Österreicher suchen mit Mars-Rover "Perseverance" nach Impakt-Spuren

Wien – Wenn am Donnerstag der Nasa-Rover "Perseverance" zur Landung am Mars ansetzt, werden auch heimische Forscher mit Spannung die Ankunft verfolgen. Schließlich lieferten Grazer und Wiener Forschungseinrichtungen Software-Komponenten für eine der Kameras des Rovers. Und mit dem Geochemiker Christian Köberl gehört ein Österreicher dem Wissenschafts-Team der Mission an. Er will mit den scharfen Bildern dieser Kamera nach Spuren von Meteoriten-Einschlägen am Mars suchen.

Beteiligt sind die Österreicher an der sogenannten "Mastcam-Z" am Rover. Dies sei eine verbesserte Version der Kamera am Nasa-Rover "Curiosity", der 2012 am Mars landete, mit höherer Auflösung, erklärte Köberl gegenüber der APA. Der Professor für Planetare Geologie und Impaktforschung an der Universität Wien ist Spezialist für Meteoriteneinschläge (Impakte). "Perseverance" soll ja im rund 50 Kilometer großen Jezero-Krater auf der nördlichen Halbkugel des Planeten landen, der durch einen Meteoriteneinschlag entstanden ist und wo sich einst ein See befunden haben dürfte.

"Mein Ansatz war, mit der hochauflösenden Kamera, die viel bessere, schärfere Bilder liefert als bisher, in den Kratergesteinen nach typischen Deformierungen zu suchen, die für Impakte charakteristisch sind", so Köberl. Ein Beispiel dafür sind sogenannte "Shatter Cones". Solche Strahlenkegel kennt man gut von Einschlagskratern auf der Erde, aber am Mars seien sie bisher noch nie gefunden worden.

Der Wissenschafter interessiert sich zudem für das Vorkommen von Meteoriten auf der Mars-Oberfläche. Von den bisherigen Mars-Rovern seien bereits einige Eisenmeteorite gefunden worden – was für Köberl aus mehreren Gründen spannend ist: "Sie zeigen an der Oberfläche Vertiefungen, die wir als Regmaglypten bezeichnen, und auf der Erde als Zeichen dafür interpretiert werden, dass sie auf ihrem Weg durch die Atmosphäre angeschmolzen wurden." Doch die Marsatmosphäre sei um fast einen Faktor 1000 dünner als jene der Erde und es sei erstaunlich, solche Deformationen auch auf dem Mars zu finden.

📽️ Livestream | Landung auf dem Mars | 18.02.2021 | 20.30 Uhr

Zudem habe man am Mars bereits über ein Dutzend Eisenmeteorite entdeckt. "Das ist viel, denn wenn man auf der Erde ein paar Dutzend Kilometer herumfahren würde, würde man keinen einzigen finden", so Köberl. Während 95 Prozent der auf der Erde entdeckten Meteoriten Steinmeteoriten seien, habe man am Mars bisher keinen einzigen davon gefunden. "Vielleicht unterscheiden sie sich aus der Entfernung nicht sehr vom übrigen Marsgesteinen oder man hat noch nicht genau genug danach gesucht", vermutet der Experte.

Die österreichischen Forscher bekommen jedenfalls nahezu in Echtzeit Zugang zu den zur Erde gesendeten Bildern. Um diese möglichst rasch auszuwerten, wollen sie auch maschinelles Lernen nutzen. Köberl hat dazu Mars-Analog-Untersuchungen durchgeführt und in der Danakil-Senke in Äthiopien in marsähnlichen Regionen "Shatter Cones" platziert und fotografiert. Anhand dieser Bilder soll die Künstliche Intelligenz lernen, entsprechende Strukturen zu erkennen. "Die Ergebnisse sind positiv, aber noch nicht eindeutig, da gibt es schon noch einiges zu tun", sagte Köberl.

Eine rasche Auswertung der Bilder wäre wichtig, um bei interessanten Strukturen näher hinzuzoomen. Ob der Rover dann auch dorthin fährt, sei eine Entscheidung des Gesamtprojekt-Teams. Interessant wäre das für Köberl jedenfalls, denn das Vehikel könnte dann chemische Zusammensetzungen von Meteoriten untersuchen. Und diese könnten "dort schon Millionen Jahre herumliegen, weil die Verwitterungsrate am Mars viel geringer ist als auf der Erde".

Köberl ist sich bewusst, dass seine Arbeit im Gegensatz zum Schwerpunkt der Mission, der Suche nach Lebensspuren, nicht ganz so öffentlichkeitswirksam ist. Er ist aber überzeugt, dass dies in den nächsten Jahren durch Rover gar nicht möglich sein wird, und bis man Mars-Proben auf der Erde untersuchen können wird, würden noch viele Jahre vergehen. "Bis dahin werden wir noch viele andere spannende Dinge am Mars finden können."

Wer übrigens schon jetzt Mars-Proben betrachten möchte, kann das im Naturhistorischen Museum Wien (NHM) tun: Dieses beherbergt die größte Sammlung an Mars-Meteoriten in Europa. Diese wurden vor einigen Millionen Jahren bei großen Einschlägen auf dem Mars ins All geschleudert, ehe sie vom Schwerfeld der Erde eingefangen wurden und bis zum Boden gelangten. (APA)

Klagenfurt, Wien – Erstmals soll sich nach der geplanten Landung des Mars-Rovers "Perseverance" am Donnerstag (18. Februar) auch eine Helikopter-Drohne in die dünne Atmosphäre des Roten Planeten erheben. Aus Ermangelung eines Satellitenpositionierungssystems wie GPS muss sich die Drohne "Ingenuity" anhand von Kamerabildern selbstständig orientieren. Einer der Entwickler des Algorithmus des Kamera-basierten Systems ist der an der Universität Klagenfurt tätige Schweizer Stephan Weiss.

Schnellere Rotorblätter benötigt

Der auf Deutsch auf den Namen "Einfallsreichtum" hörende Mini-Hubschrauber wiegt lediglich 1,8 Kilogramm und sorgte in der Vergangenheit schon für einiges Aufsehen. In der extrem dünnen Atmosphäre müssen die vier Rotorblätter aus Kohlefasern sehr viel schneller rotieren als dies auf der Erde der Fall wäre. In bis zu vier Flugversuchen soll "Ingenuity" beweisen, dass derartige Flüge am Mars möglich sind.

Mittels Kameras und einer am Jet Propulsion Laboratory (JPL) des California Institute of Technology (Caltech) entwickelten Software soll dann die Orientierung im "Jezero Krater" gelingen. So will man auch die Topografie der Umgebung festhalten. Weiss setzt sich seit seiner Dissertation an der ETH Zürich mit der Entwicklung von Systemen für diese innovative Art der Orientierung und Navigation auseinander. Zwischen 2012 und 2015 war er in der Sache am JPL tätig, wo er seine Ideen weiter verfolgen konnte. "Können wir das auf dem Mars fliegen?", fragte nach der Technologiedemonstration seiner Dissertation dort der damalige JPL-Chef Charles Elachi, wie Weiss im Gespräch mit der APA erklärte.

Das Vertrauen ist seither gewachsen, so der nunmehrige Institutsvorstand des Instituts für Intelligente Systemtechnologien an der Uni Klagenfurt, der in 14-tägigen Meetings weiter in das aufsehenerregende Projekt eingebunden ist: "Wir sind noch am Puls der Entwicklung." In den vergangenen Jahren galt es vor allem, das System zu vereinfachen, um auf dem Mars möglichst fehlerfrei manövrieren zu können. Am Landepunkt ist das Gelände vor allem flach, dementsprechend wenig Kontrast und markante Anhaltspunkte bietet die Umgebung. Das sei vergleichbar mit einer Ski-Abfahrt kurz vor der Dämmerung, wo sich Unebenheiten kaum noch aus einen gewissen Vogelperspektive ausmachen lassen. Genau für derartiges ist der Algorithmus nun optimiert, erklärte der Forscher.

Erster Test soll in ein bis zwei Monaten starten

Der große Test fernab der Erde rückt mit der Landung näher. "Die Nervosität steigt", sagte Weiss. Wann der erste Versuch lanciert wird, sei noch nicht klar. Er rechnet aber mit gut ein bis zwei Monaten, bis alle Checks erledigt sind. "Ein sehr befriedigendes Gefühl" bescheret es dem Schweizer, wenn nun tatsächlich so eine grundlegende Forscher-Idee am Mars ihre Umsetzung erfahren soll: "So etwas passiert einfach, man kann das nicht herbeidenken oder hoffen. Manchmal ist man einfach zur richtigen Zeit am richtigen Ort."

Jetzt treibt der Wissenschafter und sein Team auch von Klagenfurt aus die Entwicklung voran. So etwa im Rahmen der Mars-Analog-Missionen "AMADEE-20", die vom Österreichischen Weltraum Forum (ÖWF) organisiert wird. In Mars-ähnlicher Umgebung in der Wüste Israels soll im Herbst im Experiment "AMAZE" die Kamera-basierte Navigation ebenfalls erprobt werden.

"Es gibt noch zahlreiche Situationen und Geländespezifikationen, die dazu führen, dass zur Zeit erhältliche Algorithmen und Methoden eben nicht funktionieren", sagte Weiss. Hier sei man auf Daten in derart herausfordernden Umgebungen angewiesen. "Wir sind gerade dabei, neuartige Algorithmen in der Forschung zu entwickeln." Das sei nicht nur für die Erkundung ferner Welten wichtig, da es auch auf der Erde viele Situationen gibt, wo GPS-Navigation schwierig ist. Ebenso verhält es sich natürlich in Innenräumen. (APA)

Graz,Wien – Der NASA-Rover "Perseverance", der am Donnerstag am Mars landen soll, ist mit mehr Kameras als jede andere interplanetare Mission bisher ausgestattet. Know-how aus Österreich ist dafür verantwortlich, dass die mit der Stereokamera "Mastcam-Z" eingefangenen Bilder und deren Bilddaten schließlich einen dreidimensionalen Eindruck der Marsoberfläche vermitteln werden.

Kameras mit extremem Zoom

"Perseverance", ein High-Tech-Labor auf Rädern, ist mit nicht weniger als 23 Kameras bestückt. Am ausfahrbaren, rund zwei Meter hohen Mast des Rovers, der den Planeten erkunden soll, ist die "Mastcam-Z" montiert. Dieses hochauflösende Kamerasystem für Stereobilder soll detaillierte Aufnahmen der Marsoberfläche einfangen. Die Zoomfunktion ist so stark, dass selbst eine 100 Meter entfernte "Mars-Fliege" noch erkannt werden könnte. An der Verarbeitung dieser Daten sind Forscher des Grazer Joanneum Research und des Wiener Forschungszentrums für Virtual Reality und Visualisierung (VRVis) in einem vom Klimaschutzministerium über einen Vertrag mit der Europäischen Weltraumagentur ESA finanzierten Projekt beteiligt.

Das Instrument Mastcam-Z wurde hauptsächlich von der Arizona State University entwickelt, wie Gerhard Paar von der Forschungsgruppe Bildanalyse und Messsysteme bei Joanneum Research in Graz im Gespräch mit der APA berichtete. Es wurde ausgewählt, um Bilder von der Marsoberfläche im Bereich des sogenannten Jezero-Kraters nach der Landung des Rovers zu machen.

Joanneum Research und VRVis wurden wiederum ausgewählt, um aus diesen Bildern 3D-Rekonstruktionen und anschließende Visualisierungen zu machen. Diese sollen es Wissenschaftern dann unter anderem ermöglichen, auf dem Roten Planeten interessante geologische Strukturen zu finden, die Hinweise auf etwa alte Wasserspuren und möglicherweise ausgestorbenes Leben enthalten könnten. "Ziel ist es, für die weitere Forschung dreidimensionale Karten, in denen die Daten der Oberflächeninstrumente lokalisiert und in ihrem Zusammenspiel interpretiert werden können, zu erstellen", schilderte Paar, der schon seit Jahren die Forschung für Mars-Expeditionen begleitet.

Stereobilder erzeugen dreidimensionale Bilder

Die österreichische Software liefert die dreidimensionale Auswertungen an das Mastcam-Z-Wissenschaftsteam. "Wir verwenden die Stereobilder, um jeden Bildpunkt dreidimensional zu beschreiben und erzeugen sogenannte texturierte Punktwolken sowie Visualisierungen davon wie zum Beispiel Videos, die einen Überflug simulieren und damit die Räumlichkeit der Landschaft um den Rover verdeutlichen. VRVis stellt die Visualisierungskomponente zur Verfügung", so Paar. Mit dem von VRVis entwickelten 3D-Viewer wird den Forschern sodann die interaktive Erkundung und geologische Interpretation der 3D-Rekonstruktionen der Marsoberfläche ermöglicht.

Wenn der Rover am 18. Februar am Mars landen wird, wird es allerdings noch eine Weile dauern, bis die österreichischen Spezialisten mit der Auswertung der Bilder beginnen können: Paar rechnet mit den ersten 3D-Auswertungen etwa eine Woche nach der Landung. Die ersten Tage werde das Rover-Team damit verbringen, die Systeme und Instrumente zu testen, die Software vom Landemodus auf den Fahrmodus umzustellen, die Kommunikationskanäle zu Mars-Satelliten und zur Erde einzurichten - und erste Bilder der Umgebung aufzunehmen. "Diese Bilder stehen uns dann auch bereits für 3D-Auswertungen und Visualisierungen zur Verfügung", so der Grazer Mathematiker.

Auswertungen müssen noch warten

Für wissenschaftliche Auswertungen wird man sich noch einmal länger gedulden müssen: "Sie sind erst möglich, wenn der Rover sich nach etwa zwei Wochen von der Landezone einige Dutzend Meter wegbewegt hat", erklärte der Grazer Experte.

Neben den Kameras und weiteren Sensoren hat der Rover auch Behälter an Bord, mit denen in wissenschaftlich aussichtsreichen Bereichen Bodenproben der Marsoberfläche gesammelt werden sollen. Die Proben-Röhrchen werden mit einem hochkomplexen Mechanismus verschlossen und an geeigneten Stellen auf der Marsoberfläche deponiert, und sollen Jahre später vom "Sample Fetching Rover" - einem europäischen Beitrag zur "Mars Sample Return" Mission - eingesammelt und zur Erde gebracht werden. "Unsere 3D-Auswertungen und Visualisierungen werden auch dazu beitragen, für solche Probenentnahmen interessante Bereiche zu identifizieren und zu charakterisieren", schilderte Paar. (APA)