19. März 2005: Die NASA hat eine neue Vision für die Weltraumforschung: in den kommenden Jahrzehnten werden Menschen auf dem Mars landen und den Roten Planeten erforschen. Kurze Besuche werden zu längeren Besuchen führen und, vielleicht eines Tages, zu Kolonien.

Vorher werden wir allerdings zum Mond zurückkehren.

Warum Mond vor dem Mars?

"Der Mond ist der zwangsläufig erste Schritt," erklärt  Philip Metzger, ein Physiker vom NASA Kennedy Space Center. "Er ist nah. Wir können Leben, Arbeit und Forschung dort üben befor wir einen längeren, und riskanteren, Ausflug zum Mars unternehmen."

Rechts: Der Mond, eine fremde Welt in der Nähe der Erde. Photo credit: International Space Station astronaut Leroy Chiao. [Mehr]

Mond und Mars haben eine Menge gemeinsam. Der Mond hat nur ein Sechstel der Anziehungskraft der Erde, Mars nur ein Drittel. Der Mond hat keine Atmosphäre, die Marsatmosphäre ist sehr dünn. Auf dem Mond kann es sehr kalt werden, bis zu -240^o C im Schatten, Mars schwankt zwischen -20^o und -100^o C.

Viel wichtiger ist, dass beide Planeten von einem sehr feinen Staub, genannt "Regolith." bedeckt sind. Der Regolith des Mondes wurde durch das Bombardement von Mikro-Meteoriten, kosmischen Strahlen und Teilchen des Sonnenwindes, der Felsen über Milliarden von Jahren zerstört hat, erzeugt. Der Regolith des Mars stammt vom Einschlag größerer Meteroiten und sogar Asteroiden, zusätzlich zur alltäglichen Erosion ausgelöst von Wasser und Wind. Auf beiden Welten gibt es Stellen wo die Regolith-Schicht mehr als 10 Meter misst.

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Funktionierende mechanische Ausrüstung in Gegenwart von so viel Staub ist eine gewaltige Herausforderung. Gerade letzten Monat war Metzger Beisitzer eines Treffens zu diesem Thema: "Körniges Material bei Mond- und Mars-Untersuchungen", welches am Kennedy Space Center stattfand. Die Teilnehmer setzten sich mit Themen auseinander, die von grundsätzlicher Fortbewegung ("Welche Reifen benötigt ein Mars Buggy?"), über Bergbau ("Wie tief kann man graben bevor das Loch zusammenbricht?") bis hin zu Staubstürmen -- natürliche und künstliche ("Wieviel Staub wird eine Landekapsel zerstören") -- reichten.

Eine Beantwortung dieser Fragen auf der Erde ist nicht einfach. Mondstaub und Mars Staub ist so ... außerirdisch.

Versuchen Sie folgendes: Fahren Sie mit dem Finger über Ihren Computerbildschirm. Sie werden einen kleinen Rest Staub auf ihren Fingerspitzen finden. Er ist weich und verschwommen -- Das ist Erd-Staub.

Mondstaub ist anders: "Er ist fast wie Teile von Glas oder Korallen -- seltsame Formen die sehr scharf und inneinander verzahnt sind," sagt Metzger. (Schauen Sie sich ein Bild vom Mondstaub an.)

"Selbst nach einigen kurzen Aufenthalten auf dem Mond entdeckten die Apollo 17 Astronauten Staubpartikel, die die Schulterpartien ihrer Raumanzüge zerstört hatten," sagt Masami Nakagawa, außerordentlicher Professor an der Bergbau-technischen Fakultät der Colorado School of Mines. "Mondstaub durchdringt Dichtungen und sorgt dafür, dass Raumanzüge ein wenig ihres Drucks verlieren."

Oben: Staubwirbel verursacht durch die Reifen eines Mond-Buggies, gefahren von Apollo 17 Astronaut Gene Cernan. Diese "Hahnenkämme" Staub verursachten Probleme, die die Astronauten mit Klebeband behoben haben. [Mehr]

In sonnenbestrahlten Gebieten schwebte der Staub über den Knien der Apollo Astronauten und sogar über ihren Köpfen, fügt Nakagawa hinzu, weil einzelne Teilchen vom ultravioletten Licht der Sonne elektrostatisch aufgeladen waren. Solche Staubpartikel würden in den Wohneinheiten der Astronauten gemessen, wo sie sich in der Luft befinden würden, deren Augen und Lungen reizen. "Dies ist ein potentiell ernstes Problem." 

Staub ist auf dem Mars allgegenwärtig, auch wenn Marsstaub wahrscheinlich nicht so scharf ist wie Mondstaub. Das Wetter glättet die Kanten. Trotzdem, Sandstürme auf dem Mars peitschen diese Partikel mit 50 m/s (160+ kmh) vorwärts, was jede freiliegende Fläche abscheuert. Wie die beiden Rover Spirit und Opportunity herausfanden ist Marsstaub (wie auch Mondstaub) vielleicht elektrisch geladen. Er haftet sich an Solarschlder, blockiert das Sonnenlicht und reduziert den Energiebetrag der für Missionen zur Verfügung gestellt werden kann, die die Oberfläche untersuchen wollen.

Aus diesen Gründen finanziert die NASA Nakagawa's Projekt Dust, eine 4-jährige Studie die darauf ausgelegt ist die Effekte von Staub auf automatische- und menschliche Expetiditionen zu minimieren, was von der Entwicklung von Luftfiltern bis hin zu dünnen Überzügen reicht, die Staub von Raumanzügen und Geräten fernhällt.

Der Mond ist auch ein guter Testplatz für was die Missions-Planer "in-situ resource utilization" (ISRU)--a.k.a. ("on-Site Ressourcen Test") nennen, "leben außerhalb der Erde". Astronauten auf dem Mars werden einige Rohmaterialien vor Ort abbauen wollen: Sauerstoff für die Atmung, Wasser zum Trinken und Treibstoff (hauptsächlich Wasserstoff und Sauerstoff) für die Reise nach Hause. "Wir können dies erst einmal auf dem Mond ausprobieren," sagt Metzger.

Rechts: Ein Apollo 17 Astronaut gräbt eine Furche um das mechanische Verhalten von Mondstaub zu untersuchen. [Mehr]

Von Beiden, Mond und  Mars, wird angenommen, dass sie Wasser, gefroren im Boden, beherbergen. Die Hinweise dafür sind indirekt. NASA und ESA Raumschiffe haben im Marsboden Wasserstoff entdeckt --  vermutlich dass H im H₂O. Vermeintliche Eislager reichen fast von den Mars-Polen hin zum Äquator. Mond-Eis befindet sich hingegen nah dem Nord- und Südpol, tief in Kratern lokalisiert, wo niemals die Sonne scheint, was aus Daten, die Prospector und Clementine, zwei Raumschiffe die den Mond Mitte 1990 kartografierten, hervorgeht.

Wenn dieses Eis ausgegraben, aufgetaut und in Wasserstoff und Sauerstoff  aufgetaut werden könnte ... Voila! Sofortiger Nachschub. NASA's Lunar Reconnaissance Orbiter, der im Jahr 2008 gestartet werden soll, wird aktuelle Sensoren benutzen um nach Lagern zu suchen und mögliche Grabungsstellen zu finden.

"Die Pole auf dem Mond sind kalte Orte und wir arbeiten daher mit Leuten zusammen die sich auf kalte Plätze spezialisiert haben, um herauszufinden wie man auf dem Boden landen und in den Permafrost graben kann, um Wasser freizulegen," sagt Metzger. Ganz oben auf der Liste der NASA Partner stehen die Forscher des Army Corps of Engineers' Cold Regions Research and Engineering Laboratory (CRREL). Die hauptsächlichen Herausforderungen bestehen darin Rakten zu landen und Wohnräume auf vereistem Boden zu bauen, ohne dass ihre Wärme den Boden schmilzt, so dass er unter ihrem Gewicht zusammenbricht.

Ein Test all dieser Technologien auf dem Mond, der nur 2 - 3 Tage von der Erde entfernt ist, ist wesentlich einfacher als ein Test auf dem Mars, 6 Monate entfernt.

Also ... auf zum Mars! Aber zuerst, der Mond.

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Credits & Contacts
Author: Trudy E. Bell, Dr. Tony Phillips
Responsible NASA official: Ron Koczor

Editor: Dr. Tony Phillips
Curator: Bryan Walls
Media Relations: Steve Roy

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