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Wärmefluss im Roten Planeten
Quelle: DLR/NASA/JPL.
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Gute Nachrichten für den "Maulwurf" HP3 (Heat
Flow and Physical Properties Package), den das Deutsche Zentrum für Luft- und
Raumfahrt (DLR) am 5. Mai 2018 mit der amerikanischen Mission InSight für
Wärmefluss-Messungen zum Mars schicken wird: 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: 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. "Unser dreidimensionales Modell erfasst die Variationen und
Abweichungen im Wärmefluss - der erloschene Vulkan Elysium Mons zum Beispiel
wird die Messungen der InSight-Mission nicht beeinträchtigen", erläutert
Dr. Ana-Catalina Plesa.
Basis der aufwendigen numerischen Simulationen, wie der
Mars Wärme aus dem Inneren abgibt, sind Daten bisheriger Mars-Missionen 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 DLR-Institut für Planetenforschung. "Und mit
diesen Daten wiederum können wir unsere Simulationen verifizieren und
optimieren."
Wartezeit mit Nutzen
Die InSight-Mission sollte ursprünglich bereits im
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."
Kontakte:
Manuela Braun
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)
Kommunikation, Redaktion Raumfahrt
Tel.: +49 2203 601-3882
Fax: +49 2203 601-3249
Dr. Ana-Catalina Plesa
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) Institut
für Planetenforschung, Planetenphysik
Tel.: +49 30 67055-332
Prof. Dr. Tilman Spohn
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) Institut
für Planetenforschung, Leitung und Infrastruktur
Tel.: +49 30 67055-300
Fax: +49 30 67055-303
