Über 1.645 marsianische Tage maß NASAs Perseverance Mars-Rover die feinen und ultrafeinen marsianischen Staubpartikel, die an Proben von Raumanzugmaterialien haften, die an Bord des Rovers transportiert werden, darunter einige, die klein genug sind, um in die Lunge einzudringen, um in den Blutkreislauf einzudringen. Die Ergebnisse werden am Dienstag, den 27. Oktober, in den Proceedings of the National Academy of Sciences veröffentlicht und könnten das Design von Raumanzügen und Habitaten, Staubentfernungsverfahren sowie Gesundheitsstandards für zukünftige NASA-Marsmissionen der Besatzung informieren.
"Die NASA hat eine lange Geschichte darin, Herausforderungen in praktikable Lösungen zu verwandeln und kreative Wege zu finden, um die Daten, die wir haben, zu nutzen, um Fragen zu beantworten, die über das hinausgehen, wofür sie ursprünglich gesammelt wurden", sagte Lindsay Hays, amtierende Direktorin der Planetary Science Division im NASA-Hauptquartier in Washington. "Dust ist seit dem Apollo-Programm eine Herausforderung für die Oberflächenerkundung. Perseverance liefert unseren Ingenieuren und Flugchirurgen Messungen, die sie nutzen können, um unsere bestehenden Designs zu verbessern, lange bevor die ersten amerikanischen Astronauten auf dem Mars ankommen."
Mondstaub zerkratzte während der Apollo-Missionen der NASA die Visiere, zerstörte die Schichten der äußeren Raumanzüge und beschädigte deren Dichtungen, und einige Besatzungsmitglieder berichteten von Symptomen, die dem Heuschnupfen ähnelten.
Abgerundet durch windgetriebene Kollisionen mit anderen Partikeln sind Staubkörner auf dem Mars weniger abrasiv als die auf dem Mond. Sie sind außerdem mit Schwefel, Chlor und Eisen angereichert und enthalten mehr Siliziumdioxid als Mondstaub. Regionale und globale Staubstürme auf dem Mars können die Körner ebenfalls in der Atmosphäre zirkulieren lassen.
Der Rover trägt fünf Proben von Material aus dem Raumanzug. Die Proben, jeweils drei Viertel Zoll (20 Millimeter) groß, sind Teil eines Kalibrierungsziels, das verwendet wird, um die Einstellungen von SHERLOC (Scanning Habitable Environments with Raman and Luminescence for Organics and Chemicals) zu testen, einem Instrument am Roboterarm von Perseverance. Das Kalibrierungsziel für ein weiteres Instrument, das die Staubmessungen lieferte, genannt PIXL (Planetary Instrument for X-ray Lithochemistry), enthält eine Probe von Teflon und basaltischem Glas.
Da Teflon keine Elemente enthält, die PIXL direkt nachweisen kann, stammen die elementaren Signale, die das Röntgenspektrometer von dieser Probe aufnimmt, vom darauf liegenden Staub.
Das Team analysierte außerdem Stoffproben von Teflon und Vectran, zwei Materialien, die in Raumanzügen verwendet werden, auf SHERLOCs Kalibrierungsziel. Die NASA schickte die Muster zum Mars, um zu untersuchen, wie die Materialien der Raumanzüge auf der Planetenoberfläche halten.
"Die Hauptaufgabe von Perseverance ist es, nach Anzeichen von uraltem mikrobiellem Leben zu suchen, aber die Mission wurde auch dazu entwickelt, sich auf menschliche Entdecker vorzubereiten. Diese Arbeit umfasst Technologiedemonstrationen wie MOXIE (Mars Oxygen In-Situ Resource Utilization Experiment) und Ingenuity sowie die Proben des Raumanzugs", sagte Katie Stack Morgan, Projektwissenschaftlerin von Perseverance am Jet Propulsion Laboratory der NASA in Südkalifornien.
Während frühere Messungen auf dem Mars Staubpartikel bis zu etwa 3 Mikrometer Durchmesser auflösten, entdeckte PIXL zwei Kategorien noch kleinerer Partikel: feine Partikel unter 2,5 Mikrometern (ein menschliches Haar ist etwa 70 Mikrometer breit) und ultrafeine Partikel um 100 Nanometer (etwa 700-mal dünner als ein menschliches Haar). Die Partikel auf PIXLs Teflon-Ziel und SHERLOCs Vectran-Swatch hatten im Durchschnitt etwa 2 Mikrometer. Auf PIXLs basaltischem Glas und SHERLOCs Teflon-Swatch reichten die Staubpartikelgrößen bis zu etwa 100 bis 300 Nanometern.
Statische Elektrizität scheint zu bestimmen, welche Größe Staubpartikel an welcher Oberfläche haften. Staubkörner werden beim Aufprall in der Luft geladen, und verschiedene Materialien auf dem Kalibrierziel ziehen Körner unterschiedlicher Größe an. Die feinsten Partikel blieben über Jahre des Treibens und Bohrens haften. Organische Polymere wie SHERLOCs Teflon-Raumanzugprobe sind in den äußeren Schichten von Raumanzügen üblich, und die Ergebnisse zeigen, dass sie feinen Staub leicht aufnehmen.
Die Studie fand außerdem heraus, dass einige Materialien weniger Staub enthalten als andere, was die zukünftige Auswahl von Materialien und Schutzbeschichtungen für Raumanzüge und Lebensräume bestimmen könnte. Designs wie Anzugports, die es Astronauten ermöglichen, einen Anzug außerhalb eines Lebensraums zu betreten, sowie Doppelkammer-Luftschleusen könnten reduzieren, wie viel Staub in die Wohnräume der Astronauten gelangt.
"Die Existenz von Marsstaub in diesen ultrafeinen Größen wurde schon lange vorhergesagt, und PIXL gab uns die Möglichkeit, ihn direkt auf dem Mars zu messen", sagte Scott VanBommel, Perseverance-Wissenschaftler an der Washington University in St. Louis und Hauptautor der Arbeit. "Die größeren Klumpen, die marsianischen Staubkaninchen, werden mit der Zeit abgeschüttelt. Aber die kleinsten Partikel bleiben zurück, und genau diese stellen die größten Herausforderungen für menschliche Unterstützungssysteme dar."
Chemisch entspricht der Staub der eisen- und schwefelreichen Zusammensetzung, die frühere Missionen gemessen hatten. Das PIXL-Instrument stellte außerdem fest, dass der Staub mit Phosphor angereichert ist und Anzeichen von Calciumsulfat erkannte.
Auf der Erde sind luftgetragene Partikel, sogenannte Partikel, unterhalb von 2,5 Mikrometern (also feine Partikel) mit einer Reihe negativer gesundheitlicher Effekte verbunden, da sie tief in die Lunge eindringen und in den Blutkreislauf gelangen können. Studien haben gezeigt, dass ultrafeine Partikel (solche nicht größer als 100 Nanometer) von der Nasenhöhle zum Gehirn entlang des Riechnervs gelangen können.
Marsstaub besteht überwiegend aus Silikatmineralen und enthält chemisch reaktive Verbindungen, darunter Perchlorate, die die Schilddrüsenfunktion stören können, sowie reaktives Eisen, das zelluläre Schäden verursacht. Wissenschaftler gehen davon aus, dass die Gesundheitsrisiken von Marsstaub von der Staubmenge und der Expositionsdauer abhängen.
Die PIXL-Ergebnisse sind die ersten vor Ort durchgeführten Messungen von feinen und ultrafeinen Partikeln auf dem Mars, und diese Forschung kann umfassendere Bemühungen zur Verbesserung der Staubbelastungsgrenzen für Astronauten in Inneren unterstützen, sichere Gewohnheiten entwickeln und Wege zur Staubentfernung während der Marsforschung entwickeln.
Die NASA arbeitet bereits an Lösungen für außerirdische Staubgefahren und nutzt Bodentestanlagen und Mondmissionen als Testgelände für zukünftige Marsforscher. Im März 2025 testete die Behörde einen elektrodynamischen Staubschild, der elektrische Felder nutzte, um Mondregolith von Glas und thermischen Radiatorflächen auf dem Mond zu entfernen. Entwickelt am Kennedy Space Center der NASA in Florida, landete es auf dem Mond an Bord der Blue Ghost Mission 1 von Firefly Aerospace. Im Johnson Space Center der NASA in Houston nutzen Ingenieure der Lunar Development and Test Facility Vakuumkammern und Mondregolith-Simulanten, um Raumanzugkomponenten, Mechanismen und ein handgehaltenes Lunar Electrostatic Dust Mitigation Tool vor Artemis-Missionen zur Mondoberfläche zu testen.
Für die NASA von Caltech verwaltet, baute und verwaltet JPL den Betrieb des Perseverance-Rovers im Auftrag der Science Mission Directorate der Behörde im Rahmen des Mars-Explorationsprogramm-Portfolios der NASA. NASA JPL baute außerdem PIXL und SHERLOC.
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Quelle: NASA · Originalmeldung
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