Quelle: GFZ.

13. April 2022 – Auch vor der Küste der Antarktis gibt es Vulkane. Am Tiefseevulkan Orca, der seit langem inaktiv ist, wurde 2020 eine Folge von mehr als 85.000 Erdbeben registriert, ein Schwarmbeben, das bis dahin für diese Region nicht beobachtete Ausmaße erreichte. Dass solche Ereignisse auch in derart abgelegenen und daher schlecht instrumentierten Gebieten sehr detailliert untersucht und beschrieben werden können, zeigt nun die Studie eines internationalen Teams, die in der Fachzeitschrift „Communications Earth and Environment“ veröffentlicht wurde. Unter Leitung von Simone Cesca vom Deutschen GeoForschungsZentrum Potsdam (GFZ) waren Forschende aus Deutschland, Italien, Polen und den Vereinigten Staaten beteiligt. Mit der kombinierten Anwendung von seismologischen, geodätischen und Fernerkundungs-Techniken konnten sie ermitteln, wie der schnelle Transfer von Magma vom Erdmantel nahe der Krusten-Mantel-Grenze bis fast zur Oberfläche zu dem Schwarmbeben führte.

Der Orca-Vulkan zwischen Südamerikas Spitze und der Antarktis
Schwarmbeben treten hauptsächlich in vulkanisch aktiven Regionen auf. Als Ursache wird daher die Bewegung von Fluiden in der Erdkruste vermutet. Der Orca-Seamount ist ein großer submariner Schildvulkan mit einer Höhe von etwa 900 Metern über dem Meeresboden und einem Basisdurchmesser von rund 11 Kilometern. Er liegt in der Bransfield-Straße, einem Meereskanal zwischen der Antarktischen Halbinsel und den Süd-Shetland-Inseln, südwestlich der Südspitze von Argentinien.

„In der Vergangenheit war die Seismizität in dieser Region mäßig. Im August 2020 begann dort allerdings ein intensiver seismischer Schwarm mit mehr als 85.000 Erdbeben innerhalb eines halben Jahres. Er stellt die größte seismische Unruhe dar, die dort jemals aufgezeichnet wurde“, berichtet Simone Cesca, Wissenschaftler in der Sektion 2.1 Erdbeben- und Vulkanphysik des GFZ und Leiter der jetzt veröffentlichten Studie. Gleichzeitig mit dem Schwarm wurde auf dem benachbarten King George Island eine seitliche Bodenverschiebung von mehr als zehn Zentimetern und einer geringen Hebung von etwa einem Zentimeter aufgezeichnet.

Cesca hat diese Ereignisse mit Kolleg*innen vom National Institute of Oceanography and Applied Geophysics – OGS und der Universität Bologna (Italien), der Polnischen Akademie der Wissenschaften, der Leibniz-Universität Hannover, des Deutschen Luft- und Raumfahrtzentrums (DLR) und der Universität Potsdam untersucht. Dabei standen sie vor der Herausforderung, dass es in der abgelegenen Gegend nur wenige konventionelle seismologische Instrumente gibt, nämlich nur zwei seismische Stationen und zwei GNSS-Stationen (Bodenstationen des Globalen Navigations-Satelliten-Systems, die Bodenverschiebungen messen). Um die Chronologie und Entwicklung der Unruhen zu rekonstruieren und ihre Ursache zu ermitteln, hat das Team daher zusätzlich Daten von entfernteren seismischen Stationen und Daten von InSAR-Satelliten, die mittels Radarinterferometrie Bodenverschiebungen messen, ausgewertet. Ein wichtiger Schritt war dabei die Modellierung der Ereignisse mit einer Reihe geophysikalischer Methoden, um die Daten richtig zu interpretieren.

Die Rekonstruktion der seismischen Ereignisse
Die Forschenden haben den Beginn der Unruhen auf den 10. August 2020 zurückdatiert und den ursprünglichen globalen seismischen Katalog, der nur 128 Erdbeben enthielt, auf mehr als 85.000 Ereignisse erweitert. Der Schwarm erreichte seinen Höhepunkt mit zwei großen Erdbeben am 2. Oktober (Mw 5,9) und am 6. November (Mw 6,0) 2020, bevor er abflaute. Bis Februar 2021 war die seismische Aktivität deutlich zurückgegangen.

Als Hauptursache für das Scharmbeben identifizieren die Forschenden eine Magma-Intrusion, die Ausbreitung eines größeren Magma-Volumens. Denn seismische Prozesse allein können die beobachtete starke Oberflächendeformation auf King George Island nicht erklären. Die Magma-Intrusion wird unabhängig von geodätischen Daten bestätigt.

Die Seismizität wanderte von ihrem Ursprungsort zunächst nach oben und dann seitlich: Tiefere, gebündelte Erdbeben werden als Reaktion auf die vertikale Ausbreitung von Magma aus einem Reservoir im oberen Erdmantel oder an der Grenze zwischen Kruste und Erdmantel interpretiert. Flachere sogenannte Krustenbeben breiteten sich von Nordost nach Südwest aus. Sie wurden durch den sich seitlich ausbreitenden Magmadamm ausgelöst, der eine Länge von etwa 20 km erreicht.

Die Seismizität nahm Mitte November, nach rund drei Monaten anhaltender Aktivität, abrupt ab. Das fällt mit dem Auftreten des größten Erdbebens der Serie mit einer Magnitude von Mw 6,0 zusammen. Das Ende des Schwarms lässt sich durch den Druckverlust im Magmastollen erklären, der mit dem Abrutschen einer großen Verwerfung einhergeht. Das könnte den Zeitpunkt eines Ausbruchs am Meeresboden markieren, der aber bislang nicht durch andere Messungen bestätigt werden konnte.

Die Forschenden schließen durch Modellierung von GNSS- und InSAR-Daten, dass das Volumen der Magma-Intrusion von Bransfield eine Größenordnung von 0,26-0,56 Kubikkilometer aufweist. Das macht diese Episode auch zur größten magmatischen Unruhe, die jemals in der Antarktis geophysikalisch überwacht wurde.

Résumé
Simone Cesca resümiert: „Unsere Studie stellt die erfolgreiche Untersuchung einer seismo-vulkanischen Unruhe an einem abgelegenen Ort der Erde dar, bei der uns die kombinierte Anwendung von Seismologie, Geodäsie und Fernerkundungstechniken ein Verständnis von Erdbebenprozessen und Magmatransport in schlecht instrumentierten Gebieten ermöglicht hat. Dies ist einer der wenigen Fälle, in denen wir mit geophysikalischen Mitteln ein Eindringen von Magma aus dem oberen Mantel oder der Krusten-Mantel-Grenze in die flache Kruste beobachten können – einen schnellen, nur wenige Tage dauernden Magmatransfer vom Mantel bis fast zur Oberfläche.“

Originalpublikation:
Cesca, S., Sugan, M., Rudzinski, Ł., Vajedian, S., Niemz, P., Plank, S., Petersen, G., Deng, Z., Rivalta, E., Vuan, A., Plasencia Linares, M. P., Heimann, S., and Dahm, T., 2022. Massive earthquake swarm driven by magmatic intrusion at the Bransfield Strait, Antarctica, Communications Earth & Environment, doi: 10.1038/s43247-022-00418-5
https://www.nature.com/articles/s43247-022-00418-5

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• Planet Erde

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Quelle: Universität zu Köln.

23. November 2021 – Seismische Daten aus Elysium Planitia, der zweitgrößten Vulkanregion des Mars, zeigen unter der Oberfläche eine dünne Sedimentschicht zwischen zwei erkalteten Lavaflüssen. Die Ergebnisse stammen aus Forschungen im Rahmen der NASA-Mission InSight (Interior Exploration using Seismic Investigations, Geodesy and Heat Transport), an der neben der Universität zu Köln weitere internationale Partner beteiligt sind. Die Studie ‘The shallow structure of Mars at the InSight landing site from inversion of ambient vibrations’ ist in der Fachzeitschrift Nature Communications erschienen.

Der Geophysiker und Erstautor der Studie Dr. Cédric Schmelzbach von der ETH Zürich analysierte mit einem internationalen Team anhand seismischer Daten die geologische Zusammensetzung der Elysium Planitia. Die Forscher*innen, zu denen auch die Erdbebenspezialistin Dr. Brigitte Knapmeyer-Endrun und der Doktorand Sebastian Carrasco (MSc) von der Erdbebenstation Bensberg der Universität zu Köln gehören, untersuchten den Untergrund bis in etwa 200 Meter Tiefe. Direkt unter der Oberfläche entdeckten sie eine etwa drei Meter dicke Regolithschicht aus überwiegend sandigem Material über einer 15 Meter dicken Schicht aus grobblockigem Auswurfmaterial – Gesteinsbrocken, die nach einem Meteoriteneinschlag herausgeschleudert wurden und auf die Oberfläche zurückfielen.

Unter diesen Oberflächenschichten identifizierten sie eine etwa 150 Meter dicke Schicht Basaltgestein aus abgekühlten Lavaflüssen. Das entsprach den Erwartungen der Wissenschaftler*innen über die Oberflächenstruktur. Zwischen den Lavaflüssen fand sich jedoch eine zusätzliche, 30 bis 40 Meter dicke Schicht mit niedriger seismischer Geschwindigkeit, was auf lockerere Sedimente im Vergleich zu den massiven Basaltschichten hindeutet.

Zur Datierung der flacheren Lavaströme verwendeten die Autor*innen Kraterzählungen aus vorhandener Forschungsliteratur: die Einschlagsrate von Meteoriten ermöglicht es, Gesteine zu datieren. Oberflächen mit vielen Einschlagskratern sind demnach älter als solche mit wenigen. Krater mit größerem Durchmesser reichen zudem bis in die unteren Schichten hinein und ermöglichen somit die Datierung des tiefer liegenden Gesteins, während die kleineren Krater die Datierung der oberen Gesteinsschicht ermöglichen.

Die Forscher*innen fanden heraus, dass die oberen Lavaströme etwa 1,7 Milliarden Jahre alt sind und während der Amazonischen Periode entstanden – einem vor circa 3 Milliarden Jahren einsetzenden geologischen Zeitalter des Mars, in dem wenige Meteoriten und Asteroiden einschlugen und kalte, extrem trockene Bedingungen vorherrschten. Im Gegensatz dazu bildete sich die tiefere Basaltschicht unter den Sedimenten viel früher, vor etwa 3,6 Milliarden Jahren während der Hesperianischen Periode, die durch weit verbreitete vulkanische Aktivität gekennzeichnet war.

Die Autor*innen nehmen an, dass die Zwischenschicht mit niedrigen vulkanischen Geschwindigkeiten aus Sedimentablagerungen besteht, die zwischen den Hesperianschen und den Amazonischen Basalten oder innerhalb der Amazonischen Basalte liegen. Diese Ergebnisse bieten zum ersten Mal die Möglichkeit, vor Ort durchgeführte Messungen mit Vorhersagen zu vergleichen, die auf geologischen Kartierungen aus der Planetenumlaufbahn beruhen. Vor der Landung der InSight Landeeinheit auf dem Mars hatte Dr. Knapmeyer-Endrun, basierend auf Daten von der Erde, Modelle zur seismischen Geschwindigkeitsstruktur in den oberen Gesteinsschichten der Landestelle erstellt. Die Messungen auf dem Mars zeigen nun eine zusätzliche Schichtung sowie insgesamt porösere Gesteine.

„Die Ergebnisse tragen nicht nur zu einem besseren Verständnis der geologischen Prozesse in Elysium Planitia bei. Der Vergleich mit Modellen von vor der Landung ist auch für künftige Marsmissionen wertvoll, da er dazu beitragen kann, die Vorhersagen zu verfeinern“, sagt Knapmeyer-Endrun. Ein besseres Verständnis der Eigenschaften des Untergrunds könne zudem dazu beitragen, beispielsweise seine Tragfähigkeit und Befahrbarkeit für Raumfahrzeuge zu beurteilen. Außerdem helfen Details über die Schichtung im flachen Untergrund zu verstehen, wo noch Grundwasser oder Eis vorkommen könnten. Sebastian Carrasco wird im Rahmen seiner Doktorarbeit den Einfluss des flachen Untergrundes in Elysium Planitia auf die seismischen Aufzeichnungen noch genauer untersuchen.

Der Mars-Lander InSight hat am 26. November 2018 in der Region Elysium Planitia die Marsoberfläche erreicht. Der Mars war schon in der Vergangenheit Ziel zahlreicher Forschungsmissionen, aber die InSight-Mission ist die erste, die den Untergrund mit seismischen Methoden vermisst.

Das Jet Propulsion Laboratory (JPL) leitet InSight für das Science Mission Directorate der NASA. InSight ist Teil des Discovery-Programms der NASA, das vom Marshall Space Flight Center der Behörde in Huntsville, Alabama, verwaltet wird. Lockheed Martin Space in Denver hat das InSight-Raumfahrzeug einschließlich der Landestufe gebaut und unterstützt den Betrieb des Raumfahrzeugs im Rahmen der Mission. Eine Reihe von europäischen Partnern, darunter das französische Centre National d‘Études Spatiales (CNES) und das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR), unterstützen die InSight-Mission. Das CNES hat der NASA das Instrument SEIS (Seismic Experiment for Interior Structure) zur Verfügung gestellt, wobei die meisten Forscher*innen in diesem Bereich am IPGP (Institut de Physique du Globe de Paris) angesiedelt ist. Wichtige Beiträge für SEIS kamen vom IPGP, dem Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung (MPS), der ETH Zürich, dem Imperial College London und der Oxford University sowie dem JPL.

Publikation
https://www.nature.com/articles/s41467-021-26957-7
pdf: https://www.nature.com/articles/s41467-021-26957-7.pdf
DOI: 10.1038/s41467-021-26957-7

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• InSight auf Atlas V 401

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Quelle. DLR.

22. Juli 2021 – Die Oberfläche unseres Nachbarplaneten Mars ist durch die Erkundung mit Raumsonden in der Umlaufbahn in fast allen Details bekannt. Wie der Planet jedoch in seinem Inneren aufgebaut ist, konnte bisher nur indirekt abgeleitet oder durch Rechenmodelle simuliert werden. Von der NASA-Mission InSight aufgezeichnete und unter Beteiligung des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) ausgewertete Bebenwellen liefern nun neue Erkenntnisse: Der Kern des Roten Planeten ist größer als bisher angenommen, und der darüberliegende Mantel hat eine Struktur, die dem oberen Mantel der Erde ähnelt. Schließlich ist die Kruste, die äußerste Gesteinsschicht des Planeten, weniger dick als bislang vermutet.

Das unter französischer Leitung entwickelte Mars-Seismometer SEIS sammelte in mehr als zwei Jahren die Daten dieses geologischen Puzzlespiels. Die Ergebnisse sind heute im Fachmagazin Science erschienen.

Dr. Martin Knapmeyer, der als Geophysiker am DLR-Institut für Planetenforschung in Berlin an der Auswertung beteiligt war, freut sich über den Durchbruch: „Modelle für den Aufbau des Mars gibt es seit bald hundert Jahren, aber hinsichtlich der Abmessungen von Kruste und Kern hat es seit Jahrzehnten kaum Fortschritte gegeben. Nur die Seismologie kann diese Größen direkt messen. Vorher mussten sie aus anderen Beobachtungen geschätzt werden.“

„Der Kern des Mars hat nach unseren Messungen einen Durchmesser von fast 3.700 Kilometern“, erläutert Dr. Ana-Catalina Plesa, ebenfalls vom DLR-Institut für Planetenforschung. „Das ist etwa die Hälfte des Kern-Durchmessers der Erde und liegt eher am oberen Ende des Größenbereichs, den alle vorherigen Abschätzungen ergeben hatten“, erklärt die Wissenschaftlerin, die an zwei der drei Studien mitgearbeitet hat. Der Durchmesser des Mars beträgt mit 6.770 km etwa die Hälfte des Durchmessers der Erde.

„Ein größerer Kern bedeutet auch, dass seine Dichte geringer sein muss, als wir angenommen hatten“, erläutert Plesa weiter. „Die geringere Dichte zeigt, dass der Eisen-Nickel-Schmelze ein größerer Anteil von leichteren Elementen wie Schwefel, Kohlenstoff, Sauerstoff oder vielleicht sogar Wasserstoff beigemengt ist.“ Die neu bestimmte Dichte des Kerns geben die Forschenden mit etwa sechs Gramm pro Kubikzentimeter an. Die Dichte des Erdkerns ist mit 9 bis 13 Gramm pro Kubikzentimeter deutlich höher. Außerdem zeigt die Analyse der Seismogramme, dass der Marskern zumindest in seiner äußeren Zone geschmolzen sein muss. Die von Dr. Simon Stähler von der ETH Zürich geleitete Untersuchung des Kerns bestätigt damit frühere Messungen aus der Satellitengeodäsie, die aber die Kerngröße nicht genau bestimmen konnten.

Der Mars ist wie die Erde ein Planet mit Schalenaufbau

Von der Erde weiß man, dass sie aus Schalen aufgebaut ist: Auf eine dünne Kruste aus leichtem, spröden Gestein folgen der dicke Erdmantel aus schwerem, plastisch verformbaren Gestein, dessen Umwälzbewegungen die Kontinentalplatten über die Erdkugel bewegen. Darunter befindet sich der Erdkern, der größtenteils aus Eisen und Nickel besteht. Für die anderen erdähnlichen Körper des inneren Sonnensystems wie Mond, Merkur, Venus und eben auch den Mars wird ein ähnlicher Aufbau angenommen.

Eines der wissenschaftlichen Hauptziele der NASA-Mission InSight ist es, den Schalenaufbau des Planeten zu untersuchen. InSight ist eine geophysikalische Station, die seit November 2018 in der Region Elysium Planitia nahe dem Marsäquator steht. Durch die seismischen Daten von InSight können nun die absoluten Dicken der einzelnen Schichten quantifiziert und die möglichen chemischen Zusammensetzungen eingeschränkt werden.

Krustendicke geringer als angenommen

„Auch für die Kruste des Mars und den Mantel darunter zwischen Kruste und Kern gibt es interessante neue Erkenntnisse“, betont Dr. Brigitte Knapmeyer-Endrun von der Erdbebenstation Bensberg der Universität Köln, Erstautorin der Science-Studie zur Krustendicke des Mars, an der auch Plesa und Knapmeyer beteiligt sind. Noch 2018 war für den Landeplatz der InSight-Mission eine Krustendicke irgendwo zwischen 19 und 90 Kilometer vorhergesagt worden. Knapmeyer-Endrun kann dies nun einschränken: „Die Daten lassen nur noch zwei Möglichkeiten zu: Entweder beträgt die Krustendicke am Landeplatz von InSight rund 20 Kilometer, oder aber sie liegt bei knapp 40 Kilometer, wofür ein zusätzliches schwaches Signal spricht.“

Globale Karten des Schwerefeldes und der Topographie des Mars erlauben eine Extrapolation dieser Punktmessung an der InSight-Landestelle auf den gesamten Planeten. Dies zeigt, dass die durchschnittliche Dicke der Marskruste zwischen 24 und 72 Kilometer liegt.

„Die Marsforschung wartet seit Jahrzehnten auf einen ‚Ankerpunkt‘ zur Kalibration der globalen Karten“, ordnet Martin Knapmeyer die Bedeutung des Ergebnisses ein. Die große Spannweite zwischen minimalem und maximalem Wert für die Krustendicke hängt mit der Verteilung von radioaktiven Elementen im Innern des Planeten zusammen, welche durch ihren Zerfall Wärme erzeugen und damit letztlich die geologischen Prozesse antreiben. Eine dickere Kruste stimmt besser mit der Häufigkeit von radioaktiven Elementen überein, die an der Oberfläche beobachtet wurden, während bei einer dünneren Kruste eine größere Konzentration solcher Elemente in der Tiefe vorliegen muss. „Die Bestimmung der Krustendicke basierend auf den InSight-Daten hilft uns nicht nur zu verstehen, wie der Mars heute aussieht, sondern liefert uns wichtige Informationen über seine thermische Entwicklung“, sagt Ana-Catalina Plesa.

Mantel des Mars ’simplere Version des Erdmantels‘

Im Mantel der Erde herrscht ab etwa 700 Kilometer Tiefe der für die Bildung des Minerals Bridgmanit notwendige Druck. Bridgmanit ist ein silikatisches Magnesiumoxyd (MgSiO₃) aus der Mineralfamilie der Perowskite. Solche Perowskite machen vier Fünftel des Erdmantels aus und entstehen nur unter extrem hohem Druck. Die neuen Messungen zeigen nun, dass dieser Druck erst im Eisenkern des Mars erreicht wird, und damit der gesamte Mantel des Mars von dem Mineral Olivin ((Mg,Fe)₂SiO₄) dominiert sein dürfte, ähnlich dem oberen Erdmantel.

Marsbeben-Wellen zeigen Schichtgrenzen

Die neuen Resultate erzielten die InSight-Wissenschaftlerinnen und -Wissenschaftler durch die Analysen verschiedener seismischen Wellen, die bei Beben entstehen. Bei Marsbeben wird, wie bei Erdbeben, Energie in Form von Wellen freigesetzt, die aus historischen Gründen „P-“ und „S-„Wellen genannt werden. Die P-Wellen sind Druckwellen, so wie Schallwellen in der Luft. Bei S-Wellen erfolgt die Schwingung dagegen senkrecht zur Ausbreitungsrichtung, wie bei einer Gitarrensaite. Da sich P-Wellen mit größerer Geschwindigkeit ausbreiten, kann man aus dem Zeitabstand zwischen der Ankunft der beiden die Entfernung des Bebenherds berechnen. Seismische Wellen durchqueren den Planeten und werden an verschiedenen Schichtgrenzen im Inneren reflektiert und gebeugt.

Das Seismometer der InSight-Mission hat seit Anfang 2019 mehr als 700 Marsbeben identifizieren können. Die direkt vom Herd zur Station laufenden P- und S-Wellen sind dabei augenfällig. Um die innere Struktur zu untersuchen, benötigen die Forschenden allerdings noch andere Signale: Da ein flüssiger Kern für S-Wellen undurchlässig ist, gibt es von der Grenze zum Kern besonders stark reflektierte Echos. Die Dicke der Kruste kann anhand eines Effektes ermittelt werden, der nur in festen Körpern auftritt: An der Grenze zwischen zwei Gesteinsarten, wie der zwischen Kruste und Mantel, kommt es zu einer teilweisen Umwandlung von P- in S-Wellen, so dass am Seismometer zwei Signale ankommen, die umso weiter auseinander liegen, je dicker die Kruste ist.

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• InSight auf Atlas V 401

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Quelle: Universität Hamburg.

Die Möglichkeiten neuer Sensortechnik werden im Rahmen des Projekts an neun europäischen Forschungseinrichtungen theoretisch und praktisch analysiert. Zusammen mit Behörden und Herstellern entwerfen und testen Forscherinnen und Forscher in den kommenden vier Jahren neue Anwendungen. Gleichzeitig bilden sie 15 junge Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler in den neuen seismischen Methoden aus.

„Um die neue Detailgenauigkeit auszunutzen, die uns die Technik bietet, müssen wir nicht nur unser physikalisches Verständnis anpassen“, sagt Céline Hadziioannou, Geophysikerin am Centrum für Erdsystemforschung und Nachhaltigkeit (CEN) und Koordinatorin des Projektes. „Unsere Forschung und Ausbildung wird die Methodik grundlegend verändern, wie wir in Zukunft die Erdkruste überwachen und potenzielle Naturgefahren vorhersagen.“

Die Erdkruste ist auch ohne Beben oder Vulkanausbruch zu jeder Zeit in Bewegung. Nachweisen lässt sich das als sogenanntes seismisches Rauschen. Diese permanenten Hintergrundsignale entstehen zum Beispiel durch Ozeanwellen oder Flüsse, die gegen den Untergrund und die Ufer drücken, ebenso wie durch Laster, die über eine Landstraße donnern. Die Seismologie kann dieses Rauschen auffangen und analysieren und so einen Blick ins Erdinnere und auf seine Beschaffenheit werfen.

Eine neue Generation von Messgeräten eröffnet der Geophysik jetzt durch eine beispiellos hohe Auflösung Zugang zu weiteren Daten. So können zum Beispiel ohnehin vorhandene Glasfaserkabel genutzt werden, um seismische Wellen aufzufangen. Alle größeren Städte sind damit verkabelt, Tausende von Kilometern liegen aber auch auf dem Meeresboden, wo bisher überhaupt keine Sensoren die Bewegungen erfassten. „Mit nur einem Sensor an jedem Ende des Glasfaserkabels können wir etwa alle zehn Meter ein Signal empfangen. In diesen Daten sind Unmengen von spannenden Informationen verborgen“, so Hadziioannou. An Land werden sogenannte Rotationssensoren und dichtere Netzwerke von Messstationen die räumliche Auflösung der Daten zusätzlich verbessern. „Wir werden ein viel präziseres Bild bekommen, wie sich die Materialien der Erde über die Zeit verändern. Die Technik ist einsatzbereit. Jetzt werden wir Konzepte entwickeln, um sie bestmöglich anzuwenden.“

Dies kann einerseits zur Früherkennung von großen Ereignissen wie Erdrutschen oder Vulkanausbrüchen beitragen. Gleichzeitig wird jedoch auch durch jedes Ereignis das Material der Erdkruste verändert, und zwar überall dort, wo seismische Wellen es durchdrungen haben. Das ist weiträumig der Fall, nicht nur im engen Umkreis einer Erschütterung. Das Gestein im Erduntergrund bekommt zum Beispiel mikroskopische Risse, es wird poröser. In Zukunft können solche Veränderungen besser aufgespürt und überwacht werden.

Weitere Informationen
Das Projekt „SPIN – Seismological Parameters & Instrumentation“ ist ein „In­no­va­ti­ve Trai­ning Net­work“ (ITN) und Teil des Marie-Skłodow­s­ka-Cu­rie-​Pro­gramms der Eu­ro­päi­schen Kom­mis­si­on, die im Rah­men des Pro­gramms „Ho­ri­zon 2020″ in­no­va­ti­ve wis­sen­schaft­li­che Pro­jek­te un­ter­stützt. Die internationalen Netz­wer­ke dienen der Nach­wuchs­för­de­rung und sol­len die For­schungs­kom­pe­ten­zen jun­ger Ta­len­te för­dern sowie deren Kar­rie­re­aus­sich­ten ver­bes­sern. Zudem bie­ten sie die Mög­lich­keit, stra­te­gisch wich­ti­ge Part­ner­schaf­ten zwi­schen For­schungs­ein­rich­tun­gen zu knüp­fen. Mehr Informationen zum Projekt SPIN, das im März 2021 startet, gibt es unter https://spin-itn.eu und https://cordis.europa.eu/project/id/955515.

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• Planet Erde

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Quelle: Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung.

24. April 2019 – Das Seismometer SEIS an Bord der NASA-Landeeinheit InSight hat möglicherweise das erste Marsbeben aufgezeichnet. Zu der Erschütterung kam es vor etwa zweieinhalb Wochen am 6. April; sie war deutlich schwächer als typische Beben auf der Erde. Insight war am 26. November vergangenen Jahres auf unserem Nachbarplaneten gelandet. Das Hauptziel des SEIS-Teams, zu dem auch Forscher des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung in Göttingen zählen, besteht darin, aus der Art und Weise, wie sich seismische Wellen auf dem Mars ausbreiten, auf seinen inneren Aufbau zu schließen. Keiner Marsmission zuvor ist es gelungen, aussagekräftige seismische Daten zu sammeln.

Die seismische Aktivität des Mars ist verglichen mit der unseres Heimatplaneten minimal. Auf der Erde haben die meisten Beben ihren Ursprung in der Erdkruste: Tektonische Platten verschieben sich gegeneinander und bauen so Spannung auf, die sich in Beben entladen. Der Mars hingegen besteht aus einer einzelnen tektonischen Platte. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler vermuten, dass das Abkühlen des Planeten die wenigen schwachen Marsbeben auslöst. Die Anforderungen an die Empfindlichkeit des Seismometers SEIS sind deshalb enorm: Das Instrument ist in der Lage, Erschütterungen aufzuzeichnen, welche die Marsoberfläche lediglich um die Dicke eines Wasserstoffatoms auslenken.

Insgesamt vier Erschütterungen hat SEIS seit seiner Inbetriebnahme im Februar dieses Jahres aufgezeichnet: am 14. März (am 105. Tag der Mission, auch genannt Sol 105), am 6. April (Sol 128), am 10. April (Sol 132) und am 11. April (Sol 133). Während die Ursache des ersten Signals und der letzten beiden noch unklar ist, spricht viel dafür, dass das Ereignis vom 6. April seinen Ursprung im Innern des Planeten hat. „Das Marsbeben war dennoch so schwach, dass man es auf der Erde nicht bemerkt hätte“, erklärt Ulrich Christensen, Direktor am Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung und Mitglied des SEIS-Teams. Auf der Erde sorgen die Meeresbrandung, menschliche Aktivitäten und das Wetter für ein ständiges seismisches Hintergrundrauschen. Dieses hätte ein Beben von der Größenordnung der jetzt registrierten Marserschütterung völlig überdeckt.

Erdbeben liefern Informationen über den genauen Aufbau des Mars
In den kommenden Wochen wollen die Forscherinnen und Forscher der genauen Ursache des Marsbebens weiter nachgehen. „Es steht zu befürchten, dass das Beben zu schwach war, um daraus belastbare Informationen über den inneren Aufbau des Mars abzuleiten“, so John-Robert Scholz, ebenfalls SEIS-Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung. Während es als gesichert gilt, dass der Mars wie die Erde eine innere Schichtstruktur aus Kern, Mantel und Kruste aufweist, sind die genaue Zusammensetzung und Dicke dieser Schichten noch Gegenstand der Forschung. „Die InSight-Mission steht noch ganz am Anfang. Wir sind hoffnungsfroh, in den nächsten Wochen und Monaten auch stärkere Beben mitzuerleben“, so Christensen.

InSight ist die erste Marsmission, die aussagkräftige seismische Messungen auf dem Mars durchführt. Zwar waren bereits die ersten beiden Mars-Landeeinheiten Viking 1 und 2, die 1976 auf dem Roten Planeten aufsetzten, mit Seismometern ausgerüstet. Da diese jedoch keinen direkten Bodenkotakt hatten, zeichneten sie vor allem dann Erschütterungen auf, wenn der Wind an den Landeeinheiten rüttelte. SEIS hingegen steht seit Dezember vergangenen Jahres auf der Oberfläche des Mars.

InSight ist eine Mission der amerikanischen Weltraumagentur NASA. Die Mission wird vom Jet Propulsion Laboratory (JPL) geleitet. Das InSight-Seismometer wurde von einem Team unter Leitung der französischen Weltraumagentur CNES zur Verfügung gestellt. Die Göttinger Max-Planck-Forscher haben das Nivelliersystem des Instruments entwickelt und gebaut. Nach Ausbringen von SEIS auf die Marsoberfläche konnte das Instrument damit exakt waagerecht ausgerichtet werden. Dies ist eine entscheidende Voraussetzung für hochpräzise seismologische Messungen.

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• InSight auf Atlas V 401

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Quelle: DLR.

Nachdem das DLR-Instrument HP³ (Heat and Physical Properties Package), der Marsmaulwurf, nach seinem ersten Hämmern am 28. Februar 2019 nur etwa 30 Zentimeter in den Marsboden vordringen konnte, analysieren die Planetenforscher und Ingenieure des DLR, wie es dazu kommen konnte und welche Maßnahmen Abhilfe schaffen könnten. „Wir untersuchen und testen verschiedene denkbare Szenarien, um so die Konstellation herauszufinden, die auf dem Mars zum Stoppen unseres Maulwurfs geführt hat“, erläutert Testleiter Torben Wippermann vom DLR-Institut für Raumfahrtsysteme in Bremen. Die Basis für die Arbeit der Wissenschaftler: Einige Fotos, Temperaturdaten, Daten des Radiometers sowie Aufzeichnungen des französischen Seismometers während eines kurzen Probehämmerns am 26. März 2019.

Eigentlich hatte nach dem Aufsetzen des Landers InSight der amerikanischen Raumfahrtbehörde NASA alles besser ausgesehen als erwartet: Die Kamera des Landers zeigte zwar in einiger Entfernung zahlreiche Steine, die direkte Umgebung war allerdings erfreulich frei von Steinen und Geröll. Warum der Maulwurf nach seinem Aussetzen auf die Marsoberfläche sich zunächst zügig in den Untergrund hämmerte und sich dann nicht mehr weiter vorarbeiten konnte, wird nun per Ferndiagnose geklärt. „Es gibt verschiedene mögliche Erklärungen, auf die wir unterschiedlich reagieren müssen“, sagt Dr. Matthias Grott, Planetenforscher und HP³-Projektwissenschaftler. Eine der Erklärungen: Der Marsmaulwurf befindet sich in einem selbst geschaffenen Hohlraum und hat an den Seiten die erforderliche Reibung mit dem Sand verloren.

Eine weitere Sorte Sand
In Bremen wird daher nun mit einer weiteren Sorte Sand experimentiert: „Bisher haben wir mit einer marsähnlichen Sandsorte getestet, die nicht sehr kohäsiv ist“, erläutert Torben Wippermann. Dieser Sand stammt noch von früheren Tests, bei denen sich der Maulwurf in Vorbereitung auf die Mission in einer Fünf-Meter-Säule in die Tiefe hämmerte. Nun soll das Ersatzmodell des Maulwurfs in einer Box auf Sand treffen, der sich schnell verfestigt und in dem durch das Hämmern Hohlräume entstehen können. Im Sand deponieren die Wissenschaftler bei einigen ihrer Testläufe auch einen Stein mit einem Durchmesser von circa zehn Zentimetern – ein solches Hindernis im Marsgrund könnte schließlich ebenfalls ein Grund dafür sein, dass das HP³-Instrument auf dem Roten Planeten ausgebremst wurde. Bei allen Versuchen lauscht ein Seismometer auf die Tätigkeit des irdischen Maulwurfs. Bei einem „diagnostischen“ kurzen Hämmern auf dem Mars hatte das französische Instrument SEIS ebenfalls die Erschütterungen aufgezeichnet, um mehr über den Schlagmechanismus des Maulwurfs zu erfahren und Rückschlüsse ziehen zu können. Der Vergleich der Daten hilft, sich der realen Situation anzunähern. „Im Idealfall können wir möglichst exakt die bisherigen Abläufe auf dem Mars rekonstruieren.“

Irdische Maulwürfe als Versuchskaninchen
Haben die Wissenschaftler herausgefunden, was am 28. Februar 2019 in über 228 Millionen Kilometer Entfernung den Maulwurf aus dem Rhythmus gebracht hat, folgt der nächste Schritt: Mögliche Maßnahmen, wie man das Instrument weiter in den Boden vordringen lassen kann, müssen dann ebenso akribisch auf der Erde getestet und analysiert werden. Daher wurde auch bereits ein weiteres DLR-Modell des Maulwurfs zum Jet Propulsion Laboratory (JPL) der NASA in die USA geschickt. Dort kann mit den Erkenntnissen der DLR-Forscher im Zusammenspiel von Maulwurf, HP³-Gehäuse und robotischen Arm geprobt werden, ob beispielsweise ein Anheben oder Verschieben der Außenstruktur zielführend ist. „Ich schätze, dass wir erst in einigen Wochen eine Aktion auf dem Mars ausführen werden“, sagt DLR-Planetenforscher Dr. Matthias Grott. Erst wenn für die irdischen Maulwürfe eine Lösung gefunden wurde, wird die Pause für den Maulwurf im All enden.

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. Aktuell berichtet Prof. Tilman Spohn, leitender Wissenschaftler des HP³-Experiments, in Blogposts über die Aktivitäten des ‚Marsmaulwurfs‘.

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• InSight auf Atlas V 401

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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

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Ein Beitrag von Ralph-Mirko Richter. Quelle: JPL, University of Arizona.

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 zu Phoenix soll InSight allerdings über einen Zeitraum von 24 Monaten, dies entspricht in etwa einem kompletten Marsjahr, Daten sammeln. Der Marslander soll Anfang 2016 zu unserem Nachbarplaneten aufbrechen und nach seiner Landung im September 2016 den inneren Aufbau des Mars untersuchen.

Bei einem der drei dabei zum Einsatz kommenden wissenschaftlichen Experimente handelt es sich um ein Seismometer zum Nachweis von ‚Marsbeben‘. Durch die Aufzeichnung und Auswertung der Stärke, des Verlaufs, der Amplitude und der Laufzeiten der bei einem Beben auftretenden seismischen Wellen, welche sich vom Hypozentrum eines Bebens ausgehend durch das gesamte Innere des Planeten fortpflanzen, werden neue Erkenntnisse über die Zusammensetzung, die Beschaffenheit und die Ausdehnung der Planetenkruste, des Mantels und des Planetenkerns gewonnen.

Auf der Erde werden Erdbeben im Normalfall durch dynamische Prozesse im Erdinneren ausgelöst, bei denen die Plattentektonik eine entscheidende Rolle spielt. Die sieben großen und diverse kleinere Lithosphärenplatten, aus denen sich die Erdkruste zusammensetzt, verschieben sich pro Jahr um mehrere Zentimeter. Dabei bewegen sich die einzelnen Platten aufeinander zu oder voneinander fort. An manchen Stellen schieben sie sich auch übereinander oder „verhaken“ sich. Sobald durch diese Bewegungen zwischen zwei Platten Spannungen auftreten, werden diese tektonischen Spannungen in Form eines Erdbebens abgebaut.

Mögliche Quellen für Marsbeben
Eine vergleichbare Plattentektonik ist auf dem Mars in der Gegenwart jedoch nicht vorhanden. Sollte auf dem Mars, wie verschiedene Messungen vermuten lassen (Raumfahrer.net berichtete), in der Vergangenheit wirklich einmal eine Plattentektonik aufgetreten sein, so ist diese wahrscheinlich bereits vor mehreren Milliarden Jahren zum Erliegen gekommen. Trotzdem verfügt der Mars über drei potentielle Quellen für Erdbeben.

Zum einen könnte der Mars immer noch über aktive, aber zur Zeit ruhende Vulkane verfügen. Diese könnten dann durch Lavabewegungen in ihren Magmakammern sogenannte ‚vulkanische Beben‘ auslösen. Die zweite, ebenfalls „mars-interne“, Quelle ist das langsame Erkalten von tieferen Schichten in der Marskruste. Diese würden sich im Rahmen des Erstarrungsprozesses langsam zusammenziehen, dabei in die Tiefe absinken und im Rahmen dieser Bewegung seismische Wellen auslösen.

Die dritte Quelle stellen die Meteoriten dar, welche auf der Marsoberfläche aufschlagen und bei diesen Impakten ebenfalls seismische Wellen erzeugen, die mit den bei Erdbeben auftretenden Wellen vergleichbar sind. Diese Quelle von seismischen Erschütterungen sollte nicht unterschätzt werden.

Durch die Auswertung von Aufnahmen, welche mit zwei der an Bord des NASA-Marsorbiters Mars Reconnaissance Orbiter (kurz MRO) befindlichen Kamerasystemen angefertigt wurden, konnten die Planetenforscher im Jahr 2013 berechnen, dass durch die Einschläge von Meteoriten pro Jahr rund 200 neue Impaktkrater auf der Oberfläche unseres Nachbarplaneten entstehen, welche über Durchmesser von mehr als 3,9 Metern verfügen.

Die Suche nach ‚frischen‘ Impaktkratern in der InSight-Landezone
Bereits am 4. September 2013 hat die NASA bekannt gegeben, dass 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 in Frage kommenden Landestellen befinden sich unmittelbar nördlich des Marsäquators im Bereich der Region Elysium Planitia – einer ausgedehnten Ebene im nördlichen Tiefland des Mars.

Diese Regionen wurden in den vergangenen Monaten unter anderem auch mehrfach mit den Kamerasystemen des MRO abgebildet. Auf einer dieser Aufnahmen ist – allerdings mehr oder weniger zufällig – genau der Typ Oberflächenmerkmal zu erkennen, der während der InSight-Mission in den Fokus der Marsforscher geraten wird: Ein zwar kleiner, dafür aber erst kürzlich entstandener Impaktkrater.
Auf der entsprechenden Aufnahme ist ein besonders deutlich ausgeprägter Einschlagskrater mit einem noch nicht erodierten Rand und einer Ejektadecke erkennbar, welche dunkler und – in Falschfarben dargestellt – ‚blauer‘ erscheint als fast alle anderen in dieser mit einer Staubschicht bedeckten Region erkennbaren Oberflächenstrukturen. Dies deutet darauf hin, dass der Krater über ein sehr geringes Alter verfügen muss, da der in der Marsatmosphäre befindliche Staub noch nicht genügend Zeit hatte, um über dieser Stelle niederzugehen und die Oberfläche wieder ‚aufzuhellen‘. Tatsächlich deuten zu früheren Zeitpunkten angefertigte Aufnahmen darauf hin, dass dieser Krater erst zwischen den Jahren 2008 und 2012 entstanden sein kann.

Das Seismometer von InSight wird in der Lage sein, größere Einschläge nachzuweisen, welche weit entfernt von der Landeeinheit erfolgt sind und kleinere, die in der Nähe stattfinden. Die Kameras des MRO sollen in diesem Zusammenhang genutzt werden, um die bei diesen Ereignissen entstandenen Impaktkrater aufzuspüren und so die von InSight empfangenen seismische Signale in eine Beziehung zu den entsprechenden Ursprungspunkten zu bringen.

Die Aufnahme, auf welcher der hier gezeigte Impaktkrater entdeckt wurde, wurde am 14. Juli 2014 mit der Hauptkamera an Bord des MRO, der von der University of Arizona betriebene HiRISE-Kamera, angefertigt. Aus einer Überflughöhe von 274 Kilometern zu dem abgebildeten Oberflächenbereich erreichte die HiRISE dabei eine Auflösung von 27,4 Zentimetern pro Pixel. Der Krater befindet sich bei 4,338 Grad nördlicher Breite und 135,253 Grad östlicher Länge in unmittelbarer Nähe zu einem der vier derzeit für InSight in Frage kommenden Landeplätze.

Weitere mit diesem ’neuen‘ Krater in Zusammenhang stehende Bildprodukte finden Sie hier. Neben dieser Aufnahme der HiRISE-Kamera sind derzeit auf den Internetseiten der University of Arizona mehr als 35.900 weitere HiRISE-Aufnahmen einsehbar.

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• InSight
• Planet Mars

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Ein Beitrag von Thomas Weyrauch. Quelle: NASA. Vertont von Peter Rittinger.

In der Seismologie der Erde bewährte Methoden wurden eingesetzt, um die alten Daten zu analysieren. Es erwies sich, was man schon lange vermutet hatte: Auch der Mond hat einen festen inneren Kern, der von Schichten geschmolzenen und teilweise geschmolzenen Materials umgeben ist.

Der feste, eisenreiche Bestandteil des Mondkerns hat einen Radius von rund 240 Kilometern. Er wird umschlossen von einer rund 90 Kilometer starken flüssigen Kernschicht, die ebenfalls hauptsächlich aus Eisen besteht. Diese wiederum ist umgeben von einer rund 150 Kilometer starken Schicht aus teilweise geschmolzenem Material.

Im Kern befindet sich neben Eisen ein kleiner Prozentsatz leichterer Elemente wie Schwefel, wie es neusten seismologischen Untersuchungen zufolge auch beim Erdkern der Fall ist.

Die den Mond betreffenden Daten, die neu ausgewertet wurden, stammen von vier Seismometern, die von den Astronauten vierer zwischen 1969 und 1972 durchgeführter bemannter Mondmissionen zurückgelassen wurden. Ende 1977 wurden die letzten Daten von einem dieser Seismometer durch eine Bodenstation auf der Erde empfangen.

So war es den Wissenschaftler möglich, mit Daten aus einer Reihe von aufeinanderfolgenden Jahren zu arbeiten. Die Daten gaben Auskunft über die sogenannten Mondbeben, welche die NASA auf die Tidenkräfte, die die Erde auf den Mond ausübt, zurückführt.

In der Forschergruppe arbeiteten Spezialisten vom Marshall Space Flight Center, der Universität des Staates Arizona, der kalifornischen Universität in Santa Cruz und vom Institut für die Physik der Erde in Paris zusammen.

Die Daten aus der Apollo-Ära will man auch weiterhin benutzen. Sie genau zu verstehen, kann eine große Hilfe bei der Interpretation von neuen Daten künftiger Mondmissionen sein.

Ein Satellitenduo zur Vermessung des Schwerefeldes des Mondes, GRAIL für Gravity Recovery and Interior Laboratory genannt, soll 2011 gestartet werden. Von ihm verspricht man sich insbesondere neue Erkenntnisse über die Strukturen im Mondinneren von der Kruste bis zum Kern und über die Geschichte der thermischen Entwicklung des Erdtrabanten.

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Ein Beitrag von Ralph-Mirko Richter. Quelle: JPL, Planetary Society, Cornell University, Malin Space Science Systems, Unmanned Spaceflight.

Nach dem Abschluss der Untersuchungen des „Viktoria-Kraters“ im Jahr 2008 entschlossen sich die für die Opportunity-Mission verantwortlichen Mitarbeiter des Jet Propulsion Laboratory (JPL), den Rover zu einem neuen Ziel zu manövrieren. Hierfür wählte man den knapp 22 Kilometer durchmessenden und etwa 12 Kilometer vom „Viktoria-Krater“ entfernten „Endeavour-Krater“ aus. Allerdings entschloss man sich dazu, nicht den direkten Weg in die ost-südöstliche Richtung einzuschlagen, da dieser durch ein ausgedehntes Feld aus schwer zu passierenden Sanddünen blockiert war. Stattdessen fuhr Opportunity in den letzten Monaten zuerst in südwestliche und später in südliche Richtung um dieses Geländehindernis zu umgehen.

Hierbei wählte man einen Kurs, welcher den Rover über weite Strecken der Fahrt durch eine relativ ebene und ungefährliche Umgebung führte. Als wissenschaftlich interessant stellte sich diese Route im Nachhinein besonders durch die Entdeckung mehrerer Eisen-Meteoriten heraus. Für deren ausführliche Untersuchung wurde die Fahrt des Rovers für jeweils mehrere Wochen unterbrochen (Raumfahrer.net berichtete).

Seit unserem letzten ausführlicheren Statusbericht vom 9. April 2010, dem Sol 2.207 der Opportunity-Mission, hat sich der Rover in den folgenden sechs Wochen bis zum 18. Mai 2010 auch weiterhin in die südliche Richtung bewegt. Der Rover fuhr in diesem Teilbereich der Strecke auch weiterhin parallel zu den hier in Nord-Süd-Richtung verlaufenden, lediglich etwa 20 Zentimeter hohen Sanddünen. In 12 Etappen wurden dabei insgesamt über 450 Meter zurückgelegt. Erstmals wurde der Rover dabei am 13. Mai 2010 auch versuchsweise um 30 Meter in die östliche Richtung gesteuert. Ziel dieses speziellen Manövers war es, das Verhalten des Rovers beim frontalen Überqueren einer Sanddüne zu testen.
Mit den während dieser Fahrt gewonnenen Telemetriedaten konnten anschließend die von den Roverdrivern des JPL für die Vorbereitung der täglichen Fahrten eingesetzte Simulationssoftware sowie die bordeigene Software des Rovers für den autonomen Fahrbetrieb kalibriert werden. Bei diesem Manöver zeigten das rechte Vorderrad und das rechte Mittelrad leicht erhöhte Werte in Bezug auf den Strombedarf, welche allerdings von den an der Mission beteiligten Technikern und Ingenieuren als nicht bedrohlich angesehen wurden.

Die zwischen den einzelnen Fahrtagen eingelegten mehrtägigen Ruhephasen wurden genutzt, um die Batterien des Rovers aufzuladen, da aufgrund des zu dieser Zeit immer noch sehr niedrigen Sonnenstandes nur eine begrenzte Menge an Energie generiert werden konnte. Obwohl sich Opportunity im Gegensatz zu seinem baugleichen Zwilling Spirit nur knapp südlich des Marsäquators befindet, machte sich auch hier der durch die Jahreszeit bedingte niedrige Sonnenstand bemerkbar. Je tiefer und kürzer die Sonne täglich über den Horizont steigt, desto weniger Energie kann der ausschließlich solarbetriebene Rover mit seinen Solarpaneelen generieren. Um diesem Umstand Rechnung zu tragen, wurde Opportunity am Ende einer jeden Fahrt auf dem nördlichen Ausläufer einer Sanddüne positioniert. Durch die daraus resultierende minimale Neigung des Rovers in Richtung auf die im Norden stehende Sonne konnte die tägliche Energieausbeute etwas gesteigert werden.

Mit dieser Taktik war es möglich, den Rover für einen längeren Zeitraum pro Tag in einem aktiven Status zu halten. Die dabei abgegebene Eigenwärme der elektronischen Systeme innerhalb der Warm Electronic Box (WEB) hielt die Temperatur in Kombination mit der durch acht Radioisotopenheizelementen, kurz RHUs, abgegebene Wärme über einem als kritisch angesehenen Wert von minus 40° Celsius. Sobald dieser Wert unterschritten wird, würden automatisch verschiedene elektrisch betriebene Heizelemente aktiviert werden, um die elektronischen Bauteile innerhalb der WEB vor einer Unterkühlung zu schützen. Die aktivierten Heizelemente würden die Temperatur innerhalb der WEB zwar über den besagten Wert halten, gleichzeitig aber auch mit ihrem Energiebedarf die Aktionsmöglichkeiten des Rovers immens einschränken. Ende April 2010 wurde mit minus 37° Celsius der bisher tiefste Temperaturwert innerhalb der WEB von Opportunity registriert.

Am 14. Mai 2010 erfolgte schließlich die Sonnenwende auf dem Mars und auf der südlichen Hemisphäre des Planeten wurde damit der Höhepunkt des Winters überschritten. Ab diesem Tag erreichte die Sonne wieder einen höheren Stand über dem Horizont und die Energie-Werte des Rovers begannen sich langsam zu verbessern. Trotzdem waren auch weiterhin noch Ruhepausen zwischen den einzelnen Fahrten nötig.

Zwischen dem 13. und 18. Mai 2010 wurde eine dieser Ruhepausen des Rovers dazu genutzt, ein sogenanntes „MarsQuake-Experiment“ durchzuführen. Die Accelerometer der beiden Marsrover sind so konstruiert, dass sie geringste Vibrationen registrieren können. Deshalb können diese Messgeräte zugleich auch als Seismometer eingesetzt werden und auf diese Weise eventuelle auf dem Mars auftretende Erdbeben nachweisen. Solche Messungen sind allerdings nur dann möglich, wenn die Rover nicht in Bewegung sind. Die während einer Fahrt notgedrungenerweise auftretenden Erschütterungen würden die Messergebnisse verfälschen, da man nicht unterscheiden könnte, ob die registrierten Vibrationen von der Eigenbewegung des Rovers stammen oder durch real auftretende seismische Aktivitäten ausgelöst wurden. Nach dem Abschluss dieses Experiments, bei dem allerdings keine Marsbeben nachgewiesen werden konnten, setzte Opportunity die Fahrt am Sol 2.245 mit einer weiteren Etappe über 55,5 Meter in die südliche Richtung fort.

Am darauffolgenden Tag, dem 20. Mai 2010, stellte Opportunity einen neuen Langzeitrekord in der Marsforschung auf. Mit einer Missionsdauer von jetzt sechs Jahren und 116 Tagen oder 2.246 Sols löste der Rover den bisherigen Rekordhalter, den Marslander Viking 1, als die am längsten aktive Forschungsmission auf der Oberfläche des Mars ab (Raumfahrer.net berichtete). „Dass Opportunity und vielleicht auch Spirit den Rekord des Viking 1-Landers einstellen konnten, ist wirklich bemerkenswert, wenn man bedenkt, dass die beiden Rover ursprünglich lediglich für eine 90-tägige Mission entwickelt worden waren“, so John Callas, der für die Mars-Rover-Mission verantwortliche Projektmanager am Jet Propulsion Laboratory der NASA.
Pünktlich zu diesem Jubiläum hatte der Rover an diesem Tag auch das Glück, von einem kurzen Windstoß „getroffen“ zu werden. Durch dieses sogenannte „Cleaning Event“ wurde ein Teil der Staubschicht, welche sich im Laufe der Zeit auf den Solarpaneelen des Rovers abgelagert hatte, weggeweht. Dadurch bedingt konnte wieder mehr Sonnenlicht die Oberfläche der Paneele erreichen und in Energie umgewandelt werden. Dies hatte zur Folge, dass sich die tägliche Energieausbeute Opportunitys um etwa 10 Prozent steigerte. Nach einer weiteren erfolgreichen Erprobung der neuen AEGIS-Software, welche ebenfalls am 20. Mai erfolgte, trat am 23. Mai ein altes Problem mit einem der Instrumente des Rovers auf. Bei der Erstellung eines Interferogramms konnte das Mini-TES-Spektrometer nicht alle vorgesehenen Messdaten erfassen. Ein ähnliches Problem mit diesem Spektrometer wurde zuletzt vor mehreren Jahren registriert.

Auch das bereits seit dem Jahr 2007 anhaltende Problem mit den Staubablagerungen auf einer der Linsen dieses Instruments besteht trotz des letzten Cleaning Events weiter. Die Messungen des Spektrometers liefern derzeit aufgrund dieser Ablagerungen keine brauchbaren Daten. Dafür hat der Windstoß dazu geführt, dass sich die zwischenzeitlich auf den Linsen der Panoramakameras des Rovers angesammelten Staubablagerungen verringert haben. Laut Jim Bell von der Cornell University in Ithaca/USA, dem für diese Kameras des Rovers verantwortlichen Wissenschaftler, hat dies dazu geführt, dass sich die Qualität der Aufnahmen inzwischen wieder deutlich verbessert hat.

Trotz des Problems mit dem Mini-TES-Spektrometer wurde die Fahrt schließlich am 25. Mai 2010, dem Sol 2.252 der Mission, fortgesetzt. Diese Fahrt über 56 Meter führte diesmal in die südöstliche Richtung, welche auch in den folgenden Tagen beibehalten wurde. Im Rahmen der am 27. und 29. Mai erfolgten Fahrten konnten dabei insgesamt weitere 51 Meter in diese Richtung überbrückt werden.

Am darauffolgenden Tag trat jedoch ein weiteres und diesmal gravierendes Problem auf. Zur Bestimmung der zukünftigen Fahrstrecke nimmt Opportunity in regelmäßigen Abständen mit seinen Panorama- und Navigationskameras Bilder der Umgebung auf. Diese Kamerasysteme sind an einem speziellen Mast montiert, welcher sich auf dem Roverdeck befindet. Die Stereo-Kameras können dabei um 360 Grad in der horizontalen und um 180 Grad in der vertikalen Ebene, 90 Grad über beziehungsweise unter den Horizont, geschwenkt werden, wobei diese Bewegungen durch zwei Motoren gesteuert werden.

Am 30. Mai konnten die Kameras für die Aufnahmen dieser „Drive Direction“-Bilder allerdings nicht wie vorgesehen bewegt werden. Eine erste Analyse ergab, dass der für die Azimut-Steuerung der „PanCam Mast Assembly“ (PMA) verantwortliche Aktuator nicht wie vorgesehen reagiert hat und somit keine horizontale Ausrichtung der Kamera erfolgte. In den folgenden Tagen wurden daraufhin ausführliche Tests, zuerst des betreffenden Aktuators und anschließend mehrerer der beweglichen Systeme des Rovers, durchgeführt. Eine Einschränkung in der Beweglichkeit der Ausrichtung der Panorama- und Navigationskameras, so die für die Mission verantwortlichen Ingenieure und Wissenschaftler, hätte ernsthafte Auswirkungen auf die weiteren Aktivitäten des Rovers.

Im Prinzip wissen die für die Steuerung des Rovers verantwortlichen Roverdriver des JPL, auf welchem Kurs sie die Marsrover zu einem angepeilten Ziel oder Zwischenstopp steuern müssen. Dafür stehen ihnen die aus diversen Aufnahmen der Orbiter Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) und Mars Global Surveyor (MGS) angefertigten Karten der Marsoberfläche zur Verfügung, welche das zu passierende Gelände mit einer Auflösung bis hinunter zu 30 Zentimetern pro Pixel wiedergeben. Zur Verfeinerung dieser trotzdem nur relativ groben Daten werden die aus diesen Karten gewonnenen Informationen im Vorfeld einer Fahrplanung mit den aktuellen Aufnahmen der Navigations- und Panoramakameras kombiniert. Aus den Aufnahmen der PanCams und NavCams werden dabei dreidimensionale Geländemodelle, sogenannte DTMs, errechnet, auf denen zum Beispiel der Neigungswinkel der zu passierenden Sanddünen erkennbar ist. Erst mit Hilfe dieser Modelle wird dann die exakte Fahrtroute festgelegt.

Die hochaufgelösten Aufnahmen der Panoramakamera liefern dabei nicht nur wichtige Hinweise über den Geländeverlauf, sondern auch über die Eigenarten des zu passierenden Geländes und über die Zusammensetzung des Untergrundes. Ein Ausfall der PMA und damit auch eine Einschränkung der Funktionsfähigkeit der Kameras hätte eine erhebliche Einschränkung der Möglichkeiten, den zukünftigen exakten Kurs des Rovers festzulegen, zur Folge.

Die entsprechenden Diagnose-Tests der PMA wurden am 1., 3., 4. und 8. Juni 2010 durchgeführt. Bei all diesen Tests zeigte der von dem Fehler betroffene Azimut-Antrieb der PMA keine weiteren Auffälligkeiten. Die Analyse des aufgetretenen Problems legte nahe, dass der Fehler durch ein Problem mit dem ebenfalls am Kameramast montierten Mini-TES-Spektrometer verursacht wurde. Als sich die Panorama-Kamera in Bewegung setzen sollte, hat die PMA auf ein Zustandssignal von diesem Instrument gewartet, welches die PMA allerdings nicht erreichte. Deshalb konnte die kommandierte Bewegung der Panorama-Kamera nicht ausgelöst werden. Um ein erneutes Auftreten dieses Problems zu verhindern, wurde das Mini-TES deaktiviert. Genauere Analysen des aufgetretenen Fehlers werden aber weiterhin am JPL und der für die Kontrolle des Spektrometers verantwortlichen Arizona State University durchgeführt.

Erste Vermutungen gehen dabei in die Richtung, dass eventuell die in den letzten Wochen während des Marswinters erreichten tiefen Umgebungstemperaturen für das Problem des Mini-TES-Spektrometers verantwortlich sein könnten. „Das Instrument ist sehr kalten Temperaturen ausgesetzt gewesen, welche sich unterhalb des vorgesehenen Einsatzbereiches befanden. Dies könnte die Elektronik beeinflusst und zu einem temporären oder permanenten Versagen des Instruments geführt haben“, so Steve Squyres von der Cornell University, der für die Rover-Mission verantwortliche Wissenschaftler. Um eine erneute Fehlfunktion der PMA zu vermeiden, soll die Reaktivierung des Spektrometers erst erfolgen, nachdem das zugrundeliegende Problem vollständig nachvollzogen werden kann.

Erst nach zwei Wochen konnte der Rover die Fahrt am 13. Juni 2010 fortsetzen und wandte sich dabei direkt in die östliche Richtung, welche bis zum Sol 2.276, dem 19. Juni 2010, beibehalten wurde. In vier Etappen über jeweils rund 70 Meter überbrückte Opportunity dabei insgesamt weitere 274 Meter. Bei der frontalen Überquerung der in diesen Bereich der Marsoberfläche etwa 20 Zentimeter hohen Sanddünen traten keine erneuten Probleme auf. Am 19. Juni 2010 konnte dabei ein weiterer Meilenstein auf der Forschungsreise des „Robotergeologen“ Opportunity überwunden werden. Kurz vor dem Ende der an diesem Tag erfolgten Fahrt wurde die Marke von 21 auf der Oberfläche unseres Nachbarplaneten zurückgelegten Kilometer überschritten.

Die nächste Fahrt am Sol 2.279 führte dann wieder in die südöstliche Richtung. Diese Richtung wurde auch zwei Tage später beibehalten, wobei jeweils etwa 70 Meter überbrückt werden konnten. Die darauffolgende Fahrt am Sol 2.283 führte mit einer zurückgelegten Distanz von weiteren 57 Metern nach Nordosten. Durch diesen scheinbaren Umweg konnte ein kleines Feld aus größeren Dünenkämmen auf dessen Südseite umfahren werden. Drei Tage später wurden weitere 70 Meter zurückgelegt, wobei sich Opportunity diesmal wieder direkt nach Osten wandte.

Die anschließende Fahrt am 1. Juli, dem Sol 2.288, führte über weitere 71 Meter in die östliche Richtung, bevor in den folgenden Tagen eine erneute Ruhepause eingelegt wurde. Diese Unterbrechung der Fahrt wurde diesmal dazu genutzt, mit dem APXS-Spektrometer des Rovers den Argon-Gehalt in der Marsatmosphäre zu messen. Außerdem wurden zwei weitere Tests der AEGIS-Software durchgeführt. Die nächste und bisher letzte Fahrt erfolgte am 6. Juli 2010, dem Sol 2.293 der Mission. Auch im Verlauf dieser Etappe wurden 71 Meter in die östliche Richtung überbrückt.

Die Entwicklung der letzten Wochen legt nahe, dass Opportunity auch diesen Marswinter in einem guten Zustand überstanden hat. Der Plan für die Zukunft gestaltet sich relativ einfach: „Weiter fahren…“, heißt es dazu am JPL. Die dabei vorgesehene Fahrstrecke wird den Rover auch weiterhin in die grob östliche Richtung führen, wobei der zur Zeit immer noch etwa 12 Kilometer entfernte Westrand des Endeavour-Kraters das angepeilte Ziel darstellt. „Wir wissen, dass es möglich ist, dass wir den Endeavour-Krater nie erreichen werden, doch er bleibt auch weiterhin das Ziel unserer Anstrengungen“, so Steve Squyres. „Wenn wir ihn erreichen können, dann erwartet uns dort eine ganz besondere Art von Untersuchungsobjekten“, ergänzt John Callas voller Vorfreude.

Eines der Instrumente an Bord der NASA-Sonde Mars Reconnaissance Orbiter (MRO), das Compact Reconnaissance Imaging Spectrometer for Mars (CRISM), konnte im Jahr 2009 in den Randbereichen des Endeavour-Kraters Schichtsilikate identifizieren. Diese Mineralien bilden sich nur unter feuchten und warmen Umweltbedingungen, welche außerdem ph-neutrales Wasser voraussetzen. Laut John Callas und Ray Arvidson, einem weiteren Mitglied des Wissenschaftler-Teams der Mars Exploration Rover-Mission, sind diese Minerale besonders gut für die Konservierung von organischem Material oder sogar von eventuell vorhandenen Mikro-Fossilien geeignet. Speziell handelt es sich bei den entdeckten Schichtsilikaten um eisen- und magnesiumhaltige Tonminerale der Smektit-Gruppe.
Trotz des gegenwärtig guten Zustandes des Rovers muss allerdings auch jederzeit mit einem Ausfall eines oder mehrerer für den Betrieb von Opportunity wichtiger Bauteile gerechnet werden. Die für die Mission verantwortlichen Ingenieure und Wissenschaftler wollen deshalb keine Zeit verlieren und Opportunity auf einem möglichst direkten Weg zum westlichen Rand des Endeavour-Kraters steuern. Nach dem jetzigen Stand soll der Krater dabei am Cape York, welches sich etwa zwei Kilometer nördlich des Cape Tribulation befindet und bisher noch nicht im Aufnahmebereich der Rover-Kameras liegt, erreicht werden. Sobald das dort befindliche Gebiet mit den Smektitablagerungen erreicht ist, könnten diese Funde zum Beispiel durch das Moessbauer-Spektrometer des Rovers bestätigt und untersucht werden.

Neben dem technischen Zustand des Rovers muss auch immer der Energiehaushalt von Opportunity im Auge behalten werden, da das Fahrzeug, wie bereits erwähnt, ausschließlich mittels seiner Solarpaneele durch Sonnenenergie betrieben wird. Das Wetter auf unserem Nachbarplaneten hat sich dabei in den letzten Wochen typisch für einen Sommer auf der nördlichen Mars-Hemisphäre entwickelt und zumindestens in dieser Hinsicht steht gegenwärtig einer Fortsetzung der Forschungsreise Opportunitys nichts im Weg.

Die fortschreitende Sublimation von Wassereis im Bereich der verbliebenen nördlichen Polarkappe führte global zu einem erhöhten Wasserdampfgehalt innerhalb der Marsatmosphäre, welcher wiederum eine verstärkte Bildung von Wassereiswolken in den äquatorialen Regionen zur Folge hatte. Dichtere Wolken aus Wassereiskristallen wurden dabei in den letzten Wochen speziell über den Vulkanen der Tharsis-Region, hierbei besonders über den Tharsis Montes, Olympus Mons und Alba Patera, der Elysium-Region und im Bereich des Valles Marineris beobachtet. Zudem wurden einige kleinere Staubstürme über dem Solis Planum, welches sich unmittelbar südlich des Valles Marineris befindet, sowie im Bereich der Nordpolarkappe registriert. Über dem Operationsgebiet von Opportunity, dem Meridiani Planum, zeigten sich dabei lediglich vereinzelte dünnere Wassereiswolken.

Einen Überblick über die Entwicklung der Energiewerte von Opportunity während der letzten Wochen gibt die folgende Auflistung. Der Tau-Wert steht dabei für die Durchsetzung der Marsatmosphäre mit Staub und Eiskristallen. Je mehr Staub sich in der Atmosphäre des Planeten befindet, desto höher fällt dieser Wert aus. Der Wert für die Lichtdurchlässigkeit der Solarzellen gibt dagegen an, wie viel Sonnenlicht die Solarpaneele trotz einer bedeckenden Staubschicht erreicht und letztendlich zur Energiegewinnung genutzt werden kann. Je niedriger der Tau-Wert und je höher der Faktor für die Lichtdurchlässigkeit ausfällt, desto besser für den Energiehaushalt des Rovers.

• 13.04.2010: 0,227 kWh/Tag , Tau-Wert 0,347 , Lichtdurchlässigkeit 47,40 Prozent
• 20.04.2010: 0,247 kWh/Tag , Tau-Wert 0,348 , Lichtdurchlässigkeit 49,95 Prozent
• 28.04.2010: 0,245 kWh/Tag , Tau-Wert 0,355 , Lichtdurchlässigkeit 46,95 Prozent
• 05.05.2010: 0,245 kWh/Tag , Tau-Wert 0,322 , Lichtdurchlässigkeit 46,20 Prozent
• 12.05.2010: 0,249 kWh/Tag , Tau-Wert 0,314 , Lichtdurchlässigkeit 47,00 Prozent
• 18.05.2010: 0,232 kWh/Tag , Tau-Wert 0,421 , Lichtdurchlässigkeit 46,10 Prozent
• 26.05.2010: 0,275 kWh/Tag , Tau-Wert 0,317 , Lichtdurchlässigkeit 53,00 Prozent
• 02.06.2010: 0,269 kWh/Tag , Tau-Wert 0,465 , Lichtdurchlässigkeit 56,60 Prozent
• 09.06.2010: 0,287 kWh/Tag , Tau-Wert 0,371 , Lichtdurchlässigkeit 58,90 Prozent
• 15.06.2010: 0,297 kWh/Tag , Tau-Wert 0,280 , Lichtdurchlässigkeit 57,00 Prozent
• 22.06.2010: 0,320 kWh/Tag , Tau-Wert 0,257 , Lichtdurchlässigkeit 55,85 Prozent
• 29.06.2010: 0,354 kWh/Tag , Tau-Wert 0,295 , Lichtdurchlässigkeit 57,70 Prozent
• 07.07.2010: 0,359 kWh/Tag , Tau-Wert 0,226 , Lichtdurchlässigkeit 57,70 Prozent

Die im Verlauf der letzten Wochen registrierte deutliche Verbesserung der täglichen Energieausbeute ist dabei sowohl durch die fast staubfreie Atmosphäre als auch durch die Verringerung der Staubablagerungen auf den Solarpaneelen des Rovers bedingt. Bis zum 6. Juli 2010, dem Sol 2.293 der Mission, konnte Opportunity insgesamt 21.550,77 Meter auf der Oberfläche unseres Nachbarplaneten zurücklegen.

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Ein Beitrag von Günther Glatzel. Quelle: Roskosmos.

Wie am 7. März bekannt wurde, soll der Mechanismus zur Probenentnahme auf dem Marsmond Phobos komplett ersetzt werden. Bisher sollte ein Rohr langsam in den Untergrund gedrückt werden. Die darin enthaltene Probe sollte dann durch eine Röhre in den Rückkehrbehälter geschoben werden. Falls der Boden des Marsmondes an der Landestelle allerdings sehr hart sein würde, könnte diese Methode auch versagen.

Stattdessen soll nun ein Verfahren zum Einsatz kommen, bei dem man mit einem hammerartigen Instrument Proben in den dafür vorgesehenen Behälter transportiert. So sollten auch bei hartem Boden einige abgeschlagene Stücke aufgenommen werden können.

Anatoli Schilow, Leiter der föderalen Weltraumagentur Russlands, sagte dazu: „Ich glaube, dass die Wahrscheinlichkeit eines positiven Ausgangs der Mission mit einem neuen Gerät zur Probennahme steigt“. Als zusätzlichen Vorteil der Missionsverschiebung sieht Schilow die Tatsache, dass drei wissenschaftliche Instrumente internationaler Partner nun mit an Bord genommen werden können. Diese waren bis zum ursprünglichen Starttermin im Oktober 2009 noch nicht fertig.

Phobos Grunt soll nun Ende des Jahres 2011 gestartet werden. An Bord werden sich vor allem Geräte zur Vorort-Analyse von Bodenproben sowie Seismometer, Bodenradar, Kameras und Temperatursensoren befinden. Zur Analyse können Proben bestrahlt und die dabei entstehende Rückstrahlung analysiert werden. Andere Analysemethoden erhitzen Proben, so dass die entstehenden Gase mittels optischer Spektrometrie, Chromatographie und Massenspektrometrie detektiert werden können.

Bei einem Start im Oktober 2011 soll Phobos Grunt im September des folgenden Jahres in eine Marsumlaufbahn einschwenken, im April 2013 auf dem Marsmond Phobos landen und im August gleichen Jahres die Probe auf den Rückweg zur Erde bringen, die hier im Juli 2014 eintreffen sollte.

Raumcon:

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Ein Beitrag von Eric Honstrass. Quelle: NASA.

Die Apollo-Astronauten wurden von diesen Geschossen nie belästigt. Die Größe der Mondoberfläche, entspricht etwa der des Kontinentes Afrika. „Verteilt man die Einschläge über ein so großes Gebiet, ist die Wahrscheinlichkeit, getroffen zu werden sehr gering“, erklärt Bill Cooke vom Meteoroid Environment Office. Zudem sei es hilfreich gewesen, dass die Astronauten nicht lange verblieben sind: Zählt man alle Apollo-Missionen zusammen, waren sie weniger als zwei Wochen auf der Mondoberfläche. „Die Wahrscheinlichkeit, während eines so kurzen Aufenthaltes getroffen zu werden, war wiederum sehr gering.“

Und was ist beim nächsten Mal? Der Vision für die Erforschung des Weltraumes folgend, entsendet die NASA bald wieder Astronauten zum Mond, die dort länger bleiben und größere Basen aufbauen sollen, als es die Apollo-Astronauten taten. Die Wahrscheinlichkeit, dass etwas Wertvolles getroffen werden könnte, wird dadurch steigen. Sollte die NASA darüber besorgt sein? Der Antwort dieser Frage gehen Cooke und dessen Kollegin Anne Dieckmann nach.
Um der Wahrheit die Ehre zu geben, „wir haben wirklich keine Ahnung, wie viele Meteoriten den Mond täglich treffen“, erläutert Cooke. „Unsere besten Schätzungen sind vom ‚Standard-Meteoriten-Modell‘ hergeleitet, das die NASA für die Abschätzung der Risiken für die Raumstation und das Space Shuttle verwendet.“ Das Problem dabei ist, dass dieses Standard-Modell vorwiegend auf Daten der Erdbeobachtung basiert – also auf Satellitenaufzeichnungen und menschlichen Beobachtungen derjenigen Objekte, die in die Erdatmosphäre geraten oder am Nachthimmel geortet werden. „Dieses Standardmodell dürfte für den Mond nicht sonderlich gut funktionieren.“

Für den Mond bräuchten sie mehr Daten, erklärt Cooke. Glücklicherweise gibt es diese Daten bereits: Von den Apollo-Missionen.
Anhaltspunkte, wie oft und wie schwer der Mond getroffen wird, finden sich in den Daten der Seismometer, die zwischen 1969 und 1972 während der Apollo-Missionen 12, 14, 15 und 16 aufgestellt wurden. Diese arbeiteten, bis die NASA sie im Jahre 1977 abschaltete. Jahrelang zeichneten sie alle Arten von Beben und Schockwellen auf, inklusive beinahe 3.000 Mondbeben, 1.700 Meteoriteneinschläge und neun Raumfahrzeuge, die geplant auf dem Mond aufschlugen. All diese Daten wurden zu Analysezwecken zur Erde gesandt.

„Interessante Daten haben wir hier,“ meint Cooke. „Von etwa 12.000 Ereignissen konnte weniger als die Hälfte mit bekannten Phänomenen erklärt werden. Es gibt tausende Erschütterungen, die verursacht wurden durch … keiner weiß, wodurch.“

Er hat eine Ahnung: „Viele von ihnen könnten Einschläge von Meteoriten sein.“

„Die Wissenschaftler der Apollo-Missionen waren brillant, aber sie hatten nicht den Segen moderner Computer. Wir hingegen schon“, sagt Cooke. Er und Dieckmann laden nun die alten seismischen Daten in die Rechner des MSFC, in denen Berechnungen durchgeführt werden, die in dieser Geschwindigkeit vor 30 Jahren unmöglich waren. Neue Algorithmen werden zügig getestet, um bislang unbekannte Einschläge zu erkennen.
Besonders wichtig für die Analyse sind die neun von Menschenhand erzeugten Einschläge. „Die NASA ließ einige Raumschiffe bewusst auf dem Mond aufschlagen, während die Seismometer arbeiteten“, erklärt er. „Hierbei handelte es sich um leere Aufstiegsstufen von vier Mondmodulen ( Apollo12, 14, 15 und 17) und die SIV-B Stufen von fünf Saturn-Raketen ( Apollo13 – 17).“ Ihre seismische Wellenform zeigt den Forschern, wie ein Einschlag aussehen sollte.

Ebenfalls im Jahre 1972 schlug ein 1.100 kg schwerer Asteroid auf dem Mond, nördlich des Mare Nubium ein. Hierbei handelte es sich um einen bedeutenden Einschlag, der von allen vier seismologischen Stationen aufgezeichnet wurde. „Sehen wir uns die seismische Kurve dieses Asteroiden an“, erklärt Cooke, „sehen wir dieselben Charakteristika wie bei den künstlichen Einschlägen – ein guter Hinweis darauf, dass wir wissen, was wir tun.“

Cooke und Diekmann werden in den seismischen Aufzeichnungen von Apollo nach Einschlägen suchen, indem sie die bekannten seismischen Kurven als Referenz benutzen. Theoretisch sollten sie in der Lage sein, Einschläge von Objekten zu finden, die nicht kleiner als zehn Zentimeter sind und mindestens ein Kilogramm wiegen. „Zehn Zentimeter klingt nicht viel, aber mit den im Kosmos typischen Geschwindigkeiten kann ein zehn Zentimeter großer Meteorit einen Krater von der Größe Ihres Schreibtisches reißen.“

Nach dem Standard-Modell treffen solche Objekte den Mond beinahe 400 Mal pro Jahr – mehr als einer pro Tag. Der Apollo-Datensatz kann diese Vorhersage testen … und viele weitere.
Die Analyse beginnt erst. „Wir hoffen, viele Einschläge zu finden“, sagt er. Ungeachtet von der letztendlichen Anzahl wird ihre Arbeit von Wert sein. „Wir entwickeln neue Algorithmen, um in den seismologischen Aufzeichnungen Meteoriteneinschläge zu finden.“ Möglicherweise, so glaubt Cooke, werden zukünftige Seismometer auf dem Mond und dem Mars postiert, um Beben und Einschläge aufzuzeichnen. Und wenn die Daten anfangen einzutreffen, „werden wir bereit sein.“

Der Beitrag Zählung der Meteoriteneinschläge auf dem Mond erschien zuerst auf Raumfahrer.net.