Der Mars hat seinen ersten CT-Scan erhalten, dank der Analyse seismischer Wellen, die vom NASA-Lander InSight aufgenommen wurden. Diagnose: Der Kern des Roten Planeten ist zumindest teilweise flüssig, wie einige frühere Studien nahelegten, und etwas größer als erwartet.
InSight erreichte Ende 2018 den Mars und entdeckte kurz darauf das erste bekannte Marsbeben (SN: 26.11./18; SN: 23.04.19). Seitdem haben die Instrumente des Landers mehr als tausend Erschütterungen aufgenommen, die meisten von ihnen leichtes Grollen. Viele dieser Beben haben ihren Ursprung in einer seismisch aktiven Region, die mehr als 1.000 Kilometer vom Lander entfernt liegt. Ein kleiner Teil der Beben hatte eine Stärke von 3,0 bis 4,0, und die resultierenden Schwingungen haben es Wissenschaftlern ermöglicht, den Mars zu untersuchen und neue Hinweise auf seine innere Struktur zu gewinnen.
Simon Stähler, Seismologe an der ETH Zürich, und Kollegen analysierten seismische Wellen von 11 Marsbeben und suchten nach zwei Arten von Wellen: Druck- und Scherwellen. Im Gegensatz zu Druckwellen können Scherwellen eine Flüssigkeit nicht durchdringen und bewegen sich langsamer, indem sie sich von Seite zu Seite durch feste Materialien bewegen, anstatt in einer Schub- und Zugbewegung in die gleiche Richtung zu laufen, in der sich eine Welle wie Druckwellen ausbreitet .
Von diesen 11 Ereignissen umfassten sechs Vibrationssätze Scherwellen, die stark genug waren, um sich von Hintergrundgeräuschen abzuheben. Die Stärke dieser Scherwellen deutet darauf hin, dass sie von der äußeren Oberfläche eines flüssigen Kerns reflektiert wurden, anstatt in einen festen Kern einzudringen und teilweise absorbiert zu werden, sagt Stähler. Und die unterschiedlichen Ankunftszeiten bei InSight für die Druckwellen und Scherwellen für jedes Beben deuten darauf hin, dass der Marskern einen Durchmesser von etwa 3.660 Kilometern hat, berichten er und seine Kollegen in der Ausgabe vom 23. Juli Wissenschaft.
Das ist etwas mehr als die Hälfte des Durchmessers des gesamten Planeten, größer als die meisten früheren Schätzungen. Der Kern des Roten Planeten ist tatsächlich so groß, dass er InSight daran hindert, bestimmte Arten von seismischen Wellen von einem großen Teil des Planeten zu empfangen. Das wiederum deutet darauf hin, dass der Mars seismisch aktiver ist, als die Sensoren des Landers erkennen können. Tatsächlich ist eine der Regionen im seismischen blinden Fleck des Landers die Region Tharsis, in der sich einige der größten Vulkane des Mars befinden. Vulkanische Aktivität dort sowie die Bewegung von geschmolzenem Gestein in der Kruste in dieser Region könnten Beben oder seismische Wellen auslösen.
Während die neu analysierten Daten bestätigen, dass der äußere Kern des Planeten flüssig ist, ist es noch nicht klar, ob der Mars einen festen inneren Kern wie die Erde hat, sagt Amir Khan, Koautor der Studie, ebenfalls Geophysiker an der ETH Zürich. „Das Signal sollte in den seismischen Daten vorhanden sein“, sagt er. “Wir müssen es nur lokalisieren.”
In einer separaten Analyse auch veröffentlicht in Wissenschaft, Khan und Kollegen vermuten, dass der seismische blinde Fleck von InSight teilweise auch darauf zurückzuführen ist, wie seismische Wellen sich verlangsamen und biegen, während sie sich tief im Inneren des Planeten bewegen. Änderungen der Geschwindigkeit und Richtung seismischer Wellen können beispielsweise aus allmählichen Schwankungen der Gesteinstemperatur oder -dichte resultieren.
Die seismischen Wellen des Mars weisen auch auf die Dicke der Erdkruste hin. Während sie innerhalb des Planeten hin und her prallen, prallen die Wellen an Grenzflächen zwischen verschiedenen Gesteinsschichten und Gesteinsarten ab, sagt Brigitte Knapmeyer-Endrun, Seismologin an der Universität zu Köln in Bergisch Gladbach. In einer separaten Studie in Wissenschaft, analysierten sie und ihr Team seismische Signale, die von mehreren solcher Grenzflächen in der Nähe der Marsoberfläche reflektiert wurden, was es schwierig macht, die Tiefe zu bestimmen, in der die Kruste des Planeten endet und der darunterliegende Mantel beginnt, sagt sie. Die Forscher kamen jedoch zu dem Schluss, dass die durchschnittliche Dicke der Kruste wahrscheinlich zwischen 24 und 72 Kilometern liegt. Zum Vergleich: Die ozeanische Kruste der Erde ist etwa 6 bis 7 Kilometer dick, während die kontinentale Kruste des Planeten durchschnittlich 35 bis 40 Kilometer dick ist.
Zusammen sind diese seismischen Analysen die ersten, die das Innere eines anderen Gesteinsplaneten als der Erde untersuchen, sagt Stähler. Als solche liefern sie „Ground Truth“ für Messungen, die von Raumfahrzeugen im Orbit des Mars durchgeführt werden, und könnten Wissenschaftlern helfen, Daten, die aus der Umlaufbahn anderer Planeten wie Merkur und Venus gesammelt wurden, besser zu interpretieren.
Die Ergebnisse könnten auch Erkenntnisse liefern, die Planetenwissenschaftlern helfen würden, besser zu verstehen, wie sich der Mars im Laufe des Lebens des Sonnensystems gebildet und entwickelt hat und wie der Rote Planet der Erde so unähnlich geworden ist, sagt Sanne Cottaar, Geophysikerin an der Universität Cambridge. Cottaar hat einen Kommentar geschrieben, auch veröffentlicht in Wissenschaft, über die neue Forschung. „Der Mars wurde aus ähnlichen Bausteinen zusammengesetzt“, sagt sie, „hat aber ein anderes Ergebnis“ wie die Erde.