Suche nach Signaturgasen in der Marsatmosphäre

Der ExoMars Trace Gas Orbiter 2016 ist die erste einer Reihe von Marsmissionen, die von den beiden Weltraumagenturen ESA und Roscosmos gemeinsam durchgeführt werden. Ein Hauptziel dieser Mission ist es, ein besseres Verständnis von Methan und anderen atmosphärischen Gasen zu erlangen, die in geringen Konzentrationen (weniger als 1% der Atmosphäre) vorhanden sind, aber dennoch Hinweise auf mögliche biologische oder geologische Aktivitäten sein könnten.

Schiaparelli trennt sich vom Spurengas-Orbiter. Credit: ESA / ATG medialab

Untersuchungen mit Observatorien im Weltraum und auf der Erde haben gezeigt, dass kleine Mengen Methan in der Marsatmosphäre vorhanden sind, die nachweislich mit Ort und Zeit variieren. Da Methan auf geologischen Zeitskalen kurzlebig ist, impliziert seine Anwesenheit die Existenz einer aktiven, aktuellen Methanquelle. Es ist noch nicht klar, ob die Natur dieser Quelle biologisch oder chemisch ist. Organismen auf der Erde setzen Methan frei, wenn sie Nährstoffe verdauen. Aber auch andere rein geologische Prozesse, wie die Oxidation bestimmter Mineralien, setzen Methan frei.

Der Trace Gas Orbiter trägt eine wissenschaftliche Nutzlast, die in der Lage ist, diese wissenschaftliche Frage zu beantworten, nämlich den Nachweis und die Charakterisierung von Spurengasen in der Marsatmosphäre. Von seiner etwa 400 km hohen wissenschaftlichen Umlaufbahn aus werden die Instrumente an Bord des Trace Gas Orbiter eingesetzt, um eine Vielzahl atmosphärischer Spurengase (wie Methan, Wasserdampf, Stickoxide, Acetylen) mit einer im Vergleich zu früheren Messungen um drei Größenordnungen verbesserten Genauigkeit nachzuweisen.

Der Trace Gas Orbiter wird saisonale Veränderungen der Zusammensetzung und Temperatur der Atmosphäre überwachen, um detaillierte atmosphärische Modelle zu erstellen und zu verfeinern. Seine Instrumente werden auch den unterirdischen Wasserstoff bis zu einer Tiefe von einem Meter kartieren, mit verbesserter räumlicher Auflösung im Vergleich zu früheren Messungen. Dies könnte Ablagerungen von Wassereis direkt unter der Oberfläche aufdecken, die zusammen mit Orten, die als Quellen der Spurengase identifiziert wurden, die Wahl der Landeplätze zukünftiger Missionen beeinflussen könnten.

Kommunikation auf dem Mars

Einsatztest der High-Gain-Antenne. Quelle: ESA – B. Bethge

Der Spurengas-Orbiter trug das EDM (Entry, Descent and Landing Demonstrator Module), bekannt als Schiaparelli, auf der Reise von der Erde zum Mars und setzte es bei seiner Annäherung an den Planeten für den Eintritt in die Marsatmosphäre auf dem Weg zur Landung auf der Oberfläche des Planeten ein. Nach dem Einsatz überwachte der Orbiter die UHF-Übertragung von Schiaparelli von seinem Ausrollen zum Mars bis zu seiner Landung auf dem Roten Planeten. Es ermöglichte auch die Echtzeitübertragung der wichtigsten von Schiaparelli gemessenen Daten auf die Erde.Wissenschaftliche Untersuchungen haben höchste Priorität, bis die zweite Mission im ExoMars-Programm mit der Ankunft des ExoMars-Rovers Rosalind Franklin im Jahr 2023 beginnt. Zu diesem Zeitpunkt wird der Orbiter zu einem wertvollen Mars-Telekommunikationsgerät, das Kommunikationsdienste für den auf der Marsoberfläche operierenden Rover bereitstellt. Der Orbiter wird als Datenrelaiszentrum fungieren, um Befehle an den Rover zu senden und Daten über das ESA-Weltraumkommunikationsnetz auf die Erde herunterzuladen.

Das Design des ExoMars Trace Gas Orbiter

Der die von der ESA entworfene Raumsonde baut auf dem Erbe früherer ExoMars-Missionsszenarien auf. Die Hauptmerkmale des Orbiters werden durch die Funktionen bestimmt, die er ausführen wird, und die Trägerrakete, eine Protonenrakete, die von Roscosmos bereitgestellt wird.