Im Jahr 2016 wird die NASA mit der Raumsonde InSight eine weitere Marsmission starten, welche sich diesmal allerdings auf die Untersuchung des inneren Aufbaus unseres äußeren Nachbarplaneten konzentrieren wird. Kürzlich wurde bekannt gegeben, dass InSight im Bereich des Elysium Planitia knapp nördlich des Marsäquators landen soll.
Ein Beitrag von Ralph-Mirko Richter. Quelle: JPL, EPSC 2013.
(Bild: NASA, JPL-Caltech)
Am 20. August 2012 gab die US-amerikanische Weltraumbehörde NASA bekannt, dass im Jahr 2016 eine weitere Mission zu unserem äußerem Nachbarplaneten starten soll. InSight – so der Name der Mission – steht als Abkürzung für „Interior Exploration using Seismic Investigations, Geodesy and Heat Transport„. Es handelt sich hierbei um ein Gemeinschaftsprojekt des Jet Propulsion Laboratory (JPL) der NASA, von Lockheed Martin Space Systems, der französischen Weltraumagentur CNES, des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) und verschiedener weiterer Institute.
Geleitet wird die Mission von Dr. Bruce Banerdt vom JPL – einem der renommiertesten US-amerikanischen Marsforscher. Das Design von InSight beruht auf dem Aufbau der Marslander-Mission Phoenix, welche im Jahr 2008 über einen Zeitraum von fünf Monaten auf unserem Nachbarplaneten aktiv war. Im Gegensatz dazu soll InSight allerdings über einen Zeitraum von 24 Monaten, dies entspricht in etwa einem kompletten Marsjahr, Daten sammeln. Der Marslander soll im Frühjahr 2016 zu unserem Nachbarplaneten aufbrechen und nach seiner Landung im September 2016 den inneren Aufbau des Mars untersuchen.
Das Ziel der Mission
Das wissenschaftliche Ziel der InSight-Mission besteht darin, zum ersten Mal überhaupt durch direkte Messungen einen Einblick in das Innere des Planeten Mars zu gewinnen. Der Mars dient hierbei allerdings lediglich als ein Vertreter der Klasse der terrestrischen Planeten. Durch das Studium der Struktur und der Zusammensetzung des Marsinneren erhoffen sich die Planetenforscher fundamentale Erkenntnisse über die Prozesse, welche bei der Entstehung und Entwicklung eines erdähnlichen Planeten ablaufen.
(Bild: NASA, JPL-Caltech, University of Arizona)
Die Auswahl der Landezone
Einer der vielen komplizierten Aspekte, welche bei der Planung einer Mission auf einem fremden Planeten berücksichtigt werden müssen, besteht in der Auswahl eines geeigneten Landeplatzes.
„Die Ziele der Mission stehen nicht mit einem speziellen Ort auf dem Mars in Zusammenhang, da wir den Planeten als Ganzes untersuchen wollen – bis hinunter zu seinem Kern“, so Dr. Bruce Banerdt. „Die Sicherheit der Mission und ihr fortlaufender Betrieb haben daher bei der Auswahl der Landestelle höchste Priorität.“
Da der Lander InSight ausschließlich mit Solarenergie betrieben werden wird, muss sich dessen Landeplatz in der Äquatorregion des Mars befinden. Nur hier besteht die Möglichkeit, dass die Solarpaneele des Landers auch während der Wintermonate auf dem Mars und dem damit verbundenen niedrigen Sonnenstand über dem Horizont genügend Energie generieren können, um den fortlaufenden Betrieb der wissenschaftlichen Instrumente und der an Bord befindlichen Hardware zu gewährleisten.
Des weiteren muss die auszuwählende Landezone auf einer Fläche von mehreren Dutzend Quadratkilometern über ein sehr ebenes Terrain verfügen, auf dem sich außerdem nur eine begrenzte Anzahl von größeren Steinen befinden darf. Um eine erfolgreiche Landung zu ermöglichen muss sich das ausgewählte Gelände zudem mindestens 2.500 Meter unterhalb des durchschnittlichen Höhenniveaus der Marsoberfläche befinden. Nur so kann gewährleistet werden, dass der Lander bei seinem Abstieg durch die Marsatmosphäre ausreichend abgebremst wird.
Die hier angesprochenen Bedingungen finden sich prinzipiell lediglich in drei Bereichen auf dem Mars: In der Tiefebene Elysium Planitia, im südlichen Bereich des etwa 1.200 Kilometer durchmessenden Einschlagbecken Isidis Planitia und in Inneren des Valles Marineris, welches sich über eine Länge von fast 4.000 Kilometern parallel zum Marsäquator erstreckt.
Noch vier mögliche Landeplätze
Am 4. September 2013 hat die NASA offiziell bekannt gegeben, dass jetzt aus den zuvor in Betracht gezogenen 22 potentiellen Landeplätzen vier Landestellen ausgewählt wurden, welche in den kommenden Monaten eingehender auf ihre Eignung hin überprüft werden sollen. Alle vier Landestellen befinden sich im Bereich der Region Elysium Planitia – einer ausgedehnten Ebene im nördlichen Tiefland des Mars – und dort unmittelbar nördlich des Marsäquators. Jede der vier potentiellen Landestellen umfasst einen ellipsenförmigen Bereich, welcher in Ost-West-Richtung über eine Ausdehnung von 130 Kilometern und in Nord-Süd-Richtung über eine Ausdehnung von 27 Kilometern verfügt. Wenn man das Zentrum dieser Ellipse als vorgesehenen Landeplatz festlegt, so besteht nach den Berechnungen der Ingenieure eine Wahrscheinlichkeit von 99 Prozent, dass InSight dann auch wirklich innerhalb dieser Ellipse aufsetzt.
(Bild: NASA, JPL-Caltech)
„Wir haben die vier Stellen ausgesucht, die uns am sichersten erscheinen“, so der Planetologe Matt Golombek vom JPL, der das für die Auswahl des endgültigen Landeplatzes von InSight verantwortliche Team leitet. „Alle Plätze weisen ein meist sehr ebenes Gelände mit nur wenigen Felsen und kaum Gefälle auf.“
In den anderen zuvor in Betracht gezogenen Bereichen, das zeigen Aufnahmen der HiRISE-Kamera des Marsorbiters Mars Reconnaissance Orbiter (MRO), befinden sich dagegen zu viele größere Felsen, die ein erfolgreiches Aufsetzen des Marslanders auf der Oberfläche verhindern könnten. Außerdem herrschen hier in den verschiedenen Schichten der Marsatmosphäre oftmals zu starke Seitenwinde, welche das Landemanöver von InSight behindern könnten. Im schlimmsten Fall könnte der Lander seine vorgesehene Landeellipse verfehlen. Das Valles Marineris schied zudem deshalb aus, weil sich hier keine ausreichend große Fläche befindet, die über den benötigten ebenen Untergrund verfügt.
Weitere Analysen
In den nächsten Monaten sollen die jetzt noch verbliebenen vier Kandidaten mit den Kamerasystemen des MRO noch eingehender untersucht werden. Das Ziel der an der InSight-Mission beteiligten Wissenschaftler und Ingenieure besteht dabei darin, noch mehr Details über den Untergrund in Erfahrung zu bringen. Nach der Landung soll ein mit verschiedenen Messinstrumenten ausgerüsteten elektromechanischen „Maulwurf“ zum Einsatz kommen, welcher vollautomatisch bis zu fünf Meter tief in den Marsboden vordringen soll. Mit seinen Sensoren soll das als „Heat Flow and Physical Properties Package“ oder kurz „HP3“ bezeichnete Instrument den Wärmefluss, die elektrische Leitfähigkeit, die Temperaturverteilung, die physikalischen Eigenschaften und den Wassergehalt Marsboden bestimmen (Raumfahrer.net berichtete ausführlich über die verschiedenen Instrumente des Marslanders).
Für ein möglichst tiefes Eindringen in den Marsuntergrund ist es jedoch wichtig, dass sich im Bereich der Landestelle möglichst nicht bereits wenige Zentimeter unter der aus einer Schicht aus Staub, Sand und Lockergestein bestehenden Oberfläche eine Schicht aus kompakten Felsgestein befindet. Ausführliche Tests haben gezeigt, dass der Hammermechanismus des HP3 lockeren Untergrund durchdringen kann. Unter der Oberfläche gelegene größeren Gesteinsbrocken oder massiver Fels würde den Einsatz des HP3 jedoch zumindestens beeinträchtigen.
„Für die Auswahl einer geeigneten Landestelle müssen wir diesmal auch unter die Oberfläche blicken“, so Matt Golombek. Zwecks dessen analysieren die beteiligten Wissenschaftler derzeit diverse Aufnahmen der in Frage kommenden Landeplätze, wobei sie ein besonderes Augenmerk auf dort befindliche Impaktkrater und das bei den zugrunde liegenden Asteroideneinschlägen freigelegte Material werfen. Durch eine Untersuchung der freigelegten Bereiche und des Auswurfmaterials lassen sich Rückschlüsse über die geologische Zusammensetzung der obersten Meter der Marsoberfläche tätigen.
Weitere Arbeiten
Aber auch die an den einzelnen Instrumenten beteiligten Wissenschaftler sind derzeit nicht untätig. Ein Team um Naomi Murdoch vom Institut Supèrieur de l’Aeronautique et de l’Espace in Frankreich hat jetzt eine Studie vorgestellt, welche sich speziell mit den Messungen des Seismometers auseinandersetzt. Dabei wird auf verschiedene umweltbedingte Störeinflüsse wie sich verändernder Atmosphärendruck oder abweichende Umgebungstemperaturen, thermoelastische Störungen oder Winde und deren Auswirkungen auf die Messungen des Seismometers eingegangen. Zugleich schildert Naomi Murdoch, welche Schutzmaßnahmen gegen diese Einflüsse getroffen wurden und inwieweit eventuell fehlerhafte Ergebnisse durch entsprechende Computerprogramme korrigiert werden können.
Diese hier lediglich kurz vorgestellte Studie wurde am heutigen Tag auf dem European Planetary Science Congress 2013, einer gegenwärtig in London stattfindenden Fachtagung der Planetenforscher, präsentiert.
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