Weer op Mars

De Mars Observer is de eerste Amerikaanse ruimtesonde die na de vermaarde Vikingen in 1976 weer een bezoek brengt aan de Rode Planeet.

Op 16 september wordt vanaf de Amerikaanse basis Cape Canaveral met behulp van een Titan 3-raket de Mars Observer gelanceerd. Het is de eerste van een nieuwe serie interplanetaire ruimtesondes die gebaseerd zijn op een nieuw concept: méér doen voor minder geld. Het ruimtescheepje komt na elf maanden in een baan om Mars, waarna atmosfeer en oppervlak van deze planeet ten minste twee jaar lang gedetailleerd worden bestudeerd. Zo wil men de leemten opvullen die er sinds de jaren zeventig in onze kennis van Mars zijn gebleven.

In de jaren zestig en zeventig was Mars, de planeet die het meest op de aarde lijkt, het doel van ambitieuze projecten van zowel de Verenigde Staten als de Sovjetunie. De Amerikanen zonden vier Mariners naar Mars en met twee Vikingen werd zowel vanuit een baan om Mars als vanaf het oppervlak zelf jarenlang onderzoek verricht.

De Russen hebben zeven ruimtesondes naar Mars gestuurd, waarvan de twee laatste in 1988, maar bij al deze vluchten ging er wel iets mis.

Na die gouden tijden werden de budgetten voor ruimte-onderzoek in beide landen echter jaar na jaar teruggeschroefd. Het Solar System Exploration Committee van de Amerikaanse ruimtevaartorganisatie NASA deed daarom in 1983 de aanbeveling om het zonnestelsel te gaan verkennen met eenvoudiger ruimtesondes, die gebaseerd zijn op bestaande technologieën en apparatuur en die slechts een tiende kosten van projecten als Viking.

De Mars Observer (tot 1985 Mars Geoscience-Climatology Observer geheten) is gebouwd door de Astro Space-afdeling van General Electric, onder het toeziend oog van het Jet Propulsion Laboratory in Pasadena. Qua opbouw is hij afgeleid van een communicatiesatelliet (Satcom K) en qua elektronica van civiele en militaire weersatellieten. De ontwikkelingskosten konden daardoor worden beperkt tot 510 miljoen dollar. De Mars Observer is de eerste Amerikaanse ruimtesonde die na de vermaarde Vikingen in 1976 weer een bezoek brengt aan de Rode Planeet.

Met de Vikingen werd in de jaren zeventig de gehele, bekraterde planeet in kaart gebracht. Op de landingsplaatsen van de twee Vikingen werd de bodem geanalyseerd en (tevergeefs) naar leven gezocht. Het "weer' op deze twee plaatsen kon gedurende twee Mars-jaren (bijna vier aardse jaren) worden gevolgd. Door al dit onderzoek heeft men de geologische geschiedenis van de planeet kunnen traceren, de processen kunnen identificeren die het oppervlak hebben veranderd en de algemene circulatie in de zeer ijle atmosfeer kunnen afleiden.

Ondanks deze successen bestaan er nog grote gaten in onze kennis van Mars. Zo weten we dat Mars een lange en gevarieerde vulkanische historie heeft gehad, maar we weten weinig van de chemische samenstelling van de lavagesteenten. Er zijn sterke aanwijzingen dat het klimaat op Mars grote veranderingen heeft ondergaan, maar we weten nog niet hoe en waarom. En ook over de rol van vloeibaar water in de ontwikkeling van Mars is nog weinig bekend. Water is nu afwezig, maar moet er vroeger in ruime mate zijn geweest, gezien de vele

formaties aan het oppervlak die op "stroomgeulen' lijken. Volgens sommigen zou het nu in grote hoeveelheden in bevroren toestand dicht onder het oppervlak kunnen zitten.

De Mars Observer zou aanvankelijk worden gelanceerd in 1990, maar het tekort aan lanceercapaciteit na de ramp met de space shuttle Challenger in 1986 deed de NASA besluiten de lancering twee jaar uit te stellen. De sonde zal de Rode Planeet na een vlucht van elf maanden bereiken. Hij komt eerst in een zeer elliptische polaire baan, die in de loop van vier maanden wordt veranderd in een lage, cirkelvormige baan.

De sonde draait dan in 117 minuten op een hoogte van 360 kilometer om de polen, dus maakt per dag ruim twaalf omlopen. De rotatietijd van Mars zelf bedraagt 24 uur en 38 minuten. De planeet draait dus constant onder het baanvlak van de sonde door: na iedere omloop van de sonde is de planeet 28ß8 verder gedraaid. De baan om Mars is bovendien zon-synchroon, wat inhoudt dat tijdens iedere overtocht de zon vanuit de sonde gezien steeds op dezelfde plaats aan de hemel staat. De schaduwen aan het Marsoppervlak hebben daardoor steeds dezelfde richting en lengte, wat ideaal is voor fotografische waarnemingen.

De Mars Observer weegt 2,5 ton en heeft zeven wetenschappelijke instrumenten, die alle dezelfde richting uit kijken. Hieronder bevinden zich een groothoekcamera, waarmee de gehele planeet dagelijks in twee kleuren wordt gefotografeerd met een detailscherpte van 300 meter. Zo volgt men onder andere de ontwikkeling van wolken en stofstormen. In de tele-stand heeft de camera een scheidend vermogen van 3,5 meter. Daarmee worden specifieke processen en formaties op het Marsoppervlak zelf waargenomen.

Een laser-hoogtemeter, die tien pulsen per seconde produceert, zal de topografie (hoogte) van het oppervlak met een nauwkeurigheid van 20 cm in kaart brengen. Kennis van deze topografie is onder andere van belang bij het onderling vergelijken en interpreteren van oppervlaktestructuren en bij het modelleren van het gravitatieveld van de planeet.

Met een gamma-spectrometer zal de chemische samenstelling van de bodem tot een diepte van één meter worden bestudeerd. De gesteenten op Mars vertonen, net als die op aarde, een zeer zwakke radioactiviteit. Een deel hiervan wordt veroorzaakt door het verval van natuurlijke radioactieve elementen, een ander deel door deeltjes van de kosmische straling. De radioactieve elementen zenden gammastraling van ieder een eigen "signatuur' uit, die door de Mars Observer wordt gemeten.

Spectrometers en infraroodmeters zullen metingen verrichten aan zowel de ijle, grotendeels uit kooldioxyde bestaande atmosfeer (verloop van temperatuur, vochtigheid en stofgehalte met de hoogte en in de loop der seizoenen) als het oppervlak (ijs van water en kooldioxyde zowel aan als onder het oppervlak). De "signatuur' van de warmtestraling geeft overigens ook informatie over de samenstelling van gesteenten in de bodem.

Met een magnetometer en een elektronendetector hoopt men nu eindelijk te kunnen vaststellen of Mars al dan niet een magnetisch veld heeft. Zo'n veld, dat in ieder geval een paar duizend maal zo zwak moet zijn als op aarde, geeft informatie over de de kern van Mars, waarover nu nog vrijwel niets bekend is.

Tenslotte kunnen uit kleine variaties in de op aarde ontvangen radiosignalen gegevens over het gravitatieveld van Mars worden verkregen. Veranderingen in de frequentie wijzen op veranderingen in baansnelheid (Dopplereffect), die het gevolg zijn van lokale verschillen in de zwaartekracht. En deze vloeien op hun beurt voort uit verschillen in dichtheid en/of samenstelling in het inwendige van de planeet.

Marsjaar

Het is de bedoeling dat de Mars Observer minstens één Marsjaar (687 aardse dagen) in werking blijft, zodat een volledige cyclus van vier seizoenen kan worden waargenomen. Mogelijk wordt die periode verlengd tot twee Mars-jaren. Beter inzicht in de veranderingen in de atmosfeer van Mars zal het wellicht mogelijk maken meer te weten te komen over het klimaat dat vroeger op Mars heeft geheerst.

Men denkt dat op Mars periodieke klimaatsveranderingen voorkomen als gevolg van veranderingen in de baan en de richting van de rotatieas. Zulke veranderingen hebben de meeste invloed op de poolgebieden, waar kooldioxyde en water als ijs op het oppervlak liggen en in de bodem zitten. Bij een verandering van de richting van de rotatieas zullen deze stoffen verdampen, waardoor de luchtdruk stijgt en het klimaat verandert. Bepaalde patronen in afzettingen aan de polen zijn misschien het directe gevolg van zulke veranderingen.

Eigen weg ingeslagen

De ontwikkeling van het klimaat op Mars is een van de meest intrigerende aspecten van deze planeet. Ooit moet Mars veel meer dan hij nu al doet op de aarde hebben geleken, met een dichtere atmosfeer, een betrekkelijk warm en vochtig klimaat, met meren en wellicht oceanen en héél misschien zelfs kiemen van leven. Op een bepaald moment is de Rode Planeet echter een eigen weg ingeslagen. Meer kennis over die weg zal ook meer kennis opleveren over de vroegste ontwikkelingsgeschiedenis van onze eigen, "blauwe' planeet.

De komende Marsvlucht wordt soms een "brug' genoemd tussen het eerste Mars-onderzoek in de jaren zestig en zeventig en de voorbereidingen voor bemande Marsvluchten in de volgende eeuw. Er zijn echter weinig activiteiten die in die richting wijzen. De Russen zullen misschien in 1994 en 1996 een onbemande sonde naar de Rode Planeet sturen en de Japanners doen dat zeker in 1996. Maar voor de periode daarna bestaan in geen enkel land concrete plannen. Bovendien lopen de meningen over de noodzaak en haalbaarheid van het zenden van mensen naar Mars sterk uiteen.

AardeMars

Gem. afstand tot zon150 miljoen km 228 miljoen km

Omlooptijd zon 1 jaar 1,88 jaar

Massa t.o.v. de aarde 1 0,11

Diameter aan equator12.756 km 6.786 km

Afplatting0,0034 0,0052

Gemiddelde dichtheid5,52 g/cm33,95 g/cm3

Rotatietijd 24 uur 24,6 uur

Ashelling 23ß8 25ß8

Oppervlaktetemperatuur -60 tot +40 ß8C -80 tot +10 ß8C

Dampkring stikstof/zuurstof kooldioxyde

Luchtdruk 1 bar0,007 bar

Aantal manen 1 2

Mars Relay Experiment

Eén experiment van de Mars Observer, het Mars Relay Experiment, zal op zijn vroegst volgend jaar in werking worden gesteld. De Russen willen dan een kleine capsule met instrumenten op het Marsoppervlak laten landen. De metingen van deze instrumenten zullen worden gezonden naar zowel het Russische moederschip dat in een baan om Mars is achtergebleven, als naar de Mars Observer. Deze laatste ontvangt de gegevens met behulp van radio-apparatuur die gebouwd is op het Centre National d'Etudes Spatiales in Frankrijk. Met de camera van de Mars Observer worden de metingen eerst bewerkt, als vormden zij een digitaal beeld. Vervolgens worden ze opgeslagen, om later naar de aarde te worden gezonden. Daar zullen deze "beelden' weer in gewone meetgegevens worden omgezet. De Mars Observer fungeert dan als extra relais-station voor de Russische landingscapsule.