InSight

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InSight

InSight auf dem Mars (kunstlerische Darstellung)
NSSDC ID 2018-042A
Missions­ziel Mars , Elysium Planitia Vorlage:Infobox Sonde/Wartung/Missionsziel
Auftrag­geber National Aeronautics and Space Administration   NASA
Deutsches Zentrum fur Luft- und Raumfahrt   DLR
Centre national d’etudes spatiales   CNES Vorlage:Infobox Sonde/Wartung/Auftraggeber
Trager­rakete Atlas V (401) Vorlage:Infobox Sonde/Wartung/Traegerrakete
Startmasse 694 kg Vorlage:Infobox Sonde/Wartung/Startmasse
Instrumente
Vorlage:Infobox Sonde/Wartung/Instrumente

SEIS, HP3, RISE

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

InSight ( In terior Exploration using S eismic I nvestigations, G eodesy and H eat T ransport) 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 stationare Lander auf der Oberflache des Mars abgesetzt, womit er 1440 Sol aktiv war. Der Lander war mit einem Seismometer und einer Warmeflusssonde ausgestattet. Mit ihren Messungen wurde die fruhgeologische Entwicklung des Mars erforscht und damit das Verstandnis der Entstehung der erdahnlichen Planeten des Sonnensystems ( Merkur , Venus , Erde , Mars) und des Erdmonds verbessert. Die Kosten fur 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 [ Bearbeiten | Quelltext bearbeiten ]

Im Mai 2014 teilte die NASA den Bau des Landers der Offentlichkeit 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 europaischen Instrumenten bestuckt wurde. [6] [7] Weil InSight mit einem Photovoltaiksystem als Energiequelle ausgestattet war, wurde die Landung in Aquatornahe ausgefuhrt, damit eine projektierte Lebensdauer von zwei Jahren (entspricht einem Marsjahr) ermoglicht wird. [8]

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

Ziele [ Bearbeiten | Quelltext bearbeiten ]

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

InSights Hauptziel war die Erforschung der fruhesten Entwicklungsprozesse, die den Mars formten. Durch Untersuchung der Große, Dicke, Dichte und der allgemeinen Struktur des Planetenkerns, des Mantels und der Kruste wie auch des Maßes, mit dem Warme das Planeteninnere verlasst, sowie, ob es seismische Aktivitaten gibt und ob der Kern flussig oder fest ist. [10]

Ein Nebenziel war es, eine grundliche geophysikalische Untersuchung der tektonischen Aktivitaten und Meteoriteneinschlage auf dem Mars durchzufuhren, der Erkenntnisse uber solche Prozesse auf der Erde bringen sollte.

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

Nutzlast und Instrumente [ Bearbeiten | Quelltext bearbeiten ]

DLR-Rammsonde HP 3
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 (HP 3 ), entwickelt vom Deutschen Zentrum fur Luft- und Raumfahrt (DLR), [14] [15] war ein Experiment zur Ermittlung des Warmeflusses 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 funf 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 Erwarmung des Bohrkopfes und die Ausbreitungs­geschwindigkeit der Warme (Warmeleitfahigkeit), womit auf die physikalischen Eigenschaften des Bodenmaterials Ruckschlusse gezogen werden konnen. [6] Das HP 3 , das den Spitznamen ?the Tractor Mole“ ( Traktormaulwurf ) tragt, sollte damit tiefer als alle vorherigen Instrumente in den Marsboden vordringen, und uber die Bestimmung des Warmeverlustes auf die Thermalgeschichte des Planeten schließen lassen. [15] [16] [17]

Weitere Untersuchungen: Zusatzlich sollte das Rotation and Interior Structure Experiment (RISE) das Kommunikationssystem der Raumsonde zur prazisen Bestimmung der Planetenrotation nutzen und so Einzelheiten uber 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 Warmestromsonde platziert sein werden, diente. Sie sollte den Ingenieuren und Wissenschaftlern beim Ansetzen der Instrumente auf den Marsboden helfen. Die Kamera ermoglichte 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 erganzen. [19] [20]

Sekundarnutzlasten [ Bearbeiten | Quelltext bearbeiten ]

Die Sonde fuhrte zudem erstmals zwei interplanetare Miniatur-Satelliten, sogenannte Cubesats , unter dem Namen Mars Cube One (MarCO) als Huckepacklast mit, die die Kommunikation wahrend der Landung unterstutzten. [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 spater zur Erde gesendet werden.

Team und Teilnahme (2011) [ Bearbeiten | Quelltext bearbeiten ]

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

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

Missionsverlauf [ Bearbeiten | Quelltext bearbeiten ]

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

Der Start auf einer Atlas-V-Rakete war ursprunglich fur den Marz 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. Marz 2016 kundigte die NASA an, das nachste Startfenster im Mai 2018 zu nutzen. [25] Der Start war am 5. Mai 2018 und der Lander setzte am 26. November 2018 planmaßig 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 Gehause von HP3 mit dem Roboterarm vom Maulwurf abgehoben und in der Nahe des Landers wieder abgesetzt. Der nun freigelegte Maulwurf wurde im Oktober 2019 mit dem Arm seitlich gegen das Bohrloch gedruckt, um so die notige Reibung zu erzeugen. In mehreren Durchlaufen von Hammerschlagen konnte das Gerat so zwei Zentimeter weiter in die Marsoberflache vordringen. Nachdem es mit seitlicher Unterstutzung noch weiter unter die Oberflache vorgedrungen war, bewegte es sich jedoch wieder ruckwarts aus dem Bohrloch heraus. Daraufhin belastete man den Maulwurf direkt mit der Schaufel des Roboterarms. Mit diesem Druck von oben und weiteren Hammerschlagen gelang es ihm, sich vollstandig in den Marsboden zu bohren. Die Schaufel saß nun ? Mitte 2020 ? auf dem Boden neben dem Bohrloch auf. [29] Um noch weiteren Druck ausuben und damit die Reibung in den oberen Bodenschichten erhohen zu konnen, wurde das Loch verfullt. Anschließend belastete man die Marsoberflache oberhalb des Bohrlochs mit der Schaufel. [30] Nachdem der Maulwurf weitere zwei Monate lang in etwa 2?3 cm Tiefe festgesessen hatte, wurden die Bemuhungen schließlich Anfang 2021 eingestellt und das Experiment beendet. [31]

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

Probleme bereitete der Mission, dass sich durch Wind und elektrostatische Anziehungskrafte 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 nachste Versuch, am 18. Dezember, schlug fehl, woraufhin am 21. Dezember 2022 die Mission fur beendet erklart wurde. [34]

Gewonnene Erkenntnisse [ Bearbeiten | Quelltext bearbeiten ]

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

Landestelle [ Bearbeiten | Quelltext bearbeiten ]

Die Landestelle in der Elysium-Region liegt auf der westlichen Seite einer im Durchmesser etwa 27 m großen fast kreisformigen Vertiefung, die ?Homestead Hollow“ genannt wurde. Die Oberflache ist ?weich, sandig, korner- 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 großeres Geroll sichtbar und zwei Vertiefungen hatten steile Seitenrander, bestehend aus Duricrust (gesteinsartig verfestigte Mischung aus kleinen Steinen und Kieseln in einer feinkornigen Matrix). [38]

Weblinks [ Bearbeiten | Quelltext bearbeiten ]

Commons : InSight  ? Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Einzelnachweise [ Bearbeiten | Quelltext bearbeiten ]

  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. Marz 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 Buhrke: Berliner Maulwurf wuhlt 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 verfugbar) 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 verfugbar) am 3. Marz 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. Marz 2012, abgerufen am 27. Marz 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. Lognonne 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 fur Planetenforschung, abgerufen am 12. Januar 2019 .
  15. a b Die Warmeflusssonde HP 3 . 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 verfugbar) am 23. August 2012 ; abgerufen am 20. August 2012 (englisch).
  20. InSight mission to find what lies beneath Martian surface. Spaceflight now, 30. Marz 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 verfugbar) am 3. Marz 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. Marz 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 großeren Kern und dunnere 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 Lognonne: 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. Stahler, Amir Khan, W. Bruce Banerdt, Philippe Lognonne, 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]).