Nach der erfolgreichen Landung des Mars Science Laboratory mit dem Rover Curiosity hat die NASA eine weitere Mars-Landemission beschlossen. Die Mission InSight soll 2016 startklar sein und nach einem halbjährigen Flug am Mars ankommen. Dort soll InSight mit geophysikalischen Experimenten einen Blick in das Innere des Roten Planeten werfen, unter anderem mit einem am Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) entwickelten Experiment HP3, das für Wärmefluss-Messungen mehrere Meter tief in den Marsboden eindringen wird und die thermo-mechanischen Eigenschaften des Marsbodens zu erforschen.
"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, Vorstandsvorsitzender des DLR.
Fragen an die Marsgeologie, Antworten im Marsboden
Der Missionsname InSight (Interior Exploration using Seismic investigations, geodesy and heat transport) zeigt, dass bei dieser Mission vor allem geophysikalische Experimente auf und unter der Marsoberfläche durchgeführt werden, beispielsweise durch Messung der Geschwindigkeit von seismischen Wellen oder des Wärmeflusses. Ziel der Mission ist es, den Aufbau und Zustand von Kern und Mantel, sowie die thermische Entwicklung des Mars besser zu verstehen. Am DLR wurde für InSight das Experiment HP3 entwickelt. HP3 steht für "Heat Flow and Physical Property Package".
"Bisher fand die Erforschung des Mars nur durch Beobachtungen aus der Umlaufbahn und direkt auf der Oberfläche statt", erklärt Professor Tilman Spohn, wissenschaftlicher Leiter von HP3 und Direktor des DLR-Instituts für Planetenforschung in Berlin-Adlershof. "Die Untersuchung des Inneren des Planeten steht hingegen erst am Anfang. HP3 wird sehr wichtige Impulse für die Marsforschung liefern können." Nach dem Strahlungsmessgerät RAD (Radiation Assessment Detector), das von der Universität Kiel gemeinsam mit dem DLR für die aktuelle Curiosity-Mission entwickelt wurde, und der hochauflösenden Stereokamera HRSC auf dem ESA-Orbiter Mars Express, ist HP3 das dritte DLR-Experiment zur Erforschung unseres Nachbarplaneten.
Mit einem elektro-mechanischen Maulwurf mehrere Meter in den Marsuntergrund
Seit geraumer Zeit beschäftigt sich die Planetenforschung mit der Frage, warum sich der Mars im Vergleich zur Erde so anders entwickelt hat, weshalb beispielsweise der etwas kleinere Mars keine Plattentektonik mit Kontinentalverschiebung hat. Dieser globale Prozess ist fundamental für den Kohlenstoffkreislauf auf der Erde und könnte den entscheidenden Unterschied ausmachen, warum auf der Erde die Voraussetzungen für Leben so viel günstiger sind als auf dem Mars. "Auf dem Mars floss früher aber Wasser, vielleicht waren also die Bedingungen für Leben auch einmal günstiger, wie zum Beispiel die durch Vulkanismus beeinflussten Temperaturen der Atmosphäre", erläutert Professor Spohn. "Der Mars ist nach wie vor der Körper im Sonnensystem, auf dem Leben jenseits der Erde am wahrscheinlichsten ist."
Das HP3-Experiment des DLR nutzt einen elektro-mechanischen Schlagmechanismus, der einen Instrumentenbehälter bis zu fünf Meter tief in den Marsboden einbringen kann. "Bisher ist solch ein vollautomatischer Maulwurf noch auf keinem Körper des Sonnensystems zum Einsatz gekommen", sagt Dr. Tim van Zoest, Physiker am DLR-Institut für Raumfahrtsysteme in Bremen, wo der Schlagmechanismus entwickelt wurde. "Vergleichbare Experimente zur Analyse des Untergrunds gab es bisher nur von Hand auf dem Mond bei den amerikanischen Apollomissionen 15 bis 17 zu Beginn der 1970er Jahre, das waren damals aber eher konventionelle Bohrer."
Die Sensoren von HP3 zur Messung des Wärmeflusses wurden am DLR-Institut für Planetenforschung in Zusammenarbeit mit dem Institut für Weltraumforschung der Österreichischen Akademie der Wissenschaften in Graz entwickelt. Insbesondere soll der Wärmefluss unter der Marsoberfläche erfasst werden. Die Vermessung des Wärmeflusses direkt unter der Oberfläche ermöglicht es, auf die Wärmeproduktion im Marsinneren zu schließen. Damit ergeben sich Hinweise auf die Zusammensetzung des Mars und seine fortwährende Abkühlung, die im Zusammenhang mit dem noch heute stattfindenden Vulkanismus steht. Außerdem soll HP3 die geologische Schichtung in den ersten fünf Metern unter der Marsoberfläche – insbesondere hinsichtlich der Existenz von Eisvorkommen – durch die Vermessung der thermo-mechanischen Eigenschaften des Bodens erfassen.
Konkrete Fragestellungen rücken bei Missionen in den Vordergrund
InSight ist bereits die zwölfte Mission im Discovery-Programm der NASA, das sich durch kosteneffiziente Projekte mit einem vergleichsweise geringen Budget von rund 500 Millionen US-Dollar auszeichnet. Markenzeichen der Discovery-Missionen ist die starke Fokussierung auf bestimmte wissenschaftliche Fragestellungen. Geleitet wird die Mission von Dr. Bruce Banerdt vom Jet Propulsion Laboratory (JPL), einem der renommiertesten amerikanischen Marsforscher. Neben dem DLR ist auch die französische Weltraumorganisation CNES beteiligt.
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