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Raumfahrt: Messpunkt Elysium Planitia auf Dampfmaschine Mars
Geschrieben 09. Dez 2016 - 12:34 Uhr
Gute Nachrichten für den "Maulwurf" HP3 (Heat Flow and Physical Properties Package). Die Landestelle in der Ebene
"Elysium Planitia" hat sehr wahrscheinlich einen Wärmefluss, der durchschnittlich und somit repräsentativ für den Mars sein
wird.
Dies haben detaillierte Simulationen ergeben, die die DLR-Planetenforscherin Dr. Ana-Catalina Plesa mit ihrem Team
erstellte. HP3 wird das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) am 05. Mai 2018 mit der amerikanischen Mission
InSight für Wärmefluss-Messungen zum Mars schicken. Das dreidimensionale Modell zeigt, dass der "Maulwurf", der zum
ersten Mal Messungen in mehreren Metern Tiefe auf dem Mars durchführen wird, nicht auf extreme, verfälschende
Anomalien stoßen wird. Der erloschene Vulkan Elysium Mons zum Beispiel werde nach Simulationen die Messungen der
InSight-Mission nicht beeinträchtigen.
Basis der aufwendigen numerischen Simulationen, wie der Mars Wärme aus dem Inneren abgibt, sind Daten bisheriger MarsMissionen zur Wärmeproduktion in den obersten Schichten der Mars-Kruste sowie Modellrechnungen zur
Temperaturverteilung im Roten Planeten. "Die Simulationen sind die bisher beste Vorhersage der Verteilung des
Wärmeflusses auf dem gesamten Planeten", betont Prof. Tilman Spohn, Direktor des DLR-Instituts für Planetenforschung und
wissenschaftlicher Leiter des HP3-Experiments. "Sie werden uns auch helfen, die an der einen Stelle auf dem Mars
gemessenen Werte anschließend in Relation zum gesamten Wärmeverlust des Planeten zu setzen." Die Messung eines
durchschnittlichen Werts ist wichtig für die Wissenschaftler und die Aussagen, die sie mit den Daten über den Mars treffen
wollen.
"Dampfmaschine" Mars
"Ein Planet ist eine Art Dampfmaschine – seine thermische Energie, umgesetzt in mechanische Arbeit, wirft Berge auf oder
erzeugt Magnetfelder. Will man wissen, wie diese Wärmekraftmaschine funktioniert, muss man die Energiebilanz kennen",
erläutert der Planetenforscher. "Dafür ist der Wärmestrom aus dem Inneren eine wichtige Messgröße." Würde die
Landestelle von einem "Hotspot", einem sogenannten Plume, aufgeheizt, könnte der Wärmefluss an dieser Stelle doppelt so
hoch sein wie auf dem übrigen Mars. Die Aussagen über den Roten Planeten würden damit nur für einen kleinen Teil der
Oberfläche zutreffen.
Die Landestelle, an dem der InSight-Lander mit zwei Experimenten an Bord aufsetzen soll, liegt in einer ebenen Region in
der nördlichen Tiefebene und nah am Rand zum südlichen Hochland, etwa 1500 Kilometer südlich von Elysium Mons.
Ausgewählt wurde diese Region, weil ihr gegenüber, also auf der anderen Seite des Mars, das Gebiet mit den voraussichtlich
meisten Mars-Erdbeben liegt und das Seismometer SEIS der französischen Raumfahrtagentur CNES so die Erschütterungen
messen kann, die durch das Innere des Roten Planeten übertragen werden. Zudem ist die Ebene mit nur wenigen Felsen und
Steinen günstig für eine sichere Landung. "Und mit unseren Simulationen steht jetzt fest, dass die Gegend auch gut für die
Messungen des Wärmeflusses mit dem HP3-Instrument sind", sagt DLR-Wissenschaftlerin Dr. Ana-Catalina Plesa vom DLRInstitut für Planetenforschung. "Und mit diesen Daten wiederum können wir unsere Simulationen verifizieren und
optimieren."
Wartezeit mit Nutzen
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Die InSight-Mission täglich
sollte ursprünglich
aktuellenbereits
Newsim Frühjahr 2016 zum Mars starten. Allerdings wurden im Dezember 2015
technische Probleme bei dem französischen Seismometer festgestellt – die Mission wurde deshalb um zwei Jahre
verschoben. Die Planetenforscher des DLR nutzen die unerwartete Wartezeit: "Wir haben ein weiteres, optimiertes Modell für
den Maulwurf entwickelt und werden dieses im Frühjahr 2017 am DLR-Institut für Raumfahrtsysteme zusammenbauen
lassen", erläutert der wissenschaftliche Leiter des Experiments, Prof. Tilman Spohn.
"Der Maulwurf wird eine erhebliche mechanische Belastung überstehen und dabei eine Messkette mit Temperatursensoren
mehrere Meter tief in den Marsboden ziehen müssen – das verbesserte Modell soll dies noch zuverlässiger und risikoärmer
durchführen." Insgesamt ein Mars-Jahr und somit zwei Erdenjahre wird das Instrument Messwerte aus bis zu fünf Metern
Tiefe liefern. Mit solch einer Langzeit-Messung können sowohl jahreszeitliche Temperaturunterschiede als auch
Schwankungen im Tagesverlauf ausgeglichen werden.
Mars und Erde im Vergleich
Bisher wurden Temperaturmessungen im Boden eines Himmelskörpers lediglich bei den Apollo-Missionen durchgeführt:
Damals hämmerten die Astronauten mit einem handbetriebenen Bohrer eine Sonde bis in drei Meter Tiefe. Der Maulwurf
HP3 wird dies auf seiner Mission autonom, ohne Hilfe eines Astronauten, vornehmen. Mit den gewonnenen Daten können die
Wissenschaftler auch auf die chemische Zusammensetzung des Mars schließen. "Vor allem können wir die beiden
Wärmekraftmaschinen Mars und Erde miteinander vergleichen – einen Planeten mit Plattentektonik und einen ohne
Plattentektonik", sagt DLR-Wissenschaftler Tilman Spohn. "Und aus Vergleichen lernt man immer."
Auf den Bildern
Wärmeflusskarte für den Mars
Die Wärmeflusskarte wurde mit Hilfe von numerischen Simulationen für die thermische Entwicklung des Mars erstellt. Sie
zeigt die mögliche Verteilung des Oberflächen-Wärmeflusses zusammen mit der Topographie des Mars (basierend auf Daten
des Mars Orbiter Laser Altimeter MOLA).
Wärmefluss im Roten Planeten
Mit Hilfe numerischer Simulationen in 3D berechneten die Planetenforscher des DLR mögliche "Hotspots" im Inneren des
Mars. Der InSight-Lander wird eine Wärmeflussprobe (HP3) und ein Seismometer (SEIS) auf der Oberfläche des Mars
absetzen und Wärmefluss- und seismische Messungen durchführen (Titelbild).
Artikel Bilder:
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