Bereits jetzt werden bemannte Marsmissionen geplant. Ein Team mit zwei Forschenden der Naturwissenschaftlichen Fakultät Lissabon entwickelt Konzepte für „sanfte Landungen“ auf dem Roten Planeten.
Zwei portugiesische Wissenschaftler sind die Hauptautoren einer Studie, die in der Fachzeitschrift Journal of Geophysical Research: Planets veröffentlicht wurde. Ziel der Untersuchung ist es, Wolken auf dem Mars zu „jagen“ und zu analysieren, um künftige Missionen zum Roten Planeten zu erleichtern.
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Die Forschenden wollten dabei gleichzeitig die Höhe und die Ausbreitungsgeschwindigkeit atmosphärischer Wellen auf dem Mars messen. Diese spielen eine Schlüsselrolle bei der Verteilung von Energie in der Atmosphäre des Planeten.
Wie der Wissenschaftler Francisco Brasil Euronews erklärte, leitete er die Studie gemeinsam mit Pedro Machado. Beide arbeiten an der Fakultät für Naturwissenschaften der Universität Lissabon (CIÊNCIAS ULisboa) sowie am Institut für Astrophysik und Raumwissenschaften (IA). Das Team stützte sich dabei vor allem auf Daten der Mission Mars Express.
Dabei handelt es sich um „eine der langlebigsten Missionen der Europäischen Weltraumorganisation“, die sich seit 23 Jahren in der Umlaufbahn des Mars befindet und deren Einsatz inzwischen bis 2029 verlängert wurde. Mehrere Schlüsselinstrumente der unbemannten Mission lieferten die Daten für die Studie.
Zur Bedeutung der Forschung sagte Francisco Brasil, dass man „für eine Landung auf einem Planeten – so wie auf der Erde – ungefähr wissen muss, wie die Atmosphäre in Schichten aufgebaut ist“.
Die Beschreibung der Atmosphärenwellen ermögliche es, „die Dynamik seiner Atmosphäre in diesen bestimmten Höhen“ besser zu verstehen. Im Mittelpunkt der Studie standen dabei „die Messung der Wolkenhöhen und der Winde“.
Möglich wurde dies durch eine hochauflösende Kamera an Bord der europäischen Raumsonde Mars Express, „die es erlaubte, denselben Ort aus unterschiedlichen Blickwinkeln zu beobachten“.
Die Entdeckung „wird in Zukunft wichtig sein, wenn die Menschheit den Mars erreicht“, sagte Francisco Brasil. Dadurch lasse sich besser verstehen, „welche Optimierungen nötig sind“ an Raumfahrzeugen, die die Marsoberfläche erreichen sollen. Ziel sei es, „Reibung und Unterschiede in der Atmosphäre“ so zu kontrollieren, dass „bei der Landung alles gut geht“.
Sehr dünne Atmosphäre im Vergleich zur Erde
Warum kann diese Analyse künftige Missionen zum Mars so stark beeinflussen? Der Grund liegt in der extrem dünnen Atmosphäre des Planeten, die im Vergleich zur Erdatmosphäre nur wenige Moleküle enthält. Dadurch sind die Reibungskräfte auf dem Roten Planeten deutlich geringer. „Es ist fast so, als würden wir im freien Fall sein“, erklärt der Astrophysiker.
Das unterscheide sich grundlegend von den Bedingungen auf der Erde, „wo es sehr schwierig ist, eine Rakete ins All zu bringen“.
Die Herausforderungen sind seit Jahrzehnten bekannt. „Es war sehr schwierig, Rover auf der Oberfläche des Mars zu landen“, sagte Francisco Brasil. Seit 1960 ist rund die Hälfte aller Marsmissionen gescheitert – sei es durch Abstürze auf der Oberfläche, Fehlstarts oder Probleme beim Einschwenken in die Umlaufbahn.
Er erläuterte auch, warum Landungen lange Zeit so heikel waren, und sprach über eine mögliche bemannte Mission zum Mars, die es bislang noch nie gegeben hat: „Weil wir kaum Informationen darüber hatten, wie die Atmosphäre aufgebaut ist, gerieten die Rover praktisch in den freien Fall und zerschellten auf der Oberfläche des Mars. Und das wollen wir mit Menschen nicht erleben.“
In den vergangenen Jahren habe sich die Situation jedoch deutlich verbessert. Die Erfolgsquote bei Marslandungen sei spürbar gestiegen, erklärte der Forscher.
Das sei auch auf Investitionen in neue Technologien zurückzuführen. „In den letzten Jahren haben sich alle Rover stark weiterentwickelt, um diesen freien Fall auf dem Mars besser abzudämpfen“, sagte Brasil. Der Aufprall bei der Landung werde heute durch verschiedene Systeme gemindert, etwa durch speziell ausgelegte Fallschirme und Dämpfungssysteme, die Airbags ähneln.
Wolken auf dem Mars: selten und saisonal
Wie auf der Erde gibt es auch auf dem Roten Planeten mehrere Jahreszeiten, weil beide Planeten eine geneigte Rotationsachse besitzen, erklärte der Experte vom Institut für Astrophysik und Raumwissenschaften.
Das wirkt sich auch auf die Wolkenbildung aus. „Über das ganze Jahr hinweg sind die Wolken sehr verstreut“ und treten vor allem zu bestimmten Jahreszeiten auf.
Der Planet besitzt Polkappen aus Kohlendioxid- und Wassereis, die verdampfen, wenn auf der Nordhalbkugel der Sommer beginnt. Dabei entsteht der sogenannte Aphelion Cloud Belt, „eine Zone auf der Nordhalbkugel mit vielen Wolken“. Nur „in dieser Phase“ des Marsjahres „beobachten wir mehr Wolken“, die sich im Laufe der Zeit verändern und auf die Dynamik der Atmosphäre reagieren.
Deshalb lassen sich Wolken auf dem Mars nur „an wenigen Orten des Planeten“ beobachten. Aus diesem Grund „sehen die meisten Menschen auf Marsfotos die Oberfläche – und fast nie Wolken“.
Die Daten der neuen Studie von Francisco Brasil und Pedro Machado könnten künftig sogar beeinflussen, wann eine Mission von der Umlaufbahn des Mars zur Oberfläche startet. Wenn bekannt ist, in welcher Jahreszeit sich der Planet befindet, lasse sich eine Mission „zum Beispiel in einer Phase mit weniger Turbulenzen in der Atmosphäre planen, damit die Landung sanfter verläuft“.
Mars als natürliches Labor für irdische Phänomene
Zur Bedeutung der Marsatmosphäre für die Wissenschaft sagte Brasil, „eine weitere sehr interessante Eigenschaft des Mars“ sei, „dass der Planet ein natürliches Labor für einige Phänomene ist, die wir auf der Erde beobachten“ – allerdings in deutlich stärker ausgeprägter Form.
Als Beispiel nannte er ein bislang wenig verstandenes Phänomen: „Es gibt globale Stürme auf dem Mars, die den gesamten Planeten einhüllen, und wir wissen noch nicht genau, welcher Auslöser diese Stürme startet.“
Der Astrophysiker erläuterte weiter, dass solche Stürme „typischerweise im Frühling und Sommer der Südhalbkugel auftreten, wenn der Mars der Sonne am nächsten ist und die Atmosphäre maximal aufgeheizt wird. Das erzeugt starke Turbulenz.“ Derzeit untersucht die Fachwelt, welche Prozesse diese globalen Stürme auslösen, die oft daraus entstehen, dass kleinere, lokale oder regionale Staubstürme miteinander verschmelzen.