Ein großflächiges Marsbeben, das vom InSight-Lander der NASA aufgezeichnet wurde, deutet laut einer neuen Studie darauf hin, dass die Kruste auf dem Planeten Mars an manchen Stellen „wie eine schwere Panzerung aussieht“.
Das Landerseismometer InSight der NASA, dessen Mission im Dezember 2022 endet, hat drei Jahre lang seismische Wellen auf dem Mars gemessen. Zu seinen Arbeiten gehörte die Entdeckung des größten jemals aufgezeichneten Mars-Erdbebens im Mai 2022: ein Erdbeben der Stärke 4,6.
Obwohl die Erschütterungen auf dem Mars im Vergleich zur Erde nur ein durchschnittliches Erdbeben waren, sagten NASA-Wissenschaftler damals, dass dies die Obergrenze dessen sei, was Marsforscher erwartet hätten. Das Marsbeben war stärker als alle anderen, die vor seiner Kombination gemessen wurden.
„Dieses Erdbeben sendete starke seismische Wellen aus, die sich über die Marsoberfläche ausbreiteten“, sagte der leitende Studienautor und Seismologe am Institut für Geophysik der Technischen Universität Zürich, Doyon Kim neue Bewerbung, veröffentlicht am 6. Mai. „Bei diesem Erdbeben, dem größten Erdbeben, das während der gesamten InSight-Mission aufgezeichnet wurde, beobachteten wir Oberflächenwellen, die den Mars bis zu dreimal umkreisten.“
Durch die Messung der Geschwindigkeit und Frequenz seismischer Wellen – und wie sich diese Qualitäten auf dem Roten Planeten unterscheiden – konnten Kim und das Team Informationen über die geologischen Strukturen gewinnen, auf die sie stießen. Es wurden neue Daten zu Fragen wie der inneren Struktur der Marskruste in verschiedenen Tiefen gewonnen.
Vor dem riesigen Erdbeben zeichnete InSight ähnliche seismische Wellen auf, die auftraten, als zwei Meteoriten auf den Mars fielen. Das kosmische Ereignis lieferte jedoch nur Einzelheiten auf regionaler Ebene. Ein Erdbeben der Stärke 5 ermöglichte eine noch tiefere Erforschung des Mars und offenbarte große Folgen.
Das Team nutzte die von InSight bereitgestellten Daten und kombinierte sie mit Informationen aus anderen Missionen über die Schwerkraft und Topographie des Mars. Gesammelte Studien haben Wissenschaftlern gezeigt, dass die Kruste des Roten Planeten im Durchschnitt eine Dicke von 42 bis 56 Kilometern aufweist, der dickste Abschnitt jedoch doppelt so groß ist: 90 Kilometer.
„Die Marskruste ist (im Durchschnitt) viel dicker als die der Erde oder des Mondes“, sagte Kim und fügte hinzu, dass kleinere Planetenkörper im Sonnensystem tendenziell dickere Krusten haben als größere Körper.
Die Dicke der Erdkruste variiert im Durchschnitt zwischen 13 und 17 Kilometern, während die Seismometer der Apollo-Mondmissionen der 1960er und 1970er Jahre ermittelten, dass die Dicke der Mondkruste zwischen 34 und 43 Kilometern variiert.
Das InSight-Team fand heraus, dass die Marskruste im Isis Impact Basin, einem alten Krater mit einer Breite von etwa 1200 Kilometern, am dünnsten ist. In diesem Becken, das an der Grenze zwischen dem kraterreichen südlichen Hochland des Mars und dem nördlichen Tiefland liegt, beträgt die Dicke der Marskruste nur etwa 10 Kilometer.
Am dicksten ist die Kruste jedoch 90 Kilometer tief in der riesigen Region Tharsis und erstreckt sich von Rand zu Rand fast über die gesamte Breite der Vereinigten Staaten: Das entspricht einem Durchmesser von etwa 8 Kilometern. Tharsis liegt einem riesigen System radialer Verwerfungen zugrunde, die etwa ein Drittel der Marsoberfläche bedecken. Es ist auch die Heimat ausgedehnter Vulkanebenen und der drei größten Vulkane auf dem Mars.
„Wir hatten das Glück, Zeuge dieses Erdbebens zu sein. Auf der Erde wäre es für uns schwierig, die Dicke der Erdkruste mit Hilfe eines Erdbebens der gleichen Stärke wie auf dem Mars zu bestimmen, erklärte Kim. „Obwohl der Mars kleiner als die Erde ist, transportiert er seismische Energie effizienter.“ Die Ergebnisse des Teams bestätigten auch den Kontrast zwischen der nördlichen und südlichen Hemisphäre des Mars. Der Norden des Planeten besteht aus flachem Tiefland, während der Süden aus Hochebenen besteht.
Laut einer von Experten überprüften Studie wurde die sogenannte „Mars-Dichotomie“ zwischen Nord und Süd von Astronomen und Planetenforschern mindestens seit der ersten Orbitalmission der Mariner 9 der NASA in den Jahren 1971–72 beobachtet. veröffentlicht in 2007. Erste Hypothesen zu diesem Unterschied hingen mit der Zusammensetzung der Gesteine zusammen, sagt Kim. „Eine Rasse wäre dichter als die andere.“
Neue Studien bestätigen jedoch, dass die Zusammensetzung der Rasse hier keine Rolle spielt. Obwohl die Zusammensetzung der Gesteine in beiden Hemisphären gleich ist, ist die Dicke der Kruste unterschiedlich, was die Dichotomie des Mars erklärt. Basierend auf seismischen Beobachtungen und Schwerkraftdaten von InSight konnten die Forscher nachweisen, dass die Krustendichten im nördlichen Tiefland und im südlichen Hochland ähnlich sind.
Die festgestellte Dichte steht im Einklang mit den seismischen Beobachtungen von InSight zu den oben genannten Meteoriteneinschlägen, die darauf hindeuten, dass die Kruste im Norden und Süden aus demselben Material besteht. (Die Art und Weise, wie sich seismische Wellen durch die Gesteinskruste ausbreiten, ermöglicht es Forschern, auf deren Zusammensetzung zu schließen.)
Die Entdeckung einer dicken Marskruste an einigen Stellen durch das Team gibt auch Aufschluss darüber, wie der Planet Wärme erzeugt und wie sich dies im Laufe der Marsgeschichte verändert hat. Die Hauptwärmequelle aus dem Inneren des Mars ist der radioaktive Zerfall von Elementen wie Thorium, Uran und Kalium.
Das Team geht davon aus, dass sich 50 bis 70 % dieser wärmeerzeugenden Elemente in der Marskruste befinden. Der Unterschied in der Dicke dieser Kruste auf dem Mars erklärt möglicherweise, warum es lokale Regionen des Planeten gibt, unter denen es auch heute noch zu Schmelzprozessen kommen kann, da diese Hotspots auch mehr radioaktive, wärmeerzeugende Materialien enthalten.
„Diese Entdeckung ist sehr interessant und beendet eine lange wissenschaftliche Debatte über den Ursprung und die Struktur der Marskruste“, sagte Kim.
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