Astrobiologie und Mars Mag. Ing. Ferdinand Kaser EUR ING, EurProBiol 8700167 1
Mars und Erde 2
Astronomie 3
Mars - Erde Entfernung 4
Erde und Mars Eckdaten 5
Weitere astronomische Eckdaten zum Mars aus der Sicht der Astrobiologie Sol (24 Stunden und 40 Minuten) Oberfläche des Mars entspricht mit 144 Mio. km 2 ungefähr der Gesamtoberfläche aller Kontinente der Erde (149 Mio. km 2 ). Die Temperaturen erreichen in Äquatornähe etwa 20 C am Tag und sinken bis auf 85 C in der Nacht. Die mittlere Temperatur des Planeten liegt bei etwa 55 C. Hätte Mars eine erdähnliche Umlaufbahn, würden die Jahreszeiten aufgrund der Achsenneigung ähnlich denen der Erde sein. Jedoch führt die vergleichsweise große Exzentrizität seines Orbits zu einer beträchtlichen Auswirkung auf die Jahreszeiten. Der Mars befindet sich während des Sommers in der Südhalbkugel und des Winters in der nördlichen Hemisphäre nahe dem Perihel seiner Bahn. Nahe dem Aphel ist in der südlichen Hemisphäre Winter und in der nördlichen Sommer. Das hat zur Folge, dass die Jahreszeiten in der südlichen Hemisphäre viel deutlicher ausgeprägt sind als in der nördlichen, wo das Klima milder ist, als es sonst der Fall wäre. Die Sommertemperaturen im Süden können bis zu 30 C höher sein als die vergleichbaren Temperaturen im Sommer des Nordens. Die Jahreszeiten sind aufgrund der Exzentrizität der Umlaufbahn des Mars unterschiedlich lang. Auf der Nordhalbkugel dauern der Frühling 199,6, der Sommer 181,7, der Herbst 145,6 und der Winter 160,1 irdische Tage. 6
Landkarte des Mars 7
Topografie des Mars 8
Bisher erfolgreiche Marsmissionen 9
Erfolgreiche Marsmissionen der NASA Mariner 3 was designed to fly by Mars and conduct other interplanetary experiments along the way. 11/05/1964 Mariner 4 One of the great successes of the early American space program, the Mariner 4 mission journeyed to Mars - making its closest approach on July 15, 1965 -- and took the first photos of another planet from space. 11/28/1964 Mariner 6 Along with its twin Mariner 7 spacecraft, Mariner 6 was designed to make a close flyby of Mars to study the surface for signs of life and develop technology for future missions. 02/25/1969 Mariner 7 The Mariner 7 spacecraft made a close flyby of Mars just five days after its twin spacecraft, Mariner 6, in 1969. 03/27/1969 Mariner 8 (Mariner H) failed Mariner 9 (Mariner I) Viking 1 Orbiter Viking 2 Orbiter Designed to be the first American spacecraft to study the Red Planet from a Martian orbit, Mariner 8 (also called Mariner H) fell victim to a malfunction in the stage's flight-control system shortly after launch. In 1971, the Mariner 9 spacecraft beat the Soviet Mars 2 to the Red Planet to become the first spacecraft to orbit another planet. The first spacecraft to successfully land on Mars, Viking 1 was part of a two-part mission to investigate the Red Planet and search for signs of life. Viking 2 landed on Mars in November 1976 -- immediately following the first successful spacecraft landing on Mars by Viking 1 - and was part of NASA's early two-part mission to investigate the Red Planet and search for signs of life. 05/08/1971 05/30/1971 08/20/1975 09/09/1975 Mars Climate Orbiter failed Designed to study Mars from orbit and serve as a communications relay for the Mars Polar Lander and Deep Space probes, the Mars Climate Orbiter was unsuccessful due to a navigation error caused by a failure to translate English 12/11/1998 units to metric. Mars Global Surveyor Mars Observer Mars Odyssey Mars Reconnaissance Orbiter The Mars Global Surveyor orbiter, which operated on Mars for more than nine years, was designed to study the composition of Mars, map its topography and monitor weather patterns. The Mars Observer was based on a commercial Earth-orbiting spacecraft and designed to study and take highresolution photography of the Martian surface. With more than 10 years in orbit and counting, the 2001 Mars Odyssey spacecraft has spent more time in orbit around the Red Planet, collecting data on Mars' climate and geology, than any other spacecraft in history. active The Mars Reconnaissance Orbiter, or MRO, has studied the Red Planet's atmosphere and terrain from orbit since 2006 and also serves as a key data relay station for other Mars missions, including the Mars Exploration Rover Opportunity active 11/07/1996 09/25/1992 04/07/2001 08/12/2005 10
Andere erfolgreiche Mars Missionen Mars Express 2. Juni 2003, 17:45:26 ESA (Europa) Erfolgreicher Mars-Orbiter (Start und Flug zusammen mit Beagle 2), erreichte am 25. Dezember 2003 die Marsumlaufbahn, in Betrieb Rosetta 2. März 2004, 07:17:44 ESA (Europa) Eine Raumsonde zur Erforschung eines Kometen, flog am 25. Februar 2007 in einem Abstand von 250 km am Mars vorbei und machte dabei einige Aufnahmen und Messungen 11
Erfolgreiche Landungen auf dem Mars und Astrobiologie Mars 3 die erste Sonde, die weich auf dem Mars landete, Funkkontakt brach nach 20 sec. ab (UdSSR). 1971 Viking 1 Lander The first spacecraft to successfully land on Mars, Viking 1 was part of a two-part mission to investigate the Red Planet and search for signs of life. 08/20/1975 Viking 2 Lander Viking 2 landed on Mars in November 1976 -- immediately following the first successful spacecraft landing on Mars by Viking 1 - and was part of NASA's early two-part mission to investigate the Red Planet and search for signs of life. 09/09/1975 Mars Pathfinder / Sojourner Rover The Mars Pathfinder mission, designed to demonstrate a low-cost method for delivering a set of science instruments to the Red Planet, was the first wheeled vehicle to be used on any other planet in the solar system and served as the foundation for the Mars rovers of today. 12/04/1996 Mars Polar Lander / Deep Space 2 failed Designed to dig for water ice on Mars with a robotic arm, the Mars Polar Lander would have been the first-ever spacecraft to land on a polar region of the Red Planet. 01/03/1999 Mars Exploration Rover Spirit To explore Mars and search for signs of past life, Spirit far outlasted her planned 90-day mission. 06/10/2003 Mars Exploration Rover Opportunity Opportunity was the second of the two rovers launched in 2003 to land on Mars and begin traversing the Red Planet in search of signs of past life. active 07/07/2003 Phoenix Lander Phoenix was sent to the surface of Mars to search for evidence of past or present microbial life. During its mission, Phoenix confirmed and examined patches of the widespread deposits of underground water ice detected by Odyssey and identified a mineral called calcium carbonate that suggested occasional presence of thawed water. The lander also found soil chemistry with significant implications for life and observed falling snow. The mission's biggest surprise was the discovery of perchlorate, an oxidizing chemical on Earth that is food for some microbes and potentially toxic for others. 08/04/2007 Curiosity Rover active 08/06/2012 12
Orte der 7 geglückten Marslandungen der NASA (Mars 3 (UdSSR, 1971) landete in etwa dort wo Spirit landete) 13
Curiosity rover 14
Wiss. Ziele der aktuellen Mission - Curiosity Goal 1: Determine whether life ever arose on Mars Goal 2: Characterize the climate of Mars Goal 3: Characterize the geology of Mars Goal 4: Prepare for human exploration 15
Wiss. Vorgaben - Curiosity Biological objectives: Determine the nature and inventory of organic carbon compounds; Inventory the chemical building blocks of life (carbon, hydrogen, nitrogen, oxygen, phosphorous, and sulfur); Identify features that may represent the effects of biological processes. Geological and geochemical objectives: Investigate the chemical, isotopic, and mineralogical composition of the martian surface and near-surface geological materials; Interpret the processes that have formed and modified rocks and soils. Planetary process objectives: Assess long-timescale (i.e., 4-billion-year) atmospheric evolution processes; Determine present state, distribution, and cycling of water and carbon dioxide. Surface radiation objective: Characterize the broad spectrum of surface radiation, including galactic cosmic radiation, solar proton events, and secondary neutrons. 16
Mars rover Curiosity has driven since landing at a site subsequently named "Bradbury Landing," and traveling to an overlook position near beside "Point Lake," in drives totaling 1,703 feet (519 meters). Credit: NASA/JPL-Caltech/Univ. of Arizona 3.01.2013 17
Daten zur Atmosphäre 18
Atmosphäre Analyse 1-7.10.2012 19
Detail atmosphärische Messungen 20
Wind und atmos. Druck Detail - Curiosity 21
Atmos. Druck Detail - Curiosity 22
Atmosphäre Druck jährliche Schwankungen Viking 1 Lander 23
Atmosphäre Druck täglich Viking 1 Lander 24
Atmosphäre Analyse 2 Curiosity - 28.11.2012 25
Methankonzentrationen auf Mars? 26
Daten zu Bodenanalysen 27
Bodenanalyse 1 D/H Verhältnis 28
Bodenanalyse 2 This plot of data from NASA's Mars rover Curiosity shows the variety of gases that were released from sand grains upon heating in the Sample Analysis at Mars instrument, or SAM. The gases detected were released from fine-grain material, and include water vapor, carbon dioxide, oxygen and sulfur dioxide. Credit: NASA/JPL- Caltech/GSFC 29
Bodenanalyse 3-3.12. 30
Bodenanalyse 4 3.12.2012 31
Bodenanalyse 5 Identifizierung von Gips durch Curiosity 32
Vergleich Bodenproben Spirit-Opportunity-Curiosity 33
Magnetfeld von Mars 34
Weitere Daten und Annahmen 35
Mars innerer Aufbau - Annahme 36
Schlussfolgerungen 37
Leben auf den Mars jemals belebt belebt kolonisierbar durch irdisches Leben? +, +/-, - Allen voran steht das Defintionsproblem (E. Schrödinger Was ist Leben?); ASTRONOMIE + Gravitation, Atmosphäre, Neigung der Marsachse und daraus resultierende Effekte vorhanden (Unterschiede siehe Folie 6); + Mond vorhanden (Phobos (und Deimos (Gezeiten)); - Kein aktives Magnetfeld Messungen entsprechen Mustern gemessen an den Ozeanböden der Erde Folie 33; - Mars zeigt starke Schwankungen der Achse Folie 5; +/- ALH84001, ein Marsmeteorit, der auf der Erde gefunden wurde zeigt Spuren von organischen Einschlüssen, die aber zweifelhaften Ursprungs sind;? Der innere Aufbau des Marses ist bisher nicht erforscht, es gibt nur Hypothesen. Folie 35. BIOLOGIE + Es gibt eine Atmosphäre, die sehr dünn ist und v. a. CO 2 enthält (Folie 18); + Es gibt eine Lithosphäre, die viele Indizien für Rückschlüsse liefert; + Es gibt Indizien einer Pedosphäre, die mikrobielles Leben erlauben würde; - Bisher wurde keine Biosphäre identifiziert. CHEMIE/GEOLOGIE + C, O, N, in Atmosphäre und Bodenoberfläche (C, O, N, S, H, P) Folie 18, 27-29 + Viele wichtige Metalle identifiziert (Al, Mg, Ca, Ni, Zn, Na, Fe, Mg, Ti, K, Br, Mn) Folie 29; + Wasser, Schwefelwasserstoff in geringen Spuren im Boden vorhanden; +/- Identifikation von Wasser fehlt fast vollständig (Mars Odyssee, Phoenix, Curiosity) - geringe Spuren im Boden vorhanden siehe Folie 29); + Curiosity identifiziert Olivin und Gips (der bei seiner Entstehung Wasser als Nebenprodukt hervorbringt) (17.1.2013); +/- Organische Moleküle bisher nur Methan (Folie 26 - zweifelhaft) und Chloroform (zweifelhaft - Folie 34) sowie Derivate identifiziert. GESCHICHTE + Menschheitsgeschichte bietet viele überlieferte Legenden um die Frage eines belebten Marses (nicht dargestellt); +/- Mehr als 40 Jahre aktive Suche nach Leben bzw. Indizien von ehem. Leben sind bisher fast ergebnislos geblieben. PHYSIK +/- Geringer atmosphärischer Druck 7,6mbar (Folie 25); + Strahlungsdosis würde Leben an der Marsoberfläche zulassen (Folie 25); - Starke Tag/Nacht Temperaturschwankungen; - Starke jahreszeitliche Temperaturschwankungen insbesondere in der nördlichen Hemisphäre. PODOLOGIE + Spirit Spuren von Böden die mikrobielles Leben enthalten haben hätten können; THEOLOGIE - Schließt Leben jenseits des irdischen in der Form aus ausgen. Leben nach dem Tode. 38
Perspektiven 39
Geplante Marsmissionen in nächster Zukunft Die Mars Atmosphere and Volatile EvolutioN (MAVEN) mission, geplant für Ende 2013,soll die erste Mission sein, die sich mit der oberen Atmosphäre des Marses. Neben Curiosity hat die NASA auch noch den 2003 gelandeten Rover Opportunity auf dem Mars im Einsatz sowie zwei Sonden, die den Planeten umkreisen. Zusätzlich sind bis 2018 Missionen unter anderem zur Erforschung der höher gelegenen Mars-Atmosphäre geplant, einige davon in Zusammenarbeit mit der Europäischen Weltraumbehörde ESA. ISRO (Indien) plant für 2013 Marsmission nach erfolgreicher Mondmission (MangalYaan). 40
Weltraumbewirtschaftung? 41
Marskolonisation? 42
Die Naturwissenschaft steht nicht mehr als Beschauer vor der Natur, sondern erkennt sich selbst als Teil dieses Wechselspiels zwischen Mensch und Natur. Die wissenschaftliche Methode des Aussonderns, Erklärens und Ordnens wird sich der Grenzen bewusst, die ihr dadurch gesetzt sind, dass der Zugriff der Methode ihren Gegenstand verändert und umgestaltet, dass sich die Methode also nicht mehr vom Gegenstand differenzieren kann. Das naturwissenschaftliche Weltbild hört damit auf, ein eigentlich naturwissenschaftliches zu sein. Werner Heisenberg, Das Naturbild der heutigen Physik, 1955 43
Literatur Viking Missionen: Tolson, R. H., et al., Orbit and position determination for Mars Orbiters and Landers, J. Spacecr. Rockets, 7, No. 9, 1095-1100, Sept. 1970. Soffen, G. A., and C. W. Snyder, First Viking mission to Mars, Science, 193, 759-766, Aug. 1976. Masursky, H., and N. L. Crabill, Viking landing sites: Selection and certification, Science, 193, 809-812, Aug. 1976. Tyler, G. L., et al., Radar characteristics of Viking 1 landing sites, Science, 193, 812-815, Aug. 1976. Soffen, G. A., Scientific results of the Viking mission, Science, 194, No. 4271, 1274-1276, Dec. 1976. Soffen, G. A., The Viking project, J. Geophys. Res., 82, No. 28, 3959-3970, Sept. 1977. Weitere information: http://mars.jpl.nasa.gov/msl/ http://spaceinvideos.esa.int/missions/mars_express http://de.wikipedia.org/wiki/chronologie_der_mars-missionen http://de.wikipedia.org/wiki/mars_(planet) http://de.wikipedia.org/wiki/phobos_(mond) http://www-k12.atmos.washington.edu/k12/resources/mars_data-information/pressure_overview.html Mars Atmospheric Pressure Overview James E. Tillman Revised July 19, 1998 44