Als Viking 2 am 3. September 1976 auf dem Mars landete, war die erste große Überraschung bereits beim Blick auf die Umgebung zu erkennen. Der Landeplatz in Utopia Planitia wirkte deutlich steiniger als das Gebiet, das Viking 1 wenige Wochen zuvor erreicht hatte. Zwischen zahlreichen Felsbrocken lag eine flache, rötliche Landschaft, in der der Lander seine wissenschaftliche Arbeit aufnehmen sollte. Viking 2 war jedoch weit mehr als eine Wiederholung der ersten Viking-Mission. Der weiter nördlich gelegene Standort eröffnete die Möglichkeit, den Mars unter anderen klimatischen Bedingungen zu untersuchen und erstmals jahreszeitliche Veränderungen unmittelbar auf seiner Oberfläche zu beobachten.

Mit Viking 1 und Viking 2 standen nun zwei Forschungsstationen Tausende Kilometer voneinander entfernt auf dem Planeten. Sie konnten Boden, Atmosphäre und Wetter vergleichen und nach möglichen Hinweisen auf Leben suchen. Gerade Viking 2 sollte dabei etwas beobachten, das das verbreitete Bild vom vollkommen trockenen Mars zumindest komplizierter machte: Frost auf der Oberfläche.

Warum wurde Viking 2 zum Mars geschickt?

Viking 2 war Teil desselben NASA-Programms wie Viking 1. Beide Raumfahrzeuge bestanden aus einem Orbiter und einem Lander. Während der Orbiter den Mars aus der Umlaufbahn fotografierte und untersuchte, sollte der Lander auf der Oberfläche langfristig wissenschaftliche Messungen durchführen.

Viking 2 startete am 9. September 1975 mit einer Titan-IIIE-Centaur-Rakete von Cape Canaveral. Fast elf Monate später, am 7. August 1976, erreichte die Sonde den Mars und schwenkte in eine Umlaufbahn ein. Erst danach wurde das vorgesehene Landungsgebiet genauer untersucht. Am 3. September trennte sich schließlich der Lander vom Orbiter und begann seinen Abstieg. Um 22:37:50 Uhr Weltzeit setzte er sicher auf dem Mars auf.

Die Ziele waren ehrgeizig. Viking 2 sollte hochauflösende Bilder liefern, die Zusammensetzung von Atmosphäre und Boden untersuchen, das Wetter beobachten und mit biologischen Experimenten nach möglichen Lebensprozessen suchen. Zusammen mit Viking 1 entstand damit erstmals die Möglichkeit, zwei weit voneinander entfernte Regionen des Mars gleichzeitig über einen längeren Zeitraum wissenschaftlich zu überwachen.

Wo landete Viking 2?

Der Landeplatz lag in Utopia Planitia auf knapp 48 Grad nördlicher Breite. Das Gebiet befindet sich damit deutlich weiter vom Marsäquator entfernt als der Standort von Viking 1 in Chryse Planitia. Zwischen beiden Landern lagen mehr als 6.000 Kilometer.

Utopia Planitia ist Teil einer gewaltigen Senke in der nördlichen Marshemisphäre. Das Becken gehört zu den größten bekannten Einschlagstrukturen des Sonnensystems. Seine heutige Oberfläche ist über lange geologische Zeiträume durch Ablagerungen, Vulkanismus und Prozesse verändert worden, bei denen wahrscheinlich auch Wasser und Eis eine Rolle spielten. Noch Jahrzehnte nach Viking blieb die Region deshalb für die Marsforschung interessant. 2021 landete auch der chinesische Rover Zhurong in Utopia Planitia.

Für Viking 2 spielte jedoch zunächst vor allem die Beschaffenheit der unmittelbaren Umgebung eine Rolle. Die ersten Aufnahmen zeigten eine überraschend felsreiche Ebene. NASA beschrieb den Landeplatz später als felsiger, zugleich aber sehr flach. Der Lander stand nach der Landung mit einer Neigung von etwa 8,5 Grad. Auffällige Landmarken fehlten weitgehend, wodurch es lange schwierig war, seine Position anhand von Orbiterbildern ganz genau festzulegen.

Wie sah die Landschaft von Viking 2 aus?

Die Panoramen von Utopia Planitia unterschieden sich auf den ersten Blick nicht grundsätzlich von dem inzwischen vertrauten Bild des Mars. Der Boden war rötlich, Staub lag zwischen Steinen und Felsbrocken, und am Horizont erhoben sich kaum auffällige Landschaftsformen.

Bei genauerem Hinsehen zeigten sich jedoch Unterschiede zum Standort von Viking 1. Der Boden von Viking 2 war von wesentlich mehr Gesteinsbrocken bedeckt. Zwischen ihnen lagen feinkörnige Ablagerungen, die der Probenarm des Landers aufnehmen konnte. Untersuchungen der physikalischen Eigenschaften des Materials zeigten eine Mischung aus lockeren Bodenbestandteilen, Staub und gröberen Fragmenten.

Gerade der Vergleich der beiden Viking-Standorte war wissenschaftlich wertvoll. Wenn Instrumente an zwei weit voneinander entfernten Stellen ähnliche Ergebnisse lieferten, deutete dies darauf hin, dass bestimmte Eigenschaften nicht nur lokale Besonderheiten waren. Unterschiede wiederum konnten zeigen, wie vielfältig die Bedingungen auf dem Mars tatsächlich waren.

Welche Instrumente hatte Viking 2 an Bord?

Der Lander war als stationäres Labor konstruiert. Kameras lieferten Panorama- und Detailaufnahmen der Umgebung. Mit einem ausfahrbaren Probenarm konnte Material aus dem Marsboden aufgenommen und verschiedenen Instrumenten zugeführt werden. Ein Röntgenfluoreszenzspektrometer untersuchte die elementare Zusammensetzung, während ein Gaschromatograph mit Massenspektrometer nach organischen Verbindungen suchte.

Hinzu kamen das biologische Labor, meteorologische Instrumente zur Messung von Temperatur, Luftdruck und Wind sowie ein Seismometer. Der Orbiter verfügte wiederum über Kameras, einen Infrarot-Temperaturmesser und ein Instrument zur Bestimmung des Wasserdampfgehalts in der Atmosphäre.

Damit konnte Viking 2 gleichzeitig mehrere Ebenen der Marsforschung abdecken. Die Mission beobachtete den Planeten aus der Umlaufbahn, untersuchte die unmittelbare Landschaft am Boden und analysierte Proben direkt vor Ort.

Suchte auch Viking 2 nach Leben auf dem Mars?

Wie Viking 1 führte Viking 2 drei biologische Experimente mit Marsboden durch. Sie waren darauf ausgelegt, mögliche Stoffwechselreaktionen zu erkennen, die mit Mikroorganismen vereinbar gewesen wären.

Ab dem 12. September 1976 wurden an drei verschiedenen Gelegenheiten Bodenproben untersucht. Die Resultate ähnelten denen von Viking 1. Einige Experimente registrierten chemische Reaktionen, die zunächst auch biologisch interpretiert werden konnten. Gleichzeitig fehlten jedoch andere erwartete Hinweise. Vor allem ließ sich mit den damaligen Methoden kein überzeugender Bestand organischer Moleküle nachweisen.

Dadurch entstand ein widersprüchliches Bild. Die Viking-Forscher hielten es schließlich für wahrscheinlicher, dass stark reaktive Bestandteile des Marsbodens für die beobachteten Reaktionen verantwortlich waren. Der Einfluss intensiver ultravioletter Strahlung auf die ungeschützte Marsoberfläche spielte bei diesen Erklärungsversuchen eine wichtige Rolle.

Bis heute gelten die Viking-Experimente deshalb nicht als bestätigter Nachweis von Leben. Sie zeigten vielmehr, wie schwierig es ist, auf einer fremden Welt zwischen ungewöhnlicher Chemie und tatsächlicher Biologie zu unterscheiden. Neuere Erkenntnisse über reaktive Salze und organische Verbindungen im Marsboden haben dazu geführt, dass die damaligen Ergebnisse weiterhin wissenschaftlich diskutiert werden.

Viking 2 beobachtete Frost auf dem Mars

Eine der eindrucksvollsten Beobachtungen von Viking 2 hatte nichts mit den biologischen Experimenten zu tun. Im Winter zeigte sich auf dem Boden von Utopia Planitia eine helle Ablagerung.

Am 13. September 1977 fotografierte Viking 2 deutlich sichtbaren Frost. Er lag an den Unterseiten von Felsen, in einer vom Probenarm ausgehobenen Vertiefung und in einzelnen hellen Flecken auf dem Boden. Auf späteren Aufnahmen schrumpften einige dieser Bereiche wieder, nachdem sie der Sonne ausgesetzt worden waren.

Damit konnte erstmals direkt auf der Marsoberfläche verfolgt werden, wie sich während der kalten Jahreszeit ein heller Kondensatbelag bildete und wieder veränderte.

Zur Zusammensetzung dieser Ablagerungen gab es zunächst unterschiedliche Deutungen. Kohlendioxideis, Wassereis oder Mischformen wurden diskutiert. Spätere wissenschaftliche Untersuchungen kamen zu dem Ergebnis, dass am Standort von Viking 2 sowohl Wasser- als auch Kohlendioxidfrost auftreten können. Beobachtungen über ein vollständiges Marsjahr bestätigten jahreszeitliche Kondensationsprozesse an diesem nördlichen Standort.

Damit wurde Viking 2 zu einer frühen Wetterstation auf einer Welt, deren Klima damals noch weitgehend unbekannt war.

Wie kalt war es bei Viking 2?

Utopia Planitia liegt weit genug nördlich, um besonders ausgeprägte jahreszeitliche Temperaturänderungen zu erleben. Während der kalten Jahreszeit registrierten die Instrumente extreme Werte. Bei den Frostbeobachtungen im September 1977 wurden nächtliche Temperaturen von ungefähr 160 Kelvin gemessen. Das entspricht rund minus 113 Grad Celsius.

Selbst während des Tages blieb die Landschaft tiefgefroren. Als eine der bekannten Frostaufnahmen entstand, lag die Temperatur bei etwa 175 Kelvin, also rund minus 98 Grad Celsius.

Solche Messungen machten deutlich, dass der Mars zwar eine Atmosphäre besitzt und Wetter kennt, die Bedingungen jedoch völlig anders sind als auf der Erde. Die dünne Kohlendioxidatmosphäre kann Wärme nur schlecht speichern. Dadurch sinken die Temperaturen besonders nachts stark ab.

Viking 2 beobachtete zudem Wind, Veränderungen des Luftdrucks und Staubereignisse. Zusammen mit den Messungen von Viking 1 entstanden damit die ersten langfristigen Wetterdaten direkt von der Marsoberfläche.

Was lernte Viking 2 über die Jahreszeiten auf dem Mars?

Mars besitzt wie die Erde eine geneigte Rotationsachse. Deshalb gibt es auch dort Jahreszeiten. Weil der Planet für einen Umlauf um die Sonne fast zwei Erdjahre benötigt, dauern diese allerdings wesentlich länger.

Viking 2 konnte solche Veränderungen aus einer festen Position verfolgen. Helligkeit, Frost, Temperatur, Luftdruck und atmosphärischer Staub änderten sich im Laufe der Jahreszeiten. Für die Forschung war dies besonders wertvoll, weil einzelne Momentaufnahmen aus dem Orbit solche Entwicklungen nur begrenzt zeigen konnten.

Die Viking-Mission machte den Mars dadurch erstmals als dynamischen Planeten sichtbar. Seine Oberfläche sah auf vielen Bildern unverändert aus, doch Atmosphäre und Klima waren ständig in Bewegung. Luftdruck schwankte saisonal, weil Kohlendioxid an den Polkappen gefror und später wieder in die Atmosphäre überging. Staubstürme konnten sich über große Regionen ausbreiten und schließlich nahezu den gesamten Planeten erfassen.

Viking 2 beobachtete diesen Wandel nicht während eines kurzen Besuchs, sondern über mehrere Marsjahreszeiten hinweg.

Was untersuchte der Viking-2-Orbiter?

Während der Lander an seinem Standort blieb, setzte der Orbiter die großräumige Erkundung des Planeten fort. Besonders wichtig waren Aufnahmen der nördlichen Regionen und der Polkappe.

Im Herbst 1976 fertigte Viking Orbiter 2 Hunderte hochauflösende Bilder der Nordpolarregion an. Dadurch konnten Struktur und jahreszeitliche Veränderungen des Gebiets wesentlich genauer untersucht werden als zuvor.

Der Orbiter untersuchte außerdem andere Gebiete des Mars und näherte sich im Mai 1977 dem kleinen Marsmond Deimos bis auf rund 28 Kilometer. Gemeinsam lieferten die beiden Viking-Orbiter schließlich Zehntausende Aufnahmen. Rund 97 Prozent der Marsoberfläche konnten mit einer Auflösung von etwa 300 Metern kartiert werden.

Damit entstand eine Grundlage, auf der die Marsforschung noch lange nach dem Ende der Mission aufbauen konnte.

Wie lange arbeitete Viking 2?

Ursprünglich waren die Viking-Missionen für einen Betrieb von etwa 90 Tagen nach der Landung ausgelegt. Viking 2 übertraf diese Planung deutlich.

Bereits im November 1976 erklärte die NASA die Hauptziele beider Viking-Missionen für erreicht und verlängerte das Programm. Der Viking-2-Lander arbeitete schließlich bis April 1980. Seine letzten Daten erreichten die Erde am 11. April. Damit hatte die Station mehr als dreieinhalb Jahre auf der Marsoberfläche gearbeitet.

Der Orbiter beendete seinen Einsatz früher. Nachdem technische Probleme und Lecks aufgetreten waren, wurden seine Aktivitäten im Juli 1978 eingestellt.

Jahrzehnte später erhielt der zurückgelassene Lander einen neuen Namen. 2001 wurde die Viking-2-Station zu Ehren des früheren Viking-Projektwissenschaftlers Gerald Soffen als Gerald A. Soffen Memorial Station bezeichnet. Hochauflösende Aufnahmen des Mars Reconnaissance Orbiter ermöglichten später sogar, den seit 1980 verstummten Lander auf der Oberfläche von Utopia Planitia genau zu identifizieren.

Warum ist Utopia Planitia heute noch interessant?

Die Wahl des Viking-2-Landeplatzes erwies sich langfristig als besonders interessant. Moderne Untersuchungen zeigen, dass in Utopia Planitia große Mengen von Wassereis im Untergrund vorkommen können. Landschaftsformen weisen zudem darauf hin, dass Wasser und Eis die Region über lange Zeiträume geprägt haben.

Auch geologisch ist das Gebiet ungewöhnlich. Utopia Planitia ist eine rund 3.200 Kilometer große Senke, die wahrscheinlich vor mehr als vier Milliarden Jahren durch einen gewaltigen Einschlag entstand. Später wurde das Becken teilweise durch Lava, Sedimente und Ablagerungen aufgefüllt. Einige Strukturen werden heute sogar als mögliche Schlammvulkane untersucht.

Dass ausgerechnet Viking 2 dort landete, verleiht den alten Messungen zusätzlichen Wert. Moderne Erkenntnisse können mit Daten verglichen werden, die bereits Mitte der 1970er-Jahre direkt vor Ort gewonnen wurden.

Viking 2 zeigte einen Mars im Wandel

Viking 2 steht häufig etwas im Schatten von Viking 1. Das ist verständlich, denn Viking 1 war zuerst gelandet und hatte damit Geschichte geschrieben. Wissenschaftlich war die zweite Station jedoch keineswegs nur eine Wiederholung.

Ihr Standort in Utopia Planitia eröffnete einen anderen Blick auf den Mars. Viking 2 beobachtete eine felsreiche Landschaft, verfolgte Wetter und Jahreszeiten und dokumentierte Frost direkt auf der Oberfläche. Die biologischen Experimente bestätigten zugleich, wie rätselhaft die Chemie des Marsbodens war und wie vorsichtig mögliche Hinweise auf Leben interpretiert werden mussten.

Vor allem zeigte die Mission, dass zwei Forschungsstationen auf demselben Planeten unterschiedliche Bedingungen erleben können. Mars war nicht einfach überall dieselbe kalte rote Wüste. Breitengrad, Jahreszeit, Wetter und lokale Geologie spielten eine entscheidende Rolle.

Als Viking 2 im April 1980 verstummte, blieb der Lander in Utopia Planitia zurück. Seine Daten jedoch machten deutlich, dass sich der Mars auch dann verändert, wenn auf den ersten Blick nichts geschieht. Frost kommt und geht, Temperaturen schwanken, Staub bewegt sich durch die Atmosphäre und Jahreszeiten verändern die Bedingungen auf der Oberfläche. Aus einer scheinbar reglosen Landschaft war durch Viking 2 ein Planet mit Klima und Geschichte geworden.

Quellen
▪︎ NASA Science – Viking 2 Mission
▪︎ NASA Science – Viking Project
▪︎ NASA Science – Viking: 50 Years on Mars
▪︎ Jet Propulsion Laboratory – Viking 2 Mission
▪︎ NASA/JPL Photojournal – Frost on Utopia Planitia
▪︎ Harold P. Klein et al., Science – The Viking Biological Investigation: Preliminary Results
▪︎ Gilbert V. Levin et al., Science – Viking Labeled Release Biology Experiment: Interim Results
▪︎ Science – Possible Surface Reactions on Mars: Implications for Viking Biology Experiments
▪︎ Science – One Mars Year: Viking Lander Imaging Observations
▪︎ A. R. Khuller et al., Journal of Geophysical Research: Planets – The Distribution of Frosts on Mars
▪︎ R. E. Arvidson et al., Journal of Geophysical Research: Planets – Aqueous History of Mars as Inferred from Landed Mission Measurements
▪︎ U.S. Geological Survey – Physical Properties of the Surface Materials at the Viking Landing Sites