Wenn die NASA-Raumsonde OSIRIS-REx am 24. September eine Kapsel mit Material des Asteroiden Bennu in die Wüste von Utah abfeuert, wird dies die jüngste einer Reihe von Missionen sein, bei denen Proben aus dem Weltraum gesammelt und zur Erde gebracht werden sollen. Das Sammeln von Material aus dem Weltraum ist eine herausfordernde Aufgabe, die Teams engagierter Wissenschaftler und Ingenieure, innovative Technologie und Geduld erfordert. Aber die wissenschaftlichen Durchbrüche, die diese Proben ermöglichen, machen die Mühe lohnenswert, wenn wir versuchen, die Ursprünge unseres Planeten und das Leben, das hier gedeiht, zu verstehen.
Die Praxis, Proben aus dem Weltraum zu holen, begann 1969 mit der Apollo-11-Mission der NASA, der ersten, die Astronauten auf dem Mond landete. Es folgten viele weitere Probensammelmissionen zum Mond und darüber hinaus, deren Ehrgeiz mit jedem Jahrzehnt zunahm. Hier finden Sie einen Überblick über die Geschichte und Zukunft der von der NASA und ihren Partnern organisierten Missionen, um Teile des Weltraums nach Hause zu bringen.
1969: Der Mondspaziergang der NASA liefert erste Weltraumproben
Der berühmte Satz des NASA-Astronauten Neil Armstrong: „Das ist ein kleiner Schritt für.“ [a] „Mensch, ein riesiger Sprung für die Menschheit“ erinnerte an die ersten Schritte der Menschheit in einer Welt jenseits der Erde. Es leitete auch eine neue Ära der Wissenschaft, Technik und Erforschung ein. Apollo-Astronauten sammelten auf sechs Stufen 842 Pfund (382 Kilogramm) Steine und Staub und brachten sie zurück Missionen.
Da Mondgesteine besser erhalten sind als Erdgesteine, boten sie beispiellose Einblicke in die Entstehung unseres Planeten und unseres Sonnensystems – eine Geschichte, die auf der Erde durch Erosion, Klimazyklen, vulkanische Aktivität und Plattentektonik weitgehend ausgelöscht wurde. Apollo-Proben zeigten unter anderem, dass der Aufbau von Mond und Erde so ähnlich ist, dass beide wahrscheinlich aus demselben Material bestehen. Diese Entdeckung veranlasste Wissenschaftler zu der Theorie, dass der Mond aus Gestein und Metall entstand, die vor etwa 4,5 Milliarden Jahren durch eine Kollision zwischen einer jungen Erde und einem marsgroßen Objekt ausgelöst wurden.
2004: Genesis schnappt sich Sonnenwind
Die NASA-Raumsonde Genesis lieferte 2004 die ersten Proben von außerhalb der Mondumlaufbahn. Die Raumsonde war mehr als zwei Jahre lang an einem gravitativ stabilen Punkt zwischen Erde und Sonne platziert und sammelte von der Sonne ausströmende geladene Teilchen, den sogenannten Sonnenwind. Wissenschaftler wollten diese Teilchen untersuchen, weil sie vermutlich die chemische Zusammensetzung des Sonnensystems widerspiegeln, als es sich vor fast 4,6 Milliarden Jahren gerade bildete.
Nach der Analyse der Probe stellten die Wissenschaftler überrascht fest, dass Sonnenpartikel im Vergleich zur Erde unterschiedliche Versionen oder Isotope von Sauerstoff und Stickstoff aufwiesen. Sie hatten erwartet, dass Sonne und Planeten ähnliche Isotopensignaturen aufweisen, da sich alles im Sonnensystem aus derselben Gas- und Staubwolke, dem sogenannten Sonnennebel, bildet. Ein Grund für den Unterschied könnte darin liegen, dass die Erde und der Rest der inneren Gesteinsplaneten aus dem Staub des Nebels entstanden sind, während die Sonne sowohl aus Gas als auch aus Staub entstanden ist.
2006: Sammeln des staubigen Halos eines Kometen
Im Jahr 2006 war die Stardust-Mission der NASA die erste, die Kometenproben sammelte und sie zur Erde lieferte. Wie der Name schon sagt, fing Stardust Staubpartikel – 10.000 davon – aus dem Halo aus Staub und Gas, der sogenannten Koma, ein, der den Kometen Wild 2 umgibt.
Wissenschaftler machten einige wichtige Entdeckungen, nachdem sie Teile von Wild 2 analysiert hatten. Darunter war der erste Nachweis von Glycin in einem Kometen. Glycin ist eine Aminosäure, die ein Grundbaustein des Lebens auf der Erde ist. Der Nachweis von Glycin im Kometenstaub stützte die Theorie, dass sich einige der Lebensbestandteile im Weltraum bildeten und von Kometen und Asteroiden zur Erde – und möglicherweise in andere Welten – transportiert wurden.
2010 und 2020: Auf dem Weg zur Quelle der Geschichte des Sonnensystems
Asteroidenstaub – älter und besser erhalten als jedes Material auf der Erde – bietet Wissenschaftlern einen Einblick in die Entstehung des Sonnensystems. Die ersten Untersuchungen von Asteroidenproben wurden von JAXA (der Japan Aerospace Exploration Agency) ermöglicht, als ihre Raumsonde Hayabusa 2010 mit Tausenden von Partikeln vom Asteroiden Itokawa zurückkehrte. Hayabusa2 folgte im Jahr 2020 mit 0,2 Unzen oder 5,4 Gramm des Asteroiden Ryugu und übertraf damit die Missionsanforderungen bei weitem.
Proben von Itokawa und Ryugu enthüllten die Struktur und chemische Zusammensetzung von „Trümmerhaufen“-Asteroiden, die aus Felsen und Felsbrocken bestehen, die durch die Schwerkraft lose zusammengehalten werden. Die Proben zeigten auch, dass einige Asteroiden, wie vorhergesagt, organische Moleküle enthalten, die einige der Bausteine aller bekannten Lebensformen sein könnten.
Bald werden Wissenschaftler Gelegenheit haben, Itokawa- und Ryugu-Proben mit Teilen des Asteroiden Bennu zu vergleichen, die sich derzeit an Bord der Raumsonde OSIRIS-REx auf dem Weg zur Erde befinden. Im Rahmen einer internationalen Vereinbarung arbeiten NASA und JAXA zusammen, um Proben der drei Asteroiden zu analysieren und zu vergleichen, von denen zwei – Ryugu und Bennu – möglicherweise vor Milliarden von Jahren denselben Mutter-Asteroiden abgebrochen haben.
Diese Serie von zwei Bildern wurde am 20. Oktober 2020 während der Touch-And-Go-Probensammlung der OSIRIS-REx-Mission aufgenommen und zeigt das Sichtfeld des SamCam-Imagers im Moment vor und nach der Landung der NASA-Raumsonde auf der Oberfläche des Asteroiden Bennu . Bildnachweis: NASA/Goddard/University of Arizona
2023: Mit Bennu Rocks zurück zur Erde
OSIRIS-REx macht sich auf den Weg, um mindestens 2 Unzen oder 60 Gramm Staub und Steine von Bennu einzusammeln, und ist mit geschätzten 8,8 Unzen oder 250 Gramm Material, was etwas mehr als einer Tasse voll ist, auf dem Heimweg. OSIRIS-REx hat die Probe von Bennu am 20. Oktober 2020 gesammelt. Nachdem die Probe am 24. September die Erde erreicht hat, werden Generationen von Wissenschaftlern in ihren Laboren den Staub von Bennu untersuchen, um Dutzende Fragen über die Natur von Asteroiden zu beantworten frühes Sonnensystem und die Ursprünge des Lebens.
Während ihres Aufenthalts in Bennu entdeckte die Raumsonde OSIRIS-REx organischen Kohlenstoff und Anzeichen dafür, dass das Material, aus dem Bennu besteht, in der Vergangenheit mit flüssigem Wasser interagiert hatte. Wenn die Proben die Erde erreichen, können Wissenschaftler die vollständige chemische Zusammensetzung von Bennu erkennen und die Geschichte des Wassers und der organischen Materie auf dem Asteroiden rekonstruieren.
Zukünftige Missionen 2029: Marsmonde rücken ins Rampenlicht
JAXA wird 2024 seine MMX-Mission (Martian Moons eXploration) starten, um zum ersten Mal in der Geschichte die Marsmonde Phobos und Deimos aus der Nähe zu untersuchen. MMX wird auch Oberflächenproben von Phobos sammeln, dem bisher am weitesten entfernten Probenahmeort. JAXA wird die Proben im Jahr 2029 zur Erde liefern.
Diese Mission, zu der ein NASA-Instrument, ein Technologiedemonstrations-Probenahmesystem und von der NASA unterstützte teilnehmende Wissenschaftler aus US-Institutionen gehören, wird dazu beitragen, Fragen zur Entwicklung des Mars und zur Entstehung seiner beiden Monde zu beantworten.
Bildnachweis: NASA
2033: Der Rote Planet kommt auf die Erde
Eines der großen Ziele der Weltraumforschung besteht darin, festzustellen, ob der Mars mikrobielles Leben hätte begünstigen können oder noch unterstützt. Orbiter und Rover auf dem Roten Planeten haben faszinierende Beweise dafür gefunden, dass es auf dem frühen Mars flüssiges Wasser und eine schützende Atmosphäre gab – Bedingungen, die das Leben, wie wir es kennen, hätten unterstützen können. Ein tragbares Labor im Bauch des NASA-Rover Curiosity hat sogar organische Moleküle im Marsboden entdeckt, die möglicherweise mit Leben in Zusammenhang stehen – oder auch nicht. Um die Frage der Bewohnbarkeit des Mars zu klären, träumen Wissenschaftler seit Jahrzehnten davon, Marsmaterial auf die Erde zu bringen, um es mit modernsten Technologien zu analysieren, die zu groß und zu komplex sind, um sie in den Weltraum zu schicken.
Ihre Träume könnten bald wahr werden, da die NASA und die ESA (die Europäische Weltraumorganisation) eine Kampagne mit mehreren Missionen planen, um Proben zu bergen, die der NASA-Rover Mars 2020 Perseverance derzeit aus einem alten Flussdelta im Jezero-Krater sammelt. Die Kampagne mit dem Namen „Mars Sample Return“ ist eines der am besten koordinierten Vorhaben in der Raumfahrt und umfasst mehrere Raumfahrzeuge, Starts und Regierungsbehörden. Der Start des ersten Raumschiffs einer Serie, das benötigt wird, um die Proben von Perseverance aufzunehmen und zur Erde zu bringen, ist für 2027 geplant.