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Europäisch-russische Mars-Mission erkundet Anzeichen von Leben auf dem Mars mit Jenoptik-Lasern
„Der Weltraum, unendliche Weiten. Wir schreiben das Jahr 2200. Dies sind die Abenteuer des Raumschiffs Enterprise, das mit seiner 400 Mann starken Besatzung fünf Jahre unterwegs ist, um fremde Galaxien zu erforschen, neues Leben und neue Zivilisationen. Viele Lichtjahre von der Erde entfernt dringt die Enterprise in Galaxien vor, die nie ein Mensch zuvor gesehen hat“. Viele Science-Fiction-Fans kennen diese berühmten Worte aus dem Eröffnungsmonolog der Fernsehserie „Raumschiff Enterprise“, die schon in den 1960er Jahren die Fantasie beflügelte. Immer volle Fahrt voraus und im Blick: Die Entdeckung des Weltalls, fremder Galaxien, neuer Planeten und Lebensformen. Auch heute noch übt der Weltraum mit seinen unerforschten Geheimnissen eine magische Faszination auf die Menschheit aus. Ihn zu entdecken und zu entschlüsseln ist eine spannende und herausfordernde Aufgabe und Reise zugleich. 2022* brechen deshalb die europäische und russische Raumfahrtagenturen ESA und Roskosmos gemeinsam zu ihrer nächsten Reise in das Weltall auf und führen die bereits 2016 gestartete „ExoMars“-Mission fort. Ihr Ziel ist die Erkundung unseres Nachbarplaneten Mars und die Entdeckung von Anzeichen organischen Lebens. Mit dabei sind von Jenoptik entwickelte und gefertigte Diodenlasermodule.
, Ekkehard WernerAußerirdisches Leben in unendlichen Weiten: Gibt es Spuren von Leben auf dem Mars?
Entfernte Galaxien und die unerforschten Teile des Interstellarraums beflügeln die Fantasie der Film- und Fernsehwelt und lassen fantastische Wunderwesen entstehen – ob E.T. – der Außerirdische, Gordon Shumway alias Alf, Yoda aus den Star-Wars-Filmen oder der Halb-Vulkanier Mister Spock aus der Star-Trek-Saga – Science-Fiction-Freunde und Filmliebhaber kennen sie alle.
Doch gibt es tatsächlich Leben im Weltall? Und wenn ja, in welcher Gestalt? Mit dieser Frage beschäftigt sich die Fachwelt seit vielen Jahrzehnten. Seit Raumschiff Enterprise 1966 erstmals über die Bildschirme flimmerte, so alt ist auch der Traum, den Roten Planeten zu erkunden. So startete die erste Mars-Mission ebenfalls in den 1960er Jahren.
Mit der Mars-Mission ExoMars rückt eine Antwort auf die Frage nach Leben auf dem Mars nun in greifbare Nähe. Schon der Name der Mission ist Programm: ExoMars ist eine Analogie zur Exobiologie, also der Wissenschaft zur Erforschung von außerirdischem Leben, deren Beginn und Existenz. Und genau dieses Ziel verfolgt die zweistufige ExoMars-Mission der europäischen Raumfahrtagentur ESA (European Space Agency) und der russischen Raumfahrtagentur Roskosmos: Sie will Anzeichen und Spuren organischen Lebens auf dem Mars finden.
Unterstützt wird die ExoMars-Expedition durch die amerikanische Raumfahrtbehörde NASA (National Aeronautics and Space Administration), die durch wissenschaftliche und technische Expertise sowie Technologie zum Gelingen der Mission beiträgt.
In zwei Etappen zum Ziel: Hinweise von Leben auf dem Mars finden
Bereits vor vier Jahren startete der erste Teil der ExoMars-Mission: 2016 machte sich der Trace Gas Orbiter (TGO) mit dem Testmodul Schiaparelli, das für Atmosphäreneintritt und Landung konzipiert war, auf den Weg zum Mars. Ursprünglich für 2018 und später für 2020 geplant, soll nun in 2022* Schritt zwei der Expedition mit der Analyse von Probenmaterial auf dem Mars folgen.
Unglücklicherweise konnte das Testlandemodul Schiaparelli 2016 aufgrund technischer Probleme nicht wie geplant auf dem Mars aufsetzen. Nichtsdestotrotz zogen Forscher aus dem missglückten Versuch wertvolle Schlüsse und Erkenntnisse zu Landemanövern auf dem Mars, die in die bevorstehende Mission der zweiten Etappe einfließen. Der knapp vier Tonnen schwere TGO umkreist seitdem den Mars, untersucht die Marsatmosphäre auf Gase wie Methan und analysiert Wasserstoff auf und unter der Marsoberfläche. Methangas ist oftmals ein Indiz für biologisches Leben, weshalb sich Forscher Hinweise auf Lebenszeichen auf dem Mars erhoffen.
Im Herbst 2022* folgt der zweite Teil der ExoMars-Mission und der europäische Mars-Rover „Rosalind Franklin“ mit der russischen Landeplattform „Kazachok“ werden sich auf ihren Weg in den Orbit begeben. Im Forschungsinteresse der Expedition steht die Suche nach Anzeichen von Leben auf dem Mars durch Nachweis organischer Spuren. Nach ihrer neunmonatigen Reise durch den Weltraum wird der Mars-Rover voraussichtlich im Frühjahr 2023 auf dem Roten Planeten landen. Der TGO wird dann als Relaisstation für die Kommunikation des Rovers mit der Erde dienen.
Angekommen auf dem Mars, wird der Rover die Plattform verlassen und den Mars erkunden, um seine Mission, Lebensanzeichen zu finden, zu erfüllen. Auch die Plattform wird ihrerseits Untersuchungen der Oberflächenumgebung am Landeplatz vornehmen, um z. B. das Klima und die Atmosphäre des Mars zu analysieren.
An Bord des Rovers werden eine Reihe wissenschaftlicher und hochempfindlicher Messinstrumente und Systeme verschiedener internationaler Institutionen sein, die den besonderen Bedingungen der Mars-Atmosphäre standhalten und die Analyse und Enträtselung des Roten Planeten im Hinblick auf die Exobiologie und geochemische Konstellation einen wichtigen Schritt voranbringen werden. Mit einem Bohrer sollen hierzu Proben aus bis zu zwei Metern Tiefe aus der Oberfläche des Mars entnommen und auf Anzeichen von vergangenem oder gegenwärtigem Leben vor Ort analysiert werden. Die genommene Probe wird hierzu in das Labor des Rovers überführt, zerkleinert und anschließend mit Hilfe der an Bord befindlichen Instrumente analysiert.
Marsianer, wie die Vorstellung einiger Science-Fiction-Filme vermuten lässt, sind sicher nicht auf dem Mars zu erwarten, wohl aber, so die Hoffnung der Forscher, Spuren von Mikroorganismen, die in der Umgebung des Mars überleben können oder hier existiert haben.
Lebenszeichen auf der Spur: Mit „MOMA“ den Mars enträtseln
Eines dieser hochsensiblen Messinstrumente ist „MOMA“, das als Teil des Mars-Rovers in das Weltall aufbrechen und vom Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung verantwortet wird. Mit MOMA (Mars Organic Molecule Analyser) wird versucht, eine Antwort auf die langgehegte Frage nach Lebensanzeichen auf dem Mars zu finden. Durch analytische Methoden von Boden- und Gesteinsproben sollen organische Spuren aufgespürt und das Wissen um die Geheimnisse des Roten Planeten gelüftet werden.
Bestandteil des wissenschaftlichen MOMA-Messinstruments ist ein sogenanntes Laserdesorptions-Massenspektrometer mit einem diodengepumpten Laser. Durch Bestrahlung zerkleinerter Proben Sedimentgesteins mit hochenergetischen Laserpulsen werden Ionen erzeugt, die anschließend mit Hilfe eines Massenspektrometers auf ihre Zusammensetzung hin untersucht werden. Die gewonnenen Erkenntnisse sollen Aufschluss darüber geben, ob und wie Leben auf dem Mars entstanden ist und sich entwickelt hat.
Wie Laser beim Identifizieren von Lebenszeichen auf dem Mars helfen
Photonisches Herzstück dieses Lasers ist ein Diodenlasermodul von Jenoptik, das als Pumpquelle dient. Kleine, kompakte und leistungsstarke Diodenlasermodule gehören seit vielen Jahren zum Produktportfolio der Jenoptik. Sie eignen sich sowohl für das Pumpen von Festkörper- und Faserlasern als auch für die direkte Materialbearbeitung. Lange Lebensdauer, höchste Zuverlässigkeit sowie kompakte Bauform und Effizienz sind ihre charakteristischen Merkmale.
Das Diodenlasermodul, welches 2022* als Teil der ExoMars-Mission zum Roten Planeten aufbrechen wird, wurde in Jena speziell für die Raumfahrtexpedition entwickelt und gefertigt. Das Modul ist so konzipiert, dass es den atmosphärischen Bedingungen des Mars und den Herausforderungen der Expedition, wie z. B. Druck, klimatischen Schwankungen oder Vibrationen beim Start- und Landemanöver, standhält.
Neben dieser Robustheit zeichnet es sich außerdem durch seine Langlebigkeit aus, da die Erkundung auf dem Mars für mindestens sieben Monate angesetzt ist und der Mars-Rover ca. vier Kilometer auf der Marsoberfläche zurücklegen soll.
Um sicherzustellen, dass das Diodenlasermodul für eine Reise ins All bestens gewappnet ist, führten die Jenoptik-Ingenieure zahlreiche und ausführliche Tests durch, um die Funktionsfähigkeit des Moduls unter verschiedensten Bedingungen sicherzustellen. Da jedes Gramm beim Flug in den Weltraum zählt, wurde zudem auch auf eine kleine und leichte Bauform geachtet.
Ob Science-Fiction-Freunde, Weltraum-Fans oder Laseringenieure, die Fachwelt blickt schon jetzt gespannt auf das Jahr 2022* und darauf, welche neuen Erkenntnisse über die Bausteine des Lebens der Mars-Rover im Andenken an Rosalind Franklin im Gepäck haben wird.
Wenn auch Sie auf der Suche nach kundenspezifischen Laserlösungen für Ihre herausfordernden Projekte sind, kontaktieren Sie uns noch heute, um zu erfahren, wie unsere langjährige Erfahrung und Kompetenz Ihre Ideen zu neuen Höhenflügen verhelfen können.
Mit freundlicher Unterstützung des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung.
*Aktualisierung im Frühjahr 2022: Die Europäische Raumfahrtagentur ESA hat ihre Zusammenarbeit mit Russland aufgrund der Invasion der Ukraine ausgesetzt und den Start des ExoMars-Rovers, welcher für Herbst 2022 geplant war, aufgeschoben.
Gut zu wissen: Der Mars im Überblick
- Warum wird der Mars oft als Roter Planet bezeichnet?
Das Vorkommen von Eisenoxid lässt den Mars rot erscheinen. - Wie groß ist der Mars?
Der Mars hat einen Durchmesser von 6.794 Kilometern. - Welche Temperaturen herrschen auf dem Mars?
Im Durchschnitt beträgt die Temperatur -55 °C. Die Unterschiede reichen von +27 °C im Sommer bis -133 °C am Winterpol. - Wie weit ist unser Nachbarplanet von der Erde entfernt?
Die Entfernung liegt zwischen 56 Millionen und mehr als 400 Millionen Kilometern. Diese Angabe beruht auf unterschiedlichen Geschwindigkeiten der Planeten auf ihren Bahnen um die Sonne. - Wie sieht die Oberfläche des Mars aus?
Gezeichnet ist die Marsoberfläche von Vulkanausbrüchen vergangener Zeiten und Einschlägen von Meteoriten, Gebirgen, Schluchten und vereisten Polkappen. Besonders herausstechend ist ein erloschener Vulkan mit gigantischen Ausmaßen: 80 Kilometer beträgt der Durchmesser des Kraters und 26 Kilometer ist Olympus Mons hoch. Damit ist er der größte Vulkan des Sonnensystems. - Warum ist der Mars so spannend für die Forschung?
Wasser und Leben hängen auf der Erde eng miteinander zusammen. Wasser ist Ursprung des Lebens und ohne Wasser kann kein Lebewesen existieren. Heute ist der Mars trocken, aber wenn es einst Wasser auf dem Mars gab, liegt die Vermutung nahe, dass dort auch Leben existiert hat. - Warum heißt der Rover „Rosalind Franklin“?
Der Mars-Rover ist nach Rosalind Franklin benannt, einer Röntgenexpertin und Chemikerin, die wegweisende Weichen für die Entdeckung der DNA-Doppelhelix, dem Bauplan des Lebens, legte. Nicht zuletzt sucht der Rover nach Anhaltspunkten von Leben auf dem Mars.
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Über Ekkehard Werner
Dr. Ekkehard Werner ist nach seinem Physik-Studium mit anschließender Promotion seit 2004 bei Jenoptik in unterschiedlichen Leitungspositionen im Bereich Forschung & Entwicklung tätig. Mit seinem Team übernimmt er die Konzeption und Entwicklung von zuverlässigen und effizienten Laserstrahlquellen und ist für wirkungsvolle Aufbau- und Verbindungstechniken zuständig. Ein besonderer Schwerpunkt seiner Arbeit liegt in der Entwicklung und Weiterentwicklung von leistungsstarken Diodenlasermodulen, die u. a. für Festkörperlaser-Pumpen oder die direkte Materialbearbeitung Anwendung finden. Für „ExoMars“ war er für die von Jenoptik für die Mars-Expedition bereitgestellten Diodenlasermodule verantwortlich.
