Wissenschaftler verraten, wie der Mars von innen aussieht

Dank Marslander Insight wissen wir jetzt mehr über die Bildung von Kruste, Mantel und Kern.

Der Rover InSight der NASA landete 2018 auf dem Mars. Mit dem mit dem Rover ausgestatteten Seismometer suchte InSight unter anderem nach interessanten Sümpfen. Mit diesen Messungen enthüllen Wissenschaftler nun erstmals Details über das tiefste Innere des Roten Planeten.

Marsbevingen
Sein Insight-Seismometer zur Erkennung von Mars-Erdbeben ist etwa so groß wie ein Volleyball und wurde von der Sonde selbst an der Oberfläche platziert. Mit diesem Instrument können Wissenschaftler seismische Ereignisse in Hunderten bis Tausenden von Kilometern Entfernung “hören”. Und durch die Messung solcher Erdbeben können Wissenschaftler mehr über die genauen Materialien erfahren, aus denen der Mars besteht. Inzwischen hat das Seismometer bereits Hunderte von Marsbeben erfasst. Dementsprechend geben Wissenschaftler in drei verschiedenen Forschungsarbeiten mehr Informationen über die Tiefe und Zusammensetzung von Marskruste, -mantel und -kern.

Mit seismischen Daten haben Forscher nun die Kruste, den Mantel und den Kern des Roten Planeten kartiert. Foto: Chris Bickle/Science, mit Daten von InSight Mars SEIS Data Service (2019)

Wir wissen, dass die Erde aus mehreren “Schalen” besteht: Eine dünne Kruste aus leichtem und hartem Gestein, die eine dicke Decke aus schwerem, klebrigem Gestein umgibt, die wiederum einen Kern umhüllt, der hauptsächlich aus Eisen und Nickel besteht. Es wird angenommen, dass andere erdähnliche Planeten – einschließlich des Mars – eine ähnliche Struktur haben. “Seismische Daten haben nun bestätigt, dass der Mars möglicherweise einmal vollständig geschmolzen ist, bevor er sich in die Kruste, den Mantel und den Kern aufspaltete, die wir heute sehen”, sagte Studienforscher Amir Khan. “Aber diese sind anders als auf der Erde.”

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Hülse
Die Forscher fanden heraus, dass die Marskruste unterhalb des InSight-Landeplatzes am Äquator zwischen 20 und 37 Kilometer dick ist. Das ist interessant. Das ist viel dünner als erwartet. Dies bedeutet, dass eine so dünne Kruste wahrscheinlich einen relativ hohen Anteil an radioaktiven Elementen enthält, was bisherige Modelle der chemischen Zusammensetzung der Kruste in Frage stellt.

Gestell
Unter der Kruste finden wir den Mantel, der sich etwa 1.560 Kilometer unter der Oberfläche erstreckt. Messungen zeigen, dass dieser Mantel dem oberen Erdmantel morphologisch ähnlich ist. In diesem Sinne ist der Mantel des Mars eigentlich eine einfachere Version des Erdmantels. Die Messungen zeigen aber auch Unterschiede in der chemischen Zusammensetzung. Zum Beispiel enthält der Mantel des Mars mehr Eisen als die Erde. Theorien über die Komplexität der Schichten des Marsmantels hängen aber auch von der Größe des darunterliegenden Kerns ab – und auch hier kamen die Forscher zu neuen Erkenntnissen.

kern
Der Radius des Marskerns beträgt rund 1.840 km und ist damit mehr als 200 km größer, als vor 15 Jahren bei der Planung der InSight-Mission angenommen wurde. Anhand der gemessenen seismischen Wellen konnten die Forscher nun die Größe des Kerns neu berechnen. „Nachdem wir den Radius des Kerns bestimmt haben, können wir nun seine Dichte berechnen“, sagt der Forscher Simon Stähler. “Wenn der Radius des Kerns groß ist, sollte die Dichte des Kerns relativ gering sein. Das heißt, der Kern sollte neben Eisen und Nickel einen großen Anteil an leichteren Elementen enthalten.” Diese umfassen Schwefel, Sauerstoff, Kohlenstoff und Wasserstoff und machen einen unerwartet großen Anteil aus. Obwohl die Zusammensetzung des gesamten Planeten noch nicht vollständig geklärt ist, bestätigen die Daten, dass der Kern flüssig ist.

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großes Erdbeben
Diese Ergebnisse sind nur der Anfang. Wissenschaftler haben jetzt harte Daten, um ihre Modelle des Mars und seiner Entstehung zu verbessern. Darüber hinaus erkennt das Insight-Seismometer täglich neue Erdbeben, obwohl die Forscher noch auf ein größeres warten. Bis heute das größte Erdbeben, das um 4 auf der Richterskala der Erde aufgezeichnet wurde, das nicht als besonders beeindruckend bezeichnet werden kann. Auch auf der Erde treten solche schwachen Erdbeben regelmäßig auf. “Wir würden gerne noch einen großen sehen”, sagte der Forscher Mark Banning. “Jetzt müssen wir sehr sorgfältig arbeiten, um aus den gesammelten Daten Informationen zu extrahieren. Ein großes Erdbeben wird das alles ein wenig erleichtern.”

Die hier präsentierten Ergebnisse bestätigen jedenfalls den großen Erfolg der Insight-Mission. “In etwa einem Jahr ist es vorbei, wenn die Solarzellen des Landers nicht mehr genug Strom produzieren können”, sagt Forscher Domenico Giardini. “Aber wir sind noch lange nicht fertig mit der Analyse aller Daten – der Mars birgt noch viele Geheimnisse für uns, insbesondere ob er zur gleichen Zeit und aus dem gleichen Material wie der Planet Erde entstanden ist.”

Insbesondere wollen die Wissenschaftler entmystifizieren, wie die interne Dynamik des Mars den Verlust seines aktiven Magnetfelds und seines gesamten Oberflächenwassers verursacht hat. „Dadurch bekommen wir eine Vorstellung davon, ob und wie diese Prozesse auf unserem Planeten ablaufen können“, erklärt Giardini. “Deshalb sind wir auf dem Mars: um seine Anatomie zu studieren.”

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