Der Mars scheint eine gefrorene Fläche aus rotem Staub, klaffenden Kratern und felsigem Gelände an der Außenseite zu sein – aber was verbirgt sich unter seiner windgepeitschten Oberfläche? Der InSight-Lander der NASA könnte dies entdeckt haben, bevor er in einem Staubsturm seine sprichwörtlichen letzten Atemzüge tat.
Ob der Kern des Mars fest oder flüssig ist, wurde lange diskutiert. Obwohl es keine Möglichkeit gibt, den Marskern direkt zu beobachten, hat InSight es versucht. Sein Seismometer SEIS war das erste Instrument, das mögliche Hinweise auf einen flüssigen Kern fand. In der Zwischenzeit hatte sein RISE-Instrument (Rotation and Interior Structure Experiment) winzige Änderungen in der Rotation des Planeten während seiner Umlaufbahn gemessen, „Wackeln“ in seiner Achse, die durch den Druck und Zug der Schwerkraft der Sonne verursacht wurden.
„Unsere Analyse der Funkverfolgungsdaten von InSight spricht gegen die Existenz eines festen inneren Kerns und enthüllt die Form des Kerns, was darauf hindeutet, dass es tief im Mantel interne Massenanomalien gibt“, schreiben die Forscher hinter dem Instrument in einer kürzlich veröffentlichten Studie Natur.
Langsamer Aufstieg
RISE funktioniert durch die Übertragung von Funksignalen zur Erde. Durch die Verfolgung von Veränderungen in diesen Signalen können Forscher extrem kleine Veränderungen seiner Position relativ zu unseren Empfängern erkennen. Diese Veränderungen werden durch Schwankungen in der Rotation des Mars verursacht, die Nutationen genannt werden. Die Entfernung und Richtung, in der sich die Achse aufgrund dieser Nutationen bewegte, können verwendet werden, um Informationen über die innere Zusammensetzung des Mars abzuleiten.
Bisher wurde aufgrund von Messungen seismischer Wellen vermutet, dass der Rote Planet einen flüssigen Kern besitzt. Die Erkennung dieser Veränderungen anhand von Funksignalen erwies sich jedoch als schwierig. Es dauerte eine Weile, bis aus dem Rauschen der Planetenbewegungen Signale hervorgingen. Auf dem Mars wirbeln auch Staubstürme herum, und Stürme, die vor und nach der Landung von InSight auftraten, veränderten die Rotationsgeschwindigkeit des Planeten für eine Weile. Auch seine Rotationsachse erfährt aufgrund der Gravitationskräfte seiner Monde Phobos und Deimos leichte Veränderungen.
Damit das RISE-Experiment funktionierte, mussten die Forscher genau wissen, wo InSight auf dem Mars gelandet ist. Die Lander haben Landeplätze geplant, aber diese sind nicht genau – nicht einmal die Wissenschaftler, die ihnen folgen, können genau sagen, wo sie sich befinden, bis sie die ersten Daten interpretieren, die der Lander an die Erde überträgt.
Die ersten RISE-Daten wurden vom Radiowissenschaftler Sebastien Le Maistre vom Königlichen Observatorium Belgiens verarbeitet und eine Positionsschätzung auf den Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) hochgeladen, der ein Bild des Standorts machte. Das Bild zeigte, dass InSight mit erstaunlicher Genauigkeit geortet wurde.
Sie haben Nutationen in Ihrer Rotation
Nachdem RISE genau wusste, wo sich sein Lander auf dem Mars befand, wie deuteten die erkannten Nutationen auf einen flüssigen Kern hin? Nutationen können prograd (die Achse bewegt sich im Verhältnis zu ihrer Umgebung gegen den Uhrzeigersinn) oder retrograd (das Gegenteil davon) sein. Le Maistre und sein Team wussten bereits, dass, wenn der Mars wirklich einen flüssigen Kern unter einem festen Mantel hätte, dies bedeuten müsste, dass die Achse rückläufig wackelte und sich auch etwas stärker bewegte, als wenn der Kern fest wäre. Als sie dies mit den InSight-Daten testeten, war es eine Übereinstimmung.
„Die auf radiometrischen Messungen basierende Nutationsanalyse ist die einzige Technik, die direkte Schätzungen liefern kann [the] Eigenschaften des Marskerns“, sagten die Forscher auch in der Studie.
Weitere Analysen ergaben, dass der Marskern höchstwahrscheinlich aus einer Legierung aus flüssigem Eisen und Schwefel besteht und dass er ständig einer Konvektion unterliegt, wobei heißere Flüssigkeiten aufsteigen und kühlere Flüssigkeiten absinken. Im Gegensatz zum Erdkern gilt er auch als vollständig flüssig. Der äußere Kern der Erde ist eine Legierung aus flüssigem Eisen und Nickel, während der innere Kern massiv ist und größtenteils aus Eisen besteht.
Die Wissenschaftler halten es für möglich, dass auch der untere Mantel des Mars geschmolzen ist, was sich auf die Größe und Form des Kerns auswirken würde. Ein geschmolzener Mantel würde unterirdische Massenanomalien ermöglichen, also Bereiche, in denen das Material mehr oder weniger dicht ist als das umgebende Material. Es stellte sich heraus, dass eine dieser Anomalien viel tiefer unter der Oberfläche zu liegen schien als die andere. Anomalien könnten teilweise die leichte Abflachung sowohl der Oberfläche als auch des Kerns des Mars erklären, wenn er sich um seine Achse dreht.
Le Maistre hofft, in Zukunft weitere RISE-Daten in demselben Datensatz analysieren zu können, der die Anomalien und den flüssigen Kern verriet. Es gibt immer noch riesige Datenmengen von InSight, die nur darauf warten, uns mehr über den Mars zu verraten. „Bei RISE geht es nicht nur um das tiefe Innere, sondern auch um die Atmosphäre und die Rotation“, sagte er in einer Pressemitteilung. „[It can] ein Orientierungs- und Rotationsmodell bereitstellen, das als Referenz für die wissenschaftliche Gemeinschaft dienen kann.“
Nature, 2023. DOI: 10.1038/s41586-023-06150-0
Elizabeth Rayne ist eine Kreatur, die schreibt. Ihre Arbeiten wurden auf SYFY WIRE, Space.com, Live Science, Grunge, Den of Geek und Forbidden Futures veröffentlicht. Wenn sie nicht gerade schreibt, verändert sie ihre Gestalt, zeichnet oder verkörpert das Cosplay einer Figur, von der noch nie jemand gehört hat. Folgen Sie ihr auf Twitter @quothravenrayne.