Phoenix Sols 118-140

Die Mission von Phoenix wurde auf einer Sitzung Mitte September 2008 weiter verlängert und zwar auf jeden Fall bis zum Beginn der solaren Erde-Mars-Konjunktion im November 2008. Ab diesem Zeitpunkt war für einen Zeitraum bis etwa Ende Dezember 2008 keinerlei Kommunikation mit den Marsraumschiffen von der Erde aus möglich, da die genau zwischen Erde und Mars stehende Sonne jegliche Kommunkationsversuche unmöglich machte.

Ab Anfang Oktober 2008 befand sich Phoenix jenseits von Sol 125 auf dem Mars. Der Lebenszyklus des Raumschiffes wurde durch die täglich verfügbare Energiemenge bestimmt. Das folgende Bild zeigt diese in Wh/Tag gegenüber der Missionsdauer in Sols:
 
Energieversorgung
Abb. 1: Grafik der Energieausbeute von Phoenix mit Andauer der Mission in Sols. Die Grafik ist aus den Folien zu einem Vortrag von Peter Smith, dem Chef der Phoenix-Mission, entnommen

Zu Beginn der Mission Ende Mai 2008 kurz nach der Landung betrug die tägliche Energiemenge um die 3500 Wh/Tag. Diese sank durch die mit Voranschreiten des Mars-Nordsommers sinkende Sonne bis zu Sol 120, dem 25. September 2008, auf etwa 2400 Wh/Tag. Die minimal notwendige Energiemenge zum Überleben des Raumschiffes lag bei etwa 1000 Wh/Tag. Diese Menge wurde benötigt zum Heizen der Batterien,  zum Betrieb von UHF-Kommunikation und der meteorologischen Station plus 2 Stunden sonstigen Betrieb, z.B. Aktivitäten des Probenarms  und der TEGA/MECA-Instrumente. Mit Beginn der solaren Konjunktion Mitte November 2008 um Sol 165 herum lag die tägliche Energiemenge noch bei etwa 1500 Wh/Tag. Bei Abschaltung von TEGA, MECA, der meteorologischen Station und einiger weiterer Instrumente würde diese Energiemenge gerade noch zum lebensnotwendigen Heizen der Batterien und für die Aufrechterhaltung der Funkkommunikation mit den überfliegenden Orbitern ausreichen. Jenseits von Sol 180, also nach Ende der solaren Konjunktion, wäre Phoenix vermutlich bereits den Kältetod gestorben.
Aus der Atmosphäre ausfrierendes Trockeneis würde Phoenix ab einer Außentemperatur von etwa -120°C (nächtliche Minimaltemperatur Ende September 2008: -86°C) komplett zudecken. Ohne Heizung würden die Batterien als erste ausfallen und den Lander seiner Stromversorgung berauben. Danach würden durch die wachsende aufliegende Eislast die Solarpaneele abbrechen und das Raumschiff endgültig funktionsunfähig werden. Während des Marswinters würde diese Trockeneisschicht bis auf eine Höhe von etwa 5 m anwachsen und Phoenix komplett zudecken.
Das Raumschiff hatte allerdings einen sog. "Lazarus-Modus" eingebaut: Wäre es wider allen Erwartens und trotz aller Witterungsunbilden weiterhin funktionsfähig, so würden ab einer täglichen Energieaufnahme von etwa 750 Wh/Tag im nächsten Marssommer die Systeme erneut anspringen und Phoenix sich bei seinen Orbitern zurückmelden. Die Wahrscheinlichkeit hierfür lag bei weniger als 1%, aber immerhin.

Zunächst aber funktionierte Phoenix Ende September 2008 weiterhin bestens, bis vielleicht auf das TEGA, und es gab Bilder wie dieses:
 
Phoenix Stereo-Hauptkamera
Abb. 2: Die Phoenix Stereo-Hauptkamera in Aktion. Aufgenommen mit der Kamera des Instrumentenarms.

An Sol 122, dem 27. September 2008, begann Phoenix eine Kalibrierung des TEGA mit einer Probe des an Bord des Raumschiffes mitgeführten OFB (Organic Free Blank), eine garantiert von organischen Verunreinigungen freie keramische Substanz, von der genau wie bei einer Bodenprobe mittels Probenarm und dort angebrachter Raspel Material entnommen und zur Analyse in einen der TEGA-Öfen eingeführt wurde. Zu diesem Zweck wurde der kürzlich geöffnete TEGA-Ofen Nr. 3 benutzt. Die folgenden Bilder zeigen die Einfüllprozedur:
 
Organic Free Blank Referenz beim Einfüllen ins TEGA TEGA nach Einfüllen des OF
Abb. 3: Beim Einfüllen der OFB-Kalibrierungsprobe in TEGA Ofen Nr. 3 herrschte ein so starker Wind, dass Teile des Probenmaterials verweht wurden, siehe den Film links. Das rechte Bild zeigt das weiße OFB-Material nach dem Einfüllen in Ofen 3: große Teile davon sind quer über die anderen TEGA-Öfen verweht worden.

Für Phoenix begann langsam die Zeit der Einschränkung des Energiehaushaltes. Die in Arbeit befindlichen Analysen mußten alle bis Mitte November, dem Beginn der solaren Konjunktion, abgeschlossen sein, denn durch die weiter sinkende Sonne mit voranschreitendem Nordsommer auf dem Mars sank die tägliche Energieausbeute der Solarpaneele immer weiter (siehe Abb. 1). Die folgenden beiden Bilder demonstrieren den Sachverhalt aus zwei anderen Richtungen als die Abb. 1 auf dieser Seite:
 
Sonnenscheindauer mit fortschreitender Missionszeit Temperaturkurve mit fortschreitender Missionsdauer
Abb. 4a: Sonnenlichtstunden (in gelb) und Zeiten der Dunkelheit mit voranschreitender Missionsdauer in Sols. Die grüne Kennung links zeigt die Situation an Sol 100. Zu dieser Zeit herrschte bereits etwa 4 Stunden Dunkelheit pro Tag am Standort von Phoenix. Zur Zeit der solaren Konjunktion Mitte November 2008 (brauner Balken) war es bereits etwa 10 Stunden pro Tag dunkel und Phoenix bekam Energieschwierigkeiten. Durch das abnehmende Sonnenlicht wurde es von etwa Februar 2009 an bis zum November 2009 so kalt, daß Kohlendioxid aus der Atmosphäre ausfror und das Raumschiff komplett unter Trockeneis begrub. Ab April 2009 begann dann die lange Polarnacht. Abb. 4b: Die gemessenen Temperaturminima während der Nacht am Standort von Phoenix während der ersten 120 Sols der Mission. Die höchsten Nachttemperaturen mit -80°C herrschten zur Mittsommernachtszeit um Sol 30 herum. Ab Sol 120, bei einer nächtlichen Dunkelzeit von 4 Stunden, sank die Nachttemperatur bereits auf -90°C. Ab etwa -120°C fror Kohlendioxid als Trockeneis aus der Atmosphäre aus und begrub Phoenix in einem alles erstickenden Eispanzer.

Phoenix wies mit seinem Lidar-Wetterlaser (siehe auch Abb. 5 auf dieser Seite) zum ersten Mal Schneefall auf dem Mars nach ! Am frühen Morgen des Sol 99 zwischen 4 und 5 Uhr entdeckte das Raumschiff massiven Schneefall in einer Höhe von etwa 4 km, und zwar Wassereis-Schnee. Der Schnee fiel bis auf 2.5 km Höhe und verdunstete dort aufgrund der höheren Temperatur:
 
Radarbild von Schneefall in großer Höhe
Abb. 5: Messung von Schneefall mit dem Laser der Wetterstation von Phoenix in einer Höhe zwischen 2.5 und 4 km am frühen Morgen des Sol 99. Der Schnee wurde durch starken Wind in den großen Höhen horizontal abgelenkt.

Das mit Voranschreiten des Sommers am Standort von Phoenix doch recht vielfältige Wettergeschehen läßt sich auch an folgenden kleinen Filmen ablesen, die vorbeiziehende Wolken am Standort des Landers zeigen:
 
Polygons
Abb. 6a: vorbeiziehende eindrucksvolle Wolken am Standort von Phoenix an Sol 126 während einer Dauer von 26 Minuten. Die Eiswolken in etwa 3-4 km Höhe bilden sich sporadisch und lösen sich kurze Zeit später wieder auf. Abb. 6b: Polygonstruktur des polaren Marsbodens in einer eindrucksvollen Ansicht bei tiefstehender Sonne. Diese Struktur bildet sich durch aufeinanderfolgende Auftau- und Gefrierperioden auch in dieser Form auf der Erde. Vielleicht beobachtet Phoenix eines Tages mit weiter sinkenden Temperaturen sogar noch Nebel über dieser Fläche. Abb. 6c: weitere tiefhängende Wolken am Standort von Phoenix an Sol 128. Die Bewölkung hatte offenbar zugenommen, eine Beobachtung, die verschiedene Orbiter bereits in früheren Mars-Nordsommern festgestellt hatten. Hier aber zum ersten Mal aus der Sicht vom Boden aus. Die Wolkenformationen waren recht kompakt. Niederschläge aus ihnen konnten zu diesem Zeitpunkt aber nicht beobachtet werden.

Hier einige weitere interessante Fotos vom optischen Mikroskop des Landers, dass es erlaubt, die Bodenbeschaffenheit der Landestelle hochaufgelöst zu fotografieren:
 
Bodendetails in Rosy Red
Abb. 7a: Bodenprobe im optischen Mikroskop von Phoenix. Sie stammt aus dem obersten Zentimeter des "Rosy Red"-Grabens. Das Bild zeigt eine Fläche von 1x2 mm ! Abb. 7b: Bodenprobe im optischen Mikroskop in einer Falschfarbendarstellung. Die Animation der Bewegung der Bodenteilchen beim Einschalten des mitgeführten Magneten zeigt, dass das Material magnetisch ist.

Phoenix hatte aus verschiedenen Bereichen Bodenproben entnommen und zur späteren Analyse in die verschiedenen mitgeführten Analysengeräte des Landers eingebracht. Das folgende Bild zeigt die Ergebnisse dieser Grabungsaktivitäten bis zum 10. Oktober 2008:
 
Grabennamen
Gräben in 3D
Abb. 8: Grabungsaktivitäten von Phoenix bis Mitte Oktober 2008 mit Namen der Gräben. Das untere Bild zeigt mit einer rotblau-Brille eine 3D-Ansicht. Ein Klick auf das jeweilige Bild liefert eine vergrößerte Version.

Am Wochenende des 11./12. Oktober 2008 braute sich um den Nordpol herum ein 37.000 km2 durchmessender, leichter Sandturm zusammen, der sich in Richtung auf den Lander hin bewegte. Deshalb wurden an diesem Wochenende die Aktivitäten von Phoenix eingestellt, um Strom bei entsprechender Abschwächung des Sonnenlichtes sparen zu können. Das folgende von MRO aufgenommene Bild zeigt die Situation am 11. Oktober 2008: der von links aus Richtung 9 Uhr kommende Sandsturm bewegte sich recht schnell auf den Landeort von Phoenix (weißer Punkt in 10 Uhr-Position) zu. Bis zum 14. Oktober hatte er sich über den Standort des Landers hinwegbewegt und die Gefahr war vorbei:
 
Sandsturm bei Phoenix
Abb. 9: Sandsturm in der Nordpolregion des Mars vom 11. Oktober 2008. Aus Sicherheitsgründen wurden die Aktivitäten von Phoenix eingestellt, bis der Sturm vorübergezogen war.
Snow White mit Frost an Sol 140
Abb. 10: Kondensierter Frost im Graben der Snow White-Region am 16.Oktober 2008 (Sol 140) nachmittags gegen 15:30 Uhr Ortszeit. Der Graben liegt ganz rechts in der Übersichtsdarstellung der Abb. 8 im Schatten des Landers. Es handelt sich um Wassereis, da es zum Ausfrieren von Kohlendioxid zu dieser Jahreszeit noch zu warm war.

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