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Leben auf dem Mars Antrag Schwerpunktprogramm ”Mars und die terrestrischen Planeten” • Erweiterung des Spektrums mikrobieller Extrembiotope als Modellsysteme für potentielle extraterrestrische Habitate • Erweiterung des Spektrums metabolischer Leistungsfähigkeit und Anpassungsfähigkeit über bisher untersuchte Extrembiotope hinaus • Abschätzung der Chancen für die Entstehung des Lebens, allgemein und speziell für den Nachweis möglicher Lebenspuren auf dem Mars. Wonach sollte man suchen? Vorstufen, aktive Formen oder Fossilien? • Ermittlung von Rückzugsgebieten für Lebensformen nach der Verschlechterung der Umweltbedingungen. Könnten noch „Oasen“ existieren? • Ursachen für die hohe Toxizität der heutigen Marsoberfläche • Suche nach Hinweisen auf mögliche fossile Lebensspuren in Marsmeteoriten • Untersuchung der möglichen Beiträge organischer Substanzen und evtl. Lebensformen auf Verwitterungsprozesse (Biodegradation) • Entwicklung von Nachweismethoden für chemische, strukturelle und funktionelle Biomarker für die in-situ-Analyse bei künftigen Marsmissionen • Definition der Anforderung an zukünftige unbemannte Missionen zum Mars und zu anderen planetaren Körpern für exobiologische Fragestellungen Entstehung • Modellierung der Bildung und frühen Geschichte des Mars aus der Untersuchung der Marsmeteorite und aus vom Mars auf die Erde zu bringenden Gesteinen und Regolithproben Vergleichende Planetologie • Einordnung des Mars in eine Systematik der terrestrischen Planeten • Vergleich Plattentektonik – Ein-Plattenplanet • Entstehungsbedingungen für Leben 1.3 Arbeitsprogramm Das Arbeitsprogramm des vorgeschlagenen Schwerpunkts wird empirische und modellbildende Aspekte interdisziplinär und in etwa ausgewogenem Umfang verbinden. Empirische Untersuchungen • Kartierung • Topographie • Geologische Kartierung • Alterskartierung • Geodätische und Geophysikalische Daten (Topographie, Schwere-, Magnetfeld, Rotationsparameter, seismische Daten) • Eigenschaften der Atmosphäre • Analytische Untersuchungen an SNC Meteoriten und in-situ • Physikalisch-chemische Laboruntersuchungen an Marsgestein bzw. Mars • Exobiologische Feld- und Laboruntersuchungen 18 Modellbildung • Aufbaumodelle • Thermische Entwicklungsrechnungen • Randbedingungen für den Dynamo • Tektonik und Vulkanismus • Atmosphäre • Kraterbildung • Transport im Regolith • Wechselwirkung zwischen Atmosphäre und Planetosphäre • Magnetfeldentstehung • Wechselwirkung zwischen Magnetosphäre und Sonnenwind
1.3.1 Empirische Untersuchungen Antrag Schwerpunktprogramm ”Mars und die terrestrischen Planeten” Kartierung, Bildverarbeitung und Datenbankerstellung. Die missionsspezifische Auswertung der Messungen, die in den bisherigen Mars-Missionen durchgeführt wurden, ist weitgehend abgeschlossen, jedoch steht die kohärente Analyse der geologischen Daten sowie deren missionsübergreifende Interpretation erst am Anfang. Eine erhebliche Erweiterung der Datenbasis ist von gegenwärtig laufenden und geplanten Missionen (z.B. MARS GLOBAL SURVEYOR, MARS EXPRESS, MARS SURVEYOR 2001 und 2003, MARS NETLANDER, MARS SURVEYOR 2005 SAMPLE RETURN) zu erwarten. Voraussetzung für die Interpretation dieser Daten ist neben der Schaffung einer einheitlichen kartographischen Basis (z.B. Bilddaten, spektrale Daten, Altimeter-Daten, gravimetrische und magnetische Daten) vor allem der Aufbau einer konsistenten geologischen, geophysikalischen und mineralogischen Datenbank. Letztere erfordert die Kenntnis der spektralen Eigenschaften relevanter Minerale im VIS- NIR-Wellenlängenbereich, die experimentell untersucht werden sollen (R. Wäsch, DLR, Berlin). Kartographische Projekte mit methodischen und auswertenden Fragestellungen werden von J. Albertz (Berlin), H. Ebner und A. Baumgartner (München), C. Heipke (Hannover), M. Soffel (Dresden) und vom DLR-Institut für Weltraumsensorik und Planetenerkundung Berlin erwartet. Als Ergebnis dieser Arbeiten darf ein digitales Geländemodell erwartet werden, das insbesondere mit Hilfe der Daten der HRSC-Kamera auf MARSEXPRESS gewonnen werden soll. Die Daten sind Grundlage sowohl für die Bewertung geologischer Entwicklungen auf einem einzelnen Planeten/Mond als auch für den Vergleich dieser Körper. Projektvorschläge hierzu sind vom DLR-Institut für Weltraumerkundung und Planetenerkundung Berlin (G. Neukum, R. Jaumann, G. Arnold) zu erwarten. Die bisher weitgehend aus regionalen und lokalen (Landestellen) Untersuchungen des Mars abgeleiteten geologischen Ergebnisse (R. Jaumann und E. Hauber, Berlin H.P. Jöns, Würzburg; P. Kronberg, Clausthal-Zellerfeld, L. Bischoff, Geologie Münster) sollen in einen planetenweiten Kontext gestellt und die zugrunde liegenden Prozesse der Oberflächengestaltung auch in Bezug auf die Erde vergleichend bewertet werden. Dies erlaubt die Untersuchung des Einflusses von Wasser und Wind auf die Oberflächengestaltung des Mars, der Wechselwirkung der Hydrosphäre mit dem Vulkanismus und die Ableitung geologischer Modelle zur Entwicklungsgeschichte der Marsoberfläche. Geodätische und Geophysikalische Daten. Die MARS GLOBAL SURVEYOR und MARS PATHFINDER Missionen haben eine Fülle neuer geophysikalischer Daten erbracht, die Wissenschaftler im Rahmen des geplanten Schwerpunktes auswerten wollen. Zu diesen Daten gehören die Daten des Laser Altimeters MOLA, Schwerefelddaten, Magnetfelddaten und Daten über den Rotationszustand. Diese Daten sind frei zugänglich. Interessiert an der Auswertung sind M. Pätzold und F. Neubauer (Köln), P. Janle (Kiel), K. H. Glassmeier (Braunschweig) und T. Spohn (Münster). Weitere und zum Teil genauere geodätische und geophysikalische Daten werden von der MARSEXPRESS Mission erwartet, für die Herr Pätzold (Köln) für das Radio Science Experiment (Rotationsparameter und Schwerefeld) zuständig ist. Ein Höhepunkt der geophysikalischen Erforschung des Mars wird sicher die NETLANDER Mission darstellen, mit ihrem Netzwerk geowissenschaftlicher Stationen mit Seimometern, Magnetometern, Atmosphärenerkundungsinstrumenten, Radio Science Paket und Kameras. Das Radio Science Paket erlaubt eine genaue Peilung der Stationen und damit eine Ermittlung des Rotationszustands und eine Messung der Lovezahlen, d.h. Gezeitenparameter, die Aussagen über den inneren Aufbau und die Rheologie des Mantels erlauben. Eine Reihe der am Schwerpunkt interessierten Wissenschaftler sind Mitglieder der Wissenschaftlerteams (sog. Co-Investigatoren, CO-Is) einzelner Experimente. Hauptverantwortliche Experimentatoren (PIs) sind für die Kameras R. Jaumann (Berlin) und für das Magnetometer K. H. Glassmeier (Braunschweig). Weitere Instrumente, die gegenwärtig das erweiterte Auswahlverfahren durchlaufen, sind ein Regolithsounder (MAUS, D. Möhlmann) und ein Sensorenpaket für thermische und mechanische Regolitheigenschaften (SPICE, T. Spohn). Die NETLANDER Daten werden unmittelbar zur Verfügung gestellt. Vorbereitende wissenschaftliche Arbeiten für die Mission sollten im Rahmen des Schwerpunkts erledigt werden. Dazu gehören z. B. methodische Arbeiten zur Seismologie (J. Oberst, Berlin). Die ausgewerteten Daten sind Eingabegrößen für Modelle des inneren Aufbaus, der Dynamik des Planeten, und der Entwicklung seines Magnetfeldes. Eigenschaften der Atmosphäre. Die optischen Eigenschaften der Atmosphäre werden H. U. Keller und N. Thomas (Lindau) mit Hilfe von Daten eigener Kameras auf MARS PATHFINDER und anderen Landemissionen untersucht. Zwar ist die unmittelbare Datenauswertung Teil des DLR geförderten Porekts, die wissenschaftliche Weiterverarbeitung der Daten könnte im Rahmen des Schwerpunkts erfolgen. Auf die Beziehungen zwischen Max-Planck-Instituten, Grossforschungseinrichtungen und DLR Förderung der Extraterestrik wird weiter unten eingegangen werden. SNC-Meteorite und in-situ geochemische Analyse: Die chemische Zusammensetzung des Mars soll vergleichend aus Marsmeteoriten (SNCs), den VIKING und SOJOURNER Ergebnissen, den zu erwartenden Daten von MARS SURVEYOR 2001 und 2003 und schließlich mit der Probennahme und - 19
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