InSight

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InSight

InSight auf dem Mars (künstlerische Darstellung)
NSSDC ID 2018-042A
Missions­ziel Mars, Elysium PlanitiaVorlage:Infobox Sonde/Wartung/Missionsziel
Auftrag­geber National Aeronautics and Space Administration NASA
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt DLR
Centre national d’études spatiales CNESVorlage:Infobox Sonde/Wartung/Auftraggeber
Träger­rakete Atlas V (401)Vorlage:Infobox Sonde/Wartung/Traegerrakete
Startmasse 694 kgVorlage:Infobox Sonde/Wartung/Startmasse
Instrumente
Vorlage:Infobox Sonde/Wartung/Instrumente

SEIS, HP3, RISE

Verlauf der Mission
Startdatum 5. Mai 2018, 11:05 UTCVorlage:Infobox Sonde/Wartung/Startdatum
Startrampe Vandenberg AFB, SLC-3EVorlage:Infobox Sonde/Wartung/Startrampe
Enddatum 21. Dezember 2022Vorlage:Infobox Sonde/Wartung/Enddatum
Vorlage:Infobox Sonde/Wartung/Verlauf
 
 5. Mai 2018 Start
 
 26. November 2018 Landung
 
 2020 Ende der Primärmission
 
 2022 Ende der Sekundärmission[1]
 
 21. Dezember 2022 Missionsende

InSight (Interior Exploration using Seismic Investigations, Geodesy and Heat Transport) war eine Mars-Mission im Discovery-Programm der NASA.[2] Der Start war am 5. Mai 2018 um 11:05 UTC und am 26. November 2018[3] um 19:52:59 UTC wurde der stationäre Lander auf der Oberfläche des Mars abgesetzt, womit er 1440 Sol aktiv war. Der Lander war mit einem Seismometer und einer Wärmeflusssonde ausgestattet. Mit ihren Messungen wurde die frühgeologische Entwicklung des Mars erforscht und damit das Verständnis der Entstehung der erdähnlichen Planeten des Sonnensystems (Merkur, Venus, Erde, Mars) und des Erdmonds verbessert. Die Kosten für diese Mission veranschlagte die NASA mit 425 Millionen US-Dollar.[4] Der InSight-Lander basierte auf Techniken und wesentlichen Bauteilen der NASA-Sonde Phoenix Mars Lander.

Planung

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Im Mai 2014 teilte die NASA den Bau des Landers der Öffentlichkeit mit.[5]

Um Geld zu sparen, nutzten die amerikanischen Entwickler die Erfahrungen der Phoenix-Mars-Sonde, die im Jahr 2008 erfolgreich auf dem Mars gelandet war. Insight gilt als baugleicher Zwilling von Phoenix. Zugleich ist Insight die erste Forschungssonde der NASA, die ausschließlich mit europäischen Instrumenten bestückt wurde.[6][7] Weil InSight mit einem Photovoltaiksystem als Energiequelle ausgestattet war, wurde die Landung in Äquatornähe ausgeführt, damit eine projektierte Lebensdauer von zwei Jahren (entspricht einem Marsjahr) ermöglicht wird.[8]

Erstes Licht auf die Marsoberfläche
Instrument Context Camera (ICC) mit Staubpartikeln auf der Staubschutzabdeckung vor der Kameralinse.
Instrument Deployment Camera (IDC) zeigt links das Gehäuse des Seismometers auf dem Lander.

Ziele

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InSight hatte einen einzelnen stationären Lander in der Elysium-Region auf dem Mars platziert, der tiefere Gesteinsschichten untersuchen und dadurch zur Klärung grundlegender Streitfragen der Planeten- und Sonnensystem-Wissenschaften um diejenigen Prozesse beitragen sollte, die die Gesteinsplaneten des inneren Sonnensystems (inklusive der Erde) vor mehr als fünf Milliarden Jahren formten.[8] Diese Planeten teilen eine gemeinsame Herkunft, die mit einem Prozess begann, der als Akkretion bezeichnet wird. Wenn der Gesteinskörper an Größe gewinnt, heizt sich das Innere auf und verändert sich, um zu einem erdähnlichen Planeten zu werden, der Kern, Mantel und Kruste besitzt.[9] Im Gegensatz zu dieser gemeinsamen Herkunft ist jeder erdähnliche Planet später durch einen noch kaum verstandenen Prozess namens Differenzierung geformt und gestaltet worden.

InSights Hauptziel war die Erforschung der frühesten Entwicklungsprozesse, die den Mars formten. Durch Untersuchung der Größe, Dicke, Dichte und der allgemeinen Struktur des Planetenkerns, des Mantels und der Kruste wie auch des Maßes, mit dem Wärme das Planeteninnere verlässt, sowie, ob es seismische Aktivitäten gibt und ob der Kern flüssig oder fest ist.[10]

Ein Nebenziel war es, eine gründliche geophysikalische Untersuchung der tektonischen Aktivitäten und Meteoriteneinschläge auf dem Mars durchzuführen, der Erkenntnisse über solche Prozesse auf der Erde bringen sollte.

Der Mars eignet sich für solche Untersuchungen besonders gut, weil er groß genug ist, um diese typischen frühesten Akkretationsprozesse durchlaufen zu haben, aber klein genug, um noch deutliche Spuren davon zu zeigen.[8]

Nutzlast und Instrumente

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DLR-Rammsonde HP3
Test: Die Schutzabdeckung des Seismometers SEIS wird vom Roboterarm von InSight auf dem Boden abgesetzt.
Schematische Darstellung des platzierten Seismometers (Schnitt).

InSights wissenschaftliche Nutzlast bestand aus zwei Hauptinstrumenten:

  • Das Heat-Flow-and-Physical-Properties-Package-Instrument (HP3), entwickelt vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR),[14][15] war ein Experiment zur Ermittlung des Wärmeflusses im Marssediment. Es besaß eine 40 Zentimeter lange und rund drei Zentimeter dicke, vom Industriepartner Astronika in Warschau gebaute Rammsonde, die sich schrittweise bis auf eine geplante Tiefe von fünf Metern in den Boden vorarbeiten sollte. Am Rammkopf war ein Band befestigt, auf dem kleinste Temperatursensoren verteilt sind. Nach jeweils 50 Zentimetern Eindringtiefe sollte der Hammer-Vortrieb gestoppt und eine voreingestellte Heizleistung abgerufen werden. Die Sensoren maßen dann die Erwärmung des Bohrkopfes und die Ausbreitungs­geschwindigkeit der Wärme (Wärmeleitfähigkeit), womit auf die physikalischen Eigenschaften des Bodenmaterials Rückschlüsse gezogen werden können.[6] Das HP3, das den Spitznamen „the Tractor Mole“ (Traktormaulwurf) trägt, sollte damit tiefer als alle vorherigen Instrumente in den Marsboden vordringen, und über die Bestimmung des Wärmeverlustes auf die Thermalgeschichte des Planeten schließen lassen.[15][16][17]

Weitere Untersuchungen: Zusätzlich sollte das Rotation and Interior Structure Experiment (RISE) das Kommunikationssystem der Raumsonde zur präzisen Bestimmung der Planetenrotation nutzen und so Einzelheiten über den planetarischen Aufbau herausfinden.[18]

Auf dem Arm des Landers war eine Farbkamera befestigt, die zur Aufnahme von Fotos der auf dem Lander-Deck befindlichen Instrumente und zur 3-D-Ansicht des Bodens, wo das Seismometer und die Wärmestromsonde platziert sein werden, diente. Sie sollte den Ingenieuren und Wissenschaftlern beim Ansetzen der Instrumente auf den Marsboden helfen. Die Kamera ermöglichte auch mit ihrem 45-Grad-Sichtfeld Panoramaansichten der Umgebung der Landungsstelle. Eine weitere Farbkamera mit einem Weitwinkelobjektiv mit 120-Grad-Sichtfeld war unter der Kante des Lander-Decks angebracht. Sie sollte die andere Kamera mit ihren Aufnahmen der Instrumentenaufstellzone ergänzen.[19][20]

Sekundärnutzlasten

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Die Sonde führte zudem erstmals zwei interplanetare Miniatur-Satelliten, sogenannte Cubesats, unter dem Namen Mars Cube One (MarCO) als Huckepacklast mit, die die Kommunikation während der Landung unterstützten.[21] Beide Cubesats dienten als Relais und funkten Daten der Landung direkt zur Erde, darunter das erste Foto der Mission. Die Landung wurde auch vom Orbiter Mars Odyssey aufgezeichnet, diese Daten konnten jedoch erst später zur Erde gesendet werden.

Team und Teilnahme (2011)

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Das InSight-Team bestand aus Wissenschaftlern und Ingenieuren vieler Disziplinen, aus zahlreichen Ländern und Organisationen, darunter u. a. Japie van Zyl. Ende 2011 kamen die Wissenschaftler aus den USA, Frankreich, Deutschland, Österreich, Belgien, Kanada, Japan, der Schweiz und dem Vereinigten Königreich.[22] Bruce Banerdt, Projektwissenschaftler der MER-Mission, war der Projektleiter für die InSight-Mission und der Hauptwissenschaftler für das SEIS-Instrument (Seismic Experiment for Interior Structure).[23] Suzanne Smrekar war 2011 die Verantwortliche für das HP3-Instrument (Heat Flow and Physical Properties Package). Ihre Forschungsaufgabe hatte den Schwerpunkt auf der Thermalentwicklung des Planeten; sie war schon verantwortlich für die Entwicklung und das ausführliche Testen von Geräten zum Messen von Thermaleigenschaften und Wärmeströmen auf anderen Planeten gewesen.[24]

Sami Asmar, ein Experte in Schwerpunktsstudien mit Radiowellen, war Ende 2011 der Leiter für die RISE-Untersuchung (Rotation and Interior Structure Experiment). Zum InSight-Team gehörten außerdem der Projektmanager Tom Hoffman und der stellvertretende Projektleiter Henry Stone.[22]

Missionsverlauf

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InSight-Lander im April 2019
Animation des Bohrvorgangs im Oktober 2019
InSight-Lander im April 2022

Der Start auf einer Atlas-V-Rakete war ursprünglich für den März 2016 geplant. Am 22. Dezember 2015 wurde der Start wegen eines Lecks im Seismometer SEIS, das sich nicht bis zum Startdatum beheben ließ, verschoben. Am 9. März 2016 kündigte die NASA an, das nächste Startfenster im Mai 2018 zu nutzen.[25] Der Start war am 5. Mai 2018 und der Lander setzte am 26. November 2018 planmäßig auf dem Mars auf. Am 19. Dezember wurde das Seismometer (SEIS) auf dem Boden des Mars abgesetzt.[26] Am 6. April 2019 gelang wahrscheinlich die erste Aufzeichnung eines Marsbebens.[27]

Das HP3-Experiment ging im Februar 2019 in Betrieb. Bereits nach wenigen Tagen steckte die Rammsonde in etwa 30 Zentimetern Tiefe fest.[28] Die Reibung zwischen der Sonde und dem Marsboden war geringer als erwartet, was deren Fortschritt behinderte. Zur Diagnose des Problems wurde das Gehäuse von HP3 mit dem Roboterarm vom Maulwurf abgehoben und in der Nähe des Landers wieder abgesetzt. Der nun freigelegte Maulwurf wurde im Oktober 2019 mit dem Arm seitlich gegen das Bohrloch gedrückt, um so die nötige Reibung zu erzeugen. In mehreren Durchläufen von Hammerschlägen konnte das Gerät so zwei Zentimeter weiter in die Marsoberfläche vordringen. Nachdem es mit seitlicher Unterstützung noch weiter unter die Oberfläche vorgedrungen war, bewegte es sich jedoch wieder rückwärts aus dem Bohrloch heraus. Daraufhin belastete man den Maulwurf direkt mit der Schaufel des Roboterarms. Mit diesem Druck von oben und weiteren Hammerschlägen gelang es ihm, sich vollständig in den Marsboden zu bohren. Die Schaufel saß nun – Mitte 2020 – auf dem Boden neben dem Bohrloch auf.[29] Um noch weiteren Druck ausüben und damit die Reibung in den oberen Bodenschichten erhöhen zu können, wurde das Loch verfüllt. Anschließend belastete man die Marsoberfläche oberhalb des Bohrlochs mit der Schaufel.[30] Nachdem der Maulwurf weitere zwei Monate lang in etwa 2–3 cm Tiefe festgesessen hatte, wurden die Bemühungen schließlich Anfang 2021 eingestellt und das Experiment beendet.[31]

Am 18. September 2021 registrierte InSight ein 90-minütiges Beben mit einer Magnitude von zeitweise 4,2. Zwei weitere Beben der Stärke 4,2 und 4,1 registrierte InSight zuvor am 25. August 2021. Jene Beben waren die Stärksten, die die Insight bis dahin gemessen hatte.[32]

Probleme bereitete der Mission, dass sich durch Wind und elektrostatische Anziehungskräfte Staub auf den Solarpaneelen des Roboters ablagerte und sich dadurch die Stromgewinnung drastisch verringerte.[33] Zuletzt konnte am 15. Dezember 2022 ein Kontakt zu InSight aufgebaut werden, wobei nahezu die gesamte Batterieladung verbraucht wurde. Der nächste Versuch, am 18. Dezember, schlug fehl, woraufhin am 21. Dezember 2022 die Mission für beendet erklärt wurde.[34]

Gewonnene Erkenntnisse

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Aus zwei Jahren Messdaten des in Frankreich gebauten Seismometers folgerten Wissenschaftler, dass der Mars vom Aufbau der Erde ähnlich ist, er aber einen größeren flüssigen Kern (ø ∼1830 km) und eine dünnere Kruste (24–72 km) hat, als zuvor angenommen worden war.[35][36][37]

Landestelle

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Die Landestelle in der Elysium-Region liegt auf der westlichen Seite einer im Durchmesser etwa 27 m großen fast kreisförmigen Vertiefung, die „Homestead Hollow“ genannt wurde. Die Oberfläche ist „weich, sandig, körner- und kieselsteinreich“. Es wird vermutet, dass es sich um einen weitgehend eingeebneten Einschlagskrater handelt. In einem Umkreis von 20 m um den Lander befinden sich etwa zehn weitere Krater mit Durchmessern zwischen 1 und 10 m.

Die Bremsraketen haben drei bis zu etwa 10 cm tiefe Vertiefungen erzeugt. In einer Vertiefung wurden Kiesel und größeres Geröll sichtbar und zwei Vertiefungen hatten steile Seitenränder, bestehend aus Duricrust (gesteinsartig verfestigte Mischung aus kleinen Steinen und Kieseln in einer feinkörnigen Matrix).[38]

vergrößern und Informationen zum Bild anzeigen
290°-Panorama der Landestelle
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Commons: InSight – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Einzelnachweise

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  1. ↑ NASA adds years to Mars InSight and Jupiter Juno missions. CNET, 8. Januar 2021.
  2. ↑ NASA will send robot drill to Mars in 2016, Washington Post, By Brian Vastag, Monday, August 20.
  3. ↑ NASA Targets May 2018 Launch of Mars InSight Mission. NASA, 9. März 2016, abgerufen am 14. Februar 2018.
  4. ↑ Nasa will nun auch den Mars-Kern erforschen. Die Welt, 22. August 2012, abgerufen am 4. Oktober 2012.
  5. ↑ Guy Webster, Dwayne Brown, Gary Napier: Construction to Begin on 2016 NASA Mars Lander. In: NASA. 19. Mai 2014, abgerufen am 20. Mai 2014.
  6. ↑ a b Thomas Bührke: Berliner Maulwurf wühlt sich in den Marsboden. In: Berliner Zeitung. 3. Mai 2018, S. 17.
  7. ↑ NASA -New Insight on Mars Expected From new NASA Mission. 20. August 2012, abgerufen am 4. Oktober 2012 (englisch).
  8. ↑ a b c InSight – Mission Overview. NASA JPL, 2012, archiviert vom Original (nicht mehr online verfügbar) am 16. Juni 2012; abgerufen am 22. August 2012 (englisch).
  9. ↑ InSight: Science. In: Mission Website. NASA’s Jet Propulsion Laboratory, archiviert vom Original (nicht mehr online verfügbar) am 3. März 2012; abgerufen am 2. Dezember 2011.
  10. ↑ Ken Kremer: NASAs Proposed ‘InSight’ Lander would Peer to the Center of Mars in 2016. In: Universe Today. 2. März 2012, abgerufen am 27. März 2012.
  11. ↑ Matthew Francis: New probe to provide InSight into Mars' interior. Ars Technica, 21. August 2012, abgerufen am 21. August 2012 (englisch).
  12. ↑ Ph. Lognonné et al: The GEMS (GEophysical Monitoring Station) SEISmometer. (PDF; 6,5 MB) 2011, abgerufen am 4. Oktober 2012 (englisch).
  13. ↑ P. Labrot: The SEIS Instrument : Ultrasensitive and ultra-robust. Institut de physique du globe de Paris (IPGP), abgerufen am 6. Februar 2019 (englisch).
  14. ↑ Heat Flow and Physical Properties Package (HP3). DLR Institut für Planetenforschung, abgerufen am 12. Januar 2019.
  15. ↑ a b Die Wärmeflusssonde HP3. DLR, abgerufen am 2. Dezember 2018.
  16. ↑ New Insight on Mars Expected From New NASA Mission. NASA JPL, 2012, abgerufen am 23. August 2012 (englisch).
  17. ↑ M. Grott et al: Measuring Heat Flow on Mars: The Heat Flow and Physical Properties Package on GEMS. (PDF von 1,6 MB) 2011, abgerufen am 4. Oktober 2012 (englisch).
  18. ↑ W. M. Folkner et al: The Rotation and Interior Structure Experiment (RISE) for the InSight mission to Mars. (PDF von 90 kB) 2012, abgerufen am 4. Oktober 2012 (englisch).
  19. ↑ InSight – Technology. NASA JPL, 2012, archiviert vom Original (nicht mehr online verfügbar) am 23. August 2012; abgerufen am 20. August 2012 (englisch).
  20. ↑ InSight mission to find what lies beneath Martian surface. Spaceflight now, 30. März 2013, abgerufen am 3. April 2012 (englisch).
  21. ↑ NASA Prepares for First Interplanetary CubeSats on Agency’s Next Mission to Mars. NASA, 12. Juni 2015, abgerufen am 16. Januar 2016 (englisch).
  22. ↑ a b InSight: People. NASA JPL, archiviert vom Original (nicht mehr online verfügbar) am 3. März 2012; abgerufen am 2. Dezember 2011 (englisch).
  23. ↑ JPL Science: People – Bruce Banerdt. NASA JPL, abgerufen am 4. Oktober 2012 (englisch).
  24. ↑ JPL Sciences: People – Suzanne Smrekar. NASA JPL, abgerufen am 2. Dezember 2011 (englisch).
  25. ↑ NASA Targets May 2018 Launch of Mars InSight Mission. NASA, 9. März 2016, abgerufen am 14. Februar 2018.
  26. ↑ InSight Deploys First Instrument onto Martian Surface. sci-news, abgerufen am 20. Dezember 2018.
  27. ↑ Stephen Clark: InSight lander detects first likely ‘quake’ on Mars. In: Spaceflight Now. 28. April 2019, abgerufen am 28. April 2019.
  28. ↑ Jeff Foust: Troubleshooting of Mars InSight instrument continues. In: Spacenews. 15. Mai 2019, abgerufen am 16. Mai 2019.
  29. ↑ Tilman Spohn: Das Logbuch zu InSight. In: DLR Blogs. 18. Oktober 2019, abgerufen am 7. Juli 2020.
  30. ↑ Das Logbuch zu InSight. DLR, 16. Oktober 2020.
  31. ↑ NASA InSight's ‘Mole' Ends Its Journey on Mars. In: NASA Science Mars Exploration Program. 14. Januar 2021, abgerufen am 14. Januar 2021 (englisch).
  32. ↑ Sonde misst drei große Beben auf dem Mars. In: Der Spiegel. 23. September 2021, ISSN 2195-1349 (spiegel.de [abgerufen am 23. September 2021]).
  33. ↑ Christoph Seidler: Messungen der Sonde »Insight«: Mars hat größeren Kern und dünnere Kruste als vermutet. In: Der Spiegel. Abgerufen am 22. Juli 2021.
  34. ↑ Joseph Navin: InSight Principal Investigator talks Mars lander’s final days. 12. Januar 2023, abgerufen am 20. Januar 2023.
  35. ↑ Amir Khan, Savas Ceylan, Martin van Driel, Domenico Giardini, Philippe Lognonné: Upper mantle structure of Mars from InSight seismic data. In: Science. Band 373, Nr. 6553, 22. Juli 2021, ISSN 0036-8075, S. 434–438, doi:10.1126/science.abf2966 (sciencemag.org [abgerufen am 22. Juli 2021]).
  36. ↑ Brigitte Knapmeyer-Endrun, Mark P. Panning, Felix Bissig, Rakshit Joshi, Amir Khan: Thickness and structure of the martian crust from InSight seismic data. In: Science. Band 373, Nr. 6553, 22. Juli 2021, ISSN 0036-8075, S. 438–443, doi:10.1126/science.abf8966 (sciencemag.org [abgerufen am 22. Juli 2021]).
  37. ↑ Simon C. Stähler, Amir Khan, W. Bruce Banerdt, Philippe Lognonné, Domenico Giardini: Seismic detection of the martian core. In: Science. Band 373, Nr. 6553, 22. Juli 2021, ISSN 0036-8075, S. 443–448, doi:10.1126/science.abi7730 (sciencemag.org [abgerufen am 22. Juli 2021]).
  38. ↑ M. Golombek, N. H. Warner, J. A. Grant, E. Hauber, V. Ansan: Geology of the InSight landing site on Mars. In: Nature Communications. Band 11, Nr. 1, 24. Februar 2020, ISSN 2041-1723, S. 1–11, doi:10.1038/s41467-020-14679-1, PMID 32094337, PMC 7039939 (freier Volltext) – (nature.com [abgerufen am 4. Juni 2020]).
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