Franz Renz – 15 Jahre Rover Mission der NASA auf dem Mars

Universitätsprofessor aus Hannover berichtete am Astronomietag 2019 im Museum Rodenberg über seine Arbeit und Erkenntnisse aus 15 Jahren Mars-Erkundung

Das Interesse an der ‚Mars Exploration Rover Mission‘ der NASA war insbesondere bei der Jugend groß und Professor Franz Renz fand auf jede Frage eine Antwort – Fotos: onm

Bei diesem Uni-Professor stimmt die Chemie. „Eisen ist halt ein sehr spannendes Element“, weiß Franz Renz und berichtete rund 100 Gästen im Museum Rodenberg am Astronomietag 2019 bei seinem Vortrag ‚Mars Exploration – Rover Mission der NASA‘ aus über 15 Jahren Entdeckungen auf dem Mars.

Hinter den historischen Mauern des Rodenberger Museums entführte Prof. Franz Renz seine Gäste in die zukunftsträchtige Welt des Planeten Mars

Hinter die Kulissen der NASA zu schauen oder gar für die US-amerikanische Raumfahrtbehörde zu arbeiten mag ein Traum vieler an Astronomie und Raumfahrt interessierten Menschen sein und bleiben. Für Franz Renz, seit 2008 Professor für Anorganische Chemie an der Leibniz Universität Hannover, ist es Wirklichkeit geworden. 1968 geboren und aufgewachsen auf einem Bauernhof im niederösterreichischen Wilhelmsburg an der Traisen, kam Prof. Dr. Renz über seine Studien Maschinenbau/Betriebstechnik sowie Technische Chemie im Jahre 1999 zur ‚Mars Exploration Rover Mission‘ und gewann in diesem Zusammenhang 2005 den ‚NASA Group Achievement Award Mars Exploration Rover SOT‘ – einen Preis für eine Gruppenleistung, den er auch seinem ehemaligen Mainzer Kollegen und ‚Chef‘ Dr. Klingelhöfer zu verdanken habe, der am 8. Januar 2019 im Alter von 62 Jahren an inneren Blutungen verstarb. „Seine Heimat hat ihm sogar ein Denkmal aus Basalt gesetzt“, erwähnte Renz.

Zu Lebzeiten mehrfach für seine Leistungen ausgezeichnet, war Dr. rer. nat. Göstar Klingelhöfer wesentlich an der Entwicklung eines miniaturisierten Röntgenspektrometers für die Analyse der chemischen Zusammensetzung von Bodenproben (das sogenannte ‚APXS‘ – Alpha Particle X-Ray Spectrometer) beteiligt, eines der Instrumente, das auf den mobilen Robotern (den sogenannten ‚Rovern‘ bzw. Raumsonden) montiert bei zwei NASA-Mars-Missionen zum Einsatz kam: 2004 bis 2010 auf der Spirit– und 2004 bis 2018 auf der Opportunity-Raumsonde.

Denn darum drehte sich alles bei dem Vortrag von Prof. Renz am 30. März im Museum Rodenberg: um die bisher längste Rover-Mission der NASA mit dem ‚Opportunity‘-Rover, die Entdeckungen, die die beiden Raumsonden gemacht haben, und die chemischen Analysen der Proben, die auf dem Planeten Mars gefunden wurden.

Modell der baugleichen ‚Opportunity‘- und ‚Spirit‘-Rover

Begrüßt von Joachim Stürck, Mitglied der Museumslandschaft Amt Rodenberg, der im Rahmen des Astronomietags 2019 im Anschluss an die Veranstaltung zu einem Beobachtungsabend an der Windmühle Rodenberg einlud, an der etwa 20 Interessierte teilnahmen, entführte Universitätsprofessor Renz seine Gäste knapp zwei Stunden lang ausführlich und humorvoll in die Welt der NASA und des Mars, wie er sie erlebt hat:

„Ich hätte nie gedacht, dass so ein Mensch wie ich vom Bauernhof aus dem Voralpenland in so ein Kontrollzentrum der NASA kommt“, sagte Renz und begann mit den Fakten: „Die Rover-Mission ist die erfolgreichste auf der Oberfläche eines anderen Planeten, die es je gab. Nicht einmal die Apollo-Mission hat solange gedauert, also 15 Jahre. Wobei geplant waren drei Monate, für die die Finanzierung gesichert war. Drei Monate und 15 Jahre (inkl. Reise zum Mars) sind es geworden. Und wir hatten großes Glück, trotz des Finanzierungsproblems die Mission fortzuführen.

Nun fragt man sich: Warum kann ein Rover überhaupt 15 Jahre überleben? Also erst mal waren es ja 90 Tage, also 90 Mars-Tage, und ein Mars-Tag ist länger als ein Erdtag. Und das wirkt sich dann auch bei den Mitarbeitern aus. Wenn ich heute im NASA-Kontrollzentrum gearbeitet habe, dann war das am nächsten Tag um 0.40 Uhr, und hier war es heute um 0.20 Uhr. Und so hat mich der Jetlag jeden Tag aufgefrischt und man lief so ein bisschen merkwürdig durch die Gegend.“ Genauer hieße das: Ein Jahr auf dem Mars hat 687 Erdtage. Und ein Mars-Tag (aus Unterscheidungsgründen ‚Sol‘ genannt) hat 24 Stunden und rund 40 Minuten. Somit hat ein Mars-Jahr 669 Mars-Tage (bzw. 669 Sol).

Übersichtstafel Mars Exploration Rovers / APXS von Prof. Renz zur Veranschaulichung während seines Vortrags

„Wir haben also im Prinzip zwei Geräte gehabt, das Alpha-Röntgen-Spektrometer (das APXS) und das Mößbauer-Spektrometer. Und wenn man wissen wollte, welche Entdeckungen da gemacht wurden, dann kam der Chemiker. Da sind dann praktisch so biologische Geschichtsbücher, aus denen man liest, und daraus kann ich schließen, was da war und exponieren auf die Zukunft.“

Gefunden habe man unter anderem Material, das es „zuhauf auf dem Mars“ geben soll. „Das gibt eine ganz dünne Rostschicht auf der Oberfläche. Aber die große Aussage ist tatsächlich: Obwohl man lange Zeit davon ausging, der Mars wäre komplett verrostet, ist es nur eine ganz dünne Schicht an der Oberfläche. Wenn wir da nur ein ganz bisschen druntergehen, weniger als einen Millimeter, dann ist schon der Hauptteil des Eisens nicht verrostet. Und mein Name ist Franz, somit wurde mir Eisen schon in die Wiege gelegt.“ Franz würde auf Slowakisch Ferro heißen, erklärte Renz, also stehe für Eisen. „Erfahren habe ich das tatsächlich erst in der Zeit meiner Promotion. Aber dafür bin ich meiner Mutter und meinem Vater sehr dankbar.“ Auf jeden Fall ist Rost für seine rote Farbe bekannt. Dass der Mars ‚Roter Planet‘ genannt wird, sei also seiner ganz dünnen Schicht auf der Oberfläche zu verdanken.

Nach einer Begriffserklärung zu Isotopen, worauf ihn eine Teilnehmerin ansprach, erklärte Renz, dass praktisch in jedem Stoff Radioaktivität vorhanden sei, auch in Wasser. Wenn Isotopen zerfallen, dann werde es radioaktiv. Aber gebe es das nicht, gebe es kein Leben auf der Erde. „Daher, wenn Sie Wasser trinken, nicht zu viel davon auf einmal, das wäre schädlich. Immer in Maßen, nicht in Massen“, riet Renz.

Geplant sei übrigens – neben Mond und Mars – auch eine Mission zur Venus – wenn da nicht das Finanzierungsproblem wäre. Erwähnt hat Renz auch die TV-Serie ‚Big Bang Theorie‘. „Die drehen die Serie auch in der Straße, in der ich am Colorado Boulevard genächtigt habe. Ja, die wohnen da auch, nur ich wohne da in echt. Und dann reden die in der Serie von Hightech, das ist aber Technology, und lassen da Physiker arbeiten und so weiter. Tja, ich mach‘ dort auch, aber in echt. Aber es ist gut gemacht, muss ich schon sagen.“

„Nach Spirit und Opportunity hieß es, es soll wieder ein Rover starten, der ‚Curiosity‘-Rover. Der wurde allerdings mit Plutonium betrieben (gewann also Atomstrom aus einem Plutonium-Generator)“, erklärte Renz weiter. „Spirit und Opportunity hatten ausschließlich Solarzellen. Die sind aber zugestaubt (siehe dazu weiter unten im Text). Denn es gibt leider keinen Regen auf dem Mars, weil der Druck zu niedrig ist. Aber es gab früher mal Flüssigkeiten auf dem Mars, und zwar große Mengen. Und zwar gibt es gletscherartige Strukturen, die im Prinzip Wasser darstellen. Ein riesiges Gebiet auf dem Mars muss damals unter Wasser gewesen sein. Aber der Mars ist eben kleiner im Durchmesser als die Erde, die Gravitation nur 40 Prozent der Erd-Gravitation. Und dadurch ist die Atmosphäre wesentlich dünner und beträgt nur ein Prozent der Erdatmosphäre. So geht’s direkt vom festen Zustand in den gasförmigen über, wird also nicht zu flüssigem Wasser. Somit gibt es keinen Regen und wäscht die Atmosphäre nicht aus.“

Die Rover liefern bisher Schwarz-Weiß-Bilder aus Panorama-Kameras. „Den Bereich Blau bis Rot können wir so zusammenmischen, dass es so dargestellt wird, wie es da oben gesehen wird. Die Daten werden zum Orbiter (eine Raumsonde, die den Mars umkreist) geschickt, alle zwei Stunden kommen ein oder zwei, und werden dann weitergeleitet.“

Rund 100 Gäste lauschten konzentriert dem Vortrag von Prof. Franz Renz im Museum Rodenberg

Auf unsere Nachfrage, ob denn ‚Spirit‘ und ‚Opportunity‘ baugleich wären, antwortete Renz: „Ja. Und zwar hat 1976 die NASA entschieden, eine Doppelmission zu machen. Und das hat große Vorteile. Weil, wenn man beide gleichzeitig schickt und der eine kaputt geht, kann man das vielleicht durch den anderen erreichen. Und genau das ist auch geschehen. Genau das hat uns auch ‚das Leben gerettet‘ (siehe dazu weiter unten im Text). Dabei haben die Wissenschaftler lange überlegt, wie könnte man die Rover nennen, zum Beispiel Rover 1 und 2. Ein anderer hat dann gesagt, ist ja langweilig, und schlug A und B vor. Und damit’s so richtig einfach ist, hat er den zweiten A genannt und den ersten B. Und dann hat die NASA eine Ausschreibung gemacht und es kam ein 8-jähriges Mädchen (lt. Raumfahrer.net: ein 12-jähriges Mädchen namens Clara Ma), hat den Wettbewerb gewonnen, hat denen die Hand geschüttelt und so etwas gesagt wie: Die Neugier (Curiosity) ist eine ewige Flamme und welchen Geist (Spirit) dieser Planet hat.“ Zudem habe die NASA etliche Versuche auf der Erde angestellt, bevor die Rover auf den Mars geschickt wurden. Beispielsweise wurde der Arm so konstruiert, dass er nicht direkt nach unten fährt, sondern serpentinenartig.

Im Folgenden ging Professor Renz auf das Mößbauer-Spektrometer ein, das bei der Mars-Mission zum Einsatz kam – ein zerstörungsfreies, physikalisches Fein-Analyse-Gerät, das unter anderem in der Biochemie eingesetzt wird, in der Hauptanwendung aber zur Unterscheidung von zweiwertigem und dreiwertigem Eisen dient. Doch anstatt diese Entwicklung in Zusammenhang mit der Mars-Erkundung wertzuschätzen, wurde die Mößbauer-Spektroskopie dafür gelobt, dass man die untere Schicht eines Gemäldes (z.B. ein Bild unter einem Bild) damit sichtbar machen kann. „Endlich ist das für was Praktisches zu gebrauchen, hieß es damals“, so Renz, „Messungen auf dem Mars, tja. Also die ersten Messungen auf dem Mars waren anscheinend nichts wert.“

Was die Landschaft betreffe, erklärte Renz, dass es einen Vulkan namens ‚Olympus Mons‘ auf dem Mars gebe. „Und da es keine Wasseroberfläche gibt, mussten wir mit viel Mühe auf den Fußboden zielen. Dann stellten wir fest, dass es mehr als 20.000 Meter sind, das ist deutlich höher als auf der Erde – verglichen mit dem höchsten Vulkan auf Hawaii, dem ‚Mauna Kea‘, der um die 4000 Meter aus dem Wasser ragt, aber dann noch mal rund 5000 Meter bis zum Pazifik-Boden reicht. Also mussten wir auf extraterrestrische Instrumente zurückgreifen. Aber es ist nicht der schlechteste Ort auf dieser Welt“, erwähnte Renz mit einem Lächeln und zeigte auf einen Ausschnitt seiner mitgebrachten Mars-Landschaftskarte:

Ausschnittskarte der Mars-Landschaft, die Prof. Renz mitbrachte – sie zeigt unter anderem den Vulkan ‚Olympus Mons‘, auf den er in seinem Vortrag einging

Wenn man sich vorstellen würde, mit dem Auto dorthin zu fahren, „fahren Sie im subtropischen Dschungel los und fahren durch alle Klimazonen bis hin zu Schnee und Eis. Das ist wirklich beeindruckend. Wir sind jedenfalls in den Krater rein und haben gefunden, was wir finden wollten – ein Mineral, was auf Wasser hindeutet. Für die NASA war das ein wunderbares Finale“, so Renz.

Was genau geschah auf dem Mars und der NASA-Mission ‚das Leben rettete‘, erzählte Renz nun: „Die Solarzellen von Spirit sind so zugestaubt worden auf dem Mars, sodass so wenig Sonnenlicht auf die Kollektoren traf, dass der Rover praktisch ohne Energie dastand. Da helfen eigentlich nur Staubstürme, die sogenannten ‚Dust Devils‘, die das freiblasen, damit der Rover wieder zum Leben erweckt wird. Davon gibt es mehrere pro Monat. Aber diese Stürme erzeugen auch Blitze, die die Elektronik schädigen können. Wenn sie sogar Steine schmelzen können, dann kann auch die Elektronik der Rover kaputt gehen. Doch das Gegenteil trat ein: Die ‚Dust Devils‘ haben die Mission gerettet. Sie haben ständig den Staub von den Solarzellen gefegt, so konnte der Rover weiterleben. Deshalb haben wir sie umgetauft in ‚Cleaning Events‘. Diese Stürme sind also der Grund, warum unsere Mission mehr als 90 Tage überhaupt laufen konnte, länger als erwartet. Das war tatsächlich eine essenzielle Geschichte.“ Zur Veranschaulichung zeigte Renz Vorher-Nachher-Bilder auf der Leinwand.

Nach einem ‚Ausflug‘ in Eisen-Sauerstoff-Verbindungen, Wasserstoff-Explosionen und der CO2-Problematik auf dem Mars (wobei er erwähnte, dass es fast 95 Prozent Kohlendioxid auf dem Mars gibt, aber keinen Treibhauseffekt, und die Temperaturen zwischen -50°C und +50°C schwanken), machte Renz noch darauf aufmerksam, dass „radioaktives Material, das in der Erde drin ist, irgendwann dem Planeten Erde sogar helfen könnte, zu überleben“. Im Übrigen könnte nach seiner Aussage nach das Magnetfeld des Mars irgendwann zusammensacken – und genau dasselbe könnte auch mit der Erde geschehen.

Schwarzmalen will Professor Renz aber nichts. So überraschte er seine Gäste letztendlich mit wunderschönen Videoaufnahmen vom blau-grünen Sonnenuntergang auf dem Mars, beantwortete noch zahlreiche Fragen aus dem Publikum und verabschiedete sich schließlich mit dem Satz: „Alle Themen haben eine gewisse Unsicherheit, das ist sicher.“

Textquelle: Performing Science² zu Franz Renz, Uni Mainz Todesanzeige Göstar Klingelhöfer, Wikipedia Spirit Raumsonde, Wikipedia Opportunity, Profil auf Lange Nacht Uni Mainz, Wikipedia Mößbauerspektroskopie, OctoberNews

Hinweis: Das oben Gesagte von Prof. Renz ist sinngemäß wiedergegeben, entspricht also nicht dem genauen Wortlaut und stellt soweit wie möglich eine Zusammenfassung dar. Irrtümer vorbehalten. Der Bericht wurde am 4. April 2019 aktualisiert.


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