Erfolg auf dem Mars: Perseverance sammelt erste Gesteinsprobe

In fast 400 Millionen Kilometern Entfernung zur Erde hat ein geologischer Roboter eine Bohrung durchgeführt – und damit Geschichte geschrieben. Die Probe, die er gesammelt hat, ist die erste vom Planeten Mars. Sie soll in einigen Jahren, luftdicht versiegelt in einem sterilen Röhrchen, für weitere Untersuchung auf die Erde zurückreisen. Die gelungene Bohrung ist ein wahrer Meilenstein der Wissenschaft und Ergebnis eines milliardenteuren Projekts, dessen Ziel die Beantwortung einer der großen Fragen unserer Zeit ist: Gab es jemals Leben auf dem roten Planeten?

Die Meldung über das erfolgreiche Manöver des NASA-Rovers Perseverance kommt einen Monat nach dem ersten Bohrversuch, der mit einem Fehlschlag endete. Im August 2021 gelang es zwar, eine Bohrung vorzunehmen, dabei konnte jedoch kein Bohrkern entnommen werden: Das Gestein war beim Bohren zerbröselt. Daraufhin wählten die Wissenschaftler eine andere Stelle. Dort gelang es, einem Felsen einen bleistiftbreiten Kern aus härterem Gestein zu entnehmen.

„Das ist ein wahrhaft historischer Moment in der wissenschaftlichen Geschichte der NASA“, sagt Thomas Zurbuchen, Wissenschaftsdirektor der Organisation.

Der Prozess verlief jedoch nicht ganz reibungslos. Auf ersten Aufnahmen der Mastkamera war nach der Bohrung noch ein brauner, gefleckter Gesteinskern in dem holen Bohrfutter des Rovers zu sehen. Dieser war jedoch scheinbar verschwunden, nachdem der Roboter eine geplante Prozedur durchgeführt hatte, bei der die Probe geschüttelt wird, um sie von losem Material zu befreien. In späteren Analysen stellte sich jedoch heraus, dass der Kern lediglich tiefer in das Röhrchen gerutscht und deswegen nicht mehr zu erkennen gewesen war.

Der Bohrkern ist der erste von Dutzenden, die in den nächsten Monaten auf dem Mars gesammelt werden sollen. Nach Abschluss dieser Mission soll ein Sammelbehälter mit allen Proben auf der Marsoberfläche abgestellt und im Rahmen einer Rückholmission zur Erde gebracht werden. Hier warten Wissenschaftler bereits ungeduldig darauf, mit ihren Untersuchungen beginnen zu können.

„Es fühlt sich irgendwie surreal an“, sagt Vivian Sun, leitende Mitarbeiterin am Jet Propulsion Laboratory (JPL) der NASA. „Was wir heute tun, wird auf Jahre hinaus richtungsweisend für die Mars-Wissenschaft sein.“

Das Sammeln von Bohrproben ist nur eine der Aufgaben von Perseverance. Der Rover ist darüber hinaus dafür ausgerüstet, die Landschaft des Mars mit allen „Sinnen“ zu riechen, zu schmecken und zu betrachten – und das detaillierter, als es jemals zuvor möglich war. Die gewonnenen Erkenntnisse sollen den Wissenschaftlern bei der Rekonstruktion der Vergangenheit des Planeten helfen und Hinweise auf Mikroben liefern, die möglicherweise einmal in jetzt versiegten Flüssen und Seen auf dem Mars existiert haben. Dabei konzentriert sich die Suche hauptsächlich auf den Jezero-Krater, ein Becken mit einem Durchmesser von 48 Kilometern, der durch einen Meteoriteneinschlag vor Milliarden von Jahren entstanden ist.

Perseverance landete im Februar 2021 nach einem nervenaufreibenden, siebenminütigen Sinkflug durch die dünne Atmosphäre des Mars am Rand des Kraters. Der Boden unter den Rädern des Rovers ist heute zwar ausgedörrt, doch in Felsen und Sand könnten Beweise dafür zu finden sein, dass dieser Ort einst vollständig mit Wasser bedeckt war. Der Mars-Rover soll die Region mithilfe seiner hochmodernen Instrumente erkunden und Bohrungen am Boden des Kraters, im daran anschließenden ehemaligen Flussdelta und an weiteren Stellen durchführen.

„Uns erwarten einige Überraschungen“, sagt Nina Lanza, Planetenwissenschaftlerin und Teamleiterin der Space and Planetary Exploration am Los Alamos National Laboratory in New Mexico. „Wir werden Dinge erfahren, die wir uns jetzt noch gar nicht vorstellen können.“

Jezero: Ein Krater wird erforscht

Wissenschaftler gehen davon aus, dass der Mars vor einigen Milliarden Jahren von einer dichten Atmosphäre umgeben war. Diese soll für Temperaturen gesorgt haben, die Wasser im flüssigen Aggregatzustand hielten und genug Druck aufbauten, damit die Flüssigkeit nicht verdampfte und sich als Gas verflüchtigte. Irgendwann wurde diese Atmosphärenschicht jedoch dünner und das Klima auf dem Mars veränderte sich dramatisch. Vor etwa drei Milliarden Jahren war der Planet vollständig ausgedörrt: Mars wurde zu dem roten Staubball, als den wir ihn heute kennen.

Warum und wie genau es dazu kam, ist bis heute ein Rätsel. Die Proben aus den Felsen des Jezero-Kraters könnten Einblicke in die Zeit der großen Dürre und damit eine Erklärung für diese dramatischen Veränderungen liefern. „Indem wir verschiedene Stellen im Inneren des Kraters untersuchen, machen wir im Grunde eine Zeitreise“, erklärt Kathryn Stack Morgan, stellvertretende Projektwissenschaftlerin im JPL.

Jezero ist ein Krater im Krater. Die planetarische Pockennarbe liegt am westlichen Rand der Isidis-Planitia, einer ausgedehnten Tiefebene auf der nördlichen Hemisphäre des Mars mit einem Durchmesser von über 1.200 Kilometern. Auch sie entstand durch den Einschlag eines Weltraumfelsens vor geschätzten 3,9 Milliarden Jahren. Es folgte der Impakt, der mit dem Jezero-Krater seinen Stempel auf die Marsoberfläche drückte. Und dann kam das Wasser.

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Das Wasser der Flüsse des Mars lief über den Rand des Kraters und ein Kratersee entstand. Während des Einlaufens in das Becken verlangsamte sich die Strömungsgeschwindigkeit des Wassers.  In ihm enthaltene Schwebstoffe, Sand und Schlamm lagerten sich am Grund des Sees ab und ließen breite Ebenen entstehen, die als Deltas interpretiert werden.

Perseverance soll die vertrockneten Überreste des größten Deltas untersuchen, das an den westlichen Rand des Jezero anschließt. Sollte es auf dem Mars Leben gegeben haben, ist es wahrscheinlich, dass sich Spuren davon in den dortigen Sedimentschichten finden, die entstanden, bevor der Fluss vor ungefähr 3,5 Milliarden Jahren austrocknete.

Gegenüber dem versandeten Fächer des Deltas liegt ein ehemaliges Ausflusstal mit dem Namen Pliva Vallis. Dass sowohl ein Zu- als auch ein Abfluss an dem Kratersee vorhanden ist, lässt darauf schließen, dass das Wasser darin ständig auf natürliche Weise erneuert wurde, sodass es nicht zu lebensfeindlichen Salzablagerungen kommen konnte. Das hätte Jezero zu einem idealen Lebensraum für Mikroben gemacht.

Gutes Gestein, schlechtes Gestein

Die Entnahme der Boden- und Gesteinsproben führt Perseverance mithilfe eines aus drei Robotern bestehenden Systems durch, die im Tandem bohren, Proben nehmen, Proberöhrchen luftdicht versiegeln und sie in einem Lager im Inneren des Rovers verwahren. „Er ist im Grunde ein Raumfahrzeug im Raumfahrzeug“, erklärt Ian Clark, Systemtechniker im JPL und Mitarbeiter der Perseverance-Mission.

Die erste Bohrprobe entnahm Perseverance aus einem flachen, aus einem Mosaik hellroter- und brauner Körnchen bestehenden Felsstück am Boden des Kraters – vermutlich das älteste Gestein, das im Jezero zu finden ist. Die Analysedaten des Rovers ließen darauf schließen, dass diese – vom Team „Paver Stones“ getaufte – geologische Einheit vulkanischen Ursprungs ist. Bewahrheitet sich das, wäre es möglich mittels radioaktiver Elemente das Alter der Probe zu bestimmen – ein bedeutsamer Schritt bei der Rekonstruktion der komplexen Vergangenheit des Gebiets.

Obwohl es zunächst so aussah, als wäre die Entnahme erfolgreich verlaufen, stellte sich das versiegelte Probenröhrchen als leer heraus. Basierend auf anschließenden Analysen geht das Team davon aus, dass der geologische Leim, der das Gestein zusammenhält, durch den Kontakt mit Wasser vor Milliarden von Jahren ausgewaschen wurde. Das Bohren führte dann dazu, dass der Stein zerbröselte.

Doch das Team hat die Hoffnung, Proben aus dem Kraterboden entnehmen zu können, noch nicht aufgegeben. Man halte Ausschau nach weniger verwitterten Paver Stones, um einen neuen Versuch zu starten, so Ken Farley, Wissenschaftler beim Perseverance-Projekt.

Für den zweiten Bohrversuch suchten die Wissenschaftler nach Felsen, die sich „so stark wie möglich“ von den zuvor angebohrten Paver Stones unterschieden. Hierfür lenkte das Team den Rover in westliche Richtung, wo er schließlich eine etwa 800 Meter lange Erhebung mit dem Namen Artuby Ridge erreichte. Diesen Felsen, die die Ebene überragen, ist anzusehen, dass sie seit Äonen den Einflüssen ihrer Umwelt trotzen. Es war also anzunehmen, dass ihre Substanz durch das Bohren keinen Schaden nehmen würde.

Laut Roger Wiens, Planetenwissenschaftler am Los Alamos National Laboratory und Leiter der Perseverance SuperCam, hat der ausgewählte Felsbrocken Ähnlichkeit mit anderen Felsen, die über den Kraterboden verstreut zu finden sind und manchmal auch „High-standing Rocks“ genannt werden. Schon kurz nach Beginn der Mission machte das Team Pläne, sowohl von den Paver Stones als auch von den High-standing Rocks Proben zu nehmen. „Wir dachten, es wäre am besten, mit den Paver Stones zu beginnen, weil wir davon ausgingen, dass das Material weicher und die Entnahme einfach sein würde und dann… ups“, erzählt Roger Wiens lachend.

Dass die zweite Bohrung zu einer erfolgreichen Entnahme einer Probe führte, zeigt, dass der missglückte erste Versuch auf die Beschaffenheit des Gesteins zurückgeführt werden kann und nicht der Bohr- oder Lagerungsmechanismus des Rovers die Ursache dafür war.

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Gab es außerirdisches Leben?

Nachdem nun der erste Bohrkern sicher verwahrt ist, wird der Rover als nächstes das Delta anzusteuern. Unterwegs soll er weitere Felsformationen untersuchen. Besonders interessiert sind die Wissenschaftler an fein geschichtetem Gestein, das in dieser Art auch auf der Erde zu finden ist: überall dort, wo sich durch Wasser, Wind und manchmal vulkanische Aktivitäten Sedimente ablagern.

Das Team hofft unter anderem, in den versteinerten Schlammschichten aus dem Wasser des Jezero-Kratersees Hinweise auf vergangenes Leben zu finden. Von Interesse ist aber ebenso eine genauere Analyse der chemischen Eigenschaften des nicht länger existenten Sees. Laut Keyron Hickman-Lewis, Geobiologe am Natural History Museum in London und einer der Wissenschaftler, die Perseverance-Proben untersuchen werden, könnte dadurch ein „wahres Archiv“ der Umstände erstellt werden, unter denen die Felsformationen entstanden sind.

In Deltas wie dem am Jezero-Krater findet man häufig geschichtetes Gestein. Der Rover machte allerdings auch eine in dieser Hinsicht vielversprechende Entdeckung am Kraterboden. Bei einer Pressekonferenz am 21. Juli 2021 zeigte Ken Farley den Journalisten eine Aufnahme von Ablagerungen am Boden des Jezero, die aussahen wie ein schiefer Stapel braunen Papiers. „An genau dieser Art von Felsen sind wir am meisten interessiert“, sagte er. Laut Roger Wiens wird weiterhin erforscht, wie diese Felsen entstanden sind und ob es sich bei ihrer Substanz um Sedimente, vulkanisches Gestein oder beides handelt.

Basierend auf orbital erhobenen Daten vermuteten Bethany Ehlmann, Planetenwissenschaftlerin am California Institute of Technology in Pasadena, und ihr Team schon vor einem Jahrzehnt Lehm und Karbonate im Delta des Jezero-Kraters. Auf der Erde ist das Vorkommen von Karbonaten häufig ein Hinweis auf Leben. Außerdem können sie auf hervorragende Weise uralte, mikrobielle Strukturen, sogenannten Stromatolithe, konservieren. Auch in Lehm könnte organisches Material eingeschlossen und vor der zerstörerischen kosmischen Strahlung geschützt worden sein, die auf die Oberfläche des Mars einwirkt.

Manganhaltige Felsen bieten sich ebenfalls für Bohrungen an: Die Minerale entstehen auf vielfältige Weise, oft sind in den Prozess Mikroben involviert. In einer aktuellen Studie erläutern Nina Lanza und ihr Team, dass Cyanobakterien für den Aufbau einer manganreichen Deckschicht verantwortlich sind, die überall auf der Welt auf Wüstenfelsen zu finden ist. Es wird angenommen, dass die Mikroben die Minerale als Sonnenschutz gegen gefährliche UV-Strahlen nutzen.

Mangan wurde auf dem Mars in der Nähe des Gale-Kraters gefunden, wo der Curiosity-Rover derzeit seine eigenen Erkundungen anstellt. Das Perseverance-Team glaubt, auch im Jezero Mangan festgestellt zu haben, eine Bestätigung dieser Annahme steht jedoch noch aus.

Mangan könnte auf dem Mars in vielen verschiedenen Formen auftreten, durchaus auch als die von der Erde bekannte Deckschicht auf den Felsen im Krater. „Wenn wir etwas Derartiges finden, sollten wir uns die Sache unbedingt genauer ansehen“, sagt Nina Lanza.

Wie die Proben auf die Erde kommen

Wenn genug Bohrkerne gesammelt und gelagert sind, sollen sie im Rahmen einer weiteren Mission vom Mars abgeholt und zur Erde gebracht werden. Gemeinsam mit der European Space Agency (ESA) entwickelt die NASA derzeit einen „Rückhol“-Rover, der schon 2026 einsatzbereit sein könnte.

Der Plan sieht vor, die Proben mithilfe einer kleinen Rakete in die Umlaufbahn des Mars zu schießen, wo ein Orbiter sie einsammelt, zurück zur Erde bringt und die Bohrkerne in einer Sonde verpackt über der Wüste von Utah abwirft. Dort warten Wissenschaftler darauf, mithilfe hochmoderner Technologie die Geheimnisse der Felsen vom Mars zu entschlüsseln.

Doch selbst wenn dieser Prozess reibungslos verläuft, wird die Suche nach vergangenem, außerirdischem Leben nicht ohne Herausforderungen sein: Experten debattieren hitzig darüber, welche Belege zum Nachweisen extrem früher Lebensformen nötig sind – nicht nur auf dem Mars, sondern auch hier auf der Erde. Die Behauptung, dass auf unserem Planeten schon vor Milliarden von Jahren Leben existiert haben soll, hat bereits langjährige Streitereien und Zerwürfnissen in der wissenschaftlichen Gemeinschaft ausgelöst.

Eine der aktuelleren Auseinandersetzung betraf 3,7 Milliarden Jahre alte Felsen von der Südwestküste Grönlands. Im Jahr 2016 behaupteten Wissenschaftler, bei den in den Steinen gefundenen, faltigen Dreiecken handele es sich um Spuren mikrobieller Aktivität, was sie zu den ältesten bekannten Fossilien der Welt gemacht hätte. Doch JPL-Geologin Abigail Allwood und ihre Kollegen waren skeptisch. Als sie den Felsaufschluss untersuchten, kamen sie zu einem anderen Ergebnis: Ihnen zufolge waren die Falten nicht durch das Wühlen von Mikroben entstanden, sondern durch geologische Prozesse.

„Wenn man wirklich verstehen will, was geschehen ist, gibt es keine andere Möglichkeit, als tatsächlich vor diesem Aufschluss zu stehen. Ihn durch die Linse einer Kamera zu betrachten, ist kein adäquater Ersatz“, sagt sie. „Und das ist genau der Grund, warum wir diese Arbeit auf dem Mars machen.“

Weil aber Menschen den Mars nicht betreten können, betrachtet Perseverance an ihrer Stelle die Felsen aus vielen verschiedenen Blickwinkeln: von weiträumigen Landschaftsaufnahmen bis hin zur chemischen Analyse eines stecknadelkopfgroßen Gesteinkrümels. Abigail Allwood ist Hauptuntersuchungsleiterin des PIXL-Instruments von Perseverance, einem Röntgenstrahl-Fluoreszenzspektroskop, das die elementare Zusammensetzung der Marsoberfläche bestimmen soll.

Doch die Analyse aus der Ferne hat ihre Grenzen – deswegen ist die Entnahme von Proben so wesentlich. Die Bohrkerne vom Mars werden den ersten direkten Blick auf unberührtes Material vom roten Planeten erlauben und damit, wie Nina Lanza sagt, „wird sich die Mars-Wissenschaft für immer verändern.“

Dieser Artikel wurde ursprünglich in englischer Sprache auf NationalGeographic.com veröffentlicht.