Es ist fast drei Jahre her, dass die InSight-Mission der NASA auf der Marsoberfläche beendet wurde, nachdem ihre Sonnenkollektoren durch Staub funktionsunfähig geworden waren. Aber die Daten der Sonde, die unter anderem Signale von schwachen Marsbeben aufzeichnete, um das Innere des Planeten zu untersuchen, liefern auch heute noch neue Ergebnisse. Kürzlich wurden zwei neue Studien veröffentlicht, die anhand der InSight-Daten ein völlig neues Bild des Mars zeichnen.
Eine davon legt nahe, dass die Überreste riesiger Einschläge im Inneren des Planeten begraben sind. In einer anderen haben die Autoren einen festen inneren Kern identifiziert.
Insgesamt deuten die Ergebnisse darauf hin, dass der Planet der Erde sowohl ähnlich als auch unähnlich ist, wie die Forscher erwartet hatten. Die ersten Ergebnisse, die letzte Woche in der Fachzeitschrift Science veröffentlicht wurden, deuten darauf hin, dass der Marsmantel - die Gesteinsschicht, die den größten Teil des Volumens des Planeten ausmacht - nicht flüssig und gemischt ist wie der der Erde, sondern in sich selbst die Überreste kleinerer Himmelskörper konserviert hat, die mit ihm kollidierten und den Planeten bildeten. Das zweite Ergebnis, das vor einigen Tagen in Nature veröffentlicht wurde, geht sogar noch tiefer: Die Autoren fanden heraus, dass der Mars - wie die Erde - keinen rein geschmolzenen Metallkern hat, wie frühere InSight-Analysen nahelegten, sondern dass der Kern in seinem Zentrum fest ist.
Planetarische Zeitkapsel
Beide Studien liefern keine eindeutigen Ergebnisse. Das liegt daran, dass die Untersuchung der Seismologie des Mars eine Herausforderung darstellt. Auf der Erde verwenden die Forscher Hunderte von seismischen Stationen, um die seismischen Wellen von Tausenden von starken Erdbeben zu untersuchen, die den Planeten durchqueren und manchmal von Schichten unterschiedlicher Dichte reflektiert werden. InSight verfügte jedoch nur über eine seismische Station, die dem Wind ausgesetzt war und hauptsächlich schwache Erdbeben auf dem Mars gemessen hat. Beide Studien sollten mit Skepsis betrachtet werden, sagt Hrvoje Tkalčić, ein Seismologe an der Australian National University.
Aber wenn die Forschung Bestand hat, könnte sie unser Verständnis davon, wie Gesteinsplaneten entstehen, verändern, fügt Qian Yuan, Geophysiker an der Texas A&M University, hinzu.
Die im Mantel erhaltenen Reststrukturen unterstützen die Idee, dass Gesteinsplaneten durch Planetenkollisionen entstehen und nicht durch Wolken kleinerer Teilchen, wie einige Forscher angenommen haben
- sagt Alessandro Morbidelli, Planetenforscher an der Universität von Côte d'Azur. Und die Untersuchung des inneren Kerns stellt Modelle in Frage, die davon ausgehen, dass der Kern des Mars vollständig geschmolzen ist. "Ich vermute, dass dies viele Leute unglücklich machen wird", sagt Simon Stähler, Seismologe an der ETH Zürich. "Viele Leute waren sehr glücklich über das Fehlen eines festen inneren Kerns."
Anders als das Erdinnere, das durch die Plattentektonik völlig durcheinander geraten ist, sei der Mars eine Zeitkapsel, sagt Constantinos Charalambous, Planetenforscher am Imperial College London und Hauptautor der Studie Science. Um diese uralte Geschichte zu enträtseln, mussten hochfrequente seismische Wellen analysiert werden, die auf dem Mars viel länger anhalten als auf der Erde, wo sie von Wasser absorbiert werden.
Charalambous und seine Kollegen fanden heraus, dass die hochfrequenten Wellen umso später bei InSight ankamen, je tiefer sie in den Erdmantel eindrangen. Dem Forscher zufolge war es so, als würden kleine Autos auf Trümmer auf der Straße stoßen, während die langen Wellenlängen Marsbeben wie Monstertrucks über die Hindernisse hinwegrollten. Das Team vermutet, dass es sich bei den seismischen Barrieren um die kristallisierten, gehärteten Überreste von Magma-Ozeanen handelt, die sich vor langer Zeit bildeten, als Asteroiden den jungen Mars bombardierten. "Wir sehen, dass es tatsächlich Überreste gibt", sagt Charalambous.
Die Tatsache, dass der Mars diese Überreste nicht vermischt hat, deutet darauf hin, dass sein Mantel kalt und langsam ist, anders als der heiße Mantel der Erde, wo die zur Oberfläche aufsteigenden Plasmamassen die vulkanischen Regionen antreiben. Dies könnte den schwachen Vulkanismus auf dem Mars erklären, sagt Junjie Dong, ein Mineralphysiker am California Institute of Technology.
Kernphysik
Die Entdeckung eines festen inneren Kerns ist vielleicht sogar noch umstrittener, da frühere Studien von einem vollständig geschmolzenen Kern ausgegangen sind. Als das InSight-Team den Rand des Kerns entdeckte, zeigten die seismischen Daten keinen Hinweis auf festes Material. Die große Größe des Kerns deutet auch auf das Vorhandensein leichterer Elemente wie Schwefel hin, da sonst die bekannten Dichtedaten nicht aussagekräftig wären. Solche Elemente wiederum senken den Schmelzpunkt von Eisen, wodurch es weniger wahrscheinlich ist, dass es sich verfestigt. Das InSight-Radioexperiment ergab auch, dass sich die geringen Schwankungen im Schwerefeld des Planeten am besten dadurch erklären lassen, dass man die Existenz eines festen Innenraums heute ausschließt - obwohl die Existenz eines solchen festen Innenraums nicht ausgeschlossen werden kann.
Als Daoyuan Sun, Seismologe an der Chinesischen Universität für Wissenschaft und Technologie, und seine Kollegen die InSight-Daten erneut untersuchten, stellten sie jedoch fest, dass die seismischen Wellen, die durch den Kern liefen und an der Kern-Mantel-Grenze reflektiert wurden, etwa 50-200 Sekunden später eintrafen, als wenn sie durch einen vollständig geschmolzenen Kern gelaufen wären. Dies deutet auf das Vorhandensein eines dichten inneren Kerns hin, der die Wellen abbremst. Bei einer erneuten Analyse der Daten wurde auch eine seismische Welle identifiziert, die offenbar direkt von der Oberfläche des inneren Kerns abprallte. Andere seismische Wellen, die das Team analysiert hat, bestätigen diesen Befund, sagt Sun. Der innere Kern existiert tatsächlich, und wir sind von unseren Ergebnissen überzeugt", fügt er hinzu.
Das Ergebnis lässt sich jedoch nur schwer mit zwei vor zwei Jahren in Nature veröffentlichten Arbeiten in Einklang bringen, in denen vermutet wird, dass sich eine Schicht aus geschmolzenem Erdmantel über den Kern legt und diesen wie eine Wärmedecke aufheizt. Diese Hitze würde es dem festen Kern erschweren, abzukühlen und zu kristallisieren, sagt Henri Samuel, Planetenforscher am Pariser Institut für Geophysik, der eine der früheren Studien leitete. "Ich gebe zu, dass mich dieses Ergebnis überrascht hat", sagt er.
Das neue Ergebnis wirft auch Fragen über den magnetischen Dynamo des Mars auf, der vor Milliarden von Jahren aufgehört hat zu funktionieren.
Auf der Erde hilft die Kristallisation des inneren Kerns, den geschmolzenen äußeren Kern anzutreiben, der das Magnetfeld des Planeten erzeugt. "Es ist möglich, dass die Daten über das Magnetfeld des Mars falsch interpretiert werden oder dass ein anderer Prozess die Bewegung des geschmolzenen Gesteins auf dem Mars hemmt", sagt Dong.
Der Nachweis sowohl der geschmolzenen Schicht als auch des inneren Kerns wirft Probleme auf, sagt Stähler, und es wird schwierig sein, herauszufinden, wie sie zusammenpassen. Das Team von Sun hat offensichtliche Fehlerquellen ausgeschlossen, aber die Daten von InSight sind grundsätzlich ziemlich verrauscht, sagt er. Im Moment ist er der Meinung, dass diese Behauptung ungefähr so sicher ist wie die Annahme, dass es einen inneren Kern in Bezug auf den Mond gibt, und dass die Beweise ziemlich schwach sind. "Ich würde nicht mein Haus darauf verwetten... Aber 200 Dollar schon", sagt er.
