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Was verbirgt sich unter der Oberfläche des Mars? Die Nasa-Mission "InSight" soll dieser Frage auf den Grund gehen.

"InSight"-Mission

Ein Maulwurf soll den Mars anbohren

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Heute Abend soll die Nasa-Mission "InSight" auf dem roten Planeten landen und dort auch einen Blick unter die Oberfläche werfen. Worum es bei der Mission geht.

Es ist ein weiter Weg, den die Raumsonde „InSight“ hinter sich gebracht haben wird, wenn sie am Montagabend auf dem Mars landet. Gestartet Anfang Mai, wird die Sonde bis zu ihrer Ankunft auf dem roten Planeten 485 Millionen Kilometer zurückgelegt haben. Auch wenn ein Großteil davon bereits hinter ihr liegt – vor der Landung stehen „InSight“ und den beteiligten Forschern der US-Raumfahrtorganisation Nasa und zahlreichen europäischen Institutionen noch bange Minuten bevor.

Eine Landung auf dem Mars ist immer wieder eine große Herausforderung – das zeigen auch die zahlreichen fehlgeschlagenen Versuche: Nur 40 Prozent aller bisher gestarteten Missionen waren erfolgreich. „Auf dem Mars zu landen ist schwierig“, sagt Nasa-Wissenschaftsdirektor Thomas Zurbuchen. „Man braucht dafür Geschicklichkeit, Konzentration und jahrelange Vorbereitung.“ Kompliziert wird es unter anderem wegen des niedrigen atmosphärischen Drucks. Der beträgt weniger als ein Prozent des Drucks auf der Erde, was dazu führt, dass Raumsonden sehr schnell zu Boden fallen und in kürzester Zeit sehr stark abgebremst werden müssen. Ein weiterer Grund, warum Landungen auf dem Mars schwierig sind, liegt an der großen Entfernung des roten Planeten zur Erde: Die Kommunikation zwischen Kontrollzentrum und Raumsonde kann nicht in Echtzeit stattfinden. Daher muss die Sonde die Landung autonom durchführen – egal, was passiert. „Es gibt einen Grund, warum Ingenieure eine Landung auf dem Mars „Sieben Minuten des Terrors“ nennen“, erzählt Rob Grover, der für die Lande-Phase zuständig ist.

Für die Landung setzt die Nasa auf die Technik, die 2008 beim Mars-Lander „Phoenix“ erfolgreich war. Dabei greifen viele verschiedene Schritte automatisiert ineinander: Sieben Minuten vor dem Eintritt in die Atmosphäre soll sich „InSight“ von der sogenannten „Cruise Stage“ trennen. Übrig bleibt das Eintrittsvehikel, das sich so dreht, dass der Hitzeschild Richtung Mars zeigt und die Raumsonde vor der großen Hitze beim Eintritt in die Atmosphäre schützt. Etwa dreieinhalb Minuten später soll sich der Fallschirm öffnen. Die Raumsonde hat dann noch eine Geschwindigkeit von etwa 415 Metern pro Sekunde und befindet sich in einer Höhe von zwölf Kilometern über dem Marsboden. Ungefähr drei Minuten lang wird „InSight“ am Fallschirm zu Boden schweben. In dieser Zeit soll die Sonde den Hitzeschild absprengen und ihre drei Beine ausfahren. Mittels Radar beginnt die Raumsonde, den Abstand zum Boden zu messen. Etwa 45 Sekunden vor der Landung und in einer Höhe von 1,2 Kilometern trennt sich „InSight“ vom Fallschirm.

Dann übernehmen zwölf Antriebsdüsen die Arbeit: Sie bremsen die Sonde weiter ab und positionieren sie richtig. Mit einer Geschwindigkeit von etwa acht Kilometern pro Stunde soll „InSight“ letztendlich auf der Marsoberfläche landen. Angepeilt wird dafür eine Region namens Elysium Planitia am Äquator – rund 550 Kilometer vom Standort des Rovers „Curiosity“ entfernt. Dort gibt es nur wenige Felsen und Steine, die die Landung erschweren könnten – dafür aber viel Sonnenlicht, das als Energielieferant für „InSight“ dient.

Eine gute Landestelle ist für die Mission besonders wichtig, denn die Sonde wird sich von dort nicht mehr wegbewegen. Im Gegensatz zu „Curiosity“ handelt es sich bei „InSight“ um einen Lander, der an Ort und Stelle bleibt und dort seine Instrumente einsetzt. „Auf dem Mars zu landen ist aufregend, aber die Wissenschaftler freuen sich auf die Zeit nach der Landung“, berichtet Lori Glaze, die bei der Nasa die Abteilung für Planetenforschung leitet. Die Aufgabe von „InSight“ – der Name steht für „Interior Exploration using Seismic Investigations, Geodesy and Heat Transport“ – ist die Erforschung des Mars-Innern. Dazu sollen ein Seismometer, eine Wärmefluss-Sonde und ein Radioexperiment zum Einsatz kommen. Das „Seismic Experiment for Interior Structure“ (SEIS) soll das aktuelle Level der tektonischen Aktivitäten und die Meteoriten-Einschlagsrate auf dem Mars bestimmen. Konkret soll SEIS Magnitude, Häufigkeit und geografische Verteilung der „Marsbeben“ ermitteln. Das Instrument ist eine europäisch-amerikanische Kooperation: Hergestellt wurde es von der französischen Raumfahrtbehörde CNES in Zusammenarbeit unter anderem mit der ETH Zürich, dem Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung in Göttingen und dem Jet Propulsion Laboratory (JPL) in Kalifornien.

„Maulwurf“ stammt aus Deutschland

Auch das zweite Instrument stammt aus Europa, genauer: aus Deutschland. Die Wärmeflusssonde HP3 („Heat Flow and Physical Properties Package“) wurde vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) entwickelt und gebaut. Die Sonde, die von den Wissenschaftlern liebevoll „Maulwurf“ genannt wird, soll bis zu fünf Meter tief in den Marsboden eindringen. Die Rammsonde zieht dabei ein Kabel hinter sich her, das mit 14 Temperatursensoren bestückt ist. Hat der „Maulwurf“ die geplante Tiefe erreicht, sollen die Sensoren alle 15 Minuten die Temperatur im Boden messen. Aus den so gewonnenen Daten können die Forscher Rückschlüsse auf die Wärmeproduktion im Innern des Mars ziehen und dessen Abkühlungsrate ermitteln. Außerdem erhalten sie Hinweise auf die Zusammensetzung des Planeten und seine Aktivität.

Für ein drittes wissenschaftliches Experiment gibt es keine eigenen Instrumente. Das RISE-Experiment („Rotation and Interior Structure Experiment“) nutzt die Funkverbindung von „InSight“ zur Erde, um die Planetenrotation zu analysieren. Aus diesen Daten können die Forscher Einzelheiten über den Aufbau des Mars herausfinden. Besonders interessiert sind die Wissenschaftler am Kern: Ist er flüssig oder fest? Das ist eine der fundamentalen Fragen, die „InSight“ beantworten und dabei helfen soll, die Erzeugung planetarer Magnetfelder besser zu verstehen.

Die Instrumente HP3 und SEIS sind während des Flugs zum Mars auf dem Deck von „InSight“ montiert und werden dort nach der Landung auch erst einmal bleiben. Zuerst soll die Landestelle auf dem Mars mittels Kamera erkundet und eine geeignete Position gesucht werden, an der die Wärmeflusssonde und das Seismometer ideal platziert werden können. Im Dezember wird zuerst das Seismometer ausgesetzt, bevor im Januar HP3 folgen wird.

Die Mission „InSight“ soll durch die Erforschung des Mars fundamentale Fragen über die Entstehung von erdähnlichen Planeten beantworten. Vier dieser Gesteinsplaneten gibt es in unserem Sonnensystem: Neben Erde und Mars zählen auch Venus und Merkur dazu. Sie haben sich vor viereinhalb Milliarden Jahren im heißen solaren Urnebel gebildet – jedoch völlig unterschiedlich entwickelt. Während die Erde lebensfreundlich ist, gilt die Venus als Gluthölle, auf dem Mars dagegen ist es kalt und unwirtlich: er besitzt so gut wie keine Atmosphäre und kein Magnetfeld, das die Oberfläche schützen könnte.

Bis November 2020 soll die Primärmission von „InSight“ dauern. Um keine Zeit zu verlieren, ist geplant, dass der Lander bereits in den Minuten nach der Landung  die Arbeit aufnimmt. Wenn sich der erste Staub, der bei der Landung aufgewirbelt wurde, gelegt hat, sollen zuerst die Solarpaneele ausgefahren werden. Anschließend wird die Umgebung per Kamera erkundet, bevor die Instrumente per Greifarm auf dem Marsboden platziert werden. Dann wird der Lander hauptsächlich stillhalten und Daten von den Instrumenten zur Erde weiterleiten.

Ursprünglich sollte die Mission bereits vor zwei Jahren starten, doch wegen eines undichten Forschungsinstruments wurde der Start verschoben. Nun steht die Landung kurz bevor – und bei den beteiligten Forschern steigt die Anspannung. Doch auch bei einer erfolgreichen Landung ist nicht unbedingt sofort ein Jubelsturm im Kontrollzentrum zu erwarten: Es steht nicht genau fest, wann das erste Signal, das eine gelungene Landung bestätigt, auf der Erde ankommt. Es gibt gleich mehrere Möglichkeiten, wann und wie eine mögliche Erfolgsmeldung vom Mars die Nasa erreichen könnte: „InSight“ schickt selbst Funksignale zur Erde, an denen Experten ungefähr ablesen können, was auf dem Mars passiert. Auf der Erde lauschen Radioteleskope und das Deep Space Network der Nasa auf diese Signale.

Satelliten im Aktentaschen-Format

Gleichzeitig dienen zwei altgediente Mars-Orbiter als Relais für die Kommunikation mit der Erde: Der „Mars Reconnaissance Orbiter“ (MRO) wird sich während der Landung über der Landestelle befinden und Daten von „InSight“ aufzeichnen. Etwa drei Stunden später sollen diese Informationen auf der Erde verfügbar sein. Der Orbiter „2001 Mars Odyssey“ wird erst später über die Landestelle fliegen und Bilder zur Erde schicken, auf denen die Forscher sehen können, ob die Solarpaneele korrekt ausgeklappt wurden. „Odysseys“ Daten werden jedoch erst mehrere Stunden nach der Landung auf der Erde erwartet.

Um möglicherweise doch schon früher an Informationen von der Landung zu kommen, wurden zwei CubeSats mit zum Mars geschickt. Diese kleinen Satelliten mit den Namen „MarCO-A“ und „MarCO-B“ sind jeweils so groß wie eine Aktentasche und fliegen unabhängig von „InSight“ zum Mars. Schaffen sie es dorthin, könnten sie die Informationen von „InSight“ binnen weniger Minuten zur Erde schicken. Etwa acht Minuten nach der Landung wüsste man dann, ob es Grund zum Jubeln gibt. Ob das jedoch klappt, ist unklar – bei „MarCO“ handelt es sich um den ersten Test der CubeSat-Technologie außerhalb der Erdumlaufbahn.

Deshalb hat ein Erfolg oder Misserfolg der kleinen Satelliten auch keinen Einfluss auf die „InSight“-Mission. Bei der Nasa gibt man sich jedoch optimistisch: Die Technologie könne verändern, wie Raumsonden künftig „nach Hause telefonieren“, heißt es. Gut möglich, dass nach einem Erfolg auch bei der nächsten Mars-Mission CubeSats dabei sind: „Mars 2020“ soll im Sommer 2020 zum roten Planeten aufbrechen. Bei dem Rover handelt es sich um eine abgespeckte Version von „Curiosity“, der für die bisher letzte erfolgreiche Landung auf dem Mars steht und derzeit der einzige aktive Roboter auf dem Mars ist. Wenn es nach der Nasa und den beteiligten europäischen Forschern geht, leistet „InSight“ ihm bald Gesellschaft. 

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