Sinne der Curiosity III - Den Mars hören

In dieser kurzen Artikelserie stelle ich die zehn wissenschaftlichen Instrumente des Mars-Rovers namens Curiosity vor, der seit 2012 auf der Marsoberfläche rollt und uns täglich mit faszinierenden Bildern, Daten und Erkenntnissen versorgt.
Im ersten Teil habe ich neben ein paar allgemeinen Worten über dieses Mars Science Laboratory die Kameras "MastCam", "MAHLI" und "MARDI" beschrieben - es ging also darum, wie Curiosity den Mars "sieht".
Im zweiten Teil waren die Spektrometer namens "APXS", "ChemCam", "CheMin" und "SAM" an der Reihe.

Ein nettes und witziges Geburtstagsgeschenk meiner Freunde.
Ob LEGO-Curiosity wohl das Wasser neben ihr findet? ;-)

Wie der Titel des Artikels bereits ankündigt, soll es heute darum gehen, wie der Mars-Roboter seine Mars-Umgebung "hört". Dabei muss ich zugeben, dass die Zuordnung des "Hörsinns" zu den im Folgenden beschriebenen Geräten schon ziemlich willkürlich ist - es handelt sich bei diesen nämlich keineswegs um Mikrofone oder ähnliches, sondern um Strahlungsdetektoren. Der Grund, warum ich diese Detektoren mit einem "Hörsinn" in Verbindung bringe (neben der Tatsache, dass nicht so viele Sinne (im herkömmlichen Sinne) zur Verfügung stehen, sodass irgendein Gerät einfach einen Hörsinn verpasst kriegen muss, um dem Motto dieser Artikelserie treu zu bleiben), ist der folgende: Wenn man von Strahlungsdetektoren liest, denken viele vermutlich sofort an ein Geiger-Müller-Zählrohr, also an jenes Messgerät, das radioaktive Strahlung misst und für jeden detektierten radioaktiven Zerfall ein hörbares Knacksen von sich gibt. Da der Mars-Rover keine Ohren hat, geben seine Strahlungsmessgeräte auch keine akustischen Signale aus. Er "hört" die Strahlung der Umgebung also nicht wie wir, wenn wir einen Geiger-Müller-Zähler verwenden, jedoch erreichen ihn entsprechende elektrische Signale in Form dieses unregelmäßigen Knacksens/Rauschens.
Ob meine Wahl des Titels nun also gerechtfertigt ist oder nicht, lasse ich vorerst mal im Raum stehen. Jetzt wollen wir uns nämlich mit den zwei Strahlungsdetektoren des Mars Science Laboratory (Curiosity) namens "RAD" und "DAN" beschäftigen.

Den Mars "hören"

Schematisches Bild von Curiosity.
Heute im Fokus: Die Strahlungsdetektoren "RAD" und "DAN"
(Credit: NASA/JPL)

RAD

So wie bei allen wissenschaftlichen Instrumente von Curiosity ist auch "RAD" nur eine Abkürzung für die genauere und exaktere Bezeichnung: Radiation Assessment Detector.
Mit Hilfe dieses Geräts versuchen die auf der Erde verbliebenen Wissenschafter, sich ein Bild von der Strahlung am Mars zu verschaffen. RAD misst dabei hochenergetische Strahlung (z. B. Protonen, verschiedene Ionen, Neutronen oder Gamma-Strahlen), welche nicht nur vom Weltraum auf die Marsoberfläche trifft, sondern auch jene Sekundärstrahlung, die entsteht, wenn die kosmische Strahlung mit der Marsatmosphäre bzw. -oberfläche wechselwirkt.

Ein Foto des RAD, bevor es 2009 auf Curiosity montiert wurde.
(Credit: NASA/JPL-Caltech/SwRI)

RAD ist ein besonders wichtiges Instrument für die Planung von zukünftigen bemannten Raumfahrten zum Mars, denn seine Daten lassen auf die "Strahlungs-Äquivalentdosis" am Mars zurückschließen. Diese Dosis ist nichts anderes als ein Maß für die Auswirkungen von hochenergetischer Strahlung auf den menschlichen Körper. Doch natürlich wirkt sich hochenergetische Strahlung nicht nur auf Menschen oder Tiere negativ aus, sondern auch generell auf Leben, wie wir es kennen (Stichwort: DNA-Schäden). Deshalb können die RAD-Daten auch allgemein etwas über die "Lebensfreundlichkeit" des Planeten aussagen und z. B. bei der Beantwortung der Frage nach mikrobiellem Leben Einfluss nehmen.
Ein weiterer Anwendungsbereich des Radiation Assessment Detectors ist die Analyse der chemischen und isotopischen Zusammensetzung von Marsgestein in Bezug auf Veränderung durch Strahlung.

Schematische Darstellung des RAD.
(Credit: NASA/JPL-Caltech/SwRI)

RAD ist etwas so groß wie ein kleiner Toaster und besteht, vereinfacht gesagt, aus einigen Silizium-Detektoren und einem Cäsium-Iodid-Kristall. Hochenergetische Strahlung, welche durch den Detektor wandert, verliert beim Durchgang Energie, welche an das Messgerät abgegeben und von diesem analysiert werden kann. Es können neben relativ leichten Teilchen, wie z. B. Protonen, Neutronen, Gamma-Strahlen oder Alpha-Teilchen (=Heliumkernen) auch "schwerere" Kerne bishin zu Eisen gefunden werden.

DAN

Das Dynamic Albedo of Neutrons (DAN) ist ein ziemlich cooles Gerät! Sein Ziel ist es, festes oder flüssiges Wasser unter der Marsoberfläche zu finden - ohne dabei hinunterzugraben.
Dafür wird ein Neutronenstrahl auf den Marsboden gerichtet, der einen bis zwei Meter in den Marsboden eindringt. Nun ist es so, dass die Neutronen teilweise vom Bodenmaterial reflektiert und auch wieder detektiert werden. Der Trick dabei ist allerdings, dass die Neutronen durch Wasser oder Eis etwas abgebremst werden. Trifft der Neutronenstrahl also auf Eisschichten unter der Marsoberfläche, wird DAN einen relativ hohen, reflektierten Anteil an langsameren Neutronen finden. Gibt es kein Wasser, so ist der Anteil an vergleichsweise schnellen Neutronen größer. Dieses Analysieren von reflektierten Neutronen hat dem Instrument auch seinen Namen gegeben - "Albedo" bedeutet nämlich nichts anderes als "Rückstreuvermögen" bzw. "Reflexionsvermögen". (Vielleicht habt ihr schon einmal den Begriff des "planetaren Albedos" gehört, womit üblicherweise das Rückstreuvermögen der Erde von Sonnenlicht zurück ins Weltall gemeint ist.)
Vor allem im Bereich der Marspole vermutet man einen 30- bis 50-prozentigen Anteil von Wasser in den oberen Bodenschichten.

Schematische Andeutungen zur Funktionsweise von DAN:
Vergleichsweise viele langsame Rückstreuneutronen deuten auf Wasser im Marsboden hin.
(Credit: NASA/JPL-Caltech/Russian Federal Space Agency)

Soweit war's das vorerst zu den Strahlungsdetektoren des Mars Science Laboratory. Natürlich könnte man über sie und den Mars noch viel mehr schreiben, doch das soll ja nicht der Sinn dieser Artikelserie sein, in der ich die Instrumente nur kurz vorstellen möchte.

Es befindet sich nun nur noch ein Instrument an Bord der Curiosity, welches ich noch nicht besprochen habe - dieses passt thematisch allerdings besser in den nächsten Teil der Serie.