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Die Raumsonde InSight ist derzeit auf dem Weg zum Mars, doch es ist keine Mission wie jede andere. Dieser Marslander soll nicht nur auf dem Roten Planeten landen, er soll sich in ihn hineinbohren und herausfinden, wie er in seinem Innern aufgebaut ist.
Mars InSight – hier ist der Name Programm. Die am 5. März gestartete Marsmission soll als erstes menschengemachtes Objekt in die Kruste eines fremden Planeten eindringen und uns mehr über seinen Aufbau verraten – und damit über den aller Gesteinsplaneten, einschließlich unseres eigenen und des Erdmonds.
Wissenschaftliche Ziele von InSight
Sie wird bis zum Mars jetzt noch circa sechs Monate brauchen und am 26. November auf dem Roten Planeten eintreffen, denn immerhin hat sie 485 Millionen Kilometer vor sich.
Im Grunde genommen soll die Sonde klären, wieso Gesteinsplaneten, nehmen sie doch alle den gleichen Anfang, sich doch so unterschiedlich entwickeln. Wir wissen, dass alle Planeten als kleine Protoplaneten begannen. Wer zufällig etwas mehr Masse hatte, der hatte auch mehr Gravitation und wuchs so schneller an.
Man vermutet nun, dass die unterschiedliche Zusammensetzung von Merkur, Venus, Erde und Mars etwas mit ihrer Größe zutun hat. Im Kern des Mars herrscht etwa ein wesentlich geringerer Druck als im Erdkern, einige Mineralien könnten dort gar nicht erst entstehen. Doch wir wissen zum Beispiel nicht, ob der Kern eines leichteren Gesteinsplaneten wie etwa des Mars bereits erstarrt oder noch flüssig ist.
Und noch eine weitere ganz wichtige Frage gibt es: Hat der Mars dynamische Plattentektonik wie die Erde oder besteht er aus einer großen zusammenhängenden Platte? Gibt es dort Erdbeben und brechen auf dem Mars womöglich noch heute Vulkane aus? InSight soll das alles herausfinden und dafür in der vulkanisch geprägten Elysium Planitia landen.
Drei Experimente auf dem Mars
Heat Flow and Physical Properties Probe
Dies wird die Sonde in drei Schritten tun. Zuerst bohrt sich die in Deutschland entwickelte Heat Flow and Physical Properties Probe, ein Forschungsgerät, welches die Sonde an Bord hat, fünf Meter tief in die Kruste des Mars.
Mit einem 40 Zentimeter langen Zylinder und einem schweren Block, der in ihm herumgeschleudert wird, ist dies mit einem Hammerschlag alle 3,6 Sekunden möglich. Mindestens 5.000 Schläge wird die Sonde benötigen, um sich in den Untergrund des Mars zu bohren.
Alle 15 Zentimeter wird eine viertägige Pause eingelegt, damit die entstandene Wärme entweichen kann und es zu einer unverfälschten Temperaturmessung kommen kann. Nach geplanten 30 Tagen wird die Sonde die fünf Meter überwunden haben.
Das Ziel ist es, die Temperatur in fünf Meter Tiefe zu messen und so herausfinden zu können, wie viel Wärme im inneren des Planeten noch vorhanden ist und wie stark diese nach außen strömt. Daraus lassen sich dann Rückschlüsse auf das Innere des Planeten ziehen.
Seismic Experiment for Interior Structure
Nicht nur die Temperatur gibt Aufschluss über die Struktur des Inneren des Mars. Auch Erdbeben können auf dynamische Prozesse in seinem Inneren hinweisen. So wird Mars InSight auch einen Seismographen an Bord haben. Diese werden auf der Erde benutzt, um Erdbeben zu registrieren und vorherzusagen.
Bis jetzt ist der Mond der einzige fremde Himmelskörper, auf dem ein Seismograph platziert wurde und zwar direkt von den Apollo-Astronauten. Der in Frankreich entwickelte Seismograph namens Seismic Experiment for Interior Structure, kurz SEIS ist jedoch der genaueste je entwickelte. Er kann ein Beben registrieren, dessen Ausmaß geringer als der Durchmesser eines Wasserstoffatoms ist!
Um die Genauigkeit zu bewahren, ist er mit einem Isolationsschild ausgestattet, welches ihn von fremden Einflüssen abschirmt. Da auf der Erde verschiedene Seismographen auf dem Globus verteilt zusammenarbeiten, müssen sie weniger präzise sein, als der auf dem Mars platzierte Seismograph, daher ist er in einer Vakuumbox untergebracht.
Rotation and Interior Structure Experiment
Das dritte Experiment soll Aufschluss über die Beschaffenheit des Kerns und des Mantels des Mars geben. Dafür soll die Rotation des Mars genauer gemessen werden, denn sie ist nicht gleichmäßig. Dieses Taumeln bezeichnen wir als Präzession, auch die Erde ist einem solchen Rhythmus unterworfen.
Dabei umkreist die Rotationsachse wie bei einem Kreisel die eigentliche Senkrechte und selbst auf dieser Bahn gibt es wiederum ein Taumeln, die Nutation. Zahlreiche Klimaleugner nutzen Präzession und Nutation übrigens als Argumente gegen eine menschengemachte Erderwärmung, was Unsinn ist, weil die Präzession in einem 23.000-Jahre-Zyklus schwankt.
Der Zyklus der Präzession gibt allerdings Aufschluss darüber, wie groß und massereich der Kern eines Planeten ist, wir schätzen den Marskern auf mindestens 3.000 Kilometer im Durchmesser, doch das ist eben wirklich nur eine Schätzung. Die Nutation wiederum gibt Aufschluss über die Beschaffenheit des Mantels des Mars – ist er fest oder flüssig wie auf der Erde? Wie das funktioniert, ist recht einfach zu verstehen:
Die Sonde befindet sich auf dem Mars und sendet Radiowellen durchs All in Richtung Erde. Da sich der Mars und somit auch die Sonde durch Präzession und Nutation etwas bewegen, werden diese Radiowellen entweder gestaucht oder gestreckt. So kann man im Kontrollzentrum auf der Erde die beiden Werte bestimmen.
Das schwierigste kommt noch…
Noch ist aber nicht sicher, ob all das je passieren wird, denn der schwierigste Teil der Mission steht noch bevor. Man muss sich vorstellen, dass eine ein Meter hohe und drei Meter breite Sonde mit einer Geschwindigkeit von 20.000 km/h durch die Atmosphäre rast.
Die Landung auf dem Roten Planeten ist eine technische Meisterleistung und wird noch etwas schwieriger als die Landung der baugleichen Sonde Phoenix in der Nordpolarregion des Mars im Jahr 2008, die Belege für flüssiges Wasser auf der Oberfläche des Mars fand. InSight ist um einiges schneller und landet zudem auf einer Erhöhung, sodass der Abstand zwischen Weltraum und Landestelle kleiner ist.
Die Landeanflug wird damit beginnen, dass die Sonde sich einmal um ihre Achse dreht, sodass der Hitzeschild in die richtige Richtung weist, der sich bei der Landung auf 1.500°C aufheizt. Dadurch wird die Sonde um 90% langsamer, doch noch immer schafft sie fast einen halben Kilometer in der Sekunde.
13 Kilometer über der Oberfläche des Mars wird die Sonde dann einen Fallschirm ausfahren, der sie abermals verlangsamen wird, sodass mit 60 Metern pro Sekunde dem Boden entgegen gleiten kann. Doch 1.200 Meter bevor sie ihn erreicht wird der Fallschirm abgeworfen und zwölf Bremsdüsen richten die Sonde in den letzten 30 Sekunden aufrecht. Am Nachmittag des 26. Novembers wird die Sonde dann auf dem Mars stehen – wenn alles gut geht.
Während der Landung muss die Raumsonde vollkommen autonom mit künstlicher Intelligenz agieren. Denn der Landeanflug dauert insgesamt nur sieben Minuten, der Mars ist allerdings so weit entfernt, dass sie Signale mit Lichtgeschwindigkeit ganze acht Minuten brauchen, wir können von der Erde also gar nicht eingreifen.
Erstmals werden bei InSight sogenannte Cubesats mitgeführt, dass sind Mini-Satelliten, welche die Kommunikation mit der Erde beschleunigen. Im Erdorbit wurden sie schon häufig für alles Mögliche eingesetzt, aber es wird das erste Mal sein, dass sie bei einer interplanetaren Mission mitfliegen.
In erster Linie ist es eine Technologieerprobung, denn in Zukunft sollen miniaturisierte Sonden das Sonnensystem erforschen, zu einem erdnahen Asteroiden fliegen, Wassereis auf dem Mond suchen und die Kommunikation mit Weltraumbasen ermöglichen.
InSight wird nahe dem Marsrover Curiosity landen, in der Nähe des Äquators, sodass die Sonde auch im marsianischen Winter mittels Solarkollektoren ihre Akkus aufladen kann. Man vermutet, dass die Elysium Planitia eine Hochebene aus erkalteter Lava ist. Aufgrund des vulkanischen Ursprungs dieser Gegend kann InSight dann herausragend in das poröse Gestein eindringen, um die Temperaturmessung durchzuführen.
Die Mission ist auf ein Marsjahr und 40 Marstage oder 720 Erdtage ausgelegt, doch womöglich wird sie verlängert. Nun muss InSight aber erstmal den Weg durch den interplanetaren Raum unbeschädigt überstehen und die Landung meistern. Im Kontrollraum des Jet Propulsion Laboratories in Pasadena ist man sich aber schon recht sicher.
Denn auch bei InSight wird man den Erdnuss-Trick anwenden, der seinen Ursprung bei Ranger 7 hat. Nach sechs verhauenen Landungen glückte der siebte Versuch schließlich – diesmal hatte der Flugdirektor Erdnüsse gegessen. Seitdem sind Erdnüsse bei wichtigen Etappen Tradition – was soll also da noch schief gehen bei InSight?
