Mars Rover Spirit und Opportunity

[mcnoch]

Das eigentlich für die Untersuchung der Bodenproben entwickelte Alpha Particle X-Ray Spectrometer (APXS) kann mit sehr hoher Genauigkeit auch das Argon in der Marsatmosphäre messen. Argon ist mit ca. 2 % das zweihäufigste Gas in der Marsatmosphäre. In mehr oder minder regelmäßigen Abständen wird die Anzahl von Argonatomen in einem bestimmten Volumen gemessen und daraus die Dichte von Argon in der lokalen Marsatmosphäre abgeleitet. Da Argon, anders als die übrigen Atmosphärenbestandteile übers Jahr mengenmäßig releativ konstant bleibt, während das sonst mit ca. 96 % dominante CO2-Gas und auch der Wasserdampf im Winter teilweise bis zu 30 % als Trockeneis zu Boden sinken und daher mengenmäßig nur geringer in der lokalen Marsatmosphäre vertreten sind, kann man so auch Rückschlüsse auf die sonstigen Atmosphärenbestandteile ziehen. Durch das Absinken der lokalen Atmosphärendichte, besonders ausgeprägt an den Polen, entsteht eine Druckdifferenz in der Marsatmosphäre und Gasmassen ströhmen aus den wärmeren Regionen des Mars in die kälteren Regionen. Mit diesen Mesungen kann man also die Funktionsweise der Marsatmosphäre beobachten. Besonders effizient war dies, als man es von zwei unterschiedlichen Standorten aus mit Spirit und Opportunity machen konnte.

 

[A.G.I.L]

... Durch das Absinken der lokalen Atmosphärendichte, besonders ausgeprägt an den Polen, entsteht eine Druckdifferenz in der Marsatmosphäre und Gasmassen ströhmen aus den wärmeren Regionen des Mars in die kälteren Regionen. ...

Ist diese Druckdifferenz auch ein Grund für die Staubstürme?

 

[Chopper80]

Ist diese Druckdifferenz auch ein Grund für die Staubstürme?

Wind bzw. Sturm wird immer durch eine Druckdifferenz in einer Atmosphäre hervorgerufen.

C80

 

[A.G.I.L]

Das ist klar. Meine Frage zielte dahin, ob die Stürme eher durch die Druckdifferenz durch das Absinken des CO² auf den Marsboden oder durch andere, z.B. thermische Einflüsse ähnlich denen auf der Erde, verursacht werden.

 

[mcnoch]

Die Sache ist deutlich komplexer. Man muss hier zwischen den kleinen, lokalen und den globalen Sturmereignissen unterscheiden.

Sehr vereinfacht ausgedrückt schafft der Druckunterschied die Bedingungen, dass sich durch den großflächigen Druckausgleich Bedingungen ergeben, die je nach lokaler Begebenheit zu Stürmen führen können. Diese lokalen Begebenheiten können Höhenunterschiede oder Zonen sein, die die Energie des Sonnenlichts besser aufnehmen oder speichern können, so dass Temperaturunterschiede in der Luft über diesen Zonen entstehen, die die atmosphärischen Bewegungen lokal so verstärken, dass lokale Stürme entstehen.

Die globalen Stürme, von denen wir 2007 den letzten hatten, gehen auf einen anderen Effekt zurück. Gelegentlich kommt es dazu, dass lokale Stürme die untere und mittlere Atmosphäre stärker durcheinanderwirbeln, als sonst üblich. Dabei steigt dann durch die Verwirbelungen erwärmter Wasserdampf verstärkt erst in die mittlere Atmosphäre auf und diffundiert dann über die äußeren Schichten der Atmosphäre verstärkt ins Weltall hinaus. Da Wasserdampf ein wichtiger Wärmeträger der Atmosphäre ist, kommt es durch dieser Verlagerung nicht nur zu einem erheblichen Wärmeverlust in den unteren und oberen Schichten, sondern der Staub des lokalen Sturms wird in die wärmere mittlere Atmosphäre hochgetragen, wo er sich, gefangen zwischen den dann kälteren oberen und unteren Atmosphärenschichten, in der mittleren Atmosphäre verteilt, ehe der Staub nach und nach wieder zu Boden sinkt. Es tobt also gar kein globaler Sturm auf dem ganzen Mars, sondern es sieht nur so aus, weil sich der Staub wie ein Schirm über den ganzen Planeten spannt.

Vieles rund um diesen Effekt ist noch überhaupt nicht verstanden. Einige Wissenschaftler hoffen, dass es dieses Jahr vielleicht wieder so einen Sturm geben könnte, den man dann mit den auf und rund um den Mars befindlichen Instrumenten hervorragend untersuchen könnte. Aber des einen Freud wäre des anderen Leid, Opportunity würde darunter leiden und auf bei einigen anderen Instrumenten wären Schutzmaßnahmen oder gar Flugbahn-Korrekturen notwendig.

 

[A.G.I.L]

Danke mcnoch für die ausführliche und interessante Antwort. Tatsächlich ziemlich komplex. Ich finde es immer wieder erstaunlich und bewundernswert, was man alles über die Vorgänge auf anderen Himmelskörpern herausfinden kann.

 

[mcnoch]

Opportunity widmet derzeit einen großen Teil seiner nutzbaren Zeit der genauen Untersuchung eines "Aguas Calientes" benannten Gesteinsbrocken. Da die Reagenzien nach all den jahren mittlerweile nur noch sehr schwach reagieren, muss die Probe eben länger laufen, damit man wieder auf ein verlässliches Ergebniss kommt.

 

[mcnoch]

Der Rover setzt seine wissenschaftliche Detailarbeit weiter fort und arbeitet entlang der Westrampe des Perseverance Valley eine Vielzahl einzelner Untersuchungsstellen in einer gleichförmigen und zeitaufwendigen Reihenuntersuchung ab. Diese Untersuchungsreihe, bei der Proben aus jeder erreichbaren Sedimentschicht dieser Aufschlusszone genommen werden, soll den Geologen wichtige Erkenntnisse zur geologischen Entstehung dieser Zone liefern. Für den Laien mag es wenig spektakulär sein, dass der Rover seit Wochen alle paar Tage ein Stückchen weiterfährt und den nächsten Untersuchungspunkt mit optischen und chemischen Instrumenten nach einem festgelegten Plan abarbeitet, aber genau dies ist der eigentliche Forschungsauftrag des Rovers. Die Erkundungsfahrten mit ihren Panorama-Fotos sind zwar auch wichtig und vor allem für den Laien leichter verständlich, aber eigentlich geht es bei Rover-Mission um genau jene geologische Kleinarbeit. Die Geologen sind jedenfalls begeistert, dass sie auch nach Jahren noch so signifikante Daten bekommen. Und natürlich würde man es sich wünschen, dass einige der zwischenzeitlich ausgefallenen Instrumente noch funktionieren würden, um die Messreihen um weitere Aspekte zu erweitern, aber keiner konnte ahnen, dass der Rover derart lang im Einsatz sein würde.

Die Stromproduktion liegt derzeit bei ca. 660 Wattstunden, was die intensiven Arbeiten mit APXS und den div. Kameras ohne Pausen ermöglicht. Die Fahrstrecken sind naturgemäß recht kurz, meist unter 10 Metern, teilweise braucht man den Rover auch nur ein wenig zu drehen, um schon an die nächste Schicht zu gelangen. Daher ist es nicht verwunderlich, dass der Rover die bislang zurückgelegte Fahrstrecke in den letzten Monaten nur unwesentlich auf 45,16 km vergrößert hat.

 

[mcnoch]

Im Einsatzgebiet des Rovers baut sich gerade ein großer Staubsturm auf. Der Betrieb des Rovers wurde daher eingestellt, um möglichst viel Energie in den Batterien zu halten. Der Rover befindet sich jetzt im gleichen Modus, den er auch bei einer Überwinterung nutzen würde. Alle Geräte bis auf seine heizung für die Batterien nd den Comuoter-Kern sind runtergefahren. Da der Staub das Sonnenlicht sehr stark streut kommt nur noch wenig beim Rover an, so dass seine Stromproduktion massiv gesunken ist. Erschwert werden könnte die Situaton dadurch, dass sich dann auch wieder eine dickere Staubschicht auf den Photovolatikflächen ablegen wird, was die Stromproduktion auch dann noch behindern würde, wenn sich der Sturm in einigen Wochen wieder gelegt haben sollte.

Der Sturm ist innerhalb von 2 Wochen auf die Größe von Nordamerika angewachsen. Opportunity hatte 2007 schon einmal so eine kritische Phase überstanden, sein Partner-Rover Spirit hingegen überstand 2010, nachdem er sich in einer Düne festgefahren hatte, einen solchen Sturm nicht mehr. Wenn man jetzt für einige Zeit nichts vom Rover hört, ist dies nicht unbedingt ein schlechtes Zeichen, denn das Aussetzen div. Kommunikationsfenster ist Bestandteil der Stromsparstrategie.

 

[mcnoch]

Der Marssturm ist jetzt offiziell planetenweit und so schlimm, dass die Tau-Rate, die die Lichtdurchlässigkeit der Mars-Atmosphäre angibt, jetzt auf einem Wert von über 11 ist und damit vom Rover nicht mehr ordnungsgemäß gemessen werden kann. Es kann gut sein, dass dies das Ende für den Rover ist. Die Sorgen beim JPL sind groß, denn Opportunity braucht - anders als der nuklear-angetriebenen Curiosity - Strom aus seinen Photovoltaikflächen.

 

[Sczepanski]

Mars-Staubsturm: (Fast) alles auf Rot - SPIEGEL ONLINE - Wissenschaft

Mars-Staubsturm(Fast) alles auf Rot

Der gigantische Staubsturm auf dem Mars hat inzwischen große Teile des Roten Planeten erfasst. Ein Nasa-Rover meldet sich schon länger nicht mehr - und ein anderer sieht, wie sich der Himmel verdunkelt.

Der Sturm sei nun offiziell ein "planetenumspannendes" Staubereignis. Vom Rover "Opportunity", der durch den Sturm vorübergehend lahmgelegt ist, gebe es bislang noch kein Lebenszeichen.

Eine aktuelle Analyse habe aber ergeben, dass die Elektronik und die Batterien des Rovers trotz der Eiseskälte auf dem Roten Planeten so warm bleiben könnten, dass sie weiter funktionierten.
…

 

[mcnoch]

Seit dem 10. Juni hat man vom Rover nichts mehr gehört. Man geht derzeit davon aus, dass er einen "Low-Power Fault" durchlaufen hat und sich gemäß seiner Programmierung in den Winterschlaf-Modus versetzt hat. In diesem wird er verbleiben, bis wieder ausreichend Sonnenenergie auf seine Photovoltaikflächen fällt. Wenn dies länger als einige Monate dauert, kann es sein, dass die Batterien vollständig entladen sind und damit dann auch die interne Minimal-Versorgung ausgefallen sein wird. Einfrieren wird er wohl nicht, aber dies kann zwei Komplikationen nach sich ziehen. Zum einen verlieren Baterien, die solange vollständig entladen waren oft einen Teil ihrer Leistungsfähigkeit und zum anderen fällt dann irgendwann auch der interne Zeitgeber (Mission Clock Failure) aus, so dass die zeitliche Steuerung bestimmter Wiederaufwach-Aktionen nicht mehr mit den vorgeplanten Kommunikationsfenstern synchronisiert ist. Dies würde die Kontaktaufnahme mit dem Rover erschweren, da man dann von beiden Seiten nur wieder und wieder auf Verdacht Signale schicken könnte, in der Hoffnung, dass eine der beiden Seiten gerade empfangsbereit ist, während die andere sendet. Aktuell hat man diese Prozedure von Seiten der Erde bereits gestartet und versucht einmal am Tag Kontakt zum Rover herzustellen, aber da der Sturm unverändert in der Mars-Atmosphäre tobt und auch keine Anstallten macht sich wieder zu beruhigen, könnnen noch mehrere Wochen vergehen, bis der Rover soweit wieder hochfährt, dass er Kommunikationsversuche unternimmt. Sobald der Sturm nächlässt, wird man auch verstärkt auf Kommunikatiosnversuche des Rovers lauschen.

 

[Monitor]

Alles sehr spannend.

 

[Thone]

Ganz genau und vielen Dank an @mcnoch für die vielen Infos!

Thomas

 

[Monitor]

Muss tatsächlich mal gewürdigt werden.

 

[mcnoch]

Das Sturm macht noch keinerlei Anstalten wieder abzuflauen. Trotzdem läuft das Kommunikations-Wiederaufnahme Programm bereits. Täglich wird ein Orientierungssignal zum Rover gesandt, für den Fall, dass er aktiv sein sollte und es wird jeweils zu den für die beiden erwarteten Fehlerfälle vorprogrammierten Zeitfenstern gelauscht, ob der Rover versucht die Erde zu rufen. Aktuell würde man wegen der Wetterlage aber noch mit einem Kontaktversuch des Rovers rechnen.

 

[lutz_manne]

Mit Deinem Kontaktversuch? ;-) Du willst den doch nicht für ne Tussi rumfahren lassen wie Wolowitz, oder? ;-))

 

[mcnoch]

Nein, bloß nicht, das würde einer meiner Kollegen garantiert ausplaudern und das wäre dann fatal für meine Sicherheitseinstufung.
Habe das überschüssige m mal gelöscht, nicht, dass da noch Gerüchte aufkommen.

 

[mcnoch]

Der Mars-Sturm hat scheinbar seinen Höhepunkt überschritten, aber es wird noch eine Weile dauern, bis wieder genug Licht auf den Marsboden ankommt, um die Batterien des Rovers laden zu lassen. Erst wenn ein gewisser Level erreicht ist, wird der Rover in einem speziellen, gesicherten Fehler-Modus hochfahren und zu bestimmten Zeiten einen Kommunikationsversuch unternehmen. Da die Bord-Uhr durch die lange Unterbrechung der Stromzufuhr ebenfalls im Fehlermodus sein dürfte, kann man aber nicht mit Sicherheit sagen, zu welchen Zeiten der Rover Kontakt aufnehmen wird. Man hört derzeit vorsorglich täglich mit den normalen Systemen nach einem Signal und wird zusätzlich an drei Tagen der Woche mit dem sehr viel leistungsstärkerem Deep Space Network einen Kontaktversuch unternehmen, vorher muss sich aber der Staub aus der Atmosphäre weiter setzen. Erst wenn man den Mars-Boden von den Satelliten im Orbit wieder sehen kann, kann man realistisch mit einer Kontaktmöglichkeit rechnen.

 

[mcnoch]

Es gibt Immer noch nichts Neues vom Rover.

NASA/JPL hat aber mal eine interessante Graifk veröffentlicht, die zeigt, wie massiv sich er Anstieg des Tau-Faktors auf die Stromproduktion des Rovers ausgewirkt hat. Danach ist der Kontakt zum Rover abgebrochen, so dass es keine weiteren Daten gibt.