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Das erste Bild, das der "InSight"-Lander von der Marsoberfläche aufgenommen hat.

Nasa-Mission

"InSight" erforscht den Mars

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    Pamela Dörhöfer
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Bei der Landung der "InSight"-Mission auf dem Mars hat alles funktioniert wie geplant. Ab Januar soll das Planeteninnere erkundet werden.

Die robotische Mars-Bevölkerung ist am Montagabend um einen Bewohner angewachsen: Die Nasa-Sonde „InSight“ ist erfolgreich auf dem roten Planeten gelandet, nachdem sie innerhalb eines guten halben Jahres 458 Millionen Kilometer zurückgelegt hat. Nach dem ruhig verlaufenden Flug war die Landung auf dem Mars nervenaufreibend für alle Beteiligten. Das ist nicht unüblich, denn Mars-Landungen sind äußerst schwierig.

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Die Mars-Atmosphäre ist im Vergleich zur irdischen sehr dünn und bremst die Raumsonde bei ihrem Landeanflug kaum ab. Daher musste „InSight“ sehr schnell seine Geschwindigkeit drosseln: von knapp 20 000 Kilometern pro Stunde beim Eintritt in die Erdatmosphäre auf nur noch acht Kilometer pro Stunde bei der Landung. Für diesen Bremsprozess, der insgesamt nur sechseinhalb Minuten dauerte, kamen ein Fallschirm und zwölf Bremsdüsen zum Einsatz. Wegen der großen Entfernung zum Mars musste die Landung komplett autonom ablaufen, ein Eingreifen von der Erde aus war nicht möglich. Acht Minuten dauert es derzeit, bis ein Signal vom Mars die Erde erreicht - sobald das Signal vom Start der Landung bei der Nasa eintraf, war die Landung auf dem Mars bereits vorbei. Dieses nervenaufreibende Szenario hat bei der Nasa den Spitznamen „sieben Minuten des Terrors“ erhalten.

Doch es ging alles gut - auch Dank bewährter Technik: Die „InSight“-Mission vertraute auf die Landetechnik, die bereits bei der „Phoenix“-Mission 2008 erfolgreich war. Eine entscheidende Änderung gegenüber der Mission von 2008 trug dazu bei, dass aus den „sieben Minuten des Terrors“ keine Stunden des bangen Wartens wurden: Zwei kleine Satelliten, die etwa die Größe einer Aktentasche haben, begleiteten „InSight“ auf dem Flug zum Mars. Die CubeSats mit den Namen „MarCO-A“ und „MarCO-“B“ verfolgten „InSight“ autonom, führten eigene Kurskorrekturen durch und brachten sich in eine Position, um bei der Landung der Raumsonde Daten zu sammeln und direkt an die Erde weiterzuleiten. 

So wusste man auf der Erde bereits acht Minuten nach der Landung, dass „InSight“ keine Bruchlandung hingelegt hatte. Erst Stunden nach der Landung schickte auch der altgediente Mars-Orbiter „Mars Reconnaissance Orbiter“ (MRO) Informationen über die Landung zur Erde und erst spät in der Nacht kam die entscheidende Nachricht vom Nasa-Orbiter „Odyssey“: Auch die Solarpaneele haben sich ordnungsgemäß entfaltet und „InSight“ kann Sonnenenergie tanken.

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Bei der Mission der kleinen „MarCO“-Satelliten handelte es sich um den Test einer neuen Technologie. Zwar werden CubeSats schon seit einiger Zeit in der Erdumlaufbahn eingesetzt - vor allem Universitäten nutzen sie bisher. Doch außerhalb der Erdumlaufbahn kamen CubeSats bisher nicht zum Einsatz. „Das war ein großer Schritt für unsere kleinen, unerschrockenen robotischen Forscher“, freut sich daher auch der „MarCO“-Projektleiter Joel Krajewski. „CubeSats haben eine große Zukunft außerhalb des Erdorbits und das Team freut sich, der Wegbereiter zu sein.“

Die kleinen Satelliten sind deutlich günstiger als die eigentliche Raumsonde mit ihren wissenschaftlichen Instrumenten und ermöglichen es, gleichzeitig Daten zu empfangen und an die auf der Erde lauschenden Teleskope des Deep Space Networks weiterzuleiten - eine Sache, die beispielsweise die Mars-Orbiter „MRO“ und „Odyssey“ nicht beherrschen. „Die experimentellen CubeSats haben die Tür für kleinere planetarische Raumsonden geöffnet“, stellt auch der Direktor des Jet Propulsion Laboratory der Nasa, Michael Watkins fest. Es wäre also nicht verwunderlich, wenn bei den nächsten Missionen zu fremden Welten neben der eigentlichen wissenschaftlichen Mission auch CubeSats zum Einsatz kommen.

Von der Marsoberfläche hat die „InSight“-Sonde bereits unmittelbar nach der Landung die ersten Bilder geschickt. Anfang Januar 2019 wird dann auch der „Maulwurf“ seine Tätigkeit aufnehmen. Dieses elektromechanisch arbeitende Instrument ist ein zentraler Bestandteil der Mission und wurde vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) entwickelt. Das Experiment HP3 („Heat Flow and Physical Properties Package“) – so der weniger griffige offizielle Name – soll Erkenntnisse über das Marsinnere liefern und damit auch unser Wissen über den Aufbau von Gesteinsplaneten allgemein verbessern.

Zu diesem Zweck wird sich der Maulwurf vollautomatisch bis in den Boden des roten Planen hineinhämmern. An welcher Stelle genau er loslegen soll, müssen die Forscher erst noch entscheiden; auf jeden Fall aber wird es ein Ort im Umkreis von eineinhalb Metern rund um die Sonde sein. Als Grundlage für die Auswahl der geeigneten Lokalität dient ein räumliches Modell der Oberfläche, das als nächstes erstellt wird. Danach wird der robotische Arm der Sonde den Marsmaulwurf an seiner künftigen Wirkstätte platzieren. Bereits Ende Dezember soll ein Seismometer zur Messung von Bodenerschütterungen und seismische Wellen ausgesetzt werden.

Für den Maulwurf wäre eine Stelle ideal, „die möglichst sandig ist und keine Steine aufweist“, erklärt Operationsmanager Christian Krause vom DLR-Nutzerzentrum für Weltraumexperimente, der mit seinen Kollegen das Experiment zunächst vom Kontrollzentrum des Jet Propulsion Laboratory in Kalifornien und später vom Kontrollzentrum des Deutschen Luft- und Raumfahrtzentrums in Köln aus kommandiert.

Voraussichtlich von Januar bis März 2019 soll der Maulwurf mit Hilfe eines internen Schlagmechanismus‘ in kleinen Schritten bis zu einer Tiefe von fünf Metern in den Marsboden vordringen. Auf seinem Weg ins Planeteninnere zieht er ein fünf Meter langes Flachkabel names „Science Tether“ hinter sich her, das mit Temperaturfühlern bestückt ist. Alle 50 Zentimeter legt der Maulwurf eine Pause ein, um an seiner jeweiligen Stelle mit Hilfe des Kabels die Wärmeleitfähigkeit des Bodens zu messen.

Die Sensoren sollen insgesamt zwei Jahre lang Daten aus dem Untergrund liefern, an denen sich ablesen lässt, wie stark das Temperaturgefälle dort ist. Zusammen mit der Wärmeleitfähigkeit können die Forscher daraus berechnen, wieviel Wärme das Marsinnere heute noch abgibt. Auch sollen anhand dieser Daten die heutigen geologischen Aktivitäten im Planeten bestimmt werden, erläutert Tilman Spohn, wissenschaftlicher Leiter des HP3-Experiments vom Berliner DLR-Institut für Planetenforschung.

Darüberhinaus sollen die Untersuchungen Aufschluss geben, wie sich das Innere des Mars entwickelt hat – und ob er noch immer über einen heißen flüssigen Kern verfügt. Und auch darum soll es gehen: besser zu verstehen, „was die Erde im Vergleich so besonders macht“, wie Spohn sagt.

Wie die Erde gliedert sich der Mars in eine Kruste aus Silikatmineralen (die allerdings wesentlich dicker ist als die der Erde unter den Kontinenten), einen ebenfalls aus Silikaten bestehenden Mantel und einen Kern aus metallischem Eisen und Nickel mit geringen Beimengungen von Schwefel. All diese Angaben stammen bisher lediglich aus theoretischen Modellen. Ebenfalls noch ungeklärt ist, ob der komplette Marskern flüssig ist oder ob es im Innersten wie bei der Erde einen festen Eisenkern gibt. Auch diese Frage soll die „InSight“-Mission beantworten helfen.

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