Die Analyse durch Instrumente an Bord des Rovers zeigt, dass das Gestein Eigenschaften aufweist, die der Definition eines möglichen Indikators für antikes Leben entsprechen. Das Gestein zeigte chemische Signaturen und Strukturen, die vor Milliarden von Jahren durch Leben entstanden sein könnten, als es in dem vom Rover erkundeten Gebiet fließendes Wasser gab. Das wissenschaftliche Team erwägt andere Erklärungen für die beobachteten Merkmale und weitere Forschungsschritte werden erforderlich sein, um festzustellen, ob antikes Leben eine gültige Erklärung ist.
Wissenschaftler des NASA-Rover Perseverance haben ein interessantes Marsgestein entdeckt. Ein sechsrädriger Geologe hat ein interessantes Gestein gefunden, das einigen Daten zufolge vor Milliarden von Jahren der Lebensraum mikrobiellen Lebens gewesen sein könnte.
Ein mit Adern gefüllter Stein erregt die Aufmerksamkeit des Wissenschaftsteams auf dem Perseverance-Rover der NASA. Der pfeilspitzenförmige Felsen, den die Gruppe „Cheyawa Falls“ nennt, weist Merkmale auf, die die Frage beantworten könnten, ob auf dem Mars in der fernen Vergangenheit mikroskopisches Leben beheimatet war.
Das Gestein, die 22. Gesteinsprobe, die der Rover gesammelt hat, wurde am 21. Juli gesammelt, als der Rover den nördlichen Rand des Neretva-Tals erkundete, ein altes Flusstal mit einer Breite von einer Viertelmeile (400 Meter), das durch in Jezero strömendes Wasser geschnitten wurde Krater vor vielen Jahren.
„Wir haben die Route von Perseverance so konzipiert, dass sie durch Gebiete mit Potenzial für interessante wissenschaftliche Proben führt“, sagte Nicola Fox, stellvertretende Administratorin des Science Mission Directorate am NASA-Hauptquartier in Washington. „Diese Reise entlang des Flussbetts des Neretva-Tals hat sich gelohnt, denn wir haben etwas gefunden, was wir noch nie zuvor gesehen haben, und es wird unseren Wissenschaftlern so viel Material zum Studium liefern.“
„Cheyawa Falls“ weist Markierungen auf, die denen eines Leoparden ähneln. 18. Juli. NASA
Zahlreiche Scans der Cheyawa Falls mit dem SHERLOC-Instrument (Scanning Habitable Environments with Raman and Lumineszenz for Organic and Chemical) des Rovers weisen darauf hin, dass sie organische Verbindungen enthalten. Obwohl solche kohlenstoffbasierten Moleküle als Bausteine des Lebens gelten, können sie auch durch nichtbiologische Prozesse entstehen.
„Cheiawa Falls ist der mysteriöseste, komplexeste und potenziell wichtigste Felsen, der jemals von Perseverance erforscht wurde“, sagte Ken Farley, Perseverance-Projektwissenschaftler am California Institute of Technology in Pasadena. „Einerseits haben wir den ersten überzeugenden Nachweis von organischem Material, markante Farbflecken, die auf chemische Reaktionen hinweisen, die mikrobielles Leben als Energiequelle genutzt haben könnte, und klare Beweise dafür, dass Wasser – lebenswichtig – einst durch das Gestein geflossen ist . Andererseits konnten wir nicht genau bestimmen, wie sich das Gestein gebildet hat und inwieweit nahegelegene Felsen die Cheyawa-Wasserfälle erhitzt und zu diesen Erscheinungen beigetragen haben könnten.“
Die Gruppe interessierte sich auch für andere Details über den Felsen, der 3,2 mal 2 Fuß (1 mal 0,6 Meter) misst und nach einem Wasserfall im Grand Canyon benannt wurde.
Auf der Suche nach Anzeichen uralten mikrobiellen Lebens konzentrierte sich die Perseverance-Mission auf Gesteine, die möglicherweise durch die Anwesenheit von Wasser vor langer Zeit entstanden oder verändert wurden. Deshalb konzentrierte sich das Team auf die Cheyawa Falls.
„Das sind die Schlüsselbeobachtungen, für die SHERLOC geschaffen wurde – um nach organischem Material zu suchen, weil es ein entscheidender Bestandteil der Suche nach früherem Leben ist“, sagte SHERLOC-Hauptforscher Kevin Hand vom Jet Propulsion Laboratory der NASA in Südkalifornien, das das leitet Mission.
Große weiße Kalziumsulfatadern erstrecken sich über die gesamte Länge des Gesteins. Zwischen diesen Adern befinden sich Materialbänder, deren rötliche Farbe auf das Vorhandensein von Hämatit schließen lässt, einem der Mineralien, die dem Mars seinen charakteristischen rostigen Farbton verleihen.
Der Perseverance-Rover der NASA hat mit seinem Mastcam-Z-Instrument dieses 360-Grad-Panorama einer Region auf dem Mars namens „Bright Angel“ aufgenommen, in der vor Milliarden von Jahren ein uralter Fluss floss. Cheyava Falls wurde in einem Gebiet etwas rechts von der Mitte entdeckt, etwa 361 Fuß (110 Meter) vom Rover entfernt. NASA/JPL-Caltech/ASU/MSSS
Als Perseverance diese roten Bereiche genauer untersuchte, entdeckte es Dutzende unregelmäßiger, millimetergroßer, cremefarbener Flecken, die jeweils von schwarzem Material umgeben waren, das Leopardenflecken ähnelte. Das PIXL-Instrument (Planetary Instrument for X-ray Lithochemistry) von Perseverance stellte fest, dass diese schwarzen Lichthöfe sowohl Eisen als auch Phosphat enthalten.
„Diese Stellen waren eine große Überraschung“, sagte David Flannery, Astrobiologe und Mitglied des Perseverance-Wissenschaftsteams an der Queensland University of Technology in Australien. „Auf der Erde werden solche Merkmale in Gesteinen oft mit versteinerten Spuren von Mikroben in Verbindung gebracht, die im Untergrund leben.“
Diese Arten von Flecken auf Sedimentgesteinen können auftreten, wenn chemische Reaktionen mit Hämatit das Gestein von Rot in Weiß verwandeln. Bei diesen Reaktionen können auch Eisen und Phosphat freigesetzt werden, was zur Bildung schwarzer Lichthöfe führen kann. Solche Reaktionen können eine Energiequelle für Mikroben sein, was den Zusammenhang zwischen solchen Merkmalen und Mikroben in terrestrischen Umgebungen erklärt.
In einem Szenario, das das Perseverance-Wissenschaftsteam in Betracht zieht, wurden die Cheyawa-Wasserfälle zunächst als Schlamm mit organischen Verbindungen abgelagert, die schließlich zu Gestein zementiert wurden. Später drang ein zweiter Flüssigkeitsstrom in Risse im Gestein ein, wodurch durch Mineralablagerungen die großen weißen Adern aus Kalziumsulfat entstanden, die wir heute sehen, und die zu den Flecken führten.
Obwohl sowohl die organische Substanz als auch die Flecken des Leoparden von großem Interesse sind, sind sie nicht die einzigen Aspekte des Cheyawa Falls-Felsens, die das wissenschaftliche Team verblüffen. Sie waren überrascht, als sie entdeckten, dass diese Adern mit millimetergroßen Olivinkristallen gefüllt waren, einem Mineral, das aus Magma entsteht. Olivin steht möglicherweise mit Gesteinen in Verbindung, die sich weiter oben am Rande des Flusstals gebildet haben und möglicherweise durch Kristallisation von Magma entstanden sind.
Wenn ja, muss das Team eine weitere Frage beantworten: Könnten Olivin und Sulfat bei unannehmbar hohen Temperaturen in das Gestein eingedrungen sein und eine abiotische chemische Reaktion ausgelöst haben, die zu den Flecken des Leoparden führte?
„Wir haben diesen Felsen mit Lasern und Röntgenstrahlen gesprengt und ihn buchstäblich Tag und Nacht aus fast jedem erdenklichen Blickwinkel fotografiert“, sagte Farley. „Aus wissenschaftlicher Sicht hat Perseverance nichts mehr zu bieten. Um vollständig zu verstehen, was vor Milliarden von Jahren in diesem Marsflusstal am Jezero-Krater wirklich passiert ist, würden wir gerne eine Probe von den Cheyawa Falls zur Erde bringen, damit sie mit den leistungsstarken Instrumenten der Labore untersucht werden kann.“
Ein Hauptziel der Perseverance-Mission zum Mars ist die Astrobiologie, einschließlich der Zwischenspeicherung von Proben, die möglicherweise Anzeichen von uraltem mikrobiellem Leben enthalten. Der Rover wird die Geologie und das vergangene Klima des Planeten charakterisieren, um den Weg für die Erforschung des Roten Planeten durch Menschen zu ebnen, und wird die erste Mission sein, die Marsgestein und Regolith sammelt und zwischenspeichert.
Das Mars Sample Return Program der NASA zielt in Zusammenarbeit mit der ESA (Europäische Weltraumorganisation) darauf ab, Raumschiffe zum Mars zu schicken, um versiegelte Proben von der Oberfläche zu sammeln und sie zur eingehenden Analyse zur Erde zurückzubringen.
Die Mars 2020 Perseverance-Mission ist Teil des Mars Lunar Exploration Program der NASA, zu dem auch die Artemis-Missionen zum Mond gehören, die zur Vorbereitung der menschlichen Erkundung des Roten Planeten beitragen sollen.
Das Jet Propulsion Laboratory der NASA, das das California Institute of Technology für die Agentur verwaltet, hat den Perseverance Rover gebaut und verwaltet.
Eine vom Rover Perseverance geborgene Marsgesteinsprobe könnte den besten Beweis für mögliches Leben in der Antike enthalten. Der leitende Wissenschaftler des NASA-Rover Perseverance ist ermutigt durch das Material, das in den Probenröhrchen des Rovers gespeichert war, die auf die Marsoberfläche fallen gelassen wurden und sich im Inneren des Rovers selbst befanden, als dieser durch den Jezero-Krater reiste.
Könnte sich angesichts der Proben vom Mars, die Perseverance bisher gesammelt hat, herausstellen, dass eine dieser Proben das ist, wonach der Rover ursprünglich suchen sollte: Beweise für die frühere Existenz von mikrobiellem Leben auf dem Roten Planeten?
Die vorläufigen Ergebnisse der Studie verdeutlichen die Notwendigkeit, Proben vom Mars zur Erde zurückzubringen, damit diese wertvollen Artefakte vom Roten Planeten zur gründlicheren Analyse an Labore geschickt werden können.
Die mit dem Lefroy Bay-Tag in der Margin Unit entnommene Probe könnte entweder in einem See oder im Grundwassersystem abgelagert worden sein. Beide Optionen sind sehr wichtig für das Verständnis der Bewohnbarkeit des Mars und des Jezero-Kraters. NASA/JPL-Caltech/Ken Farley
Kenneth Farley vom Caltech, Projektwissenschaftler für den NASA-Rover Perseverance, informierte die Extraterrestrial Materials Analysis Group (ExMAG) während eines Treffens vom 13. bis 15. Mai in Houston, Texas.
Unter dem Schlagwort „Lefroy Bay“ machte Farley auf diese vom Rover Perseverance gesammelte Probe aufmerksam, in der hydratisiertes Silizium gefunden wurde. Hier auf der Erde hat dieses Mineral das größte Potenzial, Zeichen antiken Lebens zu bewahren.
Aber ob es sich bei diesem Wasser um Oberflächenwasser in einem See oder Fluss oder um Grundwasser handelte, bleibt unklar, fügte Farley hinzu. Beide könnten alte (mehr als 3,4 Milliarden Jahre alte) bewohnbare Marsumgebungen darstellen, sagte er.
Das nächste Ziel für die Perseverance-Forschung heißt „Bright Angel“. NASA/JPL-Caltech/Ken Farley
Farley stellte fest, dass diese Proben Phasen enthalten, die auf der Erde für die Festlegung von „Paläoumweltbedingungen“ sehr nützlich sind, und dass sie möglicherweise auch Biosignaturen bewahren. „Diese Proben sind daher von besonderem Wert für die Rückkehr zur Erde zur weiteren Untersuchung“, sagte Farley.
Perseverance steht „im Begriff, einen wirklich grundlegenden Wandel bei der Erkundung des Umfelds, in dem wir tätig sind, zu vollziehen“, erklärte Farley in seinem Briefing an ExMAG. „Eines der Probleme, auf die wir stoßen“, sagte er, „ist, dass das Gelände nicht sehr gut für den Rover ist.“
Das Marsfahrzeug hat nun etwa 17 Meilen (27 Kilometer) zurückgelegt, nachdem es am 18. Februar 2021 mit einem Kran in das Gebiet abgesenkt wurde. Das Ziel des Roboters bleibt dasselbe: „Nach Zeichen antiken Lebens zu suchen und Gesteins- und Regolithproben für eine mögliche Rückkehr zur Erde zu sammeln“, erklärt die NASA.
Aber warum wurde der 28 Meilen (45 km) breite Jezero-Krater als Erkundungsstandort des Rovers ausgewählt? Wissenschaftler glauben, dass dieses Gebiet einst überschwemmt war und ein altes Flussdelta beherbergte. Es wird erwartet, dass der Jezero-Krater im wahrsten Sinne des Wortes alle Informationen über seine immer wiederkehrende Natur als nasse Vergangenheit des Mars „ausplaudert“. Vor mehr als 3,5 Milliarden Jahren überfluteten Flussbetten die Kraterwand und bildeten einen See.
Der Perseverance-Rover der NASA steht im Jezero-Krater vor anspruchsvollem Gelände. NASA/JPL-Caltech/Ken Farley
Es ist möglich, dass in Jezero während einer oder mehrerer dieser Regenperioden mikrobielles Leben existierte. Wenn dies zutrifft, könnten Spuren der Überreste dieser kleinen Lebewesen in See- oder Küstensedimenten gefunden werden.
Bezüglich des allgemeinen Gesundheitszustands des Perseverance-Rover stellte Farley mehrere Probleme fest: Erstens den Verlust von Windsensoren, die Teil des Mars Environmental Dynamics Analyzer (MEDA) sind, der von einem internationalen Team unter der Leitung des spanischen Centro de Astrobiología entwickelt wurde. „Wir haben unsere Windsensoren so gut wie verloren. Sie funktionieren tatsächlich nicht mehr“, sagte er.
Darüber hinaus werden die spektroskopischen Teile des Roboterarms Scanning Habitable Environments with Raman & Lumineszenz for Organics & Chemicals, abgekürzt SHERLOC, in Frage gestellt. Dies liegt daran, dass der Objektivdeckel nicht mehr richtig funktioniert. Allerdings gibt es einige vorläufige Arbeiten, die darauf hindeuten, dass Wissenschaftler möglicherweise in der Lage sein könnten, die spektroskopischen Fähigkeiten von SHERLOC wiederherzustellen. „Wir werden in den kommenden Monaten mehr darüber erfahren“, sagte Farley.
Diese Fotomontage zeigt jedes der Probenröhrchen, die vom Perseverance-Rover der NASA an das Probenlager Three Forks geliefert wurden, gesehen von der WATSON-Kamera am Ende des Roboterarms des Rovers. NASA/JPL-Caltech/MSSS
Der diensthabende Roboter beprobte magmatisches Gestein, Tonstein, Sandstein-/Kieselkonglomerat, Karbonat, Kieselsäure und Olivin sowie oberen Marssand und roch die Marsatmosphäre.
Zu Beginn seiner Reise zum Mars warf Perseverance zehn versiegelte Probenröhrchen an einem Lagerort namens „Three Forks“ im Jezero-Krater ab. Es wird erwartet, dass die Mars Sample Return (MSR)-Mission in Zukunft Probenröhrchen einsammelt, um diese Teile des Mars zurück zur Erde zu schicken.
Aufgrund der geschätzten Kosten von 11 Milliarden US-Dollar und des erwarteten, aber unbefriedigenden Zeitplans für ein so komplexes Projekt wird dieses Gemeinschaftsprojekt der NASA und der Europäischen Weltraumorganisation derzeit jedoch gründlich überdacht.
Farley teilte dem ExMAG-Team mit, dass die Rover-Betreiber daran arbeiten, sicherzustellen, dass Perseverance eine Distanz von 55 Meilen (90 Kilometer) zurücklegen und damit spektakuläre Landschaften erkunden kann.
Künstliche Intelligenz hilft Wissenschaftlern, Mineralien in Gesteinen zu identifizieren, die vom Rover Perseverance untersucht wurden.
Manche Wissenschaftler träumen davon, Planeten mit intelligenten Raumfahrzeugen zu erkunden, die genau wissen, nach welchen Daten sie suchen, wo sie zu finden sind und wie sie sie analysieren müssen. Die Verwirklichung dieses Traums wird zwar einige Zeit in Anspruch nehmen, doch die mit dem Perseverance-Rover der NASA erzielten Fortschritte bieten vielversprechende Schritte in diese Richtung.
Seit fast drei Jahren testet die Rover-Mission eine Form künstlicher Intelligenz, die im Gestein des Roten Planeten nach Mineralien sucht. Dies ist das erste Mal, dass KI auf dem Mars eingesetzt wird, um autonome Entscheidungen auf der Grundlage einer Echtzeitanalyse der Gesteinszusammensetzung zu treffen.
Die Software unterstützt PIXL (Planetary Instrument for X-ray Lithochemistry), ein Spektrometer, das vom Jet Propulsion Laboratory der NASA in Südkalifornien entwickelt wurde. Durch die Kartierung der chemischen Zusammensetzung von Mineralien auf der Oberfläche eines Gesteins können Wissenschaftler mit PIXL feststellen, ob sich das Gestein unter Bedingungen gebildet hat, die mikrobielles Leben in der antiken Vergangenheit des Mars begünstigt haben könnten.
Die als „adaptive Probenahme“ bezeichnete Software platziert autonom ein Werkzeug in der Nähe eines Zielgesteins und scannt dann PIXL-Scans des Ziels, um Mineralien zu finden, die es wert sind, genauer untersucht zu werden. All dies geschieht in Echtzeit, ohne dass der Rover mit den Missionscontrollern auf der Erde kommuniziert.
„Wir nutzen die künstliche Intelligenz von PIXL, um uns auf wichtige wissenschaftliche Erkenntnisse zu konzentrieren“, sagte die Hauptforscherin des Instruments, Abigail Allwood vom JPL. „Ohne sie würde man in den Daten einen Hinweis auf etwas Interessantes sehen und müsste dann das Gestein erneut scannen, um es genauer zu untersuchen. Dadurch kann PIXL zu einer Schlussfolgerung kommen, ohne dass Menschen die Daten untersuchen müssen.“
Daten von Perseverances Instrumenten, darunter PIXL, helfen Wissenschaftlern zu bestimmen, wann ein Gesteinskern gebohrt und in einem Titanmetallrohr versiegelt werden muss, damit er zusammen mit anderen Proben mit hoher Priorität zur weiteren Untersuchung im Rahmen der NASA zur Erde zurückgebracht werden kann Kampagne zur Rückgabe von Mars-Proben.
PIXL, das weiße Instrument oben links, ist eines von mehreren wissenschaftlichen Instrumenten, die sich am Ende eines Roboterarms an Bord des NASA-Rover Perseverance befinden. Die linke Navigationskamera des Rovers hat die Bilder dieser Komposition am 2. März 2021 aufgenommen. NASA/JPL-Caltech
Adaptives Sampling ist nicht die einzige Anwendung von KI auf dem Mars. Ungefähr 2.300 Meilen (3.700 Kilometer) von Perseverance entfernt befindet sich Curiosity der NASA, das eine Form der KI entwickelt hat, die es dem Rover ermöglicht, Steine basierend auf ihrer Form und Farbe autonom mit Lasern zu treffen. Durch die Untersuchung des Gases, das nach jedem Laserschlag brennt, können wir die chemische Zusammensetzung des Steins bestimmen. Perseverance verfügt über die gleiche Fähigkeit, plus eine fortschrittlichere Form der KI, die es ihm ermöglicht, sich ohne bestimmte Richtung von der Erde aus zu bewegen. Beide Rover verlassen sich immer noch auf Dutzende von Ingenieuren und Wissenschaftlern, um täglich Hunderte von Einzelteams zu planen, aber diese digitalen Intelligenzen helfen beiden Missionen, in kürzerer Zeit mehr zu erreichen.
„Die Idee hinter dem adaptiven PIXL-Sampling besteht darin, Wissenschaftlern dabei zu helfen, die Nadel im Datenheuhaufen zu finden und so Zeit und Energie zu gewinnen, die sie sich auf andere Dinge konzentrieren können“, sagte Peter Lawson, der die Implementierung des adaptiven Samplings leitete, bevor er das JPL verließ. „Letztendlich hilft uns dies, schneller bessere wissenschaftliche Erkenntnisse zu sammeln.“
KI hilft PIXL auf zwei Arten. Erstens positioniert es das Werkzeug genau, sobald es sich dem Steinziel nähert. Das Spektrometer befindet sich am Ende des Roboterarms von Perseverance und ist auf sechs winzigen Roboterbeinen, sogenannten Hexapoden, montiert. Die PIXL-Kamera überprüft wiederholt den Abstand zwischen dem Werkzeug und dem Gesteinsziel, um die Positionierung zu unterstützen.
Dieses Bild eines felsigen Ziels namens „Thunder Peak“ wurde vom NASA-Rover Perseverance mithilfe von PIXL erstellt, das die Mineralzusammensetzung von Gesteinen erkennt, indem es sie mit Röntgenstrahlen bestrahlt. Jeder blaue Punkt im Bild stellt dar, wo der Röntgenstrahl auftrifft. NASA/JPL-Caltech/DTU/QUT
Die Temperaturschwankungen auf dem Mars sind so groß, dass sich der Arm von Perseverance um einen mikroskopischen Betrag ausdehnt oder zusammenzieht, was das Ziel von PIXL beeinträchtigen könnte. Der Hexapod stellt das Werkzeug automatisch so ein, dass es extrem nahe am Stein bleibt, ohne es zu berühren.
„Wir müssen Anpassungen an der Mikrometerskala vornehmen, um die Genauigkeit zu erreichen, die wir brauchen“, sagte Allwood. „Er kommt dem Stein so nahe, dass dem Ingenieur die Nackenhaare zu Berge stehen.“
Sobald PIXL installiert ist, erhält ein weiteres KI-System die Chance, zu glänzen. PIXL scannt eine Steinfläche in der Größe einer Briefmarke und sendet tausende Male einen Röntgenstrahl aus, um ein Gitter aus mikroskopisch kleinen Punkten zu erzeugen. Jeder Punkt verrät Informationen über die chemische Zusammensetzung der vorhandenen Mineralien.
Mineralien sind entscheidend für die Beantwortung wichtiger Fragen zum Mars. Abhängig vom Gestein suchen Wissenschaftler möglicherweise nach Karbonaten, die Hinweise darauf enthalten, wie Wasser das Gestein gebildet haben könnte, oder sie suchen nach Phosphaten, die Mikroben mit Nährstoffen versorgen könnten, falls solche in der Vergangenheit des Mars vorhanden waren.
Wissenschaftler können nicht im Voraus wissen, welcher der Hunderten von Röntgenimpulsen welches Mineral enthüllt, aber wenn das Instrument bestimmte Mineralien findet, kann es automatisch anhalten, um weitere Daten zu sammeln – eine Aktion, die „Langzeitbelichtung“ genannt wird. Da sich das System durch maschinelles Lernen verbessert, wächst die Liste der Mineralien, auf die sich PIXL mithilfe langer Belichtungszeiten konzentrieren kann.
„PIXL ist insofern eine Art Schweizer Taschenmesser, als es je nach dem, was Wissenschaftler zu einem bestimmten Zeitpunkt suchen, angepasst werden kann“, sagte David Thompson vom JPL, der an der Entwicklung der Software beteiligt war. „Der Mars ist ein großartiger Ort, um KI zu testen, da wir regelmäßig täglich kommunizieren und so jederzeit Anpassungen vornehmen können.“
Wenn zukünftige Missionen tiefer in das Sonnensystem vordringen, werden sie länger ohne Kommunikation sein als aktuelle Missionen zum Mars. Aus diesem Grund besteht ein großes Interesse daran, den Missionen eine größere Autonomie auf Reisen und bei der Durchführung wissenschaftlicher Forschung zum Wohle der Menschheit zu ermöglichen.
Jede vom Perseverance Rover gesammelte Gesteins- und Bodenprobe birgt eine potenzielle Entdeckung für Atmosphärenforscher.
Atmosphärenforscher sind mit jedem Gesteinskern, den der Perseverance-Rover der NASA in Titan-Probenröhrchen versiegelt, die gesammelt werden, um sie schließlich im Rahmen der Mars-Probenrückgabekampagne zur Erde zu transportieren, aufgeregter. Bisher wurden 24 Proben gesammelt.
Die meisten dieser Proben bestehen aus Gesteinskernen oder Regolith (Gesteinsfragmente und Staub), die wichtige Informationen über die Geschichte des Planeten und darüber liefern können, ob vor Milliarden von Jahren mikrobielles Leben existierte. Aber einige Wissenschaftler sind genauso begeistert von der Aussicht, den „Headspace“ oder die Luft im zusätzlichen Raum um das Gesteinsmaterial in den Röhren zu untersuchen.
Sie möchten mehr über die Marsatmosphäre erfahren, die hauptsächlich aus Kohlendioxid besteht, aber möglicherweise auch Spuren anderer Gase enthält, die möglicherweise seit ihrer Entstehung auf dem Planeten vorhanden waren.
„Luftproben vom Mars werden uns nicht nur etwas über das aktuelle Klima und die Atmosphäre erzählen, sondern auch darüber, wie sie sich im Laufe der Zeit verändert haben“, sagte Brandi Carrier, Planetenforscherin am Jet Propulsion Laboratory der NASA in Südkalifornien. „Dies wird uns helfen zu verstehen, wie sich Klimazonen entwickeln, die sich von unserem unterscheiden.“
Zu den Proben, die zur Erde gebracht werden könnten, gehört ein Rohr, das ausschließlich mit Gas gefüllt ist, das als Teil des Probenlagers auf der Marsoberfläche abgelagert wurde. Aber viel mehr Gas in der Sammlung des Rovers befindet sich im freien Raum von Gesteinsproben. Sie sind einzigartig, weil das Gas viele Jahre lang mit den Gesteinen in den Röhren interagiert, bevor die Proben geöffnet und in Laboratorien auf der Erde analysiert werden können. Was Wissenschaftler daraus gewinnen, wird Aufschluss darüber geben, wie viel Wasserdampf in der Nähe der Marsoberfläche schwimmt, einer der Faktoren, der bestimmt, warum sich dort auf dem Planeten Eis bildet, und wie sich der Wasserkreislauf des Mars im Laufe der Zeit entwickelt hat.
Wissenschaftler wollen auch Spurengase in der Luft auf dem Mars besser verstehen. Am wissenschaftlich interessantesten wäre die Entdeckung von Edelgasen (wie Neon, Argon und Xenon), die so wenig reaktiv sind, dass sie seit ihrer Entstehung vor Milliarden Jahren unverändert in der Atmosphäre vorhanden sein könnten. Wenn diese Gase eingefangen würden, könnten sie Aufschluss darüber geben, ob der Mars eine Atmosphäre hatte. (Der alte Mars hatte eine viel dichtere Atmosphäre als heute, aber Wissenschaftler sind sich nicht sicher, ob sie schon immer da war oder erst später entstand.) Es gibt auch große Fragen dazu, wie sich die alte Atmosphäre des Planeten im Vergleich zur frühen Erdatmosphäre verhält.
Darüber hinaus bietet der Luftspalt die Möglichkeit, die Größe und Toxizität von Staubpartikeln abzuschätzen – Informationen, die künftigen Astronauten auf dem Mars helfen werden.
„Die Gasproben haben Wissenschaftlern, die den Mars untersuchen, viel zu bieten“, sagte Justin Simon, ein Geochemiker am Johnson Space Center in Houston, der zu einem Team von mehr als einem Dutzend internationalen Experten gehört, die bei der Entscheidung helfen, welche Proben der Rover sammeln soll. „Selbst Wissenschaftler, die den Mars nicht erforschen, wären interessiert, weil es Aufschluss darüber geben würde, wie Planeten entstehen und sich entwickeln.“
Im Jahr 2021 untersuchte ein Team von Planetenforschern, darunter Wissenschaftler der NASA, die Luft, die Apollo-17-Astronauten vor etwa 50 Jahren in einem Stahlbehälter vom Mond zurückgebracht hatten.
„Die Leute denken, dass der Mond luftlos ist, aber er hat eine sehr dünne Atmosphäre, die im Laufe der Zeit mit den Gesteinen der Mondoberfläche interagiert“, sagte Simon, der bei Johnson verschiedene Planetenproben untersucht. „Dazu gehören Edelgase, die aus dem Mondinneren strömen und sich auf der Mondoberfläche sammeln.“
Die Art und Weise, wie Simons Team das Gas für die Studie extrahierte, ähnelt dem, was mit Perseverance-Luftproben durchgeführt werden könnte. Zunächst stellten sie den zuvor ungeöffneten Behälter in eine luftdichte Hülle. Anschließend durchbohrten sie den Stahl mit einer Nadel, um das Gas in eine Kühlfalle zu extrahieren – im Wesentlichen ein U-förmiges Rohr, das in eine Flüssigkeit wie Stickstoff mit niedrigem Gefrierpunkt hineinragt. Indem sie die Temperatur der Flüssigkeit veränderten, hielten die Wissenschaftler einige Gase mit niedrigeren Gefrierpunkten am Boden der Kühlfalle fest.
„Es gibt wahrscheinlich 25 Labore auf der Welt, die Gas auf diese Weise manipulieren“, sagte Simon. Der Ansatz könne nicht nur zur Untersuchung der Herkunft von Planetenmaterialien verwendet werden, sondern könne auch auf Gase aus heißen Quellen und Gase angewendet werden, die aus den Wänden aktiver Vulkane freigesetzt werden, fügte er hinzu.
Natürlich liefern diese Quellen viel mehr Gas, als Perseverance in seinen Probenröhrchen hat. Wenn jedoch eine Röhre nicht genug Gas für ein bestimmtes Experiment enthält, können Marsforscher Gase aus mehreren Röhren kombinieren, um eine größere Gesamtprobe zu erstellen – eine weitere Möglichkeit, dass freier Raum eine zusätzliche Chance für die Wissenschaft bietet.
Im Juni nahm das Instrument, das dem Rover bei der Suche nach potenziellen Anzeichen uralten mikrobiellen Lebens hilft, nach sechsmonatiger Arbeit wieder seine Arbeit auf. Das SHERLOC-Instrument (Scanning Habitable Environments with Raman and Lumineszenz for Organics and Chemicals) an Bord des NASA-Rover Perseverance analysierte zum ersten Mal seit Auftreten des Problems im Januar letzten Jahres ein felsiges Ziel mit einem Spektrometer und einer Kamera. Das Instrument spielt eine Schlüsselrolle bei der Suche der Mission nach Spuren uralten mikrobiellen Lebens auf dem Mars. Ingenieure des Jet Propulsion Laboratory der NASA in Südkalifornien bestätigten am 17. Juni, dass das Instrument erfolgreich Daten gesammelt hat.
„Sechs Monate Diagnose, Tests, Bild- und Datenanalyse, Fehlerbehebung und erneute Tests hätten zu keinem besseren Ergebnis führen können“, sagte SHERLOC-Hauptforscher Kevin Hand vom JPL.
SHERLOC ist am Roboterarm des Rovers montiert und sucht mit zwei Kameras und einem Laserspektrometer nach organischen Verbindungen und Mineralien in Gesteinen, die in Gewässern verändert wurden und möglicherweise Anzeichen früheren mikrobiellen Lebens enthalten. Am 6. Januar fror eine bewegliche Objektivabdeckung, die das Spektrometer des Instruments und eine seiner Kameras vor Staub schützen sollte, in einer Position ein, die SHERLOC daran hinderte, Daten zu sammeln.
Die Analyse durch das SHERLOC-Team deutete auf eine Fehlfunktion des kleinen Motors hin, der für die Bewegung des Objektivschutzdeckels sowie für die Fokussierung des Spektrometers und der Autofokus- und Kontext-Imager-Kamera (ACI) verantwortlich ist. Nachdem das Team mögliche Lösungen an einem Duplikat des SHERLOC-Instruments am JPL getestet hatte, begann es mit einem langen und strengen Bewertungsprozess, um festzustellen, ob und wie die Linsenabdeckung in die offene Position bewegt werden kann.
Dieses Bild des NASA-Rover Perseverance, der Daten über die Abnutzung der Walhalla Glades sammelt, wurde am 14. Juni in der Bright-Angel-Region des Jezero-Kraters von einer der Vorwärtsgefahrenkameras des Rovers aufgenommen. Die WATSON-Kamera des SHERLOC-Instruments befindet sich am nächsten an der Marsoberfläche. NASA/JPL-Caltech
„Der Roboterarm des Rovers ist erstaunlich. „Es kann in kleinen Viertelmillimeterschritten gesteuert werden, um uns bei der Schätzung der neuen Fokusposition von SHERLOC zu helfen, und es kann SHERLOC mit hoher Präzision auf das Ziel platzieren“, sagte Uckert. „Nachdem wir zuerst auf der Erde und dann auf dem Mars getestet hatten, stellten wir fest, dass der beste Abstand für einen Roboterarm zum Platzieren von SHERLOC etwa 40 Millimeter oder 1,58 Zoll beträgt.“ „Auf diese Entfernung sollten die von uns gesammelten Daten so genau sein wie nie zuvor.“
Die Bestätigung der genauen Positionierung von ACI auf dem Marsfelsenziel erfolgte am 20. Mai. Der Test vom 17. Juni, der zeigte, dass das Spektrometer ebenfalls funktionsfähig war, bestätigte den letzten Punkt des Kommandos und bestätigte, dass SHERLOC betriebsbereit war.
„Der Mars ist hart, und es ist noch schwieriger, Instrumente vom Abgrund zurückzubringen“, sagte Art Thompson, Projektmanager bei Perseverance vom JPL. „Aber die Mannschaft hat nie aufgegeben. Nachdem SHERLOC wieder im Einsatz ist, setzen wir unsere Forschung und Probensammlung mit einem vollständigen Satz wissenschaftlicher Instrumente fort.“
Perseverance befindet sich in der Endphase seiner vierten Wissenschaftskampagne und sucht nach Beweisen für Karbonat- und Olivinvorkommen in der „Margin Unit“, einem Gebiet am Innenrand des Jezero-Kraters. Auf der Erde bilden sich Karbonate typischerweise in flachen Süßwasser- oder alkalischen Seen. Es wird spekuliert, dass dies auch bei der Margin Unit der Fall sein könnte, die vor über 3 Milliarden Jahren entstand.
Das Raumschiff, das eine Probe der sich in der Marsumlaufbahn bewegenden Marsoberfläche einfangen und zur Erde bringen muss, hat die Designprüfung bestanden.
Während der Teil der Mars-Probenrückgabe im Rahmen der NASA-Mission in der Schwebe bleibt, arbeitet die Europäische Weltraumorganisation (ESA) weiterhin an ihrem Teil des Probensammelpuzzles für den Roten Planeten: dem Earth Return Orbiter (ERO).
ERO wird den entscheidenden Transport der vom NASA-Rover Perseverance gesammelten Marsproben vom Roten Planeten zur Erde übernehmen. Dazu trifft es auf eine Probe in der Marsumlaufbahn, fängt die Basketball-große Kapsel auf, die um den Planeten fliegt, und bringt sie schließlich zur Erde zurück.
Das Raumschiff hat gerade eine Designprüfung durchlaufen, die seine technischen Details bestätigt hat und das Projekt in die Produktions- und Testphase überführt. „Ein robustes Design ist die Grundlage für den Bau, das Testen und den Zusammenbau der Hardware zu einem vollständigen Raumschiff“, sagte Thiago Loureiro, Leiter des ERO-Projektteams, in einer Erklärung.
Künstlerische Darstellung des Earth Return Orbiter (ERO). Airbus/ESA
„Aus einer atemberaubenden Entfernung von mehreren hundert Millionen Kilometern werden Teams am Boden einen komplexen Orbitaltanz um den Mars inszenieren“, sagte Orson Sutherland, Marsprogrammmanager der ESA.
Obwohl das ERO-Programm der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) voranschreitet, wird der Teil der NASA-Mission, der den Transport einer Probe zur Marsoberfläche und den Einsatz der Mars Ascent Vehicle-Rakete für den Start in die Marsumlaufbahn beinhaltet, noch geprüft, nachdem das Budget festgelegt wurde 11 Milliarden Dollar galten als zu teuer.
Daher kann es in naher Zukunft zu zahlreichen Designänderungen kommen. Tatsächlich hat die NASA kürzlich zehn Studien in Auftrag gegeben, um die Größe (und damit die Kosten) der Mission zu reduzieren.
Ingenieurqualifikationsmodell der Earth Return Orbiter Remote Interface Unit (RIU). Die RIU verbindet den Großteil der Hardware des Raumfahrzeugs, wie Sensoren und Aktoren, einschließlich chemischer Antriebsventile, Schwungräder, Steuerrelais und Temperatursensoren, mit dem Host-Computer. Es handelt sich um eine Nachbildung des Flugmodells und wird verwendet, um es unter Bedingungen zu testen, die härter sein dürften als die, die Ingenieure bei einer interplanetaren Mission zum Mars erwarten. Airbus/ESA
Die ESA bestätigt jedoch, dass ERO in der Lage sein wird, sich an alle Änderungen der Mars Sample Return-Mission anzupassen. „Die Konfiguration des Raumfahrzeugs ist robust genug, um flexibel mit Fracht umgehen zu können und dabei zu helfen, Lösungen für neue Architekturen zu finden. Die ESA und unsere Industriepartner haben sich an das neue Szenario angepasst, indem sie innovativ und einfallsreich geblieben sind und ein vertrauenswürdiger Partner der NASA geblieben sind“, sagte Thiago. „Wir haben bestätigt, dass der Earth Return Orbiter seinen Zweck erfüllt und darüber hinaus, unabhängig von den Alternativen.“
Der neue Rover Rosalind Franklin unter Führung der ESA (Europäische Weltraumorganisation) wird frühestens 2028 zum Mars fliegen.
Der Mars Organic Molecule Analyzer (MOMA), ein Massenspektrometrieinstrument an Bord des Rovers, wird die vom Bohrer gesammelten Proben analysieren und die Ergebnisse zur Erde zurücksenden, wo sie in einem Algorithmus zur Identifizierung organischer Verbindungen in den Proben verwendet werden.
Wenn der Rover organische Verbindungen findet, kann der Algorithmus den Prozess ihrer Identifizierung erheblich beschleunigen und den Wissenschaftlern so Zeit sparen, wenn sie entscheiden, wie sie die Zeit des Rovers auf dem Roten Planeten am effizientesten nutzen können.
Wenn ein Roboterrover auf einem anderen Planeten landet, haben Wissenschaftler aufgrund der kurzen Dauer der Mission und der Zeitdauer, die für die Durchführung komplexer Experimente erforderlich ist, nur begrenzte Zeit, um Daten aus den vielen untersuchten Materialien zu sammeln.
Aus diesem Grund erforschen Forscher am Goddard Space Flight Center der NASA in Greenbelt, Maryland, den Einsatz von maschinellem Lernen, um aus Roverproben gesammelte Daten schnell zu analysieren und Wissenschaftlern auf der Erde dabei zu helfen, Strategien zu entwickeln, um die Zeit des Rovers auf dem Planeten möglichst effizient zu nutzen.
„Dieser Algorithmus für maschinelles Lernen kann uns helfen, indem er die Daten schnell filtert und anzeigt, welche Daten wahrscheinlich am interessantesten oder wichtigsten für die Untersuchung sind“, sagte Xiang „Sean“ Lee, ein Massenspektrometrie-Wissenschaftler im Planetary Environment Laboratory der NASA Goddard.
Der Algorithmus wird zunächst anhand von Daten vom Mars getestet, indem er auf einem bodengestützten Computer ausgeführt wird und dabei Daten verwendet, die vom Instrument Mars Organic Molecule Analyzer (MOMA) gesammelt wurden.
Der Analysator ist eines der wichtigsten wissenschaftlichen Instrumente der bevorstehenden ExoMars Rosalind Franklin Rover-Mission unter der Leitung der ESA (Europäische Weltraumorganisation). Der Marsrover, dessen Start frühestens 2028 geplant ist, soll herausfinden, ob es jemals Leben auf dem Roten Planeten gab.
Sobald Rosalind Franklin die Probe gesammelt und mit MOMA analysiert hat, werden die Daten zur Erde zurückgesendet, wo Wissenschaftler anhand der Daten über die beste Vorgehensweise entscheiden.
„Wenn wir beispielsweise eine Probe messen, die Hinweise auf große, komplexe organische Verbindungen in einer Mischung mit bestimmten Mineralien aufweist, möchten wir möglicherweise eine detailliertere Analyse dieser Probe durchführen oder sogar empfehlen, dass der Rover mithilfe eines Bohrers eine weitere Probe sammelt. “, sagte Lee.
Der Algorithmus könnte helfen, die chemische Zusammensetzung unter der Marsoberfläche zu bestimmen. Im Bereich der künstlichen Intelligenz bezeichnet maschinelles Lernen die Art und Weise, wie Computer aus Daten (großen Datenmengen) lernen, Muster erkennen und Entscheidungen treffen oder Schlussfolgerungen ziehen.
Dieser automatisierte Prozess kann effektiv sein, wenn Muster für menschliche Forscher, die dieselben Daten betrachten, möglicherweise nicht offensichtlich sind, was typisch für große und komplexe Datensätze ist, wie sie beispielsweise bei der Visualisierung und Spektralanalyse verwendet werden.
Die NASA-Datenwissenschaftlerin Victoria Da Poian präsentiert den MOMA-Algorithmus für maschinelles Lernen auf der Supercomputing 2023-Konferenz in Denver, Colorado. NASA/Donovan Mathias
Im Fall von MOMA sammelten die Forscher mehr als ein Jahrzehnt lang Labordaten, so Victoria Da Poian, Datenwissenschaftlerin bei NASA Goddard, die die Entwicklung des Algorithmus für maschinelles Lernen mit leitete. Wissenschaftler trainieren den Algorithmus, indem sie ihm Beispiele für Substanzen geben, die auf dem Mars vorkommen könnten, und diese beschriften. Der Algorithmus verwendet dann die MOMA-Daten als Eingabe- und Ausgabevorhersagen für die chemische Zusammensetzung der untersuchten Probe basierend auf seinem Training.
„Je mehr wir tun, um die Datenanalyse zu optimieren, desto mehr Informationen und Zeit werden Wissenschaftler für die Interpretation der Daten benötigen“, sagte Da Poian. „So können wir schnell auf die Ergebnisse reagieren und die nächsten Schritte planen, als wären wir mit dem Rover vor Ort, viel schneller als zuvor.“
Was den Rover Rosalind Franklin einzigartig macht – und wovon Wissenschaftler hoffen, dass er zu neuen Entdeckungen führt – ist, dass er in der Lage sein wird, bis zu einer Tiefe von etwa 6,6 Fuß (2 Meter) in die Marsoberfläche zu bohren. Frühere Rover reichten nur etwa 2,8 Zoll (7 Zentimeter) unter die Oberfläche.
„Organische Materialien auf der Marsoberfläche werden eher durch Strahlung an der Oberfläche und kosmische Strahlung, die in den Untergrund eindringt, zerstört“, sagte Lee, „aber eine Tiefe von zwei Metern sollte ausreichen, um den größten Teil der organischen Materie zu schützen.“ MOMA hat somit das Potenzial, konserviertes antikes organisches Material aufzuspüren, was ein wichtiger Schritt bei der Suche nach vergangenem Leben wäre.“