Touchdown auf dem Mars

Am 26. November ist die NASA-Sonde InSight auf dem roten Planeten gelandet. Sie wird erstmals die Stärke und Häufigkeit von Beben messen

Monatelanger Flug durchs All, flammender Abstieg durch die Reibungshitze der Atmosphäre und sanftes Aufsetzen auf der Oberfläche – siebenmal ist das Kunststück einer Marslandung bisher geglückt. Am 26. November ging die amerikanische Weltraumbehörde NASA erneut das Wagnis ein. Gegen 21 Uhr (MEZ) setzte InSight auf dem Mars auf. In den kommenden zwei Jahren wird sie erstmals den inneren Aufbau unseres Nachbarplaneten untersuchen. Zur wissenschaftlichen Ausrüstung gehört ein Seismometer, zu dem Forscher des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung beigetragen haben.

Auf nur wenigen Körpern in unserem Sonnensystem konnten Wissenschaftler bisher seismologische Messungen vornehmen; langjährige Messreihen gibt es – neben der Erde – bisher nur vom Mond. Und der Mars? Als 1975 mit Viking 1 und 2 die ersten Landesonden unbeschadet die Oberfläche es Mars erreichten, gehörten auch Seismometer zum wissenschaftlichen Instrumentarium. Die Messgeräte hatten jedoch keinen direkten Bodenkontakt, sondern waren starr mit den Landeeinheiten verbunden. Die Daten geben deshalb in erster Linie die Stärke wieder, mit der der Wind die Landesonden durchrüttelte. „Aussagekräftige seismologische Messungen stehen auf dem Mars bisher noch aus“, so Ulrich Christensen, Direktor am Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung und Mitglied des Seismometer-Teams von InSight.

Das Instrument SEIS (Seismic Experiment for Interior Structure) von InSight verfolgt eine andere Strategie als seine windgeplagten Vorgänger. Zwar reist das Instrument, das unter Leitung der französischen Weltraumagentur CNES entwickelt und gebaut wurde, huckepack auf der Instrumentenplattform der Landeeinheit an. Nach der Landung soll aber der Roboterarm von InSight das Messgerät auf den Boden setzen. Eine Art Haube, die in einem zweiten Schritt übergestülpt wird, dient als Wind- und Temperaturschutz.

Einblicke in den schalenartigen Aufbau

Forscher gehen davon aus, dass Marsbeben seltener auftreten und deutlich schwächer ausfallen als ihre irdischen Gegenstücke. Grund dafür könnte sein, dass die äußerste Schicht des Mars höchstens vor sehr langer Zeit aus getrennten tektonischen Platten bestand. Auf der Erde lösen aber vor allem die Bewegungen an den Plattengrenzen Beben aus.

Die Max-Planck-Forscher erhoffen sich von SEIS nicht nur Erkenntnisse über die derzeitige geologische Aktivität des Mars. Seismologische Messungen bieten darüber hinaus die Möglichkeit, mehr über den inneren schalenartigen Aufbau und die Zusammensetzung des Planeten zu erfahren. Denn seismischen Wellen breiten sich nicht nur entlang der Planetenoberfläche aus, sondern durchlaufen auch sein Inneres. An den Grenzen zwischen verschiedenen Schichten werden sie abgelenkt und reflektiert. „Wann und wo die Wellen dann wieder die Oberfläche erreichen, verrät uns, welche Bedingungen sie im Innern vorgefunden haben“, erläutert Christensen.

Dabei interessiert vor allem, inwiefern sich die „inneren Werte“ des Mars von denen der Erde unterscheiden. Besteht er aus anderen Materialien? Wie genau sind die Schichten beschaffen? Und gibt es – wie bei der Erde – einen flüssigen Eisenkern? „Wir wollen verstehen, wie sich der Mars seit seiner Entstehung entwickelt hat – und warum er sich heute so deutlich von der Erde unterscheidet“, so Christensen.

Große Anforderungen an die Messgenauigkeit

Anders als die Scharen von Seismometern, die auf der Erde Beben in der Regel im Verbund aufzeichnen, ist das Mars-Seismometer ein Einzelkämpfer. „SEIS kann die seismischen Wellen nur an einer Stelle auf der Marsoberfläche messen“, erklärt Marco Bierwirth, SEIS-Projektmanager am Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung. „Um diesen Nachteil auszugleichen, sind die Anforderungen an die Messgenauigkeit besonders groß“, fügt er hinzu. Entscheidend ist unter anderem, dass das Instrument exakt waagerecht auf dem unebenen und steinigen Marsboden positioniert wird. Dafür sorgt das Nivelliersystem, das am MPS entwickelt und gebaut wurde. Es passt die Länge der drei Standbeine automatisch den Gegebenheiten vor Ort an.

Ein weiteres Messinstrument ist HP3 (Heat Flow und Physical Properties Probe), das unter Leitung des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) entwickelt wurde. Es wird seine Sensoren bis zu fünf Meter tief in den Marsboden hämmern, um so Wärmefluss und -leitfähigkeit zu bestimmen. Diese Daten helfen zu verstehen, wie schnell sich der Mars seit seiner Entstehung abgekühlt hat.

Bis die ersten Messdaten auf der Erde eintreffen, werden allerdings noch Wochen vergehen. Nach der erfolgreichen Landung fotografieren Kameras zunächst die unmittelbare Umgebung. Ziel ist es, den optimalen Aufstellort für die hochempfindlichen wissenschaftlichen Instrumente zu finden. Erst danach setzt der Roboterarm SEIS an seinen künftigen Einsatzort, und eine mehrwöchige Inbetriebnahme des Instruments schließt sich an. Die ersten wissenschaftlichen Daten werden etwa zehn Wochen nach der Landung erwartet.