Am 5. Mai 2018 startete die NASA-Landesonde InSight mit dem Auftrag, auf dem Mars geophysikalische Messungen vorzunehmen, um den inneren Aufbau und den Wärmehaushalt des „Roten Planeten“ zu erkunden. Siebeneinhalb Monate später, am 26. November 2018, ist InSight nördlich des Äquators in der Ebene Elysium Planitia gelandet. Knapp drei Monate später können nun die Experimente beginnen, die ein Marsjahr, d.h. zwei Erdenjahre dauern sollen.
Am 12. Februar 2019 um 19:18 Uhr MEZ wurde nämlich der Marsmaulwurf HP³ (Heat Flow and Physical Properties Package) des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) mit dem robotischen Arm des NASA-Landers InSight ausgesetzt und steht nun rund eineinhalb Meter von der Muttersonde entfernt. Im gleichen abstand von der Muttersonde und etwa eine Meter vom Maulwurf entfernt steht das Seismometer SEIS (Seismic Experiment for Interior Structure), inklusive einer zusätzlichen Schutzabdeckung gegen Wind und Temperaturschwankungen.
Der Maulwurf kann lauf DLR Messungen zur Klärung einer Reihe wichtiger Fragestellungen der Planetenwissenschaften wie z.B. der Entwicklung von ehemaligen und vielleicht sogar heutigen Habitaten oder der Funktionsweise geologischer Prozesse durchführen. Dazu wird die ferngesteuerte kleine Rammsonde bis zu fünf Meter tief in den Marsboden eindringen, um Temperatur und Wärmeleitfähigkeit des Untergrunds zu messen und anhand des Wärmeflusses unter der Oberfläche den thermischen Zustand des Marsinneren bestimmen zu können.
Dank der so gewonnen Daten können die Wissenschaftler Rückschlüsse über die chemische Zusammensetzung des Planten und seinen inneren Aufbau ziehen und auch, wie der Mars sich entwickelt hat und, ob er noch immer einen heißen flüssigen Kern hat. Darüber hinaus können die Messungen auch Rückschlüsse über die frühe Entwicklung der Erde erlauben und, was sie im Vergleich so außergewöhnlich macht.
Das ist der Maulwurf
Der Mole basiert auf dem beim DLR für die Beagle-2-Mission entwickelten „PLUTO“ Mole (PLanetary Underground Tool) und ist ein so genannter instrumentierter, elektromechanischer „Maulwurf“. Er ist zur Wärmeflussmessung (TEM-A and TEM-P) sowohl mit einer aktiven als auch mit einer passiven Instrumentierung und einem kombinierten Beschleunigungs- und Neigungsmesser (STATIL) ausgestattet, der durch einen internen Schlagmechanismus in den Marsboden vordringt.
Dabei zieht er ein mit Temperatursensoren bestücktes, fünf Meter langes Flachbandkabel namens „Science Tether“ hinter sich her, mit dem nach Erreichen der Zieltiefe zwischen drei und fünf Metern die Temperaturverteilung mit der Tiefe und ihre Änderung mit der Zeit gemessen wird. Ein weiteres Flachbandkabel („Engineering Tether“) verbindet das „Support System“ mit dem Marslandefahrzeug. So kann der Temperaturgradient entlang der Bohrtiefe über mehrere Monate überwacht werden. Zusammen mit den Messungen der physikalischen Bodeneigenschaften kann dann der Wärmestrom aus dem Inneren des Planeten bestimmt werden. Ergänzend misst das am InSight-Lander angebrachte Radiometer (Infrarotstrahlungsmesser) die Temperatur des Marsbodens an der Oberfläche.
„Wir sind froh, dass das Absetzen unseres HP³-Experiments auf dem Marsboden so einwandfrei geklappt hat”, sagt der leitende Wissenschaftler des Experiments, Prof. Tilman Spohn vom DLR-Institut für Planetenforschung in Berlin. “Jetzt hoffen wir, dass dem ‚Mole’, unserem Maulwurf, kein größerer Stein auf seinem Weg in den Untergrund in die Quere kommt.“
Thermische Evolution der Planeten und das Leben auf der Erde
„Thermophysikalisch gesehen, kann man Planeten als Wärmekraftmaschine begreifen, die Vulkanismus, Tektonik, und Magnetismus erzeugt”, erklärt Prof Spohn weiter. Wärmeflussmessungen seien wichtige Randbedingungen für die Modellierung der thermischen Entwicklung der Erde, des Mars und anderer Planeten. Das Seismometer und die Beobachtung der Schwankungen der Rotationsachse mit dem InSight-Experiment RISE (Rotation and Interior Structure Experiment) geben dagegen Aufschluss über den inneren Aufbau des Mars.
In der Wissenschaft geht man davon aus, dass die geologische Entwicklung eines Planeten große Bedeutung für seine Lebensfreundlichkeit und sogar die Ereignisse hat, die das Leben überhaupt erst entstehen lassen. Tektonische Elemente, die auf der Erde für die Bildung der Kontinente und Ozeane und somit letztlich für die Entstehung von Leben verantwortlich waren, fehlen auf dem Mars. Die Gründe dafür liegen laut der Wisschenschaftler vermutlich darin, dass der Mars erstens kleiner ist und es zweites kein Wasser gibt, um den Prozess der Plattentektonik, wie auf der Erde, über einen längeren Zeitraum oder dauerhaft zu „schmieren”. Forschungen zufolge gab es auf dem Mars früher allerdings mehr Wasser und Eis als heute und er war durchaus zumindest zeitweise lebensfreundlich. Mit Hilfe der Messungen von InSight wollen die Forscher jetzt die planetenphysikalischen Aspekte dieser komplexen Zusammenhänge besser verstehen.
InSight ist eine Mission des NASA-Discovery-Programms und die erste seit der Astronautenmission Apollo 17 im Jahr 1972, bei der Wärmeflussmessungen mit einem Bohrmechanismus auf einem anderen Himmelskörper durchgeführt werden.
Titelbild: © DLR
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