Mars-Seismometer zeigt: Der Mars bebt

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Künstlerische Darstellung der InSight-Sonde mit dem Seismometer SEIS auf dem Mars (Illu.). Copyright: Bild: Nasa/JPL-​Caltech

Künstlerische Darstellung der InSight-Sonde mit dem Seismometer SEIS auf dem Mars (Illu.).
Copyright: Bild: Nasa/JPL-​Caltech

Zürich (Schweiz) – Die erste wissenschaftliche Auswertung der Daten des Mars-Seismometers an Bord der NASA-Sonde „InSight“ zeigen: Der Mars ist seismisch aktiv.

Am 26. November 2018 was der InSight-​Lander der NASA in der Mars-Region Elysium Planitia gelandet. 70 Mars-Tage später startete dann auch Seismometer „SEIS“ seine Suche nach Marsbeben. Die nun analysierten Daten stammen aus der Messzeit bin Ende September 2019, innerhalb derer 174 wahrscheinliche Marsbeben-Ereignisse aufzeichnen konnte.

Wie Missionswissenschaftler in einer Artikelreihe im Fachjournal „Nature Geoscience“ berichten, ermöglichen die Daten festzustellen, wie sich seismische Wellen durch den Planeten ausbreiten, wenn sie das Planenteninnere durchdringen und so dessen Beschaffenheit sichtbar machen. Die aufgezeichneten Marsbeben erlauben es den Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern nun, besser zu verstehen, wie der Planet aufgebaut ist und räumen bisher bestehende Ungewissheiten aus.

Banerdt B et al.: Initial results from the InSight mission on Mars, Nature Geoscience, 24. Februar 2020, doi: 10.1038/s41561-​020-0544-y

Giardini D et al.: The seismicity of Mars. Nature Geoscience, 24. Februar 2020, doi: 10.1038/s41561-​020-0539-8

Lognonné P et al.: Constraints on the shallow elastic and anelastic structure of Mars from InSight seismic data. Nature Geoscience, 24. Februar 2020, doi: 10.1038/s41561-​020-0536-y

Marsbeben gleichen den Beben auf der Erde, besitzen aber – das zeigen die Aufzeichnungen – in der Regel kleinere Magnituden. Laut den Forschern lassen sich die 174 in den Artikeln beschriebenen Marsbeben in zwei Kategorien einteilen: „Zur ersten gehören 24, niederfrequente Erschütterungen mit Magnituden zwischen 3 und 4, deren Wellen sich durch den Marsmantel ausbreiten“, berichtet die Pressemitteilung des an den Analysen beteiligten Teams um Prof. Domenico Giardini von der ETH Zürich. „Zur zweiten gehören 150 Ereignisse mit vergleichsweise kleineren Magnituden, geringerer Herdtiefe und Wellen mit höherer Frequenz, die in der Kruste des Mars gefangen bleiben.“

Laut Giardini weisen die aufgezeichneten Marsbeben ähnliche Eigenschaften auf, wie sie bereits während der Apollo-​Ära auf dem Mond beobachtet wurden: „Sie dauern lange (10 bis 20 Minuten), da ihre Wellen aufgrund von Eigenheiten der Marskruste stark gestreut werden ist es schwierig, Marsbebendaten zu interpretieren. In den meisten Fällen kann man nur die Entfernung bestimmen, aber nicht die Richtung, aus der die Wellen kommen.“

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Mit den Messungen leitet die InSight-Mission eine neue Ära der Seismologie ein. „Die Leistungsfähigkeit von SEIS hat bislang die Erwartungen übertroffen“, so die ETH und führt dazu weiter aus: „Insbesondere in Anbetracht der rauen Bedingungen auf dem Mars, die jeden Tag von Temperaturen zwischen minus 80 und 0 Grad Celsius und von starken Winden gekennzeichnet sind. Vor allem tagsüber schütteln diese Winde den InSight-​Lander und seine Instrumente, was zu vielen Störgeräuschen führt. Bei Sonnenuntergang legen sich aber die Winde und ermöglichen es, die bisher leisesten seismischen Daten des gesamten Sonnensystems aufzuzeichnen.“

Die von SEIS erkannten Beben haben sich daher vorwiegend in den ruhigen Nachstunden ereignet. Die schwierigen Bedingungen machen es zudem herausfordernd, seismische Ereignisse von anderen Signalen zu unterscheiden, die von Bewegungen des Landers, von anderen Instrumenten oder von der Atmosphäre stammen.

Symbolbild: Marsbeben (Illu.). Copyright: Nasa/JPL-​Caltech

Symbolbild: Marsbeben (Illu.).
Copyright: Nasa/JPL-​Caltech

SEIS erfasst auch das Hämmern der Wärmeflusssonde HP3 (ein weiteres InSight-​Experiment) sowie vorbeiziehende Wirbelwinde (Staubteufel). Dies ermöglicht es, die physikalischen Eigenschaften der unmittelbar unter SEIS liegenden Bodenschichten abzubilden. „Daher ist bekannt, dass SEIS auf einer dünnen, sandigen Schicht von wenigen Metern Tiefe gelandet ist, die in Mitte eines 20 Meter großen alten Einschlagkraters liegt. In größerer Tiefe weist die Marskruste Eigenschaften auf, die mit den kristallinen Grundgebirgen der Erde vergleichbar sind. Sie scheint aber stärker zerklüftet zu sein. Die Art und Weise wie sich die seismischen Wellen ausbreiten legt zudem nahe, dass der obere Mantel diese im Vergleich zum unteren Mantel stärker dämpft.“

Bisher wurden in der Nähe der Station selbst jedoch keine Marsbeben aufgezeichnet. Die beteiligten Forscher deuten dies als Indiz dafür, dass InSight in einer seismisch eher ruhigen Region des Mars gelandet ist. „Die drei größten Ereignisse ereigneten sich in der Region Cerberus Fossae, die etwa 1500 Kilometer entfernt liegt. Dabei handelt es sich um ein tektonisches Grabensystem, das durch das Gewicht des Elysium Mons, des größten Vulkans in der Elysium-​Planitia-Region, verursacht wurde.“ Aus diesem Grund vermuten die Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen denn auch, dass die seismische Aktivität auf dem Mars nicht nur eine Folge der Abkühlung und damit des Schrumpfens des Planeten ist, sondern auch durch tektonische Spannungen verursacht wird und stellen fest: „Die gesamte auf dem Mars freigesetzte seismische Energie liegt zwischen derjenigen der Erde und derjenigen des Mondes.“

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Quelle: ETH Zürich

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