysen in bisher einmaliger Qualität ermöglicht.

SHERLOC

Dieses Instrument ist ein Raman-Spektrometer, welches Messungen im ultravioletten Bereich vornimmt. Hierzu verfügt das Gerät über einen UV Laser, welches auf den zu untersuchenden Objekten Lumineszenz erzeugt. Dadurch kann SHERLOC sowohl organische Verbindungen bestimmen als auch die Chemie von Mineralien untersuchen. Zudem verfügt das Instrument über ein Mikroskop, das hochaufgelöste Farbaufnahmen der Marsoberfläche anfertigen kann.

Mastcam-Z

Diese Kamera ist an einer hohen Stange oberhalb des Rumpfes montiert. Aus dieser hohen Position, dem sogenannten Kopf, unterstützt die Mastcam-Z die Navigation und die Manöver des Rovers. Dazu kann es stereoskopische Bilder und Panoramaaufnahmen mit Zoomfunktion anfertigen. Dies ermöglicht es, die Umgebung des Rovers räumlich optimal zu erkunden. Zudem kann die Mastcam-Z auch Gesteine der Marsoberfläche auf Mineralien untersuchen.

SuperCam

Auch dieses Instrument befindet sich am sogenannten Kopf des Rovers. Es ist ein Teleskop, welches mit vier Spektrometern chemische Analysen aus einer Entfernung von bis zu 10 Metern durchführen kann. So kann es die Gesteine des Mars auf organische Verbindungen untersuchen.

Das Messprinzip ist die Plasma-Spektroskopie. Hierzu verfügt das Instrument über zwei Laser, welche auf der Oberfläche von Gesteinen ein Plasma erzeugen können. Das vom Plasma ausgesendete Licht kann dann von den vier Spektrometern genau untersucht werden. Das Instrument kann insbesondere eventuelle Zeichen von Mikroorganismen feststellen und so vielleicht die Frage beantworten, ob es früher Leben auf dem Mars gab.

RIMFAX

Dieses moderne Radarinstrument soll die Geologie der Marsoberfläche untersuchen. Die Radarstrahlung des RIMFAX Gerätes kann ca. 10 Meter in die Gesteinsschichten unter der Oberfläche eindringen. Und durch moderne Auswertungsverfahren können die Strukturen dieser Gesteinsschichten mit einer Auflösung im Zentimeterbereich analysiert werden.

MEDA

Meteorologische und atmosphärische Untersuchungen sind die Hauptaufgabe vom Mars Environmental Dynamics Analyzer. Dazu hat MEDA mehrere Sensoren, welche Parameter wie Temperatur, Windgeschwindigkeit und relative Feuchtigkeit auf dem Mars messen. Auch kann es die Größe und Form von Partikeln in der Luft bestimmen.

MOXIE

Das Mars Oxygen ISRU Experiment ist ein Instrument, mit dem die Möglichkeiten zur Herstellung von Sauerstoff auf dem Mars untersucht werden sollen.

Bisheriger Verlauf und Ergebnisse

Im Februar 2024 feierte der Mars Rover Perseverance bereits sein dreijähriges Jubiläum auf dem Mars. Was ist in diesen mehr als 1.000 Tagen auf dem Mars passiert? Wie weit ist der Rover gefahren und welche Entdeckungen hat er bisher gemacht?

In den folgenden Kapiteln fassen wir chronologisch geordnet die wichtigsten Ergebnisse und Highlights der Perseverance Mission zusammen.

2020

30. Juli: Start vom Kennedy Center in Cape Canaveral, Florida.

2021

18. Februar: Erfolgreiche Landung im Jezero Krater mit dem Skycrane Manöver (siehe obiges Kapitel).

Perseverance Gesteinsproben

Der Mars Rover Perseverance verfügt über mehre Instrumente, um auf dem Mars Gesteinsproben zu nehmen und auch zu untersuchen. Dies ist für viele der Missionsziele wichtig: So kann durch die Untersuchung der Gesteine die Geologie des Mars und dessen Geschichte erforscht werden. Und auch auf eventuelle Zeichen für Leben kann die Art und die Zusammensetzung der Gesteine wichtige Hinweise geben.

Der Rover kann hierfür die Gesteinsproben zum einem direkt vor Ort, also auf dem Mars untersuchen:

• Dafür eignet sich insbesondere die SuperCam, welche über zwei Laser verfügt. Mit diesen Lasern kann das Marsgestein in mehreren Metern Entfernung so weit erhitzt werden, dass ein Plasma erzeugt wird.
• Durch Plasma-Spektroskopie können die 4 Spektrometer der SuperCam dann die Verbindungen und Moleküle bestimmen, aus denen das Marsgestein besteht. Vor allem für die Detektion von organischen Verbindungen und Mikroorganismen ist die SuperCam sehr gut geeignet.
• Auch die Instrumente PIXL und SHERLOC können durch Fluoreszenz- und Ramanspektroskopie die Zusammensetzung des Marsgesteins sehr detailliert untersuchen. Dabei misst PIXL Röntgenstrahlung und SHERLOC im ultravioletten Spektralbereich.
• Und schliesslich kann Perseverance auch Bohrungen auf der Marsoberfläche vornehmen. Dies ermöglicht es, das Marsgestein in einer Tiefe von mehreren Zentimetern zu untersuchen und von dort Bohrkerne anzufertigen. Diese Bohrkerne geben genauere Informationen zur Geschichte des Mars.

Zum anderem kann Perseverance die Gesteinsproben aber auch in Behältern sammeln. Diese Behälter mit Marsgestein können versiegelt werden und dann entweder im Rover gelagert oder auf der Marsoberfläche deponiert werden.
In einer späteren Mission sollen diese versiegelten Probenbehälter zur Erde gebracht werden. Dort können in Laboren weitere, noch genauere Untersuchungen der Proben erfolgen.

Der Rover ist im Jezero Krater gelandet und untersucht dort ein Flussdelta, welches sich in diesem Gebiet vor mehreren Millionen Jahren befand. Ein Flussdelta ist für die Missionsziele von Perseverance besonders interessant, weil sich dort über viele Millionen von Jahren organische Verbindungen abgelagert haben könnten. Entsprechend hoch ist die Wahrscheinlichkeit, dort Zeichen von früherem Leben auf dem Mars zu finden.

Seit der Landung im Februar 2021 hat der Rover auf seiner Fahrt durch den Jezero Krater bereits zahlreiche Gesteinsproben von verschiedenen geologisch interessanten Gegenden untersucht. Dabei hat Perseverance auch über 25 Bohrkerne von unterschiedlichen Gesteinsarten gesammelt.

Im Folgenden stellen wir zunächst in einer Tabelle einen Überblick dieser Gesteinsproben auf. Danach gehen wir auf einige der interessanten Proben und auch die Ergebnisse der spektralen Untersuchungen genauer ein.

Liste der Perseverance Bohrkerne

Proben Nr.	Datum	Name	Ort	Aktueller Ort	Gesteinsart
1	6. Aug 2021	Roubion	Polygon Valley	Depot	—
2	6. Sep 2021	Montdenier	Artuby Ridge	Depot	Lavagestein
3	8. Sep 2021	Montagnac	Artuby Ridge	Rover	Lavagestein
4	15. Nov 2021	Salette	South Seitah	Rover	Lavagestein
5	24. Nov 2021	Coulettes	South Seitah	Depot	Lavagestein
6	22. Dec 2021	Robine	South Seitah	Rover	Lavagestein
7	31. Jan 2022	Malay	South Seitah	Depot	Lavagestein
8	7. Mar 2022	Hahonih	Octavia E. Butler Landing	Rover	Lavagestein
9	13. Mar 2022	Atsah	Octavia E. Butler Landing	Depot	Lavagestein
10	7. Jul 2022	Swift Run	Delta Front	Rover	Sediment
11	12. Jul 2022	Skyland	Delta Front	Depot	Sediment
12	27. Jul 2022	Hazeltop	Delta Front	Rover	Sediment
13	3. Aug 2022	Bearwallow	Delta Front	Depot	Sediment
14	2. Oct 2022	Shuyak	Delta Front	Rover	Sediment
15	16. Nov 2022	Mageik	Delta Front	Depot	Sediment
16	29. Nov 2022	Kukaklek	Delta Front	Rover	Sediment
17	2. Dec 2022	Atmo Mountain	Delta Front	Rover	Sediment / Lavagestein
18	7. Dec 2022	Crosswind Lake	Delta Front	Depot	Sediment / Lavagestein
19	30. Mar 2023	Melyn	Upper Fan	Rover	Sediment
20	23. Jun 2023	Otis Peak	Upper Fan	Rover	Sediment
21	15. Sep 2023	Pilot Mountain	Upper Fan	Rover	Sediment
22	25. Sep 2023	Pelican Point	Margin Unit	Rover	Sediment
23	21. Oct 2023	Lefroy Bay	Margin Unit	Rover	Sediment
24	12. Mar 2024	Comet Geyser	Margin Unit	Rover	Silikate / Carbonate
25	21. Jul 2024	Sapphire Canyon	Neretva Vallis	Rover	Sediment

“Cheyava Falls”

22. Juli: der Perseverance Rover untersucht eine Gesteinsprobe im Neretva Vallis Tal, welche den Namen “Cheyava Falls” bekommt. Es ist die 26. Gesteinsprobe der Perseverance Mission.

Am 25. Juli geben die Wissenschaftler des NASA Perseverance Teams bekannt, dass die Gesteinsprobe “Cheyava Falls” möglicherweise Zeichen für früheres Leben auf dem Mars enthält. Diese Biosignaturen könnten eventuell auf Mikroorganismen hindeuten, welche vielleicht vor mehreren Millionen Jahren auf dem Mars existiert haben.

QUELLEN
https://en.wikipedia.org/wiki/Perseverance_(rover)
https://www.nasaspaceflight.com/2020/07/perseverance-ingenuity-ready-journey-to-mars/
https://mars.nasa.gov/mars2020/mission/science/objectives/
https://mars.nasa.gov/news/9252/nasas-perseverance-makes-new-discoveries-in-mars-jezero-crater/
https://en.wikipedia.org/wiki/Mars_Science_Laboratory
https://de.wikipedia.org/wiki/Jezero_(Marskrater)