Montag, 30. Mai 2011

Wettbewerb um zukünftige Discovery-Mission: Maulwurf soll das Marsinnere erforschen

Künstlerische Darstellung der 'Geophysical Monitoring Station' (Illu.) | Copyright: NASA/JPL

Berlin-Adlershof/ Deutschland - Die NASA hat drei Projektvorschläge von Wissenschaftsteams als Finalisten bei der Suche zur nächsten Mission im Rahmen des Discovery-Programms ausgewählt. Neben einer Schwimmsonde, die die Methanmeere auf dem Saturnmond Titan befahren soll und einer mehrfachen Forschungsmission zu einem Kometen, steht auch eine geologische Bodensonde zur Erkundung des inneren Aufbaus des Mars zur Wahl. An der Entwicklung dieses "Maulwurfs" sind auch europäische Institutionen beteiligt.

Das vollautomatischer Instrument mit der Bezeichnung "HP3" (Heat Flow and Physical Properties Package, oder "HP Cube") soll mit seinen Sensoren bis zu fünf Meter tief in den Marsboden vordringen, um den Wärmefluss aus dem tiefsten Innern des Mars zu vermessen. "Unser Beitrag HP3 würde neue Einblicke zur thermischen Entwicklung des Mars und zu verborgenen Wasservorkommen unter der Marsoberfläche liefern. Es ist ein ausgereiftes Experiment, dessen Ergebnisse wichtige Impulse für die Marsforschung liefern könnten", sagt Prof. Tilman Spohn, wissenschaftlicher Leiter von "HP3" und Direktor des "Instituts für Planetenforschung" des "Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt" (DLR) in Berlin-Adlershof.

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Neben "HP3", an dessen Bau auch Wissenschaftler des "Institut für Weltraumforschung" an der "Österreichische Akademie der Wissenschaften" in Graz (oeaw.ac.at) beteiligt sind, ist das DLR gegenwärtig an zwei aktuellen NASA Missionen im Rahmen des Discovery-Programm als Partner beteiligt: Auf der Merkur-Sonde MESSENGER sowie der Sonde Dawn, die die Asteroiden Vesta und Ceres erkunden wird, trägt das DLR mit Kameras, Spektrometern und der Bildverarbeitung bei.

Bei dem Discovery-Programm der NASA handelt es sich um eine Reihe von auf jeweils 425 Millionen Dollar Gesamtkosten gedeckelten wissenschaftlichen Weltraummissionen. Zu den bisherigen erfolgreichen Discovery-Missionen zählen unter anderem der "Mars-Pathfinder", die Kometen-Sonden "Deep Impact" und "Stardust", der Mondsatellit "Lunar Prospector" und das "Moon Mineralogy Mapper"-Instrument an Bord des indischen Mondorbiters "Chandrayaan-1". Ebenfalls Teil des "Discovery-Programms" sind die derzeitige Merkur-Sonde "MESSENGER", die Asteroidensonde "Dawn", sowie die unter dem Namen "EPOXI" fortgeführte Mission der "Deep Impact"-Sonde.

Dem GEMS-Wissenschaftsteam unter der Leitung von Dr. Bruce Banerdt vom "Jet Propulsion Laboratory" (JPL) der NASA stehen nun drei Millionen US-Dollar zur weiteren Entwicklung des Projekts zur Verfügung. "Das Experiment hat bereits jetzt schon einen hohen technischen Reifegrad - deshalb haben wir bei HP3 einen Entwicklungsvorsprung vor ähnlichen Experimenten, beispielsweise aus den USA", so Spohn.

Bei den drei Missionen handelt es sich um die Finalisten von einst insgesamt 28 Vorschlägen. Den drei Projektgruppen stehen nun zur weiteren Ausarbeitung der Konzeptphase weitere drei Millionen Dollar zur Verfügung, bevor dann im nächsten Jahr der Sieger bekannt gegeben werden und die entsprechende Mission schon 2016 starten soll.

Wie die Pressemitteilung des DLR erläutert, nutzt das HP3-Experiment einen elektromechanischen Schlagmechanismus, der einen Instrumentenbehälter bis zu fünf Meter tief in den Marsboden einbringen kann. "Bisher ist solch ein vollautomatischer Maulwurf noch auf keinem Körper des Sonnensystems zum Einsatz gekommen", sagt Dr. Tim van Zoest, Physiker am DLR-Institut für Raumfahrtsysteme in Bremen, wo der Schlagmechanismus entwickelt wurde. "Vergleichbare Experimente zur Analyse des Untergrunds gab es bisher nur von Hand auf dem Mond bei den amerikanischen Apollomissionen 15 und 17 zu Beginn der 1970er Jahre, das waren damals aber eher konventionelle Bohrer, die wie ein Korkenzieher von Muskelkraft in den Mondboden gebohrt wurden."

Insbesondere sollen mit den HP3-Sonden der Wärmefluss unter der Marsoberfläche erfasst werden. "Die Vermessung des Wärmeflusses direkt unter der Oberfläche erlaubt es uns, auf die Wärmeproduktion im Marsinneren zu schließen. Damit erhalten wir Hinweise auf die Zusammensetzung des Roten Planeten und seine fortwährende Abkühlung, die im Zusammenhang mit dem noch heute stattfindenden Vulkanismus steht", erklärt Dr. Matthias Grott vom DLR-Institut für Planetenforschung. "Zudem soll HP3 die geologische Schichtung in den ersten fünf Metern unter der Marsoberfläche - insbesondere Eisvorkommen - durch die Vermessung der geoelektrischen Eigenschaften des Bodens erfassen", ergänzt der Physiker, der an der Entwicklung von HP3 beteiligt ist.

Ebenfalls beteiligt an dem GEMS-Missionsvorschlag ist ein Seismometer, welches unter französischer Federführung des "Institut de Physique du Globe de Paris" (IPGP) entwickelt wird. Auch das "Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung" in Katlenburg-Lindau baut unter der Leitung von Prof. Ulrich Christensen ein System, mit dem das Seismometer auf dem Mars installiert werden kann. Mit dem Seismometer sollen Marsbeben und Asteroideneinschläge erfasst werden. Da Erschütterungen - ähnlich wie auf der Erde - den gesamten Planetenkörper durchlaufen, kann anhand seismischer Messungen auf die Größe und Beschaffenheit der Kruste, des Mantels und des Planetenkerns des Mars geschlossen werden. Die dritte wissenschaftliche Nutzlast im GEMS-Missionsvorschlag ist ein Experiment, das federführend bei der amerikanischen Firma "Lockheed Martin" entwickelt wird und weitere Hinweise auf den Aufbau des Marsinnern liefern soll.

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