Die Nasa-Sonde Insight soll erstmals Marsbeben und Bodentemperatur messen.
Wien. Nicht die Suche nach Wasser und Leben, sondern die Vorgänge im Inneren des Mars sind das Ziel der US-Mission Insight. Wenn alles nach Plan verläuft, soll der Lander am Montag um 21 Uhr mitteleuropäischer Zeit auf dem Roten Planeten aufsetzen und dessen Untergrund untersuchen.
Mit einer Geschwindigkeit von 21.000 Stundenkilometer soll Insight, zu Deutsch "Erkenntnis", "Einblick" oder auch "Tiefblick", am Montag in die Marsatmosphäre eintreten. Dabei muss der Hitzeschild des Landers glühend heißen 1500 Grad Celsius widerstehen. Elf Kilometer über dem Marsboden soll sich ein Fallschirm entfalten, der die Sonde so weit abbremsen soll, dass sie von ihren Bremsraketen mehr oder weniger sanft abgesetzt werden kann.
Der Nasa-Rover Curiosity ist derzeit 500 Kilometer von der Landestelle entfernt unterwegs. Anders als Curiosity soll Insight (Interior Exploration using Seismic Investigations, Geodesy and Heat Transport) auf seinem Landeplatz in der Ebene Elysium Planitia verharren. Über Bohrungen und Messungen der Erdbebenaktivität soll sein Labor detaillierte Kenntnisse über den Marskern liefern und zugleich Thesen über den Aufbau der Erde auf den Prüfstand stellen.
"Insight weicht ab von den Rover-Missionen, die an der Oberfläche nach Spuren von Wasser und vergangenem Leben suchen. Der neue Lander macht die Hausaufgaben, die bisher liegengeblieben sind", sagt Günter Kargl, Ko-Investigator in Österreich für die Mission am Grazer Institut für Weltraumforschung (IWF), das mit Voruntersuchungen zu Insight beigetragen hat. "Jede seismische Messung eines Erdbebens ist eine Computertomografie des Planetenkerns", erläutert Kargl. Ob dicht oder dünn, fest oder flüssig, massereich oder massenarm - "die Ausbreitung der seismischen Wellen ist ein Abbild der inneren Beschaffenheit."
Doch während die Erde mit ihrem flüssigen äußeren Kern, ihrer Plattentektonik und ihren gewaltigen Eruptionen ziemlich dynamisch ist, verhält sich der Mars eher ruhig. Über sein Inneres ist wenig bekannt. Wie bei allen terrestrischen Planeten des Sonnensystems besteht sein innerer Kern aus Eisen und Nickel. Der Mars ist aber nur halb so groß wie die Erde und besitzt kein Magnetfeld. Auch Anzeichen für eine Plattentektonik wurden nicht gefunden. "All dies würde darauf hindeuten, dass der Marskern erkaltet und erstarrt ist und deswegen solche Mechanismen nicht antreiben kann. Allerdings hat auch die Venus weder Magnetfeld noch Plattentektonik - dennoch wird schon allein wegen ihrer Größe angenommen, dass ihr Kern flüssig ist", so Kargl.
Doch Plattentektonik?
Das "Seismic Experiment for Interior Structure" (SEIS) soll die Rätsel lösen. Das Seismometer soll während der auf zwei Jahre angelegten Mission Marsbeben und Meteoriteneinschläge aufzeichnen und Daten zur Erde funken. An seiner Entwicklung haben mehrere europäische Forschungseinrichtungen unter der Leitung der französischen Raumfahrtagentur CNES zusammengearbeitet. "Interessanterweise handelt es sich um eine amerikanische Mission, jedoch wurden die Geräte in Europa gebaut", räumt IWF-Direktor Wolfgang Baumjohann ein.
Während auf dem Mond bereits langjährige Messreihen durchgeführt werden konnten, ist dies auf dem Mars bisher noch nicht gelungen. Beim SEIS handle es sich um das erste hochsensible Seismometer auf unserem Nachbarn. Anders als irdische Erbeben-Messanlagen arbeitet es aber nicht in unterirdischen Stationen, sondern auf dem Boden. Eine spezielle Hülle schützt es vor Vibrationen und gibt ihm die nötige Stabilität.
"Erdbeben erzeugen verschiedene Arten von Wellen, unterirdisch und oberflächlich", erklärt John Clinton vom Schweizerischen Erdbebendienst an der ETH. "Anhand der Abstände und Polarisierung dieser seismischen Energiepakete können wir Entfernung und Richtung des Ursprungs bestimmen." Auch der Auslöser sollte sich klären lassen: Ist es Vulkanismus - oder doch Plattentektonik? Weiters haben die Forscher Meteoriteneinschläge im Fokus. Sie rechnen mit ein bis zwei Marsbeben im Jahr, jedoch mit mehreren Einschlägen.
"Nagel mit Hammer"
Neben dem Seismometer soll ein Instrument namens HP3 (Heat Flow and Physical Properties Package) seine Tätigkeit aufnehmen. Die Wissenschafter nennen es "Marsmaulwurf". Kargl, der an der Auswertung der Daten beteiligt sein wird, bezeichnet das Gerät auch als "Nagel mit eingebautem Hammer". Konkret soll ein Schlagmechanismus in Teilschritten bis zu fünf Meter in die Marsoberfläche getrieben werden und den Wärmefluss im Untergrund messen. Daraus lässt sich die Temperatur des Marskerns ableiten. Außerdem kann das Gerät den Boden beheizen und messen, wie gut der Planet Wärme leitet und verliert. Über ein Kabel gelangen die Daten zum Lander und von dort per Funk zur Erde. Über Rechenmodelle wollen die Forscher aus den Daten Erkenntnisse über die Entstehung des Roten Planeten gewinnen.
Die 650 Millionen Euro teure Insight-Mission bringt einen stabilen, 360 Kilogramm schweren Lander auf dem Mars. Es handelt sich um eine der kleinsten Nasa-Missionen aus der Discovery-Klasse. Der Landeplatz "Land der Seligen" beherbergt kaum spitze Steine, an dem der Lander Schaden nehmen könnte. Zu den Risiken zählt jedoch das Verhalten der Atmosphäre, die sich je nach Sonnenaktivität ausdehnt oder zusammenzieht, was bei einer typischen Lande-Ellipse von 100 mal 70 Kilometer einen Unterschied machen könnte. "Insight möchte in einem felsenlosen Gelände landen, das nicht steiler als 15 Grad ist", sagt Kargl. Möge die Übung gelingen.