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Die Schweiz auf dem Mars

Nach sechseinhalb Monaten Flug landet am Montag die Nasa-Mission «InSight» auf dem Mars. Damit wird erstmals das Innere des Roten Planeten erforscht. Stark beteiligt daran ist die ETH Zürich.
Bruno Knellwolf

Heute Samstag reist ETH-Professor Domenico Giardini nach Pasadena. In Kalifornien wird er am Montag im Nasa-Kontrollzentrum des Jet Propulsion Laboratory sitzen und zusammen mit drei Ingenieuren der ETH Zürich mit grosser Spannung die Landung der Nasa-Mission «InSight» auf dem Mars verfolgen. «Eine Punktlandung», sagt der Professor für Seismologie und Geodynamik. Denn noch rast die Mars-Sonde mit einer Geschwindigkeit von rund 10500 Kilometern pro Stunde auf den Roten Planeten zu und muss dort am Montagabend um 21 Uhr eine relativ kleine Fläche in der Ebene «Elysium Planitia» treffen. Die Sonde muss in der sehr dünnen Atmosphäre des Mars durch einen grossen Fallschirm und Brems-Raketen stark abgebremst werden und dabei der grossen Hitze von 1500 Grad Celsius widerstehen. «Die Landung dauert nur sechs Minuten», sagt der ETH-Professor.

«Wir müssen
besser verstehen, wie der Mars funktioniert.»

ETH-Professor Domenico Giardini

ETH-Professor Domenico Giardini

Giardini ist zuversichtlich, dass diese Präzisionsarbeit gelingen wird, erzählt aber in seinem Büro, dass die Liste von misslungenen Mars-Missionen doch recht lang sei. Sonden verpassten den Planeten und flogen in die Unendlichkeit, andere zerschellten bei der Landung oder konnten zwar landen, aber keine Signale zur Erde senden. Geschafft haben es unter anderen die bekannten Nasa-Missionen Curiosity, Viking 1 und 2, Sojourner und Phoenix. Diese haben mit kleinen Roboterfahrzeugen Informationen zur Oberfläche des Mars zur Erde geschickt. Die Mission InSight wird nun erstmals überhaupt Informationen zur Beschaffenheit des Roten Planeten liefern. «Mit Hilfe geophysikalischer Messungen werden wir ins Innere unseres roten Nachbarn blicken», sagt Giardini.

Der Mars ist im Trend. Alle Raumfahrtnationen planen mit ihm und viele wollen irgendwann dorthin. Zum Beispiel auch SpaceX von Tesla Chef Elon Musk. Wann erstmals ein Mensch einen Fuss auf den Planeten setzen wird, kann Giardini nicht sagen. «Aber es wird geschehen». Der Druck, Menschen dorthin zu entsenden, werde steigen, wenn auf dem Mars dereinst Spuren von Leben nachgewiesen werden könnten. Zwar haben die Forscher Wasser gefunden, aber noch keine Lebensspuren. Aber kurz nach der Planetenentstehung vor 4,5 Milliarden Jahren habe der Mars gleich ausgesehen wie die Erde. Also könne erwartet werden, dass dort, wie auf den Millionen von Exoplaneten im All, Bedingungen für Leben vorhanden waren. Zudem existiere die visionäre Idee, den Mars als alternativen Lebensort zur Erde bewohnbar zu machen.

Schweizer Kreuz und ETH-Logo auf dem Mars

«Dafür müssen wir aber besser verstehen, wie der Mars funktioniert», sagt Giardini. Möglich machen wird das die Mission InSight, an der die ETH Zürich massgeblich beteiligt ist und der Seismologie-Professor Co-Projektleiter ist. «Die Nasa hat erstmals sogar zugelassen, dass das ETH Logo und das Schweizer Kreuz auf der Sonde abgebildet werden dürfen.» Anfang Mai ist die internationale Mission gestartet, um nun sechseinhalb Monate später zu landen. Ein Flug zum Mars ist nur in einem gewissen Zeitfenster möglich, wie Giardini erklärt. Und zwar dann, wenn die Reisestrecke zwischen den Nachbarplaneten möglichst klein ist. Diese Erde-Mars-Konstellation tritt ungefähr alle zwei Jahre ein.

Wird InSight am Montag schadlos den Landeplatz erreichen, wird sich die Sonde dort im Marsboden festsetzen. Der Roboterarm wird danach die Instrumente platzieren. Zum einen das Instrument SEIS, was für «Seismic Experiment for Interior Structure» steht. Ein Seismometer, für welches die ETH die Datenerfassungs- und Steuerungs-Elektronik entwickelt hat. «Auf dem Mars hat es Vulkane und Verwerfungen in der Kruste. Aber keine Plattentektonik wie auf der Erde», sagt Giardini. Das Instrument SEIS wird die Erschütterungen messen, die durch Meteoriteneinschläge, die eher seltenen Marsbeben und Gezeiten ausgelöst werden. Die Rotation des Planeten kann präzis gemessen und festgestellt werden. Das Instrument wird den Roten Planeten auch «röntgen». Das funktioniert über Wellen, welche durch das Gestein des Planeten ziehen. Die Komponenten des Seismographen zeichnen dabei die Bodenbewegungen in drei Raumrichtungen auf und verraten so, woher die Wellen kommen. Über die verschiedenen Geschwindigkeiten der Wellen, können die ETH-Forscher feststellen, wie der Untergrund des Mars gestaltet ist. Wie und wo er sich ändert von fest zu flüssig oder von einem Mineral zum andern. Man weiss, dass der Marskern aus Eisen, Nickel und Schwefel besteht. Seinen Zustand – ob fest oder flüssig – kennen die Forscher jedoch nicht. Hier soll InSight Erklärungen liefern.

Sonde wird in den Marsboden gehämmert

Wie auch über den Wärmefluss im Marsinnern. Dafür wird der Roboterarm ein zweites Instrument aus dem Lander nehmen und platzieren. In diesem HP3 genannten Experiment wird eine Wärmeflussonde fünf Meter tief in den Marsboden gehämmert. «Damit wissen wir dann zum ersten Mal, wie heiss es im Marsinnern ist und wie die Wärmetransfusion läuft», sagt Giardini. Verschiedene Sensoren auf der Sonde werden zudem über Temperaturen, Magnetfelder oder Luftdruck Auskunft geben. Auf dem Flug der InSight-Mission konnte Giardini die seismologischen Instrumente bereits prüfen. Die Nasa zeigt sich dabei sehr zufrieden mit der Qualität der Resultate. Nach der Landung am Montag werden Domenico Giardini, ETH-Ingenieure und Seismologen drei Monate lang in Kalifornien bleiben, um die Installation der stationären Mars-Bodenstation zu überwachen und zu steuern. Bald soll InSight dann Daten an den Schweizerischen Erdbebendienst an der ETH Zürich liefern. Dort werden diese täglich so ausgewertet wie jene der Erd-Bewegungen. Erstmals wird am 5. Januar 2019 mit stabilen Daten gerechnet. Dieser «Ground-Service» für die Nasa mit der Datenanalyse in Zürich ist neben der Lieferung und Entwicklung der seismologischen Instrumente eine der drei Aufgaben, welche die ETH zu erledigen hat. Zusätzlich werden Informationen für Schulen erarbeitet.

Die Messungen sind vorerst über ein Marsjahr geplant, das entspricht zwei Erdjahren. Damit laufen die Messungen über den Mars-Sommer und -Winter. Die Sonde sei zwar nahe am Äquator platziert, trotzdem seien die Messungen im Winter schwieriger wegen der fehlenden Sonne, welche die Energie für die Station liefert. Unter Umständen werde nach den zwei Jahren eine Verlängerung der Mission bei der Nasa beantragt, sagt Giardini. Erst muss InSight aber am Montag landen.

Hinweis Liveübertragung auf www.nasa.gov/nasalive und an der ETH Zürich

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