Quelle: DLR.

DLR, 21. Dezember 2022. Die Marsmission InSight ist Geschichte. Am 20. Dezember 2022 erklärte die NASA die Mission für beendet. Das Missionskontrollzentrum am Jet Propulsion Laboratory der NASA in Südkalifornien hatte zuvor zweimal erfolglos versucht den Lander über Relaissatelliten im Marsorbit zu erreichen. Dies bedeutet mit großer Wahrscheinlichkeit, dass InSights solarbetriebene Batterien nicht mehr genug Strom liefern, ein Zustand, den Ingenieure als „Dead Bus Mode“ bezeichnen. Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) war mit Messinstrumenten und einem Wissenschaftsteam an der Landemission beteiligt. InSight war die erste rein geophysikalische Marsmission. Der letzte Funkkontakt mit der Erde fand am 15. Dezember statt.

InSight nutzt Sonnenenergie zum Aufladen der Batterien, was aktuell aufgrund der verstaubten Solarpaneele nicht mehr ausreichend möglich ist. Falls der Wind die Solarpaneele reinigt und doch nochmals ein ausreichender Ladestand erreicht wird, würde sich InSight wieder hochfahren und zu kommunizieren versuchen. Dann wäre ein weiterer Kontakt möglich und sogar eine Wiederaufnahme des Betriebs. Wegen der zunehmenden Staubablagerung auf den Solarpanelen ist dies aber unwahrscheinlich.

„Es ist immer wieder bedauerlich, wenn eine Planetenmission, auf die man sich mehr als ein Jahrzehnt vorbereitet und dann Jahre lang betrieben hat, schließlich keine Messdaten mehr liefert“, blickt Prof. Dr. Heike Rauer, Direktorin des Berliner DLR-Instituts für Planetenforschung auf InSight zurück. „Auf der anderen Seite überwiegt absolut das Positive: Die wissenschaftlichen Früchte der Vorbereitung und Planung konnten geerntet werden. Wir haben so viel über den inneren Aufbau des Mars gelernt und nutzen dies auch für das Verständnis der anderen erdähnlichen Körper im Sonnensystem. Unsere Planetengeophysiker ziehen letztlich viele wichtige Erkenntnisse aus den Messungen.“

Das Missionsende zeichnete sich im Verlauf der letzten Monate ab und kam nicht überraschend. Mit mehr als vier Jahren übertraf die Missionsdauer die Erwartungen um das Doppelte. InSight (Interior Exploration Using Seismic Investigations, Geodesy and Heat Transport) war seit 1976 die achte Landemission der NASA auf den Mars und die erste, die sich fast ausschließlich geophysikalischen Untersuchungen widmete. Die Solarpanele waren so dimensioniert, dass sie trotz Staubablagerung genug Energie für die ursprünglich geplante Lebensdauer von einem Marsjahr (zwei Erdenjahre) liefern würden. Am Ende reichte es sogar für die Verlängerung der Missionsdauer um ein zweites Marsjahr.

Das meiste, aber nicht alles gelang wie geplant

Im Vordergrund dieser besonderen Mission standen Messungen des Wärmehaushalts und der seismischen Aktivität im Inneren des Planeten, um wichtige Informationen über seinen Aufbau, den Fluss von Wärme von Kern und Mantel an die Oberfläche und davon abgeleitet über die thermische Entwicklung des Planeten zu gewinnen. Hauptinstrumente für diese Messungen waren das vom DLR beigestellte Wärmeflussexperiment HP3 (Heatflow and Physical Properties Package) und das von der französischen Weltraumorganisation CNES entwickelte Seismometer SEIS (Seismic Experiment for Interior Structures). Es ist die NASA-Marsmission mit dem mit Abstand bedeutendsten europäischen Beitrag bislang. NASA -Wissenschaftsdirektor Dr. Thomas Zurbuchen würdigte die Mission als großen Erfolg.

Roboterarm hilft Maulwurf unter die Oberfläche

Zwar lieferte der „Marsmaulwurf“ HP3 des DLR nicht vollständig die erwarteten Messungen (hier im Logbuch des Principal Investigators, Prof. Dr. Tilman Spohn, dem früheren Direktor des DLR-Instituts für Planetenforschung, nachzulesen), weil die Wärmeflusssonde nicht so tief wie erforderlich in den Boden vordringen konnte. Die Wärmeflusssonde HP3 mit dem „Mole“, dem „Marsmaulwurf“, hat das Team mehr als zwei Jahre lang in Atem gehalten. Ursprünglich sollte der Mole in eine Tiefe von fünf Metern vordringen und ein Messkabel mit Temperatursensoren hinter sich herziehen. „Damit hätten wir messen können, wie die Temperatur mit der Tiefe ansteigt. Mit Hilfe der beim Eindringen des Maulwurfs gemessenen Wärmeleitfähigkeit hätten wir direkt den Wärmestrom aus dem Inneren des Mars bestimmen können“, erläutert Prof. Tilman Spohn. „Diese Größe hätte uns geholfen, die Entwicklung des Mars von einem heißen Ursprung zu seinem heutigen, fast kalten Zustand einzuordnen.“

Der Marsmaulwurf, der als selbst hämmernde Sonde für den bekannten lockeren, sandigen Boden anderer Missionen entwickelt wurde, konnte in dem unerwartet harten Boden um InSight herum keinen Halt finden. Das Instrument war schließlich in der Lage, seine 40-Zentimeter-Sonde knapp unter der Oberfläche zu vergraben und dabei immerhin wertvolle Daten über die mechanischen und thermischen Eigenschaften des Marsbodens zu sammeln. „Diese Daten werden sehr hilfreich für die zukünftige Erkundung des Mars durch Menschen oder Roboter sein, die versuchen, im Mars-Untergrund zu graben“, so Prof. Tilman Spohn weiter. Dass der Maulwurf sich schließlich eingraben konnte, ist einer Teamleistung der Ingenieure von JPL und DLR zu verdanken. Sie setzten den Roboterarm des Landers auf kreative Weise ein, um dem Mole zusätzlichen Halt zu geben. Der Arm und seine kleine Schaufel waren in erster Linie dazu gedacht, wissenschaftliche Instrumente auf der Marsoberfläche abzusetzen. Schließlich halfen diese aber sogar dabei, InSights Solarpaneele etwas vom Staub zu befreien, als die Energie abnahm.

Das Seismometer lieferte bahnbrechende Daten

Beim Experiment SEIS indes waren die Aufzeichnungen von sich durch die Marskruste ausbreitenden Bebenwellen von enormem wissenschaftlichem Wert. Es wurden zwischen Anfang 2019 bis Missionsende seismische Wellen von mehr als 1300 „Ereignissen“, also Erschütterungen des Marsbodens, aufgezeichnet. Darunter hauptsächlich von Marsbeben , die sich an unterschiedlichen Orten in der Marskruste bei der Entladung tektonischer Spannungen ereignet haben, aber auch von wenigen Bebenwellen, die durch den Einschlag von Asteroiden ausgelöst wurden: Dabei konnte sogar der Ort der Einschläge rekonstruiert und in mehreren Fällen durch Fotos des Mars Reconnaissance Orbiter bestätigt werden, wobei die beiden größten Krater mehr als 100 Meter Durchmesser hatten.

Vor allem die tektonisch verursachten Marsbeben lieferten wichtige Hinweise zum Aufbau des Roten Planeten . Durch Reflexionen von Wellen an der Grenze zwischen festem Gesteinsmantel und flüssigem Kern konnte die Größe des Marskerns endlich genau bestimmt werden. Sein Durchmesser beträgt zwischen 3600 und 3700 Kilometer, was am oberen Ende des vor der Mission geschätzten Größe liegt. Zum Vergleich: Der Gesamtdurchmesser des Mars beträgt knapp 6800 Kilometer. Durch den Kern hindurch gelaufene seismische Wellen geben Hinweise auf seine innere Struktur und Zusammensetzung. Auch die ergänzenden Hilfsinstrumente an Bord lieferten wichtige Daten, wie beispielsweise das zu HP3 gehörende DLR-Radiometer RAD, das den täglichen Verlauf der Oberflächentemperatur durch Messung der Infrarotabstrahlung aufzeichnete. Damit konnten wichtige Daten zur Charakterisierung der thermischen Eigenschaften des Marsbodens gesammelt werden.

Geduld gefragt: Beben nur im Marssommer

Nach Inbetriebnahme des Seismometers Anfang 2019 wurde zunächst einige Wochen lang kein einziges Marsbeben in den Aufzeichnungen entdeckt – sehr zur Beunruhigung des InSight-Teams. „Wir haben schon Berechnungen drüber angestellt, was es für unsere Theorien bedeuten würde, keine Beben zu registrieren“, erinnert sich Dr. Martin Knapmeyer, Seismologe im DLR-Institut für Planetenforschung und am SEIS-Experiment beteiligt, an eine „gewisse Nervosität“ in den ersten Missionswochen 2019. „Als es dann viel später doch noch losging, wurde klar, dass im lokalen Winter, in dem InSight landete, das Rauschen des Windes alle Signale von Marsbeben überdeckte. Wir konnten dann am DLR obendrein nachweisen, dass die Häufigkeit von Marsbeben im Winter tatsächlich geringer ist als im Sommer.“

Später, an ‚lauen‘ Frühlings- und Sommerabenden in der Landeregion Elysium Planum, herrschte fast Windstille, so dass vorwiegend zwischen Sonnenuntergang und Mitternacht ideale Messbedingungen gegeben waren und letztlich die mehr als 1300 Marsbeben registriert werden konnten. Viele davon fanden in der Region Cerberus Fossae statt, 1500 Kilometer von InSight entfernt. Das entspricht etwa der Entfernung zwischen Köln und dem Ätna auf Sizilien. Im Gebiet von Cerberus Fossae fanden die letzten vulkanischen Aktivitäten vor weniger als 200.000 Jahren statt, und die beobachteten Beben weisen Eigenschaften auf, wie man sie aus vulkanischen Regionen der Erde kennt, beispielsweise auch der Eifel. „Allerdings bedeutet dies nicht, dass hier in nächster Zeit mit einem neuen Vulkanausbruch zu rechnen ist“, ordnet Knapmeyer die Messungen ein.

Endlich Zahlenwerte für die Krustendicke des Mars

Aus der Untersuchung von Variationen im Schwerefeld des Mars, welche die Umlaufbahnen von Orbitern um Winzigkeiten in ihrer Flughöhe verändern, war lange bekannt, dass die Marskruste eine regional unterschiedliche Dicke aufweist. Seit Jahrzehnten wurde angestrebt, mit seismischen Messungen nicht nur die relative, sondern auch die absolute Dicke der Kruste zu messen. Mit InSight ist dies nun gelungen, zunächst nur für den Landeplatz selber. Durch die Registrierung von Oberflächenwellen von einigen der stärkeren Marsbeben wurde es aber auch möglich, die Krustendicke entlang des Weges dieser Wellen zu ermitteln. „Damit können an die ‚Höhenlinien‘ der Krustendicke nun endlich auch Zahlen drangeschrieben werden“, stellt Martin Knapmeyer ein weiteres wichtiges Ergebnis der Mission heraus. Die mittlere Dicke der Kruste liegt zwischen 24 und 72 Kilometern, womit diese etwas dünner ist als frühere, indirektere Untersuchungen ergeben haben.

Vielfältige Missionen am Mars

Aktuell sind auf der Marsoberfläche nun noch drei Missionen aktiv: Die NASA-Rover Curiosity (2012 gelandet) im Krater Gale und der 2021 im Krater Jezero angekommene Marsrover Perseverance, sowie die chinesische Mission Tianwen 1 mit Rover Zurong und Landestation. In der Marsumlaufbahn befinden sich die NASA-Sonde Mars 2001 Odyssey (seit 2001), der Orbiter Mars Express der Europäischen Weltraumorganisation ESA (seit 2003) mit der DLR-Stereokamera HRSC, der NASA-Mars-Reconnaissance-Orbiter (seit 2006), der NASA-Atmosphärenorbiter MAVEN (seit 2014), der ExoMars Trace Gas Orbiter der ESA (seit 2016) und der Orbiter der chinesischen Tianwen-1-Mission (seit 2021) sowie der Orbiter Al-Amal der Vereinigten Arabischen Emirate (seit 2021).

Über die Marsmission InSight

Die Mission InSight wurde vom Jet Propulsion Laboratory (JPL) in Pasadena, Kalifornien, im Auftrag des Wissenschaftsdirektorats der NASA durchgeführt. InSight ist eine Mission des NASA-Discovery-Programms. Die Raumfahrtagentur im DLR hat mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie einen Beitrag des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung zum französischen Hauptinstrument SEIS (Seismic Experiment for Interior Structure) gefördert. Forschende des DLR sind an der Auswertung der SEIS-Daten beteiligt. Insbesondere hat das DLR das Experiment HP³ (Heat Flow and Physical Properties Package) mit dem „Marsmaulwurf“ beigesteuert, dessen Kommandierung durch das Nutzerzentrum für Weltraumexperimente (MUSC) in Köln erfolgte.

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• InSight auf Atlas V 401

Der Beitrag InSight: Missionsende nach über vier Jahren auf dem Mars<br>Ende einer wissenschaftlichen Erfolgsgeschichte erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: DLR.

Zwei Jahre lang hat der Mars-Maulwurf versucht, sich tiefer in den Boden einzugraben. Jetzt ist seine Reise zu Ende. Wissenschaftler und Ingenieure am Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) und am Jet Propulsion Laboratory (JPL) haben bis zuletzt daran gearbeitet, den „Mole“ (Maulwurf) zum Graben in die Zieltiefe von fünf Metern zu bringen. Der Maulwurf vom DLR, der an Bord der NASA-Landesonde InSight zum Mars geflogen ist, sollte unterhalb der Mars-Oberfläche Temperatur und Wärmefluss messen. Das InSight-Team am JPL der NASA in Pasadena (Kalifornien, USA) hat in den vergangenen Monaten den Maulwurf mit dem robotischen Arm der InSight-Sonde noch unter die Oberfläche bekommen und seitliche Hohlräume mit Marsboden verfüllt. Durch die zusätzliche seitliche Reibung sollte der Maulwurf weiter vordringen können. Nach sorgfältiger Vorbereitung brachten leider auch 500 Hammerschläge am vergangenen Samstag, 9. Januar, keinen erkennbaren Fortschritt.

Der Maulwurf ist Teil des Experiments HP3 (Heat Flow and Physical Properties Package). Eigentlich ist er eine 40 Zentimeter lange Rammsonde – also eine Art selbstschlagender Nagel – mit einem Durchmesser von 2,7 Zentimetern. Er zieht ein Flachbandkabel mit Temperatursensoren hinter sich her. Diese Sensoren sollten die aus dem Planeteninneren zur Oberfläche strömende Wärme messen. Dazu hätte sich der Maulwurf mindestens drei Meter tief eingraben müssen. Vor fast zwei Jahren, am 28. Februar 2019, wurde der Maulwurf in seinem auf den Marsboden abgesetzten Gehäuse zum ersten Mal aktiviert und begann, sich in den Untergrund zu hämmern.

Fast zwei Jahre alle Möglichkeiten durchgespielt
„Wir haben alles gegeben, was möglich war. Aber der Mars und unser tapferer Maulwurf passten einfach nicht zusammen“, sagt Tilman Spohn vom DLR-Institut für Planetenforschung. Er ist wissenschaftlicher Leiter des HP3 Experiments, das vom DLR gemeinsam mit Partnern entwickelt wurde, und heute Geschäftsführender Direktor des International Space Science Institute in Bern (Schweiz). „Erfreulicherweise haben wir viele Erfahrungen gesammelt, die zukünftigen Mars-Missionen helfen können, unter die Oberfläche zu gelangen“, erklärt Tilman Spohn. Das Interesse an der Erforschung des Mars-Untergrunds ist weiterhin hoch. Die Oberfläche des Planeten ist durch schädliche Anteile der Sonnenstrahlung, die von der dünnen Marsatmosphäre kaum herausgefiltert werden, für potentielle Lebensformen eher unwirtlich. Forscher vermuten aber, dass im Untergrund mikrobielles Leben möglich sein könnte – falls es Leben überhaupt jemals auf dem Mars gab oder es sogar noch heute existiert.

Um herauszufinden, wie der Roboterarm der InSight-Sonde dem Maulwurf beim Graben helfen kann, hat das JPL zahlreiche Versuche in seinem „Indoor Mars Yard“ in Kalifornien gemacht. JPL führt die InSight-Mission im Auftrag der NASA durch. Die Techniker ermittelten zum Beispiel, wie die Schaufel am Roboterarm Druck auf und neben den Maulwurf ausüben kann. „Der Maulwurf wurde basierend auf den Bodenanalysen von NASA-Rovern wie Spirit und Opportunity entwickelt“, sagt JPL-Wissenschaftler Troy Hudson. „Aber nach der Landung stellten wir fest, dass der Boden in diesem Gebiet völlig anders ist als alles, was wir bisher gesehen haben.“ Auch im DLR-Testlabor in Bremen wurde nach Ursachen für das Stocken des Maulwurfs geforscht.

Teile des Experiments messen weiter
„Nach vielen Jahren der Planung, Entwicklung und Konstruktion unseres Wärmefluss-Experiments sind wir natürlich traurig, dass nicht alle Komponenten des HP3-Experiments so funktionieren, wie wir uns das vorgestellt haben“, erklärt Prof. Heike Rauer, Direktorin des DLR-Instituts für Planetenforschung in Berlin-Adlershof. „Immerhin wird uns HP3 noch Temperaturmessungen der obersten Schicht des Marsbodens liefern. Das ist zwar nicht das, was wir erhofft hatten, wird uns aber dennoch helfen, neue Erkenntnisse über den Mars zu gewinnen. Dieser Planet ist und bleibt ein schwierig zu erforschender Nachbar. Wir werden weiter versuchen, dem Mars seine Geheimnisse zu entlocken, um herauszufinden, ob es wirklich dort einmal Leben gab. Die nächsten Experimente sind schon in der Entwicklung.“

HP3 ist eines von mehreren wissenschaftlichen Experimenten an Bord der InSight-Mission, die kürzlich um zwei Jahre bis Dezember 2022 verlängert wurde. Das französische Seismometer SEIS zeichnet weiterhin Marsbeben und lokale, durch atmosphärische Phänomene verursachte Erschütterungen auf. Ein Funkwellen-Experiment sammelt Daten zur Lage und Orientierung der Mars-Drehachse. Es soll Erkenntnisse darüber liefern, ob der Kern des Planeten flüssig oder fest ist. Die Wetter-Sensoren stellen detaillierte meteorologische Daten zur Verfügung. Auch HP3 wird weiter mit einem Teilexperiment arbeiten.

Die Erkundung des Mars-Inneren: Weitere Informationen zur Mission InSight und zu HP3 finden Sie auf der DLR-Sonderseite zur Mission mit ausführlichen Hintergrundartikeln sowie über den Hashtag #MarsMaulwurf auf dem DLR-Twitterkanal. Prof. Tilman Spohn berichtet außerdem in Blogposts über die Aktivitäten des Mars-Maulwurfs.

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• InSight auf Atlas V 401

Der Beitrag DLR: Mars-Maulwurf ist am Ende seiner Reise erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: DLR.

Der Mars ist ein seismisch aktiver Planet. Er bebt mehrmals täglich: zwar nicht besonders stark, aber doch deutlich messbar. Dies ist eines von vielen Ergebnissen der Auswertung von Messdaten der NASA-Landesonde InSight, die seit 2019 als geophysikalisches Observatorium auf der Marsoberfläche steht. In einer Serie von sechs Fachaufsätzen in den Fachmagazinen Nature Geoscience und Nature Communications, zu denen auch acht Wissenschaftler vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) zahlreiche Beiträge geleistet haben, werden das Wetter und die atmosphärische Dynamik an der Landestelle, ihre geologische Umgebung, die Struktur der Marskruste so wie die Beschaffenheit und Eigenschaften der planetaren Oberfläche beschrieben.

Mit dem Seismometer SEIS (Seismic Experiment for Interior Structure), einem Experiment in der Verantwortung der französischen Weltraumagentur CNES, konnten von Februar bis September 2019 insgesamt 174 seismische Ereignisse aufgezeichnet werden. 20 dieser Marsbeben hatten eine Magnitude von 3 bis 4. Beben dieser Stärke entsprechen schwachen Beben, wie sie auf der Erde immer wieder inmitten von Kontinentalplatten auftreten, in Deutschland beispielsweise am Südrand der Schwäbischen Alb. Obwohl nur eine einzige Messstation zur Verfügung steht, konnte mit Hilfe von Modellen zur Wellenausbreitung im Marsboden der wahrscheinliche Herd zweier dieser Beben ermittelt werden: Er liegt in der Region Cerberus Fossae, einem jungen vulkanischen Gebiet etwa 1700 Kilometer östlich vom Landeplatz.

„Wegen der höheren Schwerkraft konnte SEIS auf der Erde nur eingeschränkt getestet werden. Wir sind alle begeistert davon, wie empfindlich es tatsächlich ist“, freut sich Dr. Martin Knapmeyer vom DLR-Institut für Planetenforschung, der an der Auswertung der Daten von SEIS beteiligt ist. „Wir sehen auf dem Mars bisher eine seismische Aktivität, die deutlich stärker ist als die des Mondes. Das hatten wir auch so erwartet. Wie viel stärker sie tatsächlich ist und ob es auch stärkere Marsbeben als solche der Magnitude 4 gibt, wird sich im weiteren Verlauf der Mission noch herausstellen“, so die Einschätzung des DLR-Geophysikers. Aber schon heute können wichtige neue Aussagen zum inneren Aufbau das Planeten getroffen werden: „Ähnlich wie auf dem Mond scheint die Kruste bis in eine Tiefe von einigen Kilometern stark zerrüttet zu sein – dennoch ähneln die seismischen Signale mehr denen, die wir auf der Erde registrieren als denen, die wir vom Mond kennen. Vieles muss also noch verstanden werden. So können wir bei einigen Marsbeben nicht erklären, wodurch sie entstehen. Da betreten wir wissenschaftliches Neuland.“

Die Mission wird noch mindestens das ganze Jahr 2020 fortgeführt und liefert kontinuierlich weitere Daten. „Bisher haben wir noch keine Meteoriteneinschläge registriert. Allerdings war im Voraus klar, dass wir während der Missionsdauer nur mit einzelnen Einschlägen rechnen können.“

InSight misst den „Puls“ des Roten Planeten

Es ist das erste Mal, dass ein Experiment zur Erfassung von Marsbeben auf unserem Nachbarplaneten solche Daten in größerem Umfang und über einen längeren Zeitraum liefert. Nach dem Mond ist der Mars erst der zweite Himmelskörper neben der Erde, auf dem natürliche Beben registriert wurden. Zwar wurde auch auf den ersten Sonden auf dem Mars, den Landeplätzen der legendären Sonden Viking 1 und 2, die im Juli 1976 gelandet waren, Instrumente für seismische Messungen eingesetzt. Diese befanden sich allerdings nicht direkt auf der Marsoberfläche, sondern auf der Landeplattform und lieferten nur „verrauschte“ Ergebnisse, die wegen störender Begleitsignale vor allem durch Wind nicht besonders aussagekräftig waren. Nach ihrem Start am 5. Mai 2018 landete InSight am 26. November desselben Jahres in der Ebene Elysium Planum, viereinhalb Grad nördlich des Äquators und 2.613 Meter unterhalb des Referenzniveaus auf dem Mars.

„Homestead Hollow“,– so taufte das InSight-Team die Landestelle, wobei homestead im Englischen eine Heimstätte (jetzt für InSight) bezeichnet und „hollow“ die geologische Bezeichnung für alte, von Sand und Staub gefüllte, flache und stark erodierte Krater ist. Homestead Hollow hat einen Durchmesser von 25 Metern. Die weitere Umgebung von InSight ist geologisch nicht besonders aufregend, aber genau das war eines der wichtigsten Kriterien bei der Auswahl der Landestelle: flach, eben, so wenig Felsen und Steine wie möglich. Die ganze Region besteht aus erstarrten Lavaströmen, die vor zweieinhalb Milliarden Jahren erstarrt sind und in der Folgezeit durch Meteoriteneinschläge und Verwitterung zu sogenanntem „Regolith“ zerkleinert wurde. Vermutlich gibt es bis in mindestens drei Meter Tiefe keine größeren Felsbrocken.

Magnetfeld überrascht

InSight, eine Mission der Discovery-Klasse der NASA, ist das erste rein geophysikalische Observatorium auf einem anderen Himmelskörper im Sonnensystem. Hauptziel ist die Untersuchung von Aufbau und Struktur des Mars, seiner thermischen Entwicklung und seinem jetzigen inneren Zustand und der aktuellen seismischen Aktivität. Kräfte und Energien im Inneren eines planetaren Körpers „steuern“ gewissermaßen über Jahrmilliarden die geologischen Prozesse, deren Ergebnisse an der Oberfläche sichtbar sind, beispielsweise Vulkanismus und tektonische Brüche in der starren Kruste. Mit SEIS und der vom DLR beigestellten Geothermiesonde HP³ (Heat Flow and Physical Properties Package) sowie einem ganzen Paket von unterstützenden Instrumenten (APSS – die Auxiliary Payload Sensor Suite, bestehend aus Barometer, Windmessgerät, Magnetometer, zwei Kameras, dem HP³-Radiometer sowie RISE, dem Rotation and Interior Structure Experiment) nimmt InSight gewissermaßen den „Puls“ des Roten Planeten, misst Ungleichmäßigkeiten in seiner täglichen Rotation und zeichnet atmosphärische Parameter sowie das Wetter, an der Landestelle auf.

Ein überraschendes Ergebnis war beispielsweise die Beobachtung, dass lokal ein Magnetfeld gemessen wurde, das zehnmal stärker ist, als es durch Beobachtungen aus dem Marsorbit vorhergesagt wurde. Dieses Magnetfeld wird durch magnetisierte Minerale im Gestein erzeugt. Die Magnetisierung stammt letztlich von einem planetenweiten Magnetfeld aus der Frühgeschichte des Mars.

Der „bewegte“ Tag eines Seismometers auf dem Mars

Noch vor dem Jahreswechsel 2018/2019 wurde das SEIS-Experiment auf der Marsoberfläche abgesetzt und nahm, geschützt vor Wind und Wetter durch seine charakteristische über das Instrument gestülpte Kuppel (genannt „Käseglocke“) sowie perfekt horizontal ausgerichtet durch ein am Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung in Göttingen entwickeltes Nivellierungssystem, im Februar 2019 den Routine-Messbetrieb auf. Das Experiment ist so empfindlich, dass nahezu jedwede kleine Veränderung an der Landestelle als Signal aufgezeichnet wird: Bewegungen des Roboterarms, Windböen, durch die Temperaturunterschiede hervorgerufener thermaler „Stress“ im Lander, oder natürlich auch die Erschütterungen des hämmernden Marsmaulwurfs direkt nebenan. SEIS kann Erschütterungen wahrnehmen, die den Marsboden vor Ort um weniger als die Größe eines Wasserstoffatoms auslenken. Aus diesem Grund wurden der tägliche Wetterverlauf, insbesondere die Aktivität des Windes und die extremen Schwankungen der Temperaturen im Tag- und Nacht-Rhythmus sowie die Erschütterungen durch den Hammer-Mechanismus des DLR-Experiments HP³ analysiert.

„Wir haben es an der Landestelle mit viel größeren Temperaturunterschieden als auf der Erde zu tun“, erklärt Dr. Nils Müller vom DLR-Institut für Planetenforschung, der die Wärmestrahlung vom Boden mit Hilfe des HP³-Radiometerexperiments analysiert hat. „Mittags erwärmt hier, nahe dem Marsäquator, die hochstehende Sonne den feinen Sand an der Oberfläche auf Temperaturen die an den meisten Tagen über dem Gefrierpunkt liegen, während die dünne Luft 10 bis 20 Grad Celsius kälter bleibt. Nachts sinken die Temperaturen aber dann bis auf minus 90 Grad Celsius und tiefer“. Tagsüber entwickelt sich infolge der Temperaturzunahme immer ein ganz charakteristisches Wettermuster mit auffrischenden und nachmittags wieder nachlassenden Winden.

Sogar die Spuren kleiner Windhosen haben die Wissenschaftler am Boden identifiziert, nachdem ihr Verlauf vom NASA-Orbiter MAVEN aus der Umlaufbahn aufgezeichnet wurde. Diese Windhosen können sogar den Marsboden ein wenig anheben, was vom Seismometer registriert wird. Das erlaubt Rückschlüsse auf Materialeigenschaften im unmittelbaren Untergrund. Nachts beruhigt sich das Wetter merklich, so dass das beste Zeitfenster für die Registrierung entfernter Marsbeben in der ersten Nachthälfte liegt, weil praktisch kein atmosphärisches Rauschen das Experiment beeinträchtigt.

HP³ liefert Ergebnisse und der Marsmaulwurf bekommt Hilfe von oben

In die bisherige wissenschaftliche Bestandsaufnahme fließen auch Messungen und Beobachtungen des DLR-Experiments HP³ ein, wie beispielsweise die Radiometerdaten und die vom bisherigen Experimentverlauf abgeleiteten Bodeneigenschaften, wobei das Hämmern des Marsmaulwurfs unter anderem als seismische Quelle zur Analyse der oberen Bodenschicht diente. Allerdings war es bisher nicht möglich, mit der selbsthämmernden Thermalsonde tiefer als 38 Zentimeter in den dortigen Marsboden mit seinen auch für den Mars ungewöhnlichen Eigenschaften einzudringen.

Im Herbst 2019 schien das Experiment auf einem guten Weg zu sein: Dem Marsmaulwurf konnte durch die Greifarm-Schaufel ein seitlicher Halt gegeben werden, was die für das Vordringen notwendige Reibung bereitstellte. „Nachdem der Maulwurf fast vollständig im Marsboden war, kam er wieder ein Stück aus dem Boden heraus. Mittlerweile ist er mit wiederholtem seitlichen Druck des Greifarms wieder ein Stück tiefer in den Boden vorgedrungen mit einer zuletzt erneuten leichteren Rückwärtsbewegung“, erklärt der wissenschaftliche Leiter des HP³-Experiments Prof. Tilman Spohn vom DLR-Institut für Planetenforschung den bisherigen Verlauf. „Nun wollen wir in den kommenden Wochen durch Druck des Greifarms von oben effektiver helfen.“ Wissenschaftler des DLR und zahlreiche Techniker und Ingenieure am Jet Propulsion Laboratory (JPL) arbeiten seit Monaten akribisch mit dem Maulwurf auf dem Mars sowie mit Simulationen, Modellen und Tests auf der Erde an einer Lösung. Im Blog erklärt Prof. Tilman Spohn die aktuelle Situation und die Möglichkeiten mit dem Marsmaulwurf doch noch tiefer in den Boden vorzudringen.

Das HP³-Instrument auf der NASA-Mission InSight Die Mission InSight wird vom Jet Propulsion Laboratory (JPL) in Pasadena, Kalifornien, im Auftrag des Wissenschaftsdirektorats der NASA durchgeführt. InSight ist eine Mission des NASA-Discovery-Programms. Das DLR steuert zur Mission das Experiment HP³ (Heat Flow and Physical Properties Package) bei. Die wissenschaftliche Leitung liegt beim DLR-Institut für Planetenforschung, welches das Experiment federführend in Zusammenarbeit mit den DLR-Instituten für Raumfahrtsysteme, Optische Sensorsysteme, Raumflugbetrieb und Astronautentraining, Faserverbundleichtbau und Adaptronik, Systemdynamik und Regelungstechnik sowie Robotik und Mechatronik entwickelt und realisiert hat. Daneben sind beteiligte industrielle Partner: Astronika und CBK Space Research Centre, Magson und Sonaca, das Institut für Photonische Technologie (IPHT) sowie die Astro- und Feinwerktechnik Adlershof GmbH. Wissenschaftliche Partner sind das ÖAW Institut für Weltraumforschung und die Universität Kaiserslautern.

Der Betrieb von HP³ erfolgt durch das Nutzerzentrum für Weltraumexperimente (MUSC) des DLR in Köln. Darüber hinaus hat das DLR Raumfahrtmanagement mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie einen Beitrag des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung zum französischen Hauptinstrument SEIS (Seismic Experiment for Interior Structure) gefördert. Ausführliche Informationen zur Mission InSight und zum Experiment HP³ finden Sie auf der DLR-Sonderseite zur Mission mit ausführlichen Hintergrundartikeln sowie in der Animation und der Broschüre zur Mission und über den Hashtag #MarsMaulwurf auf dem DLR-Twitterkanal.

Der leitende Wissenschaftler des HP³-Experiments Prof. Tilman Spohn berichtet im Blog über die Aktivitäten des Marsmaulwurfs: https://www.dlr.de/blogs/alle-blogs/das-logbuch-zu-insight.aspx

Die Publikationen: – Banerdt, Smrekar et al. (2020) Initial results from the InSight mission on Mars, Nature Geoscience, in press, DOI : 10.1038/s41561-020-0544-y – Lognonné et al. (2020) Constraints on the shallow elastic and anelastic structure of Mars from InSight seismic data, Nature Geoscience, in press, DOI : 10.1038/s41561-020-0536-y – Giardini et al. (2020) The seismicity of Mars, Nature Geoscience, in press, DOI : 10.1038/s41561-020-0539-8 – Banfield, Spiga et al.(2020) The atmosphere of Mars as observed by InSight, Nature Geoscience, in press, DOI : 10.1038/s41561-020-0534-0 – Johnson et al. (2020) Crustal and time-varying magnetic fields at the InSight landing site on Mars, Nature Geoscience, in press, DOI : 10.1038/s41561-020-0537-x – Golombek et al.(2020) Geology of the InSight Landing Site on Mars, Nature Communications, in press, DOI : 10.1038/s41467-020-14679-1

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• InSight auf Atlas V 401

Der Beitrag InSight: Mars bebt wie Schwäbische Alb erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Autor: Thomas Geuking, Quelle: NASA.

InSight (Interior Exploration using Seismic Investigations, Geodesy and Heat Transport) wurde im Rahmen des Discovery-Programms der NASA von der Vandenberg Air Force Base in Kalifornien am 5. Mai 2018 gestartet und landete nach einer fast siebenmonatigen und rund 458 Millionen Kilometer langen Reise von der Erde erfolgreich auf dem Roten Planeten.

Ziel der zweijährigen Mission (entspricht einem Marsjahr) ist die Erkundung des Marsinneren unter anderem mit einem Seismometer und einer Wärmeflusssonde um zu erfahren, wie sich alle Himmelskörper mit felsigen Oberflächen, einschließlich Erde und Mond, gebildet haben. Kurz nach dem Aufsetzen sendete der Lander bereits sein erstes Foto von der Oberfläche. Der Lander ist ein baugleicher Zwilling der Sonde Phönix, die am 25. Mai 2008 nahe der nördlichen Polarregion des Mars landete.

Diese Landung war wieder eine äußerst kompliziertes Manöver, bei der der Lander mit einer Geschwindigkeit von 19.800 Kilometern pro Stunde in die Marsatmosphäre eintrat und nach nur sechseinhalb Minuten bereits auf dem Mars aufsetzte. Dies ist die achte erfolgreiche Landung eines Raumfahrzeugs auf dem Mars für die NASA. Eigentlich sollte diese Mission schon 2016 starten, was sich durch ein undichtes Instrument verzögerte.

Das HP3 dringt schrittweise in den Marsboden ein und misst die Wärmeleitfähigkeit des umgebenden Materials womit auf die physikalischen Eigenschaften des umliegenden Marsbodens Rückschlüsse gezogen werden sollen. Das Instrument ist auf die Verdrängung von Sand ausgelegt, träfe es beim Vortrieb auf einen Stein wäre Schluss. Mit an Bord ist ein Seismometer, das Seismic Experiment for Interior Structure (SEIS) es soll genaue Messungen der seismischen Aktivitäten des Mars durchführen, um die Struktur und den Aufbau des Mars besser zu verstehen.

Ein zweites wichtiges Instrument wurde vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Berlin-Adlershof entwickelt. Dabei soll, wenn alles klappt, ein bis zu 5 Meter tiefes Loch in den Mars gebohrt werden. Der offizielle Name des Instrumentes lautet Heat-Flow-and-Physical-Properties-Package-Instrument (HP3).

Raumfahrer Net wird weiter über diese Mission berichten.

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• InSight auf Atlas V 401

Der Beitrag NASA InSight erfolgreich gelandet erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Ralph-Mirko Richter. Quelle: JPL, EPSC 2013.

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.

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.

„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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• InSight
• Mars Reconnaissance Orbiter (MRO)
• Planet Mars

EPSC 2013:

• Enviromental noise contributors on the InSight seismometers (engl.)

Der Beitrag Marsmission InSight: Landezone eingegrenzt erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Ralph-Mirko Richter. Quelle: DLR, JPL. Vertont von Peter Rittinger.

Im Rahmen ihres Discovery-Programmes absolviert die US-amerikanische Weltraumbehörde NASA in regelmäßigen Abständen kleinere und relativ kostengünstige Raummissionen mit einem Budget von bis zu etwa 500 Millionen US-Dollar, mit denen in erster Linie Fragestellungen in Rahmen der Erkundung unseres Sonnensystems beantwortet werden sollen. Hierbei stehen bei jeder Mission ganz spezielle wissenschaftliche Fragestellungen im Vordergrund. Einige der bisherigen 11 Discovery-Missionen waren die Marsmission Pathfinder, der Merkurorbiter Messenger und das Weltraumteleskop Kepler, welches sich seit dem Jahr 2009 unter anderem auf der Suche nach extrasolaren Planeten befindet.

Nach der Auswertung von 28 seit dem Juni 2010 eingereichten Vorschlägen für eine 12. Discovery-Mission befanden sich seit dem Mai 2011 noch drei Missionen in der näheren Auswahl. Neben einem Lander für den Saturnmond Titan und einer Kometenmission handelte es sich dabei um die Marsmission InSight, welche von der NASA bis zum Februar 2012 noch unter dem Namen GEophysical Monitoring Station (kurz „GEMS„) geführt wurde (Raumfahrer.net berichtete).

In der Nacht zum Dienstag gab die NASA im Rahmen einer Pressekonferenz bekannt, dass sich die Mission InSight gegen ihre Mitbewerber durchsetzen konnte. InSight steht als Abkürzung für „Interior Exploration using Seismic Investigations, Geodesy and Heat Transport“ und ist 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 NASA-Institute. Die Mission wird von Dr. Bruce Banerdt vom JPL, einem der renommiertesten US-amerikanischen Marsforscher, geleitet. 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 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 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 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.

„Die Erforschung des Mars hat für die NASA auch weiterhin höchste Priorität und unsere Entscheidung für die InSight-Mission stellt sicher, dass diese Untersuchungen auch weiterhin voranschreiten. Hierdurch wird die Grundlage für eine zukünftige bemannte Mission zum Mars gelegt“, so der Kommentar des NASA-Administrators Charles Bolden zu dieser Auswahl. „Die erfolgreiche Landung von Curiosity hat in der Öffentlichkeit für ein neu erwachtes Interesse an der Erforschung unseres Sonnensystems gesorgt und die heutige Ankündigung verdeutlicht, dass auch in Zukunft weitere faszinierende Marsmissionen folgen werden.“

„Mit der Auswahl der Mission InSight zeigt die NASA, wie wichtig ihr die Erforschung unseres Nachbarplaneten ist. Ich freue mich sehr, dass das DLR mit einem eigenen Experiment auf der Landesonde dazu beitragen kann, die Geheimnisse des Roten Planeten weiter zu erforschen“, so Prof. Dr. Johann-Dietrich Wörner, der Vorstandsvorsitzende des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR).

Bei diesem DLR-Experiment handelt es sich um das „Heat Flow and Physical Properties Package“ oder kurz „HP3“. Hierbei handelt es sich um einen mit verschiedenen Messinstrumenten ausgerüsteten elektromechanischen Schlagmechanismus, welcher vollautomatisch bis zu fünf Meter tief in den Marsboden vordringen soll. Dieser Mechanismus wurde am DLR-Institut für Raumfahrtsysteme in Bremen entwickelt und soll der Öffentlichkeit während der vom 11. bis 16. September 2012 in Berlin stattfindenden Internationalen Luft- und Raumfahrtausstellung präsentiert werden.

Mit seinen Sensoren wird HP3 den Wärmefluss, die elektrische Leitfähigkeit, die Temperaturverteilung, die physikalischen Eigenschaften und den Wassergehalt in diesem Bereich des Untergrundes bestimmen. Aus den so zu gewinnenden Daten erhoffen sich die an der Mission beteiligten Wissenschaftler neue Erkenntnisse über die thermische Entwicklung des gesamten Planeten, denn aus der Vermessung des Wärmeflusses direkt unter der Oberfläche lässt sich auch auf die gegenwärtig stattfindende thermale Aktivität im Marskern schließen. Diese Aktivität liefert wiederum Hinweise über die fortwährend erfolgende Abkühlung des Kerns und dessen Zusammensetzung. Außerdem soll HP3 die geologische Schichtung in den ersten fünf Metern unter der Marsoberfläche – speziell hinsichtlich der Existenz von Eisvorkommen – durch die Vermessung der thermo-mechanischen Eigenschaften des Bodens ermitteln.

Die Sensoren von HP3 wurden am DLR-Instituts für Planetenforschung in Berlin-Adlershof in Zusammenarbeit mit dem Institut für Weltraumforschung der Österreichischen Akademie der Wissenschaften in Graz entwickelt. „Bisher fand die Erforschung des Mars nur durch Beobachtungen aus der Umlaufbahn und direkt auf der Oberfläche statt“, so Professor Tilman Spohn, der wissenschaftliche Leiter des HP3 und Direktor des DLR-Instituts für Planetenforschung. „Die Untersuchung des Inneren des Planeten steht hingegen erst am Anfang. HP3 wird sehr wichtige Impulse für die Marsforschung liefern können.“

Bereits seit geraumer Zeit beschäftigen sich Planetenforscher mit der Frage, warum sich der Mars im Laufe der Jahrmilliarden so anders als unser Heimatplanet entwickelt hat. Warum, so zum Beispiel eine der Fragen, verfügt der Mars über keine Plattentektonik mit der damit verbundenen Kontinentalverschiebung? Dieser global ablaufende Prozess ist fundamental für den Kohlenstoffkreislauf auf der Erde und könnte letztendlich den entscheidenden Unterschied dafür ausmachen, weshalb auf der Erde die Voraussetzungen für die Entstehung und Weiterentwicklung von Leben so viel günstiger sind als auf dem Mars.

Neben den Sensoren des HP3 kommen noch zwei weitere Instrumente zum Einsatz. Ein unter der Leitung des französischen Institut de Physique du Globe de Paris (IPGP) entwickeltes Seismometer soll dem Nachweis von „Marsbeben“ dienen und die bei einem Beben auftretenden seismischen Wellen registrieren. Einen deutschsprachigen Audio-Beitrag von unserem Redakteur Karl Urban zu diesem Seismometer und dessen Bedeutung wurde am 18. Juli 2012 bei DLF/dradio.de veröffentlicht.

(Link zum Beitrag gelöscht, nicht mehr gültig)

Bei dem dritten Experiment handelt es sich um das „Rotation and Interior Structure Experiment“ (kurz „RISE“), welches der Erforschung des Planetenaufbaus und der inneren Struktur des Mars dienen wird. Hierzu soll das X-Band-Kommunikationssystem von InSight genutzt werden, um eine durch gravitative Einflüsse verursachte Dopplerverschiebung in den von dem Lander ausgestrahlten Radiosignalen zu ermitteln. Durch eine äußerst präzise Messung der Doppler-Signatur der von dem Lander ausgestrahlten Funksignale lassen sich minimalste Veränderungen in der Achsenausrichtung des Planeten registrieren. Diese Veränderungen ermöglichen den Wissenschaftlern wiederum Rückschlüsse über die innere Struktur des Planetenmantels und des Kerns sowie über die dortigen Masseverteilungen. Für die Entwicklung des RISE-Experiments ist die US-amerikanische Firma Lockheed Martin zuständig.

Des weiteren werden zwei Kameras zum Einsatz kommen, welche die Aktionen der Instrumente auf der Marsoberfläche fotografisch dokumentieren. Eine etwas ausführlichere Beschreibung der einzelnen Instrumente und der Missionsziele finden Sie in diesem Artikel auf der Portalseite von Raumfahrer.net.

Raumcon-Forum:

• InSight
• Welche Planeten-Mission als nächstes?
• Planet Mars

EPSC-DPS Joint Meeting 2011:

• GEMS (GEophysical Monitoring Station) (engl.)
• The GEMS (GEophysical Monitoring Station) SEISmometer (engl.)
• Soil Preparation for the HP3 Test beds (engl.)
• Geodesy on GEMS (GEophysical Monitoring Station) (engl.)
• Measuring Heat Flow on Mars: The Heat Flow and Physical Properties Package (engl.)

Der Beitrag Discovery-Programm: InSight fliegt 2016 zum Mars erschien zuerst auf Raumfahrer.net.