Die Nasa-Sonde bestimmt die innere Struktur des Mars

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Die Wissenschaftler sagen, dass sie jetzt einige absolute Zahlen haben, um die innere Gesteinsstruktur des Mars zu beschreiben.

Diese Daten stammen von der Raumsonde InSight, die seit Anfang 2019 Beben auf dem Planeten aufspürt.

Die von der Nasa geleitete Mission zeigt, dass die durchschnittliche Dicke der Marskruste zwischen 24 km und 72 km liegt – etwas dünner als erwartet.

Aber die wichtigste Erkenntnis ist die Größe des Planetenkerns. Sein Radius von 1.830 km liegt am oberen Ende der bisherigen Schätzungen.

Es ist das erste Mal, dass es der Wissenschaft gelungen ist, die innere Schichtung eines Planeten außer der Erde direkt zu kartieren. Dies wurde auch für den Mond gemacht, aber der Mars (Gesamtradius: 3.390 km) ist in einem viel größeren Maßstab.

Mit diesen Informationen können Forscher die Entstehung und Entwicklung verschiedener planetarer Körper besser verstehen.

Insight erzielte seine Ergebnisse auf die gleiche Weise, wie Seismologen die innere Schichtung der Erde untersuchen – indem sie die Signale von Beben verfolgen.

Diese Ereignisse setzen Wellen von Energie frei. Veränderungen im Weg und in der Geschwindigkeit der Wellen verraten die Beschaffenheit des Gesteinsmaterials, durch das sie laufen.

Das von der Nasa-Sonde eingesetzte Seismometersystem hat Hunderte von Beben beobachtet, von denen eine Handvoll in den letzten zwei Jahren genau die richtigen Eigenschaften hatte, um das Marsinnere „abzubilden“.

Das Instrumententeam, das von Frankreich und Großbritannien geleitet wird, bestimmt, dass der starre äußere Teil oder die Kruste des Mars direkt unter der Sonde entweder 20 km oder 39 km dick ist (je nachdem, welche genaue Unterschicht vorhanden ist). Extrapoliert man dies auf die bekannte Oberflächengeologie des restlichen Planeten, so ergibt sich eine durchschnittliche Dicke zwischen 24 km und 72 km. Im Gegensatz dazu beträgt die durchschnittliche Dicke der Erdkruste 15-20 km. Nur in einer kontinentalen Region wie dem Himalaya kann sie 70 km erreichen.

Die wirklich interessante Zahl bezieht sich jedoch auf den Kern. Signale von „Marsbeben“, die an diesem Metallmerkmal abprallen, deuten darauf hin, dass er fast auf halber Höhe von der Oberfläche beginnt, in einer Tiefe von etwa 1.560 km – und dass er sich in einem flüssigen Zustand befindet. Die meisten früheren Schätzungen gingen von einem kleineren Kern aus.

Das Missionsteam sagt, dass sich aus den neuen direkten Beobachtungen zwei faszinierende Konsequenzen ergeben.

Die erste ist, dass die bekannte Masse und das Trägheitsmoment für den Mars implizieren, dass der Kern viel weniger dicht ist als bisher angenommen, und dass die Eisen-Nickel-Legierung, die seine Zusammensetzung dominiert, stark mit leichteren Elementen, wie Schwefel, angereichert sein muss.

Die zweite Konsequenz bezieht sich auf die Schicht zwischen Kern und Kruste – den Mantel. Dieser ist nun dünner als bisher angenommen und scheint, anders als auf der Erde, eine einfache Gesteinsschicht ohne größere Abstufungen zu sein.

Auch hier ist es aufgrund der bekannten Größe des Mars höchst unwahrscheinlich, dass dieser Mantel die Drücke erreichen kann, bei denen das Mineral Bridgmanit stabil wird.

Auf der Erde bedeckt dieses steife Mineral den Kern und verlangsamt die Konvektion und den Wärmeverlust. Auf dem frühen Mars hätte sein Fehlen daher zu einer schnellen Abkühlung geführt.

Dies hätte zunächst eine starke Konvektion im Metallkern und einen Dynamoeffekt ermöglicht, der ein globales Magnetfeld angetrieben hätte. Doch dieses hat sich nun natürlich abgeschaltet. Heute lässt sich kein globales Magnetfeld mehr am Planeten nachweisen.

Wäre es vorhanden, würde es die Oberfläche vor der schädlichen Strahlung abschirmen, die ständig aus dem Weltraum herabregnet und die Erde extrem unwirtlich macht.

Prof. Tom Pike vom Imperial College London, UK, ist einer der Hauptverantwortlichen für das Seismometer-System von Insight. Er erzählte BBC News: „Wir waren zum ersten Mal in der Lage, mit Hilfe der Seismologie in das Innere eines anderen Planeten zu schauen, und was wir auf dem Mars gesehen haben, ist, dass wir einen größeren Kern und einen leichteren Kern haben als erwartet. Und das sagt uns einiges darüber, wie sich der Planet im Laufe der geologischen Zeit entwickelt hat.“

Dr. Sanne Cottaar von der Universität Cambridge gehört nicht zum Missionsteam. Sie beschrieb die Insight-Ergebnisse als eine Meisterleistung, wenn man bedenkt, wie schwierig es ist, die sehr kleinen Beben auf dem Mars zu untersuchen. Sie kommen nie über eine Magnitude 4 hinaus, die der Mensch nur in einigen Kilometern Entfernung vom Epizentrum eines Ereignisses wahrnehmen würde.

„Marsbeben sind sehr, sehr schwach“, sagte sie. „Es ist viel schwieriger, als Seismologie auf der Erde zu betreiben. Die Missionswissenschaftler mussten auch Methoden entwickeln, wie sie mit dem einen Seismometer des InSight-Landers arbeiten können. Diese Daten zu sehen und mit diesen Daten tatsächlich in das Innere des Planeten schauen zu können, ist wirklich sehr beeindruckend.“

Details über die innere Struktur des Mars werden in einer Reihe von wissenschaftlichen Artikeln in der Zeitschrift Science berichtet. Dr. Cottaar hat eine Perspektive mit ihnen veröffentlicht.

 

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