Marslander Insight erkundet Bohrstellen für Maulwurf

Es war eine zentimetergenaue Detailarbeit. In den vergangenen Wochen haben DLR-Forscher jeden Stein auf den Bildern der InSight-Landestelle vermessen und mit dem Radiometer des HP³-Experiments den Staub an der Marsoberfläche analysiert, die idealen Absetzstellen für die Instrumente der InSight-Mission zu identifizieren.

Mit der nun erfolgten Platzierung des Seismometers vor dem Lander beginnt die Erkundung des Marsinneren gemeinsam mit amerikanischen und französischen Kollegen. Der Marsmaulwurf des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) wird Ende Januar 2019 einen Meter östlich des Seismometers positioniert werden. Wissenschaftler des Jet Propulsion Laboratory (JPL) in Kalifornien bildeten auf Grundlage der Untersuchungen InSights angrenzende Umgebung exakt im Labor nach und testeten die Absetzmanöver mit einem Nachbau der NASA-Sonde.

Gute Landestelle für Marsexperimente

Ein vierköpfiges Team des Kölner DLR-Nutzerzentrums für Weltraumexperimente verbleibt für die Kommandierung und Überwachung des HP³-Experiments auch über Weihnachten und Silvester in Kalifornien. „Wir sind sehr glücklich über InSights sandige, flache Landestelle, sagt der wissenschaftliche Leiter des HP³-Experiments Prof. Tilman Spohn vom DLR-Institut für Planetenforschung in Berlin. „Nach intensiver Analyse der geologischen Gegebenheiten, in die sich viele DLR-Kollegen des HP³-Teams intensiv eingebracht haben, können wir aufatmen. Ohne größere Steine im Arbeitsbereich des robotischen Arms oder Fragmente, die auf größere Steine direkt unter der Oberfläche schließen lassen, ist uns die Auswahl der Absetzstelle für HP³ schließlich deutlich leichter als erwartet gefallen.“ Die jetzt festgelegte Absetzstelle befindet sich in rund 1,60 Meter Entfernung mit möglichst großem Abstand zur Muttersonde. Das verhindert Schattenwürfe, die sonst die Temperaturmessungen mit HP³ stören würden.

Das Foto von der Marsoberfläche zeigt InSights erstes vollständiges Selfie auf dem roten Platen. Man erkennt gut die Solarmodule und die Plattform des Landers. Auf der Plattform befinden sich seine wissenschaftlichen Instrumente und die UHF-Antenne. Bei Auswahl und Tests der Absetzstellen mussten die Forscher auch sicherstellen, dass die empfindlichen Kabel, die die Instrumente am Boden mit der Muttersonde verbinden, nicht an scharfen Felskanten verfangen oder reiben. Auch hierbei war die flache, weitestgehend steinfreie Umgebung hilfreich.

„Vermutlich ist InSight am 26. November 2018 in einem mit Sand aufgefüllten Meteoritenkrater gelandet“, erklärt HP³-Wissenschaftler Dr. Matthias Grott die geologischen Gegebenheiten. „Das sollte es dem Marsmaulwurf erleichtern, wie geplant in bis zu fünf Meter Tiefe für Temperatur und Wärmeflussmessungen vorzudringen.“ Allerdings bleibt es Ende Januar spannend, welche Verhältnisse der Maulwurf unter der Mars-Oberfläche vorfindet. „Unter der Landesonde haben wir größere Steine gesehen, die natürlich auch tiefer auftreten könnten“, so der DLR-Planetenforscher über die bleibende Anspannung.

Aufwärmen gegen knapp -90 Grad Celsius

Aktuell befindet sich HP³ noch auf der InSight-Landeplattform. Dort haben die Wissenschaftler bereits das Radiometer des Experiments in Betrieb genommen, das unter anderem die Oberflächentemperatur auf dem Mars registriert. Diese soll später mit den Temperaturmessungen des Maulwurfs im Untergrund verglichen werden. „Derzeit kalibrieren wir unser ‚Marsthermometer‘, wobei uns erste Daten zeigen, dass es wie erwartet an der Landstelle in der Ebene Elysium Planitia nachts mit etwa -90 Grad Celsius empfindlich kalt ist und sich am Tage die oberste Sandschicht in der Mittagssonne auf bis zu 15 Grad Celsius erwärmen kann“, sagt HP³-Operationsmanager Christian Krause vom DLR-Nutzerzentrum für Weltraumexperimente. „Über den Jahreswechsel werden wir den Einsatz von HP³ weiter vorbereiten. Dabei kümmern wir uns um Testläufe zum Vorheizen des Maulwurf-Motors und der Kabel für das Aussetzen des Instrumentes. An Heiligabend und am ersten Weihnachtsfeiertag haben wir kurz frei, dann geht es direkt weiter.“

Das Operations-Team um Christian Krause wird Ende Januar auch das für mehrere Wochen geplante Hämmern in den Marsboden kommandieren. Später, nach Erreichen der Zieltiefe, sollen die Daten der Temperatur- und Wärmflussmessungen am Kontrollzentrum beim DLR in Köln empfangen, aufbereitet und dann von den Wissenschaftlern am DLR-Institut für Planetenforschung in Berlin ausgewertet werden.

Zwei Jahre lang sollen die Temperaturfühler insgesamt Daten zum Temperaturgefälle im Untergrund liefern. Zusammen mit der Wärmeleitfähigkeit können die Forscher dann berechnen, wieviel Wärme das Marsinnere heute noch abgibt und schlussfolgern, wie sich das Innere des Mars entwickelt hat, wie aktiv er heute noch ist, ob der Planet noch immer über einen heißen flüssigen Kern verfügt und was die Erde im Vergleich zum Mars so besonders macht.

Auftakt mit dem Seismometer SEIS

Zuerst ist aber nun am Morgen des 20. Dezember 2018 (MEZ) das unter der Leitung der französischen Raumfahrtagentur CNES gebaute Seismometer SEIS erfolgreich ausgesetzt worden. Erste Bilder zeigen das Instrument, wie es exakt 1,64 Meter vor dem Lander steht. „Mit dem Seismometer können wir Bodenbewegungen des Roten Planeten, die von Marsbeben oder Meteoriteneinschlägen hervorgerufen werden, detailliert untersuchen“, sagt der am SEIS-Experiment beteiligte DLR-Planetenforscher Dr. Martin Knapmeyer.

„Durch die Analyse, wie seismische Wellen durch die verschiedenen Schichten des Planeten laufen, können wir als Seismologen die Tiefen dieser Schichten ableiten und herausfinden woraus sie bestehen, ähnlich wie bei einer medizinischen Ultraschalluntersuchung.“ SEIS soll nach ersten Tests im Januar mit einer vor Wind und Temperaturschwankungen schützenden Haube überdeckt werden, um die empfindlichen Sensoren von Störungen abzuschirmen.

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 steuerte zur Mission das Experiment HP³ (Heat Flow and Physical Properties Package) bei. Die wissenschaftliche Leitung liegt beim DLR-Institut für Planetenforschung, wo das Experiment auch federführend entwickelt wurde, in Zusammenarbeit mit den DLR-Instituten für Raumfahrtsysteme, Optische Sensorsysteme, Raumflugbetrieb und Astronautentraining, Faserverbundleichtbau und Adaptronik, Systemdynamik und Regelungstechnik sowie Robotik und Mechatronik.

Daneben sind beteiligte industrielle Partner: Astronika und CBK Space Research Centre, Magson und Sonaca 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.