Weltraumteleskop James Webb soll helfen Geheimnisse des Roten Planeten zu enthüllen

Mit NASA’s Weltraumteleskop möchte man nun untersuchen wie Mars vom feuchten zum trockenen Planeten wurde. Mars-Rover und Orbiter haben Anzeichen dafür gefunden, dass der Mars einst flüssiges Wasser auf seiner Oberfläche hatte. Viel von diesem Wasser ist mit der Zeit verschwunden. Wie viel davon verloren ging und wo sich das übrig gebliebene Wasser hin bewegte; vom Eis in die Atmosphäre oder vielleicht in den Boden? Im ersten Jahr seines Einsatzes wird das James-Webb-Weltraumteleskop (JWST) nach Antworten suchen. Es wird auch mysteriöse Methan-Schwaden untersuchen, die auf mögliche geologische oder sogar biologische Aktivitäten hinweisen könnten.

Der Planet Mars fasziniert Wissenschaftler seit über hundert Jahren. Heute ist der Planet eine kalte Wüstenwelt mit einer Kohlendioxidatmosphäre, die hundertmal dünner ist als die Atmosphäre der Erde. Aber es gibt Beweise die darauf hindeuten, dass Mars in der Frühgeschichte unseres Sonnensystems einen Wasser-Ozean hatte. Das Webb-Teleskop wird den Mars erforschen, um mehr über den Übergang des Planeten von nass zu trocken zu erfahren und was dies für seine einstige und gegenwärtige Bewohnbarkeit bedeutet.

Mars wird im Rahmen eines Guaranteed Time Observation (GTO)-Projekts unter der Leitung von Heide Hammel, einer Planeten-Wissenschaftlerin und leitenden Vizepräsidentin von der Association of Universities for Research in Astronomy (AURA) in Washington, DC, ins Visier genommen. Das GTO-Projekt gibt den Wissenschaftlern Zeit, um die Fähigkeiten vom Webb-Teleskop während seiner Entwicklung zu testen. Hammel wurde 2003 von der NASA als eine interdisziplinäre Wissenschaftlerin für das JWST ausgewählt. Der Mars wird vom Mai bis September 2020 vom Webb während seines ersten Betriebsjahres, bekannt als Zyklus 1, zu sehen sein.

„Webb wird äußerst interessante Messungen von der chemischen Zusammensetzung der Marsatmosphäre liefern“, bemerkte Hammel. „Und am wichtigsten ist, dass diese Mars-Daten sofort zur Verfügung stehen, damit in zukünftigen Zyklen noch detailliertere Mars-Beobachtungen mit Webb geplant werden können.“

Vorteile und Herausforderungen für das Webb

Der Mars wurde schon von mehr Missionen besucht als jeder andere Planet unseres Sonnensystems. Derzeit wir er von sechs aktiven Raumsonden umkreist und Rover Opportunity erkundet die Mars-Oberfläche vor Ort. Webb bietet mehrere Funktionen an, die diese Missionen ergänzen.

Ein wichtiger Vorteil ist die Fähigkeit vom Webb, eine Momentaufnahme der gesamten Mars-Scheibe gleichzeitig zu erstellen. Im Gegensatz dazu brauchen Orbiter Zeit, um eine vollständige Karte zu erstellen und können daher von einer täglichen Variabilität betroffen sein, während Rover nur einen Standort messen können. Webb profitiert auch von einer ausgezeichneten spektralen Auflösung und im L1 ist auch keine störende Atmosphäre vorhanden. Bodengestützte Messungen haben diesen Vorteil nicht.

Aber Mars mit Webb zu beobachten wird nicht einfach sein. „Webb ist konzipiert, um extrem lichtschwache und ferne Ziele zu erkennen, aber Mars ist hell und nah“ erklärte Geronimo Villanueva vom Goddard Space Flight Center, wo er am Mars-GTO-Projekt arbeitet. Bei den Beobachtungen wird sorgfältig daran gearbeitet, Webbs empfindliche Instrumente nicht mit Licht zu überschwemmen.

„Sehr wichtig ist, dass bei den Beobachtungen des Mars auch Webbs Fähigkeiten bei der Verfolgung bewegter Objekte getestet werden, was für die Untersuchung unseres Sonnensystems von entscheidender Bedeutung ist“, sagte Stefanie Milam vom Goddard Spac Flight Center, welche die Koordination für das Sonnensystem-Programm mit Webb innehat.

Wasser und Methan

Ein Großteil des Wasser, das Mars einst besaß, ging im Laufe der Zeit verloren, weil das ultraviolette Licht der Sonne die Wassermoleküle zerstörte. Forscher können abschätzen, wie viel Wasser verschwunden ist, indem sie die Häufigkeit von zwei leicht unterschiedlichen Formen von Wasser in der Marsatmosphäre messen – normales Wasser (H2O) und schweres Wasser (HDO) in dem ein Wasserstoffatom durch natürlich vorkommendes Deuterium ersetzt wird. Die im Laufe der Zeit bevorzugte Freisetzung von leichterem Wasserstoff würde dann zu einem verzerrten Verhältnis von H2O zu HDO auf dem Mars führen, was anzeigt, wie viel Wasser in den Weltraum entwichen ist. Webb kann dieses Verhältnis zu verschiedenen Zeiten, Jahreszeiten und Standorten messen.

„Mit Webb können wir eine echte und genaue Messung des Verhältnisses von H2O zu HDO auf dem Mars erhalten, so dass wir feststellen können, wie viel Wasser tatsächlich verloren gegangen ist. Wir können auch bestimmen, wie Wasser zwischen Polareis, Atmosphäre und dem Boden ausgetauscht wird“, sagte Villanueva.

Obwohl das meiste Wasser auf dem Mars im Eis eingeschlossen ist, besteht die Möglichkeit, dass es unterirdische wasserführende Schichten gibt. Diese potenziellen Reservoirs könnten sogar Leben beherbergen. Diese faszinierende Idee erhielt im Jahr 2003 einen Auftrieb, als Astronomen Methan in der Marsatmosphäre entdeckten. Methan könnte von Bakterien erzeugt werden obwohl es auch aus geologischen Prozessen stammen könnte. Daten vom Webb könnten neue Hinweise auf die Herkunft dieser Methan-Schwaden liefern.

Das James Webb Space Telescope wird das weltweit führend Infrarot-Weltraumobservatorium des nächsten Jahrzehnts. Webb wird Rätsel unseres Sonnensystems lösen, auf ferne Welten um andere Sterne blicken und die mysteriösen Strukturen und Ursprünge unseres Universums und unseres Platzes darin erforschen. Webb ist ein internationales Programm, das von der NASA und ihren Partnern, der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) und der Canadian Space Agency (CSA) geleitet wird.

24. Februar 2018/SP
Verein Kuffner-Sternwarte