Dringen op Mars

Europa lanceert de Mars Express, NASA zendt twee Mars Exploration Rovers, en Japan komt met de Nozomi. Alle gaan op zoek naar water en – wie weet! – leven op Mars.

Eerste kerstdag 2003 wordt een dag van nagelbijten voor iedereen die iets te maken heeft met Mars Express. Na maanden reizen is het eerste Europese interplanetaire ruimtevoertuig, dat op 2 juni moet vertrekken, vlak bij zijn bestemming Mars aangekomen en staat een cruciale manoeuvre op het programma.

Als alles goed gaat, explodeert precies op het goede moment een aantal bouten, waardoor een kleine, schijfvormige lander los komt van de sonde, om koers te zetten naar het Mars-oppervlak. De Mars Express zelf moet dan een koerscorrectie maken om in een baan om de planeet terecht te komen, en niet de lander achterna te gaan. Tijdens de manoeuvre is er geen communicatie met de aarde mogelijk.

``Het is een nog heikeler operatie dan de lancering'', zegt Mike McKay, die vanaf ESOC, de mission control van de Europese ruimtevaartorganisatie ESA, het volgteam van Mars Express aanvoert. Er is tijdelijk geen contact met de aarde, de zonnepanelen werken even niet en het mechaniek van de exploderende bouten heeft al eens eerder gefaald.

De Mars Express vertrekt vanaf het Russische lanceercentrum Baikonoer in Kazachstan, aan boord van een Soyoez-raket. Na het afstoten van de eerste drie trappen en een rondje om de aarde zal de vierde trap van de raket, de Fregat, de sonde met lander een flinke zet richting Mars geven. Voordat ze bij Mars zijn, zal de Fregat zich los maken van de verkenner. Sonde en lander zullen dan de planeet in kaart gaan brengen, speurend naar water en sporen van leven. De lander heet Beagle 2, genoemd naar het onderzoeksschip waarmee Charles Darwin de wereld rondvoer van 1831 tot 1836.

Het wordt de komende tijd druk in de buurt van Mars. In juni lanceert de NASA twee Mars Exploration Rovers, karretjes die ook al op zoek gaan naar water. De Japanse sonde Nozomi zou in december aan moeten komen. NASA's Mars Odyssey en Mars Global Surveyor zijn al ter plekke om in een baan rond de planeet het oppervlak in kaart te brengen.

In vergelijking met eerdere missies zijn vooral aan boord van de Europese lander nieuwe experimenten te vinden. De ondergrondse boor is nog niet eerder vertoond, en het Gas Analysis Package levert veel gedetailleerdere chemische gegevens dan de apparatuur aan boord van de Amerikaanse Viking landers uit de jaren zeventig. Daar staat tegenover dat Beagle 2 niet mobiel is, zoals Mars Pathfinder uit 1997 en de geplande Rovers.

Aan boord van de Mars Express-sonde zijn de radar Marsis en de atomen- en -ionenvanger Aspera echte primeurs voor Mars. De camera's en spectrometers om atmosfeer en bodem in kaart te brengen, zijn ook te vinden in de Amerikaanse en Japanse sondes, al zijn er verschillen in resolutie en de bestreken gebieden.

``Coördinatie of samenwerking met de Amerikanen is er niet'', zegt Agustin Chicarro, Spaans geoloog en wetenschappelijk directeur van de missie. ``Maar we ontmoeten elkaar wel regelmatig, zodat we in ieder geval weten ze doen.'' Zo kregen de Europeanen ineens te horen dat één van de de reserve-landingsplaatsen van de Mars Rovers óók in de Isidis Planitia ligt, wat enige consternatie gaf. Chicarro: ``Nou is dat een gebied te grootte van Frankrijk, groot genoeg voor ons allebei. Maar er waren zorgen dat signalen van beide landers elkaar wel dwars zouden zitten. Ik weet niet of dat een probleem wordt.'' Er zijn plannen om toekomstige missies wel van te voren op elkaar af te stemmen.

Eén mandje

Nog een verschil met de Amerikanen is dat die hun instrumenten verdeeld hebben over verschillende missies. ``Wij hebben al onze eieren in één mandje'', zegt Chicarro. ``Als het misgaat zijn we alles kwijt.'' De kans daarop lijkt niet gering. Van alle eenendertig ooit gelanceerde marsmissies zijn er maar acht volledig geslaagd, en zeventien totaal mislukt. De Sovjetunie en Rusland hebben ondanks zestien pogingen zelfs nog nooit een volledig succesvolle missie gehad.

De lanceerdrukte in juni hangt samen met uitzonderlijke goede omstandigheden voor een vertrek naar Mars. De Rode Planeet en de aarde passeren elkaar in hun baan om de zon ongeveer om de twee jaar, maar omdat de planeten geen zuivere cirkelbanen beschrijven, naderen ze elkaar niet iedere keer even dicht. Pas over zeventien jaar zijn de condities weer zo gunstig.

Zelfs op het meest nabije punt staat Mars nog altijd verder weg dan onze andere buurplaneet, Venus (56 tegen 40 miljoen kilometer), maar Mars is veel meer in trek bij onderzoekers omdat hij het meest op de aarde lijkt, al is hij een stuk kleiner. De zwaartekracht is driemaal zo zwak als op aarde en de bodem bestaat uit zand, stof en rotsblokken, net als in woestijnen op aarde. Mars heeft een doorzichtige atmosfeer van voornamelijk koolstofdioxide en een heel klein beetje zuurstof. Wel is die atmosfeer zo'n honderdvijftig maal ijler dan die van de aarde. Er komen stormen en windhozen in voor, en de temperatuur varieert er van minus 133 graden Celsius tot een aangename plus 27. Ook bezit Mars poolkappen. Grotendeels bestaan ze uit bevroren koolstofdioxide, maar aan de Noordpool komt ook waterijs voor.

Ooit heeft de planeet nog meer op de huidige aarde geleken. Zo'n 3,8 miljard jaar geleden stroomde er water, getuige de geulen op Mars. Ook zijn er door water uitgesleten canyon-achtige structuren gevonden, en het noordelijk halfrond is vermoedelijk ooit een oceaan geweest. Wat er sindsdien precies gebeurd is, is een raadsel. Het Marsoppervlak is nu kurkdroog, en zijn atmosfeer is de planeet grotendeels kwijtgeraakt.

Om te zoeken naar wat er nog over is van de Martiaanse watervoorraden, heeft Mars Express de Marsis-radar aan boord, die tot op enkele kilometers diep in de bodem kan kijken. De radarantenne bestaat uit twee dunne sprieten van in totaal veertig meter, die uit de satelliet schuiven zo gauw die in een baan om Mars is gekomen. De antennes zenden (lange) radiogolven naar het oppervlak. De terugkaatsende golven bevatten een soort profielen van de onderliggende Marsbodem. Dezelfde techniek wordt ook op aarde toegepast om naar water te zoeken, maar voor Mars is het een primeur. ``Dat er water op Mars is, weten we zeker'', zegt Chicarro. ``Maar hoeveel er nog over is en in welke vorm – als ijs of vloeibaar water onder de grond, of als bestanddeel van mineralen – willen we met de Marsis-radar achterhalen.''

Hoogteverschillen

Een hoge-resolutie camera gaat opnamen maken van het Mars-oppervlak. Voor het eerst in kleur èn in stereo (de camera schiet plaatjes uit twee hoeken) zodat ook hoogteverschillen te zien zullen zijn. De kleinste details die op de beelden onderscheiden kunnen worden (resolutie), meten zo'n tien meter, maar interessante gebiedjes kunnen nogmaals bekeken worden met een resolutie van twee meter. Weliswaar hebben andere camera's ook gedetailleerde plaatjes van het Marsoppervlak gemaakt, maar niet zoveel als Mars Express zal gaan doen. In een Marsjaar (= twee aardjaren) zal de camera ongeveer de helft van de planeet op de foto kunnen zetten. Met een eventueel tweede Marsjaar is 85 procent van de planeet te bestrijken.

Een gedeelde primeur – de Japanse Nozomi heeft er ook een bij zich – is Aspera, een instrument dat (neutrale) atomen, elektronen en ionen uit de atmosfeer invangt. Het apparaat moet gaan meten in welke mate de zonnewind, een stroom van geladen deeltjes afkomstig van de zon die Mars aan een soort atomaire zandstraalbehandeling onderwerpt, de atmosfeer van Mars af blaast, en daarmee verantwoordelijk is voor het verdwijnen van het water. De aarde wordt tegen zonnewind beschermd door het aardmagnetisch veld, dat als een soort paraplu de elektrisch geladen deeltjes afbuigt. Waarom Mars zijn magnetisme is kwijtgeraakt is niet bekend.

Antennes zenden de meetgegevens van alle Mars Express-instrumenten terug naar de aarde. De geplande levensduur van de sonde is twee jaar na aankomst in een baan om Mars, ongeveer één Mars-jaar. ``Maar met een beetje geluk leven we langer'', zegt Chicarro.

Mars Express is binnen vijf jaar uit de grond gestampt, aanzienlijk korter dan bij ruimtemissies gebruikelijk is. De instrumenten zijn deels overgenomen van Mars-96, een Russische Marsmissie die mislukte. Het voertuig zelf heeft veel weg van Rosetta, de sonde die eerder dit jaar naar de komeet Wirtanen had moeten afreizen maar door het verongelukken van de Ariane-5-raket in december 2002 aan de grond gehouden werd. Mars Express vertrekt per oerbetrouwbare Russische Sojoez, wat ook nog eens op de rekening scheelt. Al met al kosten het ruimtevaartuig en de lancering de ESA zo'n 150 miljoen euro, exclusief meetinstrumenten en lander.

De Beagle 2, grotendeels van Britse makelij en bij lancering slechts 68 kilo zwaar, moet landen in Isidis Planitia, een vlakte op het noordelijk halfrond van Mars. Na het loskomen van sonde zelf zet de lander koers naar het Marsoppervlak. Zijn val zal worden gebroken door achtereenvolgens een parachute en drie grote airbags die na de landing losspringen. De Beagle 2 klapt vervolgens langzaam open, als een oester. Uit het deksel ontvouwen zich vier zonnepanelen. Een vijfde zit op de bodem van het deksel. Zo gauw de stroomvoorziening op gang is kan de Beagle 2 aan het werk.

Uit de romp verrijst op dat moment een robotarm, de PAW (Payload Adjustable Workbench), met aan het uiteinde een waaier van meetinstrumenten. Er zijn meters voor druk, wind en temperatuur, een stereocamera, een microscoop, en spectrometers voor gamma- en röntgenstraling. Alles bedoeld om interessante nabije rotsen aan onderzoek te onderwerpen.

Gravende mol

Beagles PAW bezit ook een boor die bodemmonsters kan nemen, maar het bizarste element is toch wel de `mol', een balpenvormig instrument aan een kabel dat zich schoksgewijs voorbeweegt door een repetitief afgevuurd intern veermechanisme. Met een snelheid van een paar millimeter per seconde baant de mol zich een weg, bijvoorbeeld onder een rotsblok waar de bodem niet blootstaat aan ultraviolette straling en de oxiderende atmosfeer. De mol kan zich bovendien tot twee meter diep in een stoffige bodem hameren. Eenmaal ter plekke opent de mol zijn voorzijde, en kan hij een monster nemen.

De bodemmonsters worden onderzocht in het Gas Analysis-Package, een oven waarin het materiaal onder toevoeging van zuurstof langzaam verhit wordt. Daarbij verbrandt het eventueel aanwezige koolstof tot kooldioxide. De temperatuur waarbij dat gebeurt zegt iets over de oorsprong van het koolstof. Organische stoffen, die op leven (of voormalig leven) kunnen wijzen, verbranden eerder dan koolstof dat deel uitmaakt van anorganische materialen als carbonaat.

Bij haar eerste Mars-missie legt ESA in de publiciteitscampagne zware nadruk op het mogelijk vinden van sporen van leven terwijl toch eerdere aanwijzingen daarvoor nooit overtuigend bleken. ``Ja, er is een risico dat we dat te veel benadrukken, en dat je teleurgesteld wordt'', erkent Chicarro. Maar de geologische en klimatologische gegevens die de missie oplevert zijn volgens hem minstens zo belangrijk. Bovendien, áls er leven is, of is geweest, zullen het niet de gegevens zijn van één enkele missie zijn die dat definitief bewijzen, denkt Chicarro. ``Tenzij we op de beelden een konijn zien rondhuppelen.''

http://sci.esa.int/marsexpress; www.beagle2.com