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Chemie

Der NASA-Mars-Exploration-Rover Opportunity erkundet seit einigen Sols (Marstagen) einen ungewöhnlichen Stein. Dieser war auf einem der Landschaftsbilder wegen seiner Form und Farbe aufgefallen. Es bestand die Vermutung, dass dieses Objekt, das anfangs nur unscharf zu sehen war (Abbildung 1), ein Meteorit sein könnte. Steine aus dem Asteroidengürtel unseres Sonnensystems können die Marsbahn kreuzen und, wenn sie Pech haben, auf den Mars fallen.

Abbildung 1: Dies ist das Bild, auf dem der ungewöhnliche Stein entdeckt wurde (mit Ausschnittsvergrößerung, die den Stein nur unscharf zeigt). Die Zufallsaufnahme wurde mit der Panorama-Kamera des Rover Opportunity an Sol 1946 in der Wüste von Meridiani in Falschfarben gemacht. © NASA / JPL-Caltech / Cornell University hohe Auflösung (280 KB)

 
Vor zwei Wochen war Opportunity etwa 20 Meter an dem Stein auf Abbildung 1 vorbeigefahren. Zwar werden regelmäßig Panoramabilder von der Landschaft gemacht, durch die Opportunity gerade fährt. Doch diese Bilder werden nur abgespeichert und erst einige Tage später zur Erde gefunkt. So konnte dieser Stein erst verspätet von den Wissenschaftlern wahrgenommen werden. Da der Rover schon weitergefahren war, entschied sich das Rover-Team, die 180 Meter wieder zurückzufahren, um den Stein genauer unter die Lupe zu nehmen (Abbildung 2).

© NASA/JPL-Caltech	Mittlere Auflösung (253 KB)-Hohe Auflösung (2,3 MB)

Abbildung 2: Panoramabild der Fundstelle des ungewöhnlichen Steins, aufgenommen an Sol 1959 mit der Navigationskamera des Rover Opportunity, nachdem der Rover wieder zurückgefahren war. Die Gegend ist meistens mit Sand und kleinen Dünen bedeckt. An ein paar Stellen ist das Grundgestein freigelegt und als helle Flecken zu sehen.

Der Stein erhält den Namen „Block Island“. Er ist etwa so groß wie eine Wassermelone (etwa 60 cm lang und 30 cm hoch) und hat eine bläuliche Tönung, die ihn von anderen Steinen der Gegend klar unterscheidet.

Abbildung 3: Der Rover Opportunity ist in der Nähe von „Block Island“. Vorne ist das Ende des robotischen Arms mit seinen Instrumenten zu sehen. Der rechts herausragende Zylinder ist das APXS (Pfeil). Das Bild wurde mit der Weitwinkel-Frontkamera des Rover Opportunity an Sol 1961 gemacht. © NASA / JPL-Caltech hohe Auflösung (490 KB)

 
Nachdem Opportunity den ungewöhnlichen Stein erreicht hat, wird der robotische Arm eingesetzt, um mit allen Instrumenten Messungen zu machen (Abbildung 3). Das APXS (Alpha-Röntgen-Spektrometer) aus Mainz bringt es gleich ans Licht (Abbildung 4). „Keine Frage, das ist ein Eisen-Nickel-Meteorit“, erklärt Ralf Gellert von der Universität von Guelph in Ontario, Kanada (vormals Max-Planck-Institut für Chemie in Mainz). Gellert ist der wissenschaftliche Leiter des APXS, ein Instrument, mit dem die chemische Zusammensetzung von Proben bestimmt wird. „Wir haben schon mehrere Stellen auf dem Meteorit analysiert und sie zeigen chemische Variationen der Oberfläche. Dies mag uns Hinweise geben, ob und wie das Metall verändert wurde, seit es auf dem Mars einschlug.“

Abbildung 4: Das Instrumenten-Karussell des robotischen Arms von Rover Opportunity befindet sich über dem Stein „Block Island“. Das APXS (heller Zylinder) ist in Messposition gebracht (Pfeil). Das Bild wurde mit der Weitwinkel-Frontkamera des Rover Opportunity an Sol 1963 gemacht. © NASA / JPL-Caltech hohe Auflösung (350 KB)

 
Die Mikroskop-Kamera am Rover-Arm (Abbildung 5) zeigt ein charakteristisches, dreieckiges Muster auf der Oberfläche von „Block Island“, das auch auf Eisenmeteoriten vorkommt, die man auf der Erde findet. „Normalerweise erscheint dieses Muster, wenn der Meteorit geschnitten, poliert oder angeätzt wird“, sagt Tim McCoy, ein Rover-Teammitglied von der Smithonian Institution aus Washington, DC. „Manchmal sieht man die Muster auch auf Oberflächen von Meteoriten, die in Wüsten gefunden wurden, wo der Wind die Oberflächen mit Sand poliert hat. Dieser Effekt scheint auch bei „Block Island“ vorzuliegen.“

		Abbildung 5: Das Bild, aufgenommen mit der Mikroskop-Kamera an Sol 1963, zeigt eine 3 mal 3 Zentimeter große Fläche von „Block Island“. Gut ist das dreieckige Muster zu erkennen, das man auch bei Eisenmeteoriten auf der Erde findet. Die vertikalen, weißen Streifen sind Artefakte, die durch Sättigung des CCD Chips in der Kamera entstehen, wenn Sonnenlicht von metallischen Oberflächen gespiegelt wird.
© NASA/JPL-Caltech/Cornell University/USGS		hohe Auflösung (285 KB)

 
Der Eisenmeteorit „Block Island“ ist größer als alle bis jetzt bekannten Meteorite auf dem Mars. Deshalb wundern sich einige Wissenschaftler, ob nicht noch mehr Bruchstücke zu finden seien, denn ein so großer Eisenblock bekommt im Schwerefeld des Mars eine sehr hohe Geschwindigkeit, die durch die heutige dünne Mars-Atmosphäre nicht genügend abgebremst werden kann, so dass das Objekt zerbrechen sollte. Es könnte auch sein, dass der Mars früher eine viel dichtere Atmosphäre besessen hat, so dass der Meteorit genügend abgebremst werden konnte.

Rover Opportunity hatte Ende 2004 schon einmal einen Eisenmeteoriten entdeckt, der „Heat Shield Rock“ genannt wurde. Der Rover war zu den Resten seines Hitzeschutzschildes gefahren, das ihn beim Eintritt in die Atmosphäre vor der immensen Bremshitze geschützt hatte. Zufällig lag in der Nähe ein kleiner Stein, der als ein Eisen-Nickel-Meteorit identifiziert werde konnte. Im Vergleich dazu ist „Block Island“ mit einem Gewicht von etwa einer halben Tonne etwa 10-mal schwerer als „Heat Shield Rock“.

Und damit scheint „Block Island“ um ein Mehrfaches zu schwer zu sein, um durch die Abbremsung der Mars-Atmosphäre intakt landen zu können. Die heutige Atmosphäre ist zu dünn, um das zu leisten. „Ergebnisse von Modellrechnungen besagen, dass die Landung eines Meteoriten dieser Größe eine dickere Atmosphäre erfordert hätte“, sagt Rover-Teammitglied Matt Golombek vom NASA Jet Propulsion Laboratory (JPL) in Pasadena, Kalifornien. Golombek sieht folgende Möglichkeiten: Entweder hatte der Mars große Reserven an Kohlendioxid-Eis, die schmelzen konnten, als die Temperaturen in warmen Perioden einer seiner jüngsten Klimazyklen hoch genug waren. Damals wurden große Mengen an Kohlendioxid-Gas in die Atmosphäre geblasen, so dass sich ihre Dichte erhöhte. Wenn in dieser Warmzeit ein großer Meteorit auf den Mars fiel, wurde er genügend abgebremst. Oder aber „Block Island“ fiel schon vor Milliarden von Jahren auf den Mars, als seine Atmosphäre noch dichter war.

Abbildung 6: Eisen-Meteorit „Block Island“ aufgenommen mit der Panorama-Kamera des Rovers Opportunity an Sol 1961 (in Falschfarben). © NASA / JPL-Caltech / Cornell University hohe Auflösung (700 KB)

 
Beobachtungen mit Spektrometern haben Variationen in der Zusammensetzung von „Block Island“ an verschiedenen Stellen gezeigt. „Wir haben viele Eisen-Nickel-Meteorite auf der Erde. Wir benutzten diese Meteorite als einen Weg, um den Mars zu studieren“, sagt Albert Yen, ein Rover-Teammitglied vom JPL. „Bevor wir wieder von „Block Island“ wegfahren, haben wir die Absicht, noch Stellen an diesem Stein zu untersuchen, wo die Bilder Variationen in Farbe und Textur zeigen (Abbildung 6). Wir wollen schauen, wie stark die Gesteinsoberfläche verändert wurde. Das hilft uns, die Geschichte des Marsklimas seit dem Fall von „Block Island“ zu verstehen.“

Wenn die Untersuchungen von „Block Island“ abgeschlossen sind, wird sich Rover Opportunity wieder auf die Route von Krater „Victoria“, den er etwa zwei Jahre lang erforschte, zu Krater „Endeaver“ machen. Seit Opportunity den Krater Victoria verlassen hat, ist ein Jahr vergangen. Der Rover hat etwa ein Fünftel der 19 Kilometer langen Strecke zurückgelegt, die als sicherer Weg zu dem viel größeren Krater Endeaver ausgewählt wurde.

Text basiert auf NASA-Pressemitteilungen vom 10. August 2009.