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Erklärt: Warum ist der Mars für Wissenschaftler und den Abenteurer, der in uns allen lebt, so interessant?

Der Mars 2020 Perseverance Rover der NASA landete in den frühen Morgenstunden des Freitags auf der Marsoberfläche. Die Ergebnisse der Experimente von Perseverance werden wahrscheinlich die nächsten Jahrzehnte der Marserkundung bestimmen. Ein NASA-Wissenschaftler erklärt, warum und wie.

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Ausdauer ist nicht nur eine weitere Rover-Mission. Beharrlichkeit ist das fortschrittlichste, teuerste und fortschrittlichste mobile Labor, das zum Mars geschickt wird. Die Ergebnisse der Experimente zur Beharrlichkeit werden wahrscheinlich die nächsten Jahrzehnte der Marserkundung bestimmen – sie werden den Weg der Suche nach Leben und einer zukünftigen bemannten Mission zum Mars bestimmen.





Marsforschung in den letzten 30 Jahren

Wir haben einen sehr langen Weg zurückgelegt, um den Mars seit der Zeit der Missionen der ersten Generation in den 1960er Jahren zu verstehen. Die Viking-Missionen führten Mitte der siebziger Jahre die erste chemische Analyse des Marsbodens sowie vier biologische Experimente zum Nachweis biologischer Aktivität durch. Die Experimente ergaben keine schlüssigen Hinweise auf Leben.

In den frühen 1980er Jahren stellten Wissenschaftler aufgrund der mineralogischen Zusammensetzung und der Gesteinstextur die Hypothese auf, dass bestimmte Meteoriten im Gegensatz zum Asteroidengürtel eine Quellregion auf dem Mars haben könnten. 1984 zeigte eine Studie, dass die Isotopenzusammensetzung von Edelgasen (Xenon, Krypton, Neon und Argon) mit den von der Viking-Raumsonde gemessenen Isotopenverhältnissen der Marsatmosphäre übereinstimmte. Diese Entdeckung bot Geochemikern eine Möglichkeit, Marsproben zu untersuchen – und gab unserem Verständnis der geochemischen Entwicklung des Mars einen enormen Schub.



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Der Mars galt im 20. Jahrhundert als trockener Planet. Dies änderte sich 2001, als das Gammastrahlen-Spektrometer an Bord der Raumsonde Mars Odyssey eine faszinierende Wasserstoffsignatur entdeckte, die auf das Vorhandensein von Wassereis hinzuweisen schien. Aber es gab Unklarheiten – denn Wasserstoff kann auch Teil vieler anderer Verbindungen sein, einschließlich organischer Verbindungen.

Um das Vorhandensein von Wasser zu testen, schickte die NASA 2007 eine Raumsonde zur Landung in der Nähe des Mars-Südpols. Die Raumsonde untersuchte mit ihrem Roboterarm den Boden um den Lander und konnte ohne Mehrdeutigkeit das Vorhandensein von Wasser auf dem Mars feststellen zum ersten Mal.



Das erste vom Perseverance-Rover gesendete Bild zeigt die Oberfläche des Mars, kurz nach der Landung im Jezero-Krater, am Donnerstag, 18. Februar 2021. (NASA über AP)

Der Curiosity-Rover trägt ein Instrument namens SAM (oder Sample Analysis at Mars), das eine Reihe von Spektrometern mit dem Ziel enthält, organische Verbindungen auf dem Mars zu erkennen. SAM verfügt über ein Massenspektrometer, das nicht nur die Elemente, sondern auch die Isotope messen kann. Dieses Instrument hat die faszinierende Entdeckung großkettiger organischer Verbindungen auf dem Mars gemacht. Es ist nicht bekannt, wie sich diese organischen Stoffe auf dem Mars bilden: Der Prozess wäre wahrscheinlich unbelebt, aber es besteht die faszinierende Möglichkeit, dass solche komplexen Moleküle durch Prozesse im Zusammenhang mit Leben gebildet wurden.


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Mars Insight schreibt gerade Geschichte, indem es seismische Aktivität und Wärmefluss auf dem Mars überwacht – dies wird helfen, die Zusammensetzung des Marsinneren zu verstehen.



Der Experte

Dr. Amitabha Ghosh ist ein NASA-Planetenwissenschaftler mit Sitz in Washington DC. Er hat für mehrere NASA-Marsmissionen gearbeitet, beginnend mit der Mars Pathfinder Mission im Jahr 1997. Er war Vorsitzender der Science Operations Working Group für die Mars Exploration Rover Mission und war mehr als 10 Jahre lang mit der Leitung taktischer Rover-Operationen auf dem Mars beauftragt. Er half bei der Analyse des ersten Gesteins auf dem Mars, das zufällig das erste Gestein war, das von einem anderen Planeten analysiert wurde.

Die anhaltende Faszination für den Mars

Warum ist der Mars für Wissenschaftler so interessant? Und der Entdecker-Abenteurer in uns allen? Es gibt zwei Hauptgründe.



Erstens ist der Mars ein Planet, auf dem sich Leben in der Vergangenheit entwickelt haben könnte. Auf der Erde hat sich vor 3,8 Milliarden Jahren Leben entwickelt. Die Bedingungen auf dem frühen Mars vor etwa 4 Milliarden Jahren waren denen der Erde sehr ähnlich. Es hatte eine dicke Atmosphäre, die die Stabilität des Wassers auf der Marsoberfläche ermöglichte. Wenn die Bedingungen auf dem Mars tatsächlich denen auf der Erde ähneln, besteht die reale Möglichkeit, dass sich auf dem Mars mikroskopisches Leben entwickelt hat.

Zweitens ist der Mars der einzige Planet, den Menschen besuchen oder langfristig bewohnen können. Venus und Merkur haben extreme Temperaturen – die Durchschnittstemperatur liegt über 400 Grad C oder ist heißer als in einem Backofen. Alle Planeten im äußeren Sonnensystem beginnend mit Jupiter bestehen aus Gas – nicht aus Silikaten oder Gesteinen – und sind sehr kalt. Der Mars ist in Bezug auf die Temperatur vergleichsweise gastfreundlich, mit einer ungefähren Spanne zwischen 20 °C am Äquator und minus 125 °C an den Polen.



Die Mission der Ausdauer auf dem Mars

Beharrlichkeit spricht sowohl die kritischen Themen rund um den Mars an – die Suche nach Leben als auch eine menschliche Mission auf diesem Planeten.


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Beispiel für eine Rückkehrmission: Gibt es Leben auf dem Mars?



Beharrlichkeit ist der erste Schritt in einem mehrstufigen Projekt, um Proben vom Mars zurückzubringen. Die Untersuchung der zurückgegebenen Gesteinsproben in anspruchsvollen Laboratorien auf der ganzen Welt wird hoffentlich eine entscheidende Antwort darauf geben, ob es in der Vergangenheit Leben auf dem Mars gab.

Hier sind die Schritte in der Musterrücksendung:

Als ersten Schritt wird Perseverance Gesteins- und Bodenproben in 43 zigarrengroßen Röhrchen sammeln. Die Proben werden gesammelt, die Kanister werden verschlossen und auf dem Boden gelassen.

Der zweite Schritt besteht darin, dass ein Mars Fetch Rover (von der European Space Agency bereitgestellt) landet, fährt und alle Proben von den verschiedenen Standorten sammelt und zum Lander zurückkehrt.

Der Fetch Rover überträgt die Kanister dann auf das Aufstiegsfahrzeug. Das Mars Ascent Vehicle wird auf einen Orbiter treffen, woraufhin der Orbiter die Proben zurück zur Erde bringt.

Dieses Langzeitprojekt heißt MSR oder Mars Sample Return. MSR wird unser Verständnis der Evolutionsgeschichte des Mars revolutionieren. Wenn MSR erfolgreich durchgeführt wird, haben wir eine vernünftige Antwort darauf, ob es auf dem Mars mikroskopisches Leben gab.

Aber MSR birgt Risiken. Wenn eine der Komponenten ausfällt, wie der Fetch Rover oder das Mars Ascent Vehicle, ist MSR dem Untergang geweiht. Ein verstecktes Risiko ist strategisch. Auf Kosten von MSR könnte es 5-10 Raumsondenmissionen zu verschiedenen Teilen des Sonnensystems geben: Daher schließt die NASA mit der Wahl von MSR die Option aus, diese anderen Missionen durchzuführen.

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Sauerstoff auf dem Mars produzieren: Eine kritische Voraussetzung

Damit eine bemannte Mission zum Mars zustande kommt, müssen die Kosten angemessen sein. Damit die Kosten vertretbar sind, müssen eine Technologie und eine Infrastruktur vorhanden sein, um Sauerstoff auf dem Mars unter Verwendung von auf dem Mars verfügbaren Rohstoffen herzustellen.

Ohne eine robuste Methode zur Herstellung von Sauerstoff auf dem Mars werden menschliche Missionen zum Mars sehr teuer und unrealistisch. Ohne einen zuverlässigen Plan zur Sauerstoffproduktion auf dem Mars besteht die Gefahr, dass Elon Musks Plan, kommerziellen Transport zum Mars bereitzustellen, scheitert.

Perseverance wird ein Instrument haben – MOXIE oder Mars Oxygen In-Situ Resource Utilization Experiment – ​​das 300 Watt Leistung benötigt, um mit atmosphärischem Kohlendioxid etwa 10 Gramm Sauerstoff zu produzieren.

Sollte dieses Experiment erfolgreich sein, kann MOXIE um den Faktor 100 skaliert werden, um die beiden sehr wichtigen Bedürfnisse des Menschen zu erfüllen: Sauerstoff zum Atmen und Raketentreibstoff für die Rückreise zur Erde.

Auf der Suche nach unterirdischem Wasser auf dem Mars

Perseverance trägt den Radar Imager for Mars’ Subsurface Experiment (RIMFAX). RIMFAX wird eine hochauflösende Kartierung der Untergrundstruktur an der Landestelle bereitstellen. Das Instrument wird auch nach unterirdischem Wasser auf dem Mars suchen – was, wenn es gefunden wird, sehr hilfreich sein wird für eine menschliche Mission oder die Ursache einer menschlichen Besiedlung auf dem Mars.


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Testen eines Hubschraubers zum Fliegen auf dem Mars

Der Mars Helicopter ist wirklich eine kleine Drohne. Es handelt sich um ein Technologie-Demonstrationsexperiment: Um zu testen, ob der Helikopter in der kargen Atmosphäre auf dem Mars fliegen kann.

Die geringe Dichte der Marsatmosphäre macht die Chancen, tatsächlich einen Hubschrauber oder ein Flugzeug auf dem Mars zu fliegen, sehr gering. Der Langstreckentransport auf dem Mars ist auf Fahrzeuge angewiesen, die für den motorisierten Aufstieg und den motorisierten Abstieg auf Raketenantriebe angewiesen sind.

Wir sind vielleicht ein Jahrzehnt von zwei Meilensteinen in der Erforschung des Mars entfernt: einer menschlichen Mission zum Mars und einer entscheidenden Antwort auf die Frage, ob der Mars mikroskopisches Leben beherbergte – oder noch immer beherbergt. Von Beharrlichkeit wird erwartet, dass sie signifikante Erkenntnisse zu beiden Fragen liefert.

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