Insight-Marsmaulwurf: Für den 17. Oktober geplante Kratzbewegungen mit der Schaufel

Der wissenschaftliche Leiter des DLR-Instruments HP3 Prof. Tilman Spohn, versorgt uns im DLR-Blog seit Februar 2019 mit den Neuigkeiten der InSight-Mission und erläutert regelmäßig die aktuelle Lage der Wärmesonde HP3, die wir liebevoll als MarsMaulwurf bezeichnen. Quelle: https://www.dlr.de/blogs/alle-blogs/das-logbuch-zu-insight-1144.aspx/searchtagid-71916/

Logbuch-Eintrag vom 16. Oktober 2020

In meinem letzten Logbucheintrag vom 10. August hatte ich berichtet, dass es uns besser als gedacht gelungen war, Sand in die Grube zu schieben. Dass wir aber dennoch zunächst weiter mit der schräg gestellten Schaufel auf das hintere Ende des Maulwurfs drücken wollten, um diesen noch etwas tiefer in den Boden zu bekommen. Wir wollten dann noch einmal bei einem sogenannten Free-Mole-Test prüfen, ob die Sonde ohne Hilfe des Arms weiter in den Boden eindringen würde.

Diese Versuche fanden leider unter schwierigen gewordenen Bedingungen statt. Insbesondere Staub in der Marsatmosphäre als Folge von nahen Staubstürmen und Staub auf den Solarzellen haben die verfügbare elektrische Leistung deutlich reduziert. Dies führte dazu, dass das HP3-Radiometer nicht mehr wie gewünscht messen konnte. Darüber hinaus haben die mit der reduzierten Leistungsversorgung einhergehenden erhöhten Anforderungen an das Operations-Team dazu geführt, dass der Maulwurf und die Schaufel ab September nur noch 14-täglich kommandiert werden konnten. Insgesamt konnte seitdem dreimal gehämmert werden, zweimal mit 100 Schlägen am 22. August (sol 618) und am 5. September (sol 632) und schließlich einmal mit 250 Schlägen am 19. September (sol 645).

Quelle: NASA/JPL-Caltech Hämmern mit um 30° geneigter Schaufel am 19. September 2020 (Sol 645). Die Schaufel dringt zunächst weiter in den Sand ein, zeigt aber nach ca 60% der Zeit keine Bewegung mehr. Das Kabel bewegt sich dagegen weiter – in Folge von Bewegungen des Maulwurfs – aber es ist nicht eindeutig zu erkennen, dass das Kabel tiefer in den Boden kommt.

Dabei zeigte sich, dass während der beiden ersten Runden und während der ersten Hälfte der Zeit beim dritten Hämmern die Schaufel tiefer in den Sand eindrang. Da der Maulwurf unter der Schaufel verborgen war, konnte das damit wahrscheinlich einhergehende Eindringen der Sonde selbst nicht direkt beobachtet werden. Während des Hämmerns führte das zur Sonde laufende Flachbandkabel erhebliche Bewegungen durch, die aber nur beim Hämmern am 22. August eindeutig als Vorwärtsbewegung identifiziert werden konnten. Insgesamt konnte aus den Bewegungen der Schaufel abgeschätzt werden, dass der Maulwurf höchstens einen Zentimeter tiefer in den Boden eingedrungen ist. Interessant zu beobachten war, dass während der zweiten Hälfte der 250 Hammerschläge am 19. September die Schaufel nicht weiter eindrang. Wahrscheinlich war diese auf Duricrust gestoßen, die ein weiteres Eindringen der Schaufel verhinderte. Das war durchaus so gewünscht, denn damit war ein zweiter Free-Mole-Test ermöglicht worden. In der Tat, hat die Sonde sich ausweislich der Bewegungen des Kabels weiterbewegt, aber es konnte nicht eindeutig festgestellt werden, dass diese Bewegungen den Maulwurf tiefer in den Boden gebracht hätten.

In Anbetracht der nicht eindeutigen Bewegungen der Sonde und des erheblichen Zeitaufwands hat das Team daraufhin nach eingehender Diskussion beschlossen, diesen Pfad zu verlassen und stattdessen die Verfüllung der Grube anzugehen. Dazu wurde am 3. Oktober die Schaufel angehoben und damit die Grube sichtbar.

Die Grube nach Anheben der Schaufel am 3. Oktober (Sol 659)
Quelle: NASA/JPL-Caltech Die Grube nach Anheben der Schaufel am 3. Oktober (Sol 659). Deutlich ist der Abdruck der Schaufel im Sand zu erkennen. Der Maulwurf ist vollständig mit Sand bedeckt und die Grube weitgehend gefüllt. In der rechten Abbildung sind die beiden für den 17. Oktober geplanten versetzten Kratzbewegungen der Schaufel angedeutet.

Nach einiger Diskussion um das weitere Vorgehen wurde nun beschlossen, dass am kommenden Samstag den 17. Oktober (sol 659) zunächst zwei parallele Kratzbewegungen durchgeführt werden sollen (vergleiche die Abbildung unten). Danach soll eine Wärmeleitfähigkeitsmessung durchgeführt werden, die uns auch indirekte Hinweise auf die Verfüllung geben soll. Und dann soll auf die Füllung gedrückt werden, um den Sand zu komprimieren und dem Maulwurf zu helfen. Je nach Ergebnis des Kratzens werden weitere Aktionen zur Verfüllung der Grube geplant werden bevor dann später weiteres Hämmern und ein Free-Mole-Test anstehen.

Raumfahrt: Insight und Bepicolombo

Insight: Marsmaulwurf (Mole-HP3)

Blick auf die Grube: October 3 (Samstag), 2020, Sol 659

Insight schaut mit seinen Roboterarm auf die Grube. Die neuen Bilder stimmen mich sehr Optimistisch, schon mal gut das wohl kein Metall durchschimmert. Jetzt plant das Team das weitere vorgehen.

Vorab angekündigt wurde: Noch mal Mars-Erde zusammenkratzen und damit die Grube weiter zu füllen. Und wieder von oben drücken. Muss man mal Abwarten.

Bild vom October 5 (Montag), 2020, Sol 660

Bepicolombo: Venus-Flyby

Bpicolombo: Nicht mehr lange bis zum Venus-Flyby

Nicht mehr lange bis zum Venus-Flyby am 15 Oktober.

Insight: Neues vom Marsmaulwurf

Mehr Hämmern hat die Oberseite des Maulwurfs unter die Oberfläche gebracht.
Zeit, sich einem neuen Ansatz zuzuwenden: weniger direkter Kontakt mit dem Maulwurf, mehr Schöpfen / Füllen / Herunterdrücken auf den Boden.

Wie Bereits angekündigt beginnt das Team mit ihrem neuen Ansatz: Weniger direkten Druck auf die Mole, Das Loch füllen und wieder Herunterdrücken.

Weitere Hammer-Sitzung mit weniger Druck

Offenbar hat mein eine weitere Hammer-Sitzung mit weniger Druck probiert.

InSight hat den Arm angehoben und die Schaufel eingeklappt um ein Blick in die Grube zu werfen. Damit das Team die nächsten Aktionen beraten und planen kann.

Quelle: https://mars.nasa.gov/insight/multimedia/raw-images/?order=sol+desc%2Cdate_taken+desc&per_page=50&page=0&mission=insight

Marsmaulwurf: Hammer-Session von Sol 632 (06.09.2020)

Hier mein selbsterstelltes Gif aus den Aufnahmen von Sol 632 am 06.09.2020. https://mars.nasa.gov/insight/multimedia/raw-images/?order=sol+desc%2Cdate_taken+desc&per_page=50&page=0&mission=insight

Ich bin dafür das man die Schaufel beiseite nimmt um einen Blick auf die Mole zubekommen, um zu sehen wie die Lage ist. Danach noch mal das Loch wieder zu füllen.

Neue Aufnahme von Sol 632

Hoffentlich gibt es bald einen neuen Logbucheintrag von Tilman Spohn zu den neuen Fortschritten auf: https://www.dlr.de/blogs/alle-blogs/mars-misson-insight-der-maulwurf-ist-drin.aspx

Nach sehr langer Zeit mal wieder ein Beitrag im Forum von Raumfahrer.net veröffentlicht. https://www.raumfahrer.net/portal/isrn/home.shtml War halt Zeit da und es ist Wochenende.

Schreibe momentan nicht soviel sondern lese eher still mit im Forum. Mein Hobby und Interessen verfolge ich eher im Homeoffice für mich selber.

Marsmaulwurf-HP3: Gespanntes warten wie es weiter geht die kommenden Tage und Wochen

Bevor es los zur Arbeit geht Musik hören und sich noch schnell die neusten Bilder der Raumsonde Insight auf dem Mars anschauen:

August 26 (Mittwoch), 2020, Sol 622
August 28 (Freitag), 2020, Sol 624
August 31(Montag), 2020, Sol 627

Die neusten Bilder nach der erfolgreichen Grabung:

Ich warte voller Vorfreue darauf wie es denn nun weitergeht. Hoffe ja darauf das Sie diese Woche vielleicht noch mal Hämmern und nicht nur damit beschäftigt sind die neusten Bilder zu analysieren.

Das Seismometer Arbeitet dabei fleißig still im Hintergrund und detektiert Marsbeben. Man hofft auf ein starkes Beben was Rückschlüsse auf die inneren Struktur des Mars geben kann. Auch der Marsmaulwurf (Wärmeflusssonde-HP3) soll dabei helfen.

Da ich mich ja für die Astrobiologie interessiere ist natürlich auch die Geologie des Mars interessant.


Und dann sind da ja noch die 3 neuen Mars-Raumsonden unterwegs, Unterstützung für die Mars-Erforschung kommt also auch.

Marsmaulwurf: Fortschritte vom 14 bis 21 August 2020

Sand zusammen kratzen, Grube füllen, Sand verdichten und auf die Mole drücken. Warten auf die nächste Hammer-Session sowie abwarten wie es läuft – Daumen sind gedrückt!

Animation selbst erstellt aus den nachfolgenden Einzelbildern
2 August (Sonntag), 2020, Sol 598
8 August (Samstag), 2020, Sol 604
14 August (Freitag), 2020, Sol 610
15 August (Samstag), 2020, Sol 611
16 August (Sonntag), 2020, Sol 612
17 August (Montag), 2020, Sol 613
19 August (Mittwoch), 2020, Sol 615
21 August (Freitag), 2020, Sol 617

Vielversprechende thermische Werte: Hat der Mars-Maulwurf doch noch eine Chance?

Der in Deutschland entwickelte „Mars-Maulwurf“ HP3 sollte sich in den Marsboden eingraben. Er blieb zunächst stecken. Jetzt gibt es wieder Hoffnung.

Es sah alles gut aus, als die NASA-Sonde Mars InSight im Februar 2019 mit ihrem langen Roboterarm eine Art Maulwurf auf dem Marsboden absetzte. Entwickelt hatte das „HP3“ genannte Gerät das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt. Der Maulwurf grub los – aber nach knapp 35 Zentimetern war schon Schluss.

Der in Deutschland entwickelte "Maulwurf" HP3 hat es bislang nicht geschafft, mit seiner Rammsonde etwas tiefere Schichten der Marsoberfläche zu erkunden. (Foto: Pressestelle, NASA/DLR)
Der in Deutschland entwickelte „Maulwurf“ HP3 hatte anfangs Probleme, mit seiner Rammsonde tiefere Schichten der Marsoberfläche zu erkunden.

Das Problem: Das, was gerne Maulwurf genannt wird, sieht eher aus wie ein 40 Zentimeter langer Nagel, der aber natürlich nicht von außen mit einem Hammer geschlagen wird. Es ist ja kein Astronaut auf dem Mars. Dieser Riesennagel hämmert sich stattdessen von selbst, mit einem Hammermechanismus in seinem Innern, Millimeter für Millimeter in den Untergrund. Wenn da nicht diese harte Kruste wäre, durch die er einfach nicht durchkam.

Roboterarm presste den Maulwurf in den Boden

In diesem Frühjahr, nach einem ganzen Jahr erfolgloser Grabungsversuche und in einer recht hoffnungslosen Lage, entschlossen sich die Forscherinnen und Forscher rabiat vorzugehen: Der Roboterarm der Insight Sonde presste in den vergangenen Wochen den Maulwurf in den Boden – mit dem Risiko, dass dabei wichtige Kabelanschlüsse zerstört werden.

Die Mars-Sonde InSight ist schon im November 2018 erfolgreich auf der Marsoberfläche gelandet. Doch der in Deutschland entwickelte "Maulwurf" HP3 hat es bislang nicht geschafft, mit seiner Rammsonde etwas tiefere Schichte der Marsoberfläche zu erkunden. (Foto: Pressestelle, NASA/DLR)
Der Roboterarm der InSight-Sonde drückte den „Maulwurf“ etwas tiefer in den Marsboden.Pressestelle NASA/DLR

Aber das Risiko hat sich wohl gelohnt. Projektleiter Tilman Spohn vom Deutschen Zentrum für Luft und Raumfahrt veröffentlichte in seinem Internetblog nun Aufnahmen, die den Marsmaulwurf vollständig eingebuddelt zeigen.

Und diesmal deuten erste Messungen auch darauf hin, dass das Gerät genügend Reibung an den Wänden seines Mini-Bohrlochs verspürt, um noch tiefer in den Mars eindringen zu können. 5 Meter Tiefe sind maximal möglich – würde das gelingen, wäre es ein Mars-Tiefbohrrekord, auf den schon fast niemand mehr einen Cent wetten wollte.

Die Mars-Sonde Insight ist schon im November 2018 erfolgreich auf der Marsoberfläche gelandet. Doch der in Deutschland entwickelte "Maulwurf" HP3 hat es bislang nicht geschafft, mit seiner Rammsonde etwas tiefere Schichte der Marsoberfläche zu erkunden. (Foto: Pressestelle, NASA/DLR)
Der „Mars-Maulwurf“ HP3 soll wichtige Erkenntnisse darüber liefern, wie es unter der Marsoberfläche aussieht.

Tilman Spohn: Logbuch-Eintrag vom 10. August 2020

Nach dem Free-Mole-Test im Juni 2020 (siehe meinen Logbuch-Eintrag vom 7. Juli) beschloss das HP3-Team, den Roboterarm und die Schaufel des InSight-Landers anzuheben, um mit der Instrument Deployment Camera einen freien Blick auf den Maulwurf in der Grube zu erhalten. Einige von uns hatten erwartet – oder eher befürchtet –, dass die Grube mittlerweile kaum noch Sand enthalten würde. Warum? Nun, der Sand, so die Überlegung, hätte sich bei den vorigen Hämmer-Sessions lockern und in mögliche Spalten und Hohlräume in der schon öfter beschriebenen „Duricrust“ rieseln können. Schließlich rätseln wir auch heute noch, wohin eigentlich all das Krustenmaterial gekommen ist, seit sich die Grube im März 2019 bildete – es „fehlen“ immerhin 300 Kubikzentimeter beziehungsweise circa 200 Gramm.

Maulwurf „undercover“

 Quelle: NASA/JPL-CaltechDer Maulwurf in der Grube nach dem Free-Mole-Test im Juni. Das an Sol 577 aufgenommene Bild zeigt den fast vollständig mit Sand bedeckten Maulwurf. Es zeigt auch den Abdruck der Schaufel im Boden direkt vor ihm sowie interessante Überhänge und Schichten in der „Duricrust“ auf der gegenüberliegenden Seite.

Und so waren wir durchaus freudig überrascht, als wir auf den Bildern der freiliegenden Grube sahen, dass der Maulwurf weitgehend mit Sand bedeckt war (siehe Bild oben). Nur das hintere Ende, die Back-Cap, und ein paar Zentimeter des Rumpfes ragten noch heraus. Und mehr noch: Es zeigte sich bei Vergleich von Stereoaufnahmen, dass offenbar sogar etwas mehr Sand in der Grube war als zuvor! Wahrscheinlich, weil bei den Hammerschlägen ein Teil des harten Oberflächenmaterials, also der „Duricrust“, zermahlen wurde und als „neuer Sand“ die Grube angefüllte.

Der Überhang, den ich oben in der Bildbeschreibung ansprach, entspricht wahrscheinlich nicht der Dicke der „Duricrust“. Es könnte vielmehr sein, dass diese geschichtet ist. Dafür spricht, dass das Material unter dem Überhang steil ansteht und unsere früheren Abschätzungen ein Ausmaß der „Duricrust“ von 20 Zentimetern ergeben haben. Interessanterweise weist der Überhang Risse in regelmäßigen Abständen auf, die zudem erstaunlich breit sind. Die Schichtgrenze oberhalb der gerissenen Krustenschicht könnte die untere Begrenzung der, auf der Kruste aufliegenden, Sandschicht sein.

Nachdem die Bilder von Sol 577 analysiert waren, konzentrierte sich die Diskussion schnell auf Strategien für die nächsten Schritte. Einige von uns sprachen sich dafür aus, die Grube zu füllen, den Sand in der Grube mit der Schaufel zu verdichten und mit ihr schließlich auf den Sand in der verfüllten Grube zu drücken. Die durch den Sand auf den Maulwurf übertragene Kraft sollte ausreichen, um den Rückstoß des Hammermechanismus von etwa sieben Newton auszugleichen.

Andere Teammitglieder schlugen vor, dass wir zuerst versuchen sollten, den Maulwurf ein paar Zentimeter tiefer zu bekommen, indem wir mit der Spitze der Schaufel auf das hintere Ende drücken und dann hämmern würden. Dies wäre ein Vorgehen ganz ähnlich dem Drücken auf die Back-Cap, das wir in den vorigen Wochen erfolgreich eingesetzt hatten. Das Problem ist nur, dass die Schaufel in der vorigen Konfiguration – mit dem Boden nach unten – nicht mehr in das Loch passt. Man kann die Schaufel aber aufstellen und mit der Schneide drücken. Das bedeutet allerdings erhöhtes Risiko abzurutschen und dabei entweder das Kabel zu beschädigen oder gegebenenfalls den Maulwurf nicht am „Rückwärtshämmern“ hindern zu können. Ich hatte ja schon früher geschildert, dass das Platzieren der Schaufel riskant ist und millimetergenau vorgenommen werden muss. Mit der Schneide nach unten ist dies noch schwieriger als zuvor.

Zu diesem Zeitpunkt fehlten beiden Seiten der Diskussion wichtige Informationen. So war nicht klar, wie effektiv wir Sand in die Grube kratzen könnten. Und ebenfalls war unklar, wie wir in der derzeitigen Lage am sichersten auf den Maulwurf drücken könnten, ohne einen möglicherweise irreparablen Schaden zu verursachen. Also beschlossen wir, zunächst einen „Kratztest“ durchzuführen. Damit gewannen wir auch Zeit, um mit Hilfe von CAD-Modellen der Grube die Platzierung der Schaufel zu planen.

Ich selbst hatte im Vorhinein geschätzt, dass das erste Kratzen mit einer Schaufelreichweite von zwölf Zentimetern die Grube zwar etwas auffüllen, der Maulwurf aber immer noch sichtbar aus dem Sand herausragen würde. Das war im Übrigen für einige die Bedingung, um dem durchaus umstrittenen „Kratztest“ zuzustimmen. Wie man auf dem neuen Bild von Sol 600 unten aber sehen kann, war diese Schätzung nicht ganz richtig, aber das Kratzen ein voller Erfolg! Das Kratzen war deutlich effektiver als gedacht und der Sand füllte die Grube nahezu vollständig. Der Maulwurf ist jetzt bedeckt, allerdings liegt auf der Back-Cap nur eine dünne Schicht Sand.
Zum größten Teil lag die Fehleinschätzung daran, dass die Schaufel deutlich tiefer in den Boden eindrang als geplant. Dadurch wurde annähernd das Doppelte an Material eingetragen. Und zum anderen Teil ist der Maulwurf doch etwas tiefer im Boden, als es aus den Stereoaufnahmen zunächst abgeleitet worden war.

Quelle: NASA/JPL-Caltech

Das Kratzen hatte darüber hinaus bewirkt, dass die Höhenunterschiede am Rand der Grube zum Teil eingeebnet wurden – und damit das Platzieren der Schaufel einfacher geworden ist. Mit diesem Wissen und mit Unterstützung der Projektleitung haben wir beschlossen, den Maulwurf nun doch mit Hilfe der Schaufel etwas tiefer in den Boden zu bringen. Dazu würden wir allerdings nicht mit der Schneide drücken, sondern mit der 20 bis 30 Grad gegenüber dem Boden angewinkelten Schaufel. Dies ist zunächst einmal eine etwas einfachere, besser planbare und weniger zeitintensive Operation im Vergleich zu einer Abfolge von Kratzbewegungen; möglicherweise verbunden mit Hackbewegungen der Schaufel, um die Grube aufzufüllen. Ich denke, spätestens nach dem Verfüllen der Grube sollten wir dem Rückstoß genügend Kraft entgegensetzen können und der Maulwurf „gräbt“ sich dann hoffentlich alleine tiefer in den Marsboden. Drückt die Daumen!

Vielversprechende thermische Werte

Übrigens: Kürzlich führten wir eine neue Messung der Wärmeleitfähigkeit vom Maulwurf zum Boden durch und stellten erfreulicherweise im Vergleich zu früheren Messungen erhöhte Werte fest. Dies deutet darauf hin, dass sich der thermische Kontakt – und damit auch der mechanische Kontakt – verbessert haben. Eine gute Nachricht, die uns weiter optimistisch stimmt.

Insight auf dem Mars: Die Mole wird vergraben

Wie angekündigt wurden die Aktivitäten im August wieder aufgenommen und damit begonnen die Mole mit der Schaufel am Roboterarm zu begraben. Ich bin gespannt wie es sich weiter entwickelt, wäre schön wenn es doch noch mit den „Marsmaulwurf“ klappt. Die Daten hätte ich echt gerne weil es total spannend und interessant ist mehr über die Bodenbeschaffenheit zu erfahren. Wir werden in den nächsten tagen sicherlich mehr erfahren bzw. sehen. Das aktuelle Bild vom Sol 598 am 2 August 2020, sieht schon mal vielversprechend aus.

Das Maulwurf-Team wird jetzt allerdings erst einmal eine Pause einlegen. Wir werden die mit dem Vorhaben zusammenhängenden Fragen besprechen und den Roboterarm in der Zeit für andere wissenschaftliche Aktivitäten zur Verfügung stellen. Wenn alles gut geht, werden wir unsere Aktivitäten voraussichtlich im August wieder aufnehmen.

Unglaublich wie schnell die Zeit vergangen ist aber gleich mit Anfang August hab ich nicht nun wirklich nicht gerechnet. Eine tolle und schöne Überraschung an diesem Tag.

Hier das aktuelle Bild:

Sol 598 – 2 August 2020
Sol 577 11 Juli 2020

Logbuch-Eintrag vom 7. Juli 2020

Am Samstag, 20. Juni 2020 (Sol 557 Marszeit) haben wir den im vorigen Logbuch-Eintrag angekündigten Free-Mole-Test beendet. Das Ergebnis entsprach leider nicht unseren optimistischsten Erwartungen, war aber auch nicht völlig überraschend: Der Maulwurf, unsere HP³-Wärmesonde auf der NASA-Mission InSight, begann wieder auf der Stelle zu „hüpfen“ – und das, nachdem er noch am 13. Juni beziehungsweise Sol 550 ohne direkte Unterstützung durch die Schaufel am Roboterarm des Landers einige vielversprechende Fortschritte gemacht hatte…

Wir können die Bewegung des Maulwurfs weder direkt auf Bildern verfolgen, da die Schaufel den Blick versperrt, noch haben wir direkte Messdaten, die die Bewegung der Sonde dokumentieren. Stattdessen müssen wir die Situation anhand der Bewegung des Sensoren- und Versorgungskabels unseres Maulwurfs beurteilen oder, genauer gesagt, anhand der Verschiebungen von Markierungen auf dem Kabel relativ zum Bildhintergrund.

Quelle: NASA/JPL-Caltech

Der Free-Mole-Test hatte bereits am Samstag, 13. Juni 2020 (Sol 550) begonnen, aber die damaligen Anzeichen dafür, dass sich der Maulwurf während 125 Hammerschlägen vorwärts in die Tiefe bewegte, waren nicht ausreichend eindeutig. Die Animation oben zeigt, wie die Schaufel zunächst weiter nach unten geht und in den Boden gedrückt wird – so, wie ich es schon in meinem vorigen Blogbeitrag näher beschrieben hatte. Dabei drückt die Schaufel auf das hintere Ende der Sonde. In der Mitte des Videos hört die Schaufel auf, sich zu bewegen und die Staubpartikel in der Schaufel kommen sichtlich zur Ruhe. Dabei bewegt sich das Kabel um einige Millimeter nach rechts!

Beides, die zur Ruhe gekommenen Staubpartikel und die gleichzeitige Bewegung des Kabels, ließen den Schluss zu, dass sich der Maulwurf von der Schaufel weg und von selbst vorwärts bewegt hatte. Bestärkt wurden wir durch die Daten des Neigungsmessgeräts im Maulwurf, das eine leichte Aufrichtung der Sonde anzeigte. Auch das circa einen Meter entfernte Seismometer zeichnete eine Veränderung in der Frequenzcharakteristik der aufgezeichneten Hammerschläge auf.

Die Bewegung des Kabels kehrte sich etwas später für eine kurze Weile um, bevor sich es sich weiter nach rechts bewegte. Dann folgte wieder eine sehr kleine Bewegung nach links, bevor es sich wieder vorwärts bewegte. Eine sorgfältige Analyse der Bilder zeigte: Die Netto-Vorwärtsbewegung des Kabels (und auch des Maulwurfs?) betrug zwei bis drei Millimeter. Die Bruttobewegung könnte drei- bis fünfmal so groß gewesen sein.

Als das Team die Bilder analysierte, waren alle zufrieden, dass der Maulwurf sich offenbar vorwärts bewegt hatte! Wegen der – wenn auch kleinen – Rückwärtsbewegungen waren wir uns allerdings einig, dass wir mindestens einen weiteren Hämmer-Zyklus beobachten müssten, um sicher sagen zu können, dass der Maulwurf nun tief genug im Boden steckte, um von selbst „graben“ zu können. Nun, sagen wir, fast allein zu „graben“, denn mit der Schaufel sorgten wir immer noch für eine indirekte Unterstützung. Ihr Druck auf die Oberfläche erhöht die Reibung auf die Hülle unseres Marsmaulwurfs.

Wie sehr wir dem Maulwurf auf diese Weise helfen würden, war allerdings nicht vorherzusagen, da wir die mechanischen Eigenschaften des Marsbodens nicht ausreichend genau kennen. Soviel ist klar: Solange der Maulwurf nicht vollständig im Boden, sondern teilweise in seiner Grube stecken würde, ist die Unterstützung zumindest vorteilhaft. Erst ab einer Tiefe von 10 bis 20 Zentimetern würde die Unterstützung selbst unter idealen Bedingungen nicht mehr wirksam sein – und dann voraussichtlich auch nicht mehr nötig.
Eine Woche später, am Sonntag, 21. Juni 2020, prüften wir die neuen Bilder des Hämmerns vom Vortag (siehe Sol 557, Animation unten). Wir stellten fest, dass das Kabel sich hin und her bewegte und dann fünf bis sechs Millimeter nach links. Der Maulwurf war damit einen Großteil seiner Vorwärtsbewegung von Sol 550 wieder zurückgegangen!

Quelle: NASA/JPL-Caltech

Offenbar hatte es nicht gereicht, den Maulwurf einige Zentimeter tiefer im Boden zu haben, selbst mit Unterstützung durch Schaufeldruck auf den Boden nicht. Die in der Mitte des Videoclips einsetzende Bewegung der Staubkörner lässt darauf schließen, dass der Maulwurf wieder an die Schaufel herangekommen war und von unten auf die Unterseite schlug. Wahrscheinlich hat die Schaufel ihn daran gehindert, wie bei früheren Versuchen (z.B. an Sol 322), aus dem Boden zu kommen.

Das Ergebnis des Free-Mole-Tests bestätigt unsere frühere Vermutung, dass die verhärtete Bodenkruste außergewöhnlich dick ist und ziemlich robust sein muss. Aus der ersten Rückwärtsbewegung des Maulwurfs (an Sol 322) und der Beobachtung, dass er nicht weiter als 20 Zentimeter aus dem Boden kam, hatten einige von uns (darunter auch ich) geschlossen, dass die harte Krustenschicht etwa 20 Zentimeter dick sein würde. 40 Zentimeter beträgt die Länge des Maulwurfs, minus 20 Zentimeter, also der Länge, die er herausgekommen war, entspricht eben 20 Zentimetern. Die jetzt vorliegenden Beobachtungen stehen jedenfalls nicht im Widerspruch zu dieser Überlegung.

Wie machen wir weiter?

Als nächstes werden wir den Roboterarm des InSight-Landers zurückzuziehen und mit Hilfe der Instrument Deployment Camera auf dem Arm die Maulwurfsgrube im Inneren stereoskopisch abbilden. Wir müssen wissen,

  • wie tief der Maulwurf wirklich im Boden ist (er sollte etwa einen Zentimeter unter der Oberfläche sein),
  • ob sich die Morphologie der Grube verändert hat und
  • ob der Sand, den wir am Boden der Grube gesehen hatten, noch vorhanden oder weiter in die Tiefe gerutscht ist.

 
Je nachdem, was die Bilder offenbaren, wollen wir anschließend prüfen, ob wir die Grube mit Sand füllen können, um die notwendige Reibung zu gewährleisten. Dabei werden wir wahrscheinlich wieder durch Druck der Schaufel helfen. Da der Sand flexibler als das feste Krustenmaterial ist, kann die Kraft effektiver übertragen werden. Darüber hinaus könnte die Schaufel wieder verhindern, dass der Maulwurf widrigenfalls aus dem Boden kommt.

Quelle: DLR

Das Füllen der Grube wird keine leichte Aufgabe sein und kann einige Zeit in Anspruch nehmen. Dies war auch der Grund, warum wir den Free-Mole-Test ohne vorherige Befüllung der Grube durchgeführt haben. Eine Schätzung des Volumens der Grube vor dem letzten Hämmern ergab, dass 300 Kubikzentimeter Sand zum Befüllen nötig sein werden. Dieses Volumen kann man erreichen, indem man insgesamt etwa 40 Zentimeter mit der Schaufel „zusammenkratzt“. Diese hat eine Breite von sieben Zentimetern und die Sandschicht ist nach unseren Beobachtungen etwa einen Zentimeter dick.

Das Maulwurf-Team wird jetzt allerdings erst einmal eine Pause einlegen. Wir werden die mit dem Vorhaben zusammenhängenden Fragen besprechen und den Roboterarm in der Zeit für andere wissenschaftliche Aktivitäten zur Verfügung stellen. Wenn alles gut geht, werden wir unsere Aktivitäten voraussichtlich im August wieder aufnehmen.

Quelle: https://www.dlr.de/blogs/alle-blogs/das-logbuch-zu-insight.aspx


Instrument

Das Konzept dieses Künstlers, das den InSight Mars Lander der NASA zeigt, der vollständig für die Untersuchung des tiefen Inneren des Mars eingesetzt wurde.
KÜNSTLERKONZEPT VON INSIGHT LANDER AUF MARS InSight ist die erste Mission, die sich der Untersuchung des tiefen Inneren des Mars widmet. Die Ergebnisse werden das Verständnis dafür fördern, wie sich alle felsigen Planeten, einschließlich der Erde, gebildet und entwickelt haben.

Die Temperatur auf dem Mars messen

Das Wärmestrom- und physikalische Eigenschaftenpaket, kurz HP 3 , gräbt sich bis zu fünf Meter in die Marsoberfläche. Das ist tiefer als alle vorherigen Arme, Schaufeln, Bohrer oder Sonden davor. Wie bei der Untersuchung der Wärme, die aus einem Automotor austritt, wird die Wärme gemessen, die aus dem Inneren des Mars kommt, um festzustellen, wie viel Wärme aus dem Körper des Planeten fließt und woher die Wärme stammt. Dies hilft Wissenschaftlern festzustellen, ob sich der Mars aus dem gleichen Material wie Erde und Mond gebildet hat, und gibt ihnen einen kleinen Einblick in die Entwicklung des Planeten.

Technische Daten

HauptberufHP 3 misst die Temperatur des Mars und zeigt, wie viel Wärme noch aus dem Inneren des Planeten fließt.
OrtBeim Start auf dem Landerdeck montiert. Bei der Landung nimmt der Arm des Landers HP 3 auf und legt ihn auf die Oberfläche. Der Maulwurf hämmert sich dann unter die Oberfläche.
MasseEtwas mehr als 6,5 Pfund (ungefähr 3 Kilogramm).
LeistungMaximal 2 Watt beim Graben unter der Oberfläche.
VolumenInsgesamt etwa 5 Liter (20 Liter).
Datenrückgabe350 Megabit im Verlauf der Mission.

„Wir wissen, dass das Innere des Mars nicht so warm ist wie das der Erde, aber wir haben nie die Temperatur des Planeten gemessen. HP 3 misst die Temperatur des Mars, sagt uns, wie viel Wärme den Planeten verlässt und ob sich Erde und Mars aus dem Planeten gebildet haben Das gleiche Zeug. Das ist der Schlüssel, um nicht nur etwas über den Mars zu lernen, sondern auch darüber, wie sich alle felsigen Planeten des Sonnensystems gebildet und entwickelt haben. „- Tilman Spohn, Principal Investigator

Wie es funktioniert

Wie bei der Untersuchung der Wärme, die aus einem Automotor austritt, wird HP 3 die vom Mars ausgehende Wärme untersuchen, um zu beleuchten, was die Wärme erzeugt. Es wird Wissenschaftlern zeigen, ob Erde und Mars aus demselben Material bestehen und wie Wärme im Mars fließt.

Wie Hitze dem Mars entweicht

Planeten haben Wärme in sich und einige, wie zum Beispiel die Erde, sind heißer als andere, wie zum Beispiel der Mars. Heiße Elemente, die in dem Material vorhanden waren, das den Planeten zuerst gebildet hat, und Energie, die beim Prozess der Planetenbildung übrig bleibt, sind der Brennstoff, der diese Wärme erzeugt. Es entstehen Magnetfelder, Berge und Bewegungen in der Kruste, die Beben verursachen. HP 3 untersucht die vom Mars entweichende Wärme, um festzustellen, wie schnell der „Motor“ des Planeten läuft und was ihn antreibt.

HP 3 vergräbt sich bis auf fast 5 Meter, um sicherzustellen, dass seine Messungen von den Änderungen in den Jahreszeiten nicht beeinflusst werden. Alle 50 Zentimeter gibt die Sonde einen Wärmeimpuls ab und ihre Sensoren beobachten, wie sich der Wärmeimpuls mit der Zeit ändert. Wenn das Krustenmaterial wie Metall ein guter Wärmeleiter ist, fällt der Puls schnell ab. Wenn es sich um einen schlechten Leiter wie Glas handelt, fällt der Puls langsam ab. Dies zeigt Wissenschaftlern, wie schnell die Temperatur mit der Tiefe ansteigt und wie Wärme im Mars fließt.

Sind Erd- und Marsgeschwister?

Wissenschaftler vermuten, dass der Mars aus demselben planetbildenden Material wie Erde und Mond geboren wurde. Mithilfe der Messungen der Wärmestromsonde können Sie feststellen, ob dies der Fall ist. Wie der Treibstoff des Mars, seine wärmeerzeugenden Elemente, heute auf dem Planeten verteilt ist, ist noch offen. Die Informationen von InSights Wärmestromsonde und Seismometer zusammen können zur Beantwortung dieser Frage beitragen.

Quelle (aus dem Englischen automatisch übersetzt):

https://mars.nasa.gov/insight/spacecraft/instruments/hp3/

Mars-InSight: Free-Mole Test

Since NASA’s Insight Lander plopped down on Mars’s surface in 2018, it has revealed new insight—pun intended—into the inner workings of the red planet. The lander has captured evidence of seismic activity and exposed strange sounds that the planet makes. It even recorded the first „Marsquake“ in April 2019.

One instrument, though, has had a difficult time breaking through the surface. The lander’s temperature-sensing „mole,“ as it’s known, was designed to take thermal readings just below Mars’s surface, but it has struggled to stay inserted in the ground. It keeps pushing out.

The German Aerospace Center (DLR), which is in charge of operating the instrument, has been toiling away at a solution. For months, the DLR team has been pushing down on the thin probe with the back of the lander’s scoop. Finally, after spending more than a year of tinkering with the troublesome instrument, DLR has inserted the mole.

Researchers previously wondered if there was a rock that might be blocking the mole’s path. That doesn’t seem to be the problem, DLR Instrument Lead Tilman Spohn reported June 3 in a blog post. It’s likely a case of the probe not having enough friction to adequately dig on its own.

Next, DLR will conduct another round of hammering and then see if the mole is able to dig on its own in a „free-Mole“ test. If that test doesn’t work and the mole isn’t able to dig deeper by itself, the scientists plan to either fill the hole with more Martian dirt to increase friction or again push on the mole with the tip of the scoop.

As if that weren’t enough, DLR is also battling the approach of dust storm season on Mars. Any actions the team takes could be hampered by dusty solar panels, Spohn wrote.

Das wichtigste in Kürze:

-Als nächstes führt das DLR eine weitere Hammerrunde (Samstag den 06.06.2020 wenn ich das richtig herausgelesen hab) durch und prüft dann, ob der Maulwurf in einem „Free-Mole“ -Test selbstständig graben kann. Wenn dieser Test nicht funktioniert und der Maulwurf nicht in der Lage ist, selbst tiefer zu graben, planen die Wissenschaftler, entweder das Loch mit mehr Marsschmutz zu füllen, um die Reibung zu erhöhen, oder den Maulwurf erneut mit der Spitze der Schaufel zu drücken.

-Als ob das nicht genug wäre, kämpft das DLR auch gegen die bevorstehende Staubsturmsaison auf dem Mars. Alle Maßnahmen, die das Team ergreift, könnten durch staubige Sonnenkollektoren behindert werden, schrieb Spohn.

Logbuch-Eintrag vom 3. Juni 2020

Mehr als drei Monate sind seit meinem letzten Blog-Eintrag vergangen. Im Februar musste ich hier berichten, dass sich der Maulwurf leider erneut im „Rückwärtsgang“ bewegte und schließlich etwa sieben Zentimeter aus seinem Loch herausragte (die Gründe für die Aufwärtsbewegung sind im Logbucheintrag vom 23. Februarerläutert).

Als Konsequenz des mangelnden Erfolgs beim letzten „Pinning“-Versuch beschloss das InSight-Team, das erhöhte Risiko einer Beschädigung der Sonde einzugehen und einen sogenannten „Back-Cap Push“ zu versuchen. Dabei haben wir die Schaufel des Roboterarms am Lander über der Hinterkappe des Maulwurfs platziert und langsam abgesenkt, bis sie diese berührte. Danach haben wir den Arm weiter abgesenkt und so mit der Schaufel eine Kraft von circa 50 Newton auf den Maulwurf aufgebaut, um ihn bei seiner Abwärtsbewegung zu unterstützen. Allerdings nahm die mechanische Spannung im Arm mit dem Vorarbeiten des Maulwurfs in den Marsboden immer weiter ab und war nach circa anderthalb Zentimetern weitgehend abgebaut. Der Arm musste dann neu angesetzt und weiter abgesenkt werden, um erneut Druck aufzubauen.

Quelle: DLR

Wegen der Schräglage des Maulwurfs in seiner Grube und der begrenzten Manövrierfähigkeit des Roboterarms des InSight-Landers berührte die Schaufel die hintere Kappe nur am Rand, also nur an einem einzigen Punkt. Das Bild zeigt die Situation, wie sie in einem DLR-Labor in Berlin simuliert wurde. Diese Simulation war nötig, um zu beurteilen, wie kritisch die Platzierung für das empfindliche Messkabel war. Das Bild zeigt deutlich: Ein Fehler in der Positionierung der Schaufel von nur wenigen Millimetern hätte zu einem Abrutschen von der hinteren Kappe oder zur Beschädigung des Kabels führen können. Ein weiteres Risiko für das Messkabel: Wenn sich der Maulwurf in den Untergrund vorarbeitet, bewegt sich die Schaufel relativ zur Sonde nach links und in Richtung Kabel!

Deshalb ging das Team sehr vorsichtig vor. Jedes Mal, wenn die Schaufel in Position war, prüften wir die Situation anhand der Bilder der am Roboterarm befestigten Kamera und der Daten des Armmotors. Erst danach konnte das Kommando für eine Reihe von Hammerschlägen freigegeben werden. Wir begannen vorsichtig mit nur 25 Hammerschlägen. Erst nachdem das Team ein gewisses Vertrauen in die sorgfältige Platzierung der Schaufel gewonnen hatte, erhöhten wir die Anzahl der Hammerschläge auf schließlich 150 Schläge pro Sitzung.

Wie ich bereits früher berichtet habe, erlaubt die gegenwärtige Arbeitsweise der InSight-Mission nur eine Operation pro Woche. Wir befinden uns in einer Phase der Mission, in der die Instrumente Daten liefern und lediglich überwacht werden sollten. Daher ist das Team heute kleiner als vor einem Jahr, als die Instrumente auf der Marsoberfläche abgesetzt wurden. Einige haben inzwischen auch andere Projekte zu betreuen. Und so konnte die Positionierung der Schaufel nur jede zweite Woche erfolgen – meistens samstags. Es folgte, was Raumfahrtingenieure als „Ground-in-the-Loop“ bezeichnen, das heißt eine Überprüfung der Schaufelposition am Montag danach, bevor der Startschuss für die nächste „Hämmersession“ gegeben wurde, meistens für den darauffolgenden Samstag.

Wir haben an Sol 458, dem 11. März 2020 Erdzeit, etwa sieben Zentimeter über der Oberfläche begonnen und sind an Sol 536 (30. Mai) nach sechs Hämmerzyklen beziehungsweise elf Wochen mit der Schaufel wieder auf Höhe der Oberfläche. Die Animation zeigt das Eindringen bis Sol 536:

Quelle: NASA/JPL-Caltech

Wahrscheinlich haben wir mit dem letzten Hammerschlag mit der linken Kante der Schaufel die Oberfläche erreicht. Vielleicht sind wir aber auch noch etwa einen Millimeter darüber. Offensichtlich haben wir es mit einem schrägen Winkel der Schaufel zur Oberfläche zu tun, sodass die rechte Kante der Schaufel noch etwa einen Zentimeter über der Oberfläche liegt. Und wir wissen, dass die Oberfläche an vielen Stellen mit etwa einem Zentimeter relativ lockerem Sand bedeckt ist, den die Schaufel komprimieren kann.

Als nächstes werden wir daher ein weiteres Hämmern mit 100 Schlägen kommandieren, nachdem die Schaufel wieder so positioniert wurde, dass sie auf die hintere Kappe der HP3-Sonde drückt. Dabei hoffen wir, dass die Schaufel nach einigen Schlägen vom Boden aufgehalten wird. Der Maulwurf könnte sich dann von selbst vorwärts bewegen können.

Jetzt wissen wir: Der Maulwurf wurde nicht durch einen Stein gestoppt

Erinnern Sie sich an unsere Theorie, dass der Maulwurf nicht in den Marsboden eindrang, weil das Regolith ihm nicht genug Reibung bot, um die Rückstoßkraft beim Hämmern des Maulwurfs auszugleichen? Obwohl der Rückstoß viel geringer als die Kraft ist, die den Maulwurf vorwärts treibt – fünf bis sieben Newton im Vergleich zu 900 Newton – muss der Rückstoß dennoch aufgefangen werden. Berechnungen, die ich bereits früher in diesem Blog diskutiert hatte, legen nahe, dass die Reibungskraft ausreichen wird, wenn der Maulwurf vollständig begraben ist. Etwas zusätzliche Reibung kann erzeugt werden, wenn wir den Arm des InSight-Landers benutzen, um die Oberfläche zu belasten. Das werden wir tun.

Sollte der Maulwurf von sich aus in den Boden vordringen (mit zusätzlichem „Regolith-Schub“ durch die Belastung des Bodens mit der Schaufel), wird die Reibung immer weiter zunehmen und die Aufgabe einfacher. Wenn die Rückenkappe des Maulwurfs etwa 20 Zentimeter tief ist, wird der Druck auf die Oberfläche wirkungslos und die Unterstützung der Schaufel nicht mehr erforderlich sein. Dann können wir mit dem beginnen, was wir vor mehr als einem Jahr geplant haben: dem Maulwurf befehlen, in die Tiefe zu hämmern.

Sie sehen also, der nächste Schritt, der „Free Mole Test“, wird sehr aufregend und entscheidend sein. Darum bleibt mein Apell wie immer: Bleiben Sie dran und drücken Sie uns und dem Maulwurf die Daumen!

Es wäre gut, wenn der Maulwurf den Test bestünde. Denn bald wird es Winter auf der Nordhalbkugel des Mars und die Staubsturm-Saison wird beginnen. Schon jetzt wird die Atmosphäre trüber und die Leistung der Solarpaneele nimmt ab. Das wird unserer Möglichkeiten mit dem robotischen Arm zu arbeiten, leider etwas einschränken.

Und erlauben Sie mir zum Abschluss dieses Posts in der augenblicklichen Situation auf der Erde eine Ergänzung: Es ist wunderbar, wie Menschen über große Entfernungen auf der Erde, von zu Hause aus und bis zum Mars zusammenarbeiten können. Vielen Dank, liebes InSight-Team!

https://www.dlr.de/blogs/alle-blogs/das-logbuch-zu-insight.aspx

Insight: Nach 15 Monaten – HP3 macht Fortschritte

Nach 15 Monaten, macht das HP3 (Marsmaulwurf) Experiment nach diversen Rückschlägen, wieder Fortschritte.

Marsmission Insight: Bremer Experiment auf dem Mars gerät ins Stocken

Seit einem Jahr soll sich ein Experiment in den Marsboden hämmern – doch daraus wurde bislang nichts. Beim Marsmaulwurf herrscht noch immer Stillstand. Die Forscher versuchen, das Beste draus zu machen.

Die Aufnahme der Europäischen Weltraumagentur ESA/ESOC zeigt den Planeten Mars.
Die Aufnahme der Europäischen Weltraumagentur ESA/ESOC zeigt den Planeten Mars. (picture alliance / dpa)

Er will einfach nicht. Anstatt immer tiefer in den Boden einzudringen, macht der Maulwurf nichts. Stillstand. Pause. Die Arbeiten auf dem Mars ruhen. Dabei waren sie vor fast einem Jahr mit großen Hoffnungen gestartet.

Es war Ende Februar im vergangenen Jahr, als das Maulwurf-Experiment als Teil der Mission Insight auf der Marsoberfläche abgesetzt wurde. In Bremen, rund 230 Millionen Kilometer entfernt, war das ein Grund zur Freude; gefeiert wurde mit Kuchen. Endlich konnte das losgehen, wofür 20 Forscher des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) jahrelang gearbeitet hatten. Denn HP3 – so heißt der Maulwurf offiziell – wurde in Bremen konzipiert. Die Wissenschaftler erhoffen sich dadurch, viel Neues über den Mars zu erfahren.

In der Geschichte der Raumfahrt ist noch nie etwas so tief in den Boden des roten Planeten eingedrungen, wie es der Maulwurf machen sollte. Die Ergebnisse, die HP3 liefern soll, sollen Aufschluss über Wärmeleitfähigkeit des Bodens geben. Laut Plan zieht das Bremer Experiment dafür ein mit Temperatursensoren bestücktes, fünf Meter langes Kabel hinter sich in den Untergrund hinein. Damit sollen an verschiedenen Stellen die Temperaturen im Marsboden gemessen werden und wie sie sich verändern. Ergänzend nimmt ein Infrarotstrahlungsmesser, der am Insight-Landemodul angebracht ist, die Temperatur der Marsoberfläche.

Eigentlich sollte der Bremer Maulwurf fünf Meter tief im Marsboden sein. Doch daraus wurde nichts; der 40 Zentimeter lange Stab hat sich immer wieder zurück an die Oberfläche bewegt. Auf dem Bild ist zu sehen, wie der Marsmaulwurf halb im Boden
Eigentlich sollte der Bremer Maulwurf fünf Meter tief im Marsboden sein. Doch daraus wurde nichts; der 40 Zentimeter lange Stab hat sich immer wieder zurück an die Oberfläche bewegt. Auf dem Bild ist zu sehen, wie der Marsmaulwurf halb im Boden steckt. Ein rechteckiger Abdruck zeigt die Stelle, an der die Schaufel der Insight-Sonde auf die Oberfläche gedrückt hat – um dem Stab zu mehr Reibung zu verhelfen. (NASA/JPL-Caltech)

„Jetzt ist aber erstmal alles auf Halt gestellt“, sagt Marco Scharringhausen aus dem HP3-Projektteam vom Bremer DLR. Denn kurz nach dem Absetzen kamen die ersten Probleme: Zwar hatte der Maulwurf – der äußerlich kein bisschen an seinen tierischen Namensgeber erinnert, sondern eher an eine Mini-Rakete – angefangen, sich langsam in den Boden zu hämmern. Doch er kam nicht so weit wie gehofft. Nach 30 Zentimetern war Schluss – eigentlich sollte HP3 fünf Meter in den Boden eindringen.

Eine gefährliche Situation

Es gab Rettungsversuche; bei der Nasa in Kalifornien wurden mögliche Ursachen erforscht. Doch auch das half nicht. Maximal 40 Zentimeter ist der Maulwurf in den Boden eingedrungen. Weitere Hammerschläge haben dafür gesorgt, dass sich HP3 wieder Richtung Oberfläche bewegt hat – eine gefährliche Situation. Denn wenn der Maulwurf erstmal aus dem Loch ist, gibt es keinen zweiten Versuch, sagt Scharringhausen. Zwar hat die Insight-Sonde, die das Experiment ausgesetzt hat, einen mechanischen Arm. Der sei aber zu grob, um den Stab wieder in das Loch zu setzen. Scharringhausen vergleicht es mit dem Versuch, mit Fäustlingen dünnes Garn in ein Nadelöhr einzufädeln.

Warum der Maulwurf sich nicht in den Marsboden hämmert, ist unklar. Sehr wahrscheinlich ist es, dass der Stab nicht genug Halt hat. Denn damit er mittels kleiner Hammerschläge ins Gestein vordringen kann, braucht es ein Mindestmaß an Reibung. Die wurde zwischenzeitlich mit einem Schaufelarm der Sonde erzeugt, der seitlich gegen den Maulwurf gedrückt hat. Viel gebracht hat das allerdings nicht.

Dass die Maulwurf-Mission nicht einfach wird, das war schon vorher klar. Was, wenn HP3 auf dem Weg in den Boden auf einen harten Stein trifft? Was, wenn der Maulwurf gar nicht erst richtig auf der Marsoberfläche abgesetzt werden kann? So weit von der Erde entfernt gibt es nur wenige Möglichkeiten, ins Geschehen einzugreifen.

Mission ist nicht gescheitert

Immerhin: Auch wenn es gerade nicht gut aussieht, gescheitert ist die Mission für Scharringhausen und seine Kollegen nicht. „Wir lernen notgedrungen“, sagt der Mathematiker. Die Forscher erfahren viel über die Zusammensetzung des Marsbodens – auch wenn das nicht unbedingt das Ziel von HP3 gewesen sei. Laut Scharringhausen gibt es viele unterschiedliche Schichten – „manche pudrig wie Mehl, andere hart wie nasser, verdichteter Sand“.

Natürlich sei es schade, dass die Mission bislang nicht wie geplant durchgeführt werden konnte, sagt Scharringhausen. Geknickt von den Forschern sei aber niemand. „Wir machen das Beste draus.“ Denn schließlich funktioniere die Konstruktion, technisch gebe es keine Probleme. Im Gegenteil: Der Maulwurf habe seine eigentliche Lebensdauer schon weit überschritten. Ärgerlich sei lediglich, dass die Bedingungen auf dem Mars anders seien als gedacht. Scharringhausen bringt es aber auf eine einfache Formel. „Das ist eben Wissenschaft.“

Die Marsmission Insight

Nach rund einem halben Jahr Reise landete am 26. November die Insight-Sonde der amerikanischen Weltraumbehörde Nasa auf dem Mars. Mit an Bord war das Instrument HP3 (Heat Flow and Physical Properties Package), das in Bremen entwickelt wurde.

Ziel von Insight ist es, die frühgeologische Entwicklung des Mars zu erforschen. Die Ergebnisse sollen dabei helfen, ein Verständnis dafür zu bekommen, wie erdähnliche Planeten des Sonnensystems entstanden sein könnten, beispielsweise der Merkur, die Venus aber auch die Erde selbst. Vergangenen April gelang es unter anderem, zum ersten Mal ein Marsbeben aufzuzeichnen. Die Mission ist auf ein Marsjahr angelegt, etwa zwei Erdenjahre. Die Kosten liegen bei 650 Millionen Euro.

Heat Flow and Physical Properties Package (HP3)

Wäremflusssonde

Das DLR Institut für Planetenforschung entwickelt die in-situ Wäremflusssonde HP3, die im Rahmen der NASA InSight Mission den Wärmefluss des Mars bestimmen soll (Abbildung 1). InSight wird 2016 in der südlichen Elysium-Region des Mars landen, um das tiefe Innere des Planeten zu erkunden. Neben der Wärmeflusssonde besteht die wissenschaftliche Nutzlast aus einem Seismometer, sowie einem Geodäsie-Experiment, mit dem der Rotationszustand des Planeten genauestens vermessen werden soll. Die Kombination von seismischen, geodätischen und thermischen Messungen erlaubt einen Einblick in die Schichtung von Kruste und Mantel des Mars sowie den Aufbau seines Kerns.

Abbildung 1: Künstlerische Darstellung des InSight Landers mit ausgesetzten Instrumenten. Links die HP3 Wärmeflusssonde, rechts im Bild das Seismometer. Das Geodäsie-Experiment sowie eine Kamera befinden sich auf dem Lander-Deck. Eine weitere Kamera ist am Roboterarm montiert.

Das HP3 Instrument basiert auf dem MUPUS Sensor (Multi-Purpose Sensor), der zur Zeit an Bord der ESA Rosetta Mission auf dem Weg zum Kometen 67P/Churyumov-Gerasimenko ist, sowie dem PLUTO Probennehmer, der auf der ESA MarsExpress Mission zum Einsatz kommen sollte. Um Messungen unterhalb der Planetenoberfläche durchführen zu können, besteht HP3 aus einem sogenannten Maulwurf (engl. „Mole“), der mit Hilfe eines Hammermechanismus ein mit Temperatursensoren bestücktes Kabel in den Boden zieht. Dabei soll eine Zieltiefe von 5 m erreicht werden, um den Temperaturgradienten im Untergrund bestimmen zu können. Des Weiteren ist der Mole mit Heizfolien ausgestattet, die eine Bestimmung der Wärmeleitfähigkeit nach dem Prinzip der Nadelsonde erlauben (Abbildung 2).

Abbildung 2: HP3 System, bestehend aus dem HP3-Mole (unten im Bild), in dessen Inneren ein Hammermechanismus für das Vordringen in den Boden sorgt, sowie das mit Temperatursensoren bestückte Kabel (gelb), mit dem der thermische Gradient im Untergrund bestimmt werden soll. Die Wärmeleitfähigkeit des Bodens wird durch Heizen des Moles sowie die Messung der Selbsterwärmungskurve bestimmt. Ein weiteres Kabel (grün) sorgt für die elektrische Verbindung zum Lander.

Im Schnitt ein Erdbeben pro Tag auf dem Mars

Der Planet Mars ist seismisch aktiv. Das zeigen erste wissenschaftliche Analysen von Daten, die der NASA-Marslander InSight von der Marsoberfläche zur Erde gefunkt hat. Im Schnitt konnte das Seismometer SEIS jeden Tag ein Erdbeben registrieren. Von der Auswertung der Aufzeichnungen verspricht sich das Team wichtige Informationen über das Innere des Mars.

SEIS

Das Seismometer SEIS von InSight auf dem Mars. Bild: NASA/JPL-Caltech  [Großansicht]

Am 26. November 2018 setzte der InSight-Landerr NASA in der Region Elysium Planitia erfolgreich auf dem Mars auf. Siebzig Marstage später begann das Seismometer SEIS der Mission, Erschütterungen des Planeten aufzuzeichnen. Ein Team von Forschenden und Ingenieuren der ETH Zürich unter der Leitung von ETH-Professor Domenico Giardini hat die Steuerelektronik für SEIS entwickelt und ist für den „Marsbebendienst“ verantwortlich. Letzterer ist in Zusammenarbeit mit dem Schweizerischen Erdbebendienst an der ETH Zürich für die tägliche Interpretation der vom Mars gesendeten Daten zuständig.

Bis Ende September 2019 hatte InSight 174 Ereignisse aufgezeichnet. Zwischenzeitlich wurden die Messungen fortgesetzt und insgesamt über 450 Marsbeben beobachtet, die noch nicht alle detailliert ausgewertet werden konnten. Das entspricht im Durchschnitt etwa einem Ereignis pro Tag. Die Daten ermöglichen den Forschenden festzustellen, wie sich seismische Wellen durch den Planeten ausbreiten. Ähnlich wie Röntgenstrahlen durchdringen sie das Planenteninnere und machen dessen Beschaffenheit sichtbar.

or der Landung von InSight hatten Forschende ein breites Spektrum an Modellen entwickelt, die aufzeigen, wie sich die innere Struktur des Planeten möglicherweise entwickelt hat. Die aufgezeichneten Marsbeben erlauben es nun bereits nach wenigen Monaten besser zu verstehen, wie der Planet aufgebaut ist und räumen bisher bestehende Ungewissheiten aus.

Marsbeben ähneln Erdbeben, haben in der Regel aber kleinere Magnituden. Die 174 genauer untersuchten Marsbeben lassen sich in zwei Kategorien einteilen: Zur ersten gehören 24, niederfrequente Erschütterungen mit Magnituden zwischen 3 und 4, deren Wellen sich durch den Marsmantel ausbreiten. Zur zweiten gehören 150 Ereignisse mit vergleichsweise kleineren Magnituden, geringerer Herdtiefe und Wellen mit höherer Frequenz, die in der Kruste des Mars gefangen bleiben.

„Marsbeben weisen ähnliche Eigenschaften auf, wie sie bereits während der Apollo-Ära auf dem Mond beobachtet wurden. Sie dauern lange (10 bis 20 Minuten), da ihre Wellen aufgrund von Eigenheiten der Marskruste stark streuen“, erläutert Giardini. In der Regel, so Giardini, ist es schwierig, Marsbebendaten zu interpretieren. In den meisten Fällen kann man nur die Entfernung bestimmen, aber nicht die Richtung, aus der die Wellen kommen.

InSight leitete nun eine neue Ära der planetaren Seismologie ein. Die Leistungsfähigkeit des SEIS hat bislang die Erwartungen übertroffen. Insbesondere in Anbetracht der rauen Bedingungen auf dem Mars, die jeden Tag von Temperaturen zwischen minus 80 und 0 Grad Celsius und von starken Winden gekennzeichnet sind. Vor allem tagsüber schütteln diese Winde den InSight-Lander und seine Instrumente, was zu vielen Störgeräuschen führt. Bei Sonnenuntergang legen sich aber die Winde und ermöglichen es, die bisher leisesten seismischen Daten des gesamten Sonnensystems aufzuzeichnen.

Die von SEIS erkannten Beben haben sich daher vorwiegend in den ruhigen Nach-stunden ereignet. Die schwierigen Bedingungen machen es zudem herausfordernd, seismische Ereignisse von anderen Signalen zu unterscheiden, die von Bewegungen des Landers, von anderen Instrumenten oder von der Atmosphäre stammen.

SEIS erfasst auch das Hämmern der Wärmeflusssonde HP3 (ein weiteres InSight-Experiment) sowie vorbeiziehende Wirbelwinde (Staubteufel). Dies ermöglicht es, die physikalischen Eigenschaften der unmittelbar unter SEIS liegenden Bodenschichten abzubilden. Daher ist bekannt, dass SEIS auf einer dünnen, sandigen Schicht von wenigen Metern Tiefe gelandet ist, die in Mitte eines 20 Meter großen alten Einschlagkraters liegt.

In größerer Tiefe weist die Marskruste Eigenschaften auf, die mit den kristallinen Grundgebirgen der Erde vergleichbar sind. Sie scheint aber stärker zerklüftet zu sein. Die Art und Weise wie sich die seismischen Wellen ausbreiten legt zudem nahe, dass der obere Mantel diese im Vergleich zum unteren Mantel stärker dämpft. Bisher wurden in der Nähe der Station keine Marsbeben aufgezeichnet, was darauf hindeutet, dass InSight in einer seismisch eher ruhigen Region des Mars gelandet ist.

Die drei größten Ereignisse ereigneten sich in der Region Cerberus Fossae, die etwa 1500 Kilometer entfernt liegt. Dabei handelt es sich um ein tektonisches Grabensystem, das durch das Gewicht des Elysium Mons, des größten Vulkans in der Elysium-Planitia-Region, verursacht wurde. Es besteht daher die starke Vermutung, dass die seismische Aktivität auf dem Mars nicht nur eine Folge der Abkühlung und damit des Schrumpfens des Planeten ist, sondern auch durch tektonische Spannungen verursacht wird.

Die gesamte auf dem Mars freigesetzte seismische Energie liegt zwischen derjenigen der Erde und derjenigen des Mondes. In Verbindung mit anderen Messungen sind die mit SEIS gewonnen Daten zudem sehr nützlich, um meteorologische Prozesse auf dem Mars besser zu verstehen. Das Seismometer erfasst nicht nur Winde, sondern reagiert auch auf atmosphärischen Druck, was es erlaubt, die für den Mars charakteristischen meteorologischen Phänomene zu bestimmen. Dazu gehören unter anderem die nachmittäglich am Lander vorbeiziehenden Wirbelwinde.

Diese und weitere Resultate wurden nun in mehreren Artikeln veröffentlicht, die in der Zeitschrift NatNature Geoscience veröffentlicht wurden.