Nach einem herausfordernden ersten Jahr auf dem Mars zeigt uns InSight, dass der Mars seismisch aktiv ist

Seit über einem Jahr ist der InSight-Lander der NASA und des DLR auf dem Mars. Die Mission stand vor erheblichen Herausforderungen, um ihre HP zu bekommen³(Heat Flow and Physical Properties Package) in den Untergrund, aber die anderen Instrumente des Raumfahrzeugs funktionieren wie beabsichtigt. Nun haben Forscher sechs Veröffentlichungen veröffentlicht, die einige der wissenschaftlichen Ergebnisse der Mission skizzieren.

Die Viking-Lander der NASA waren die ersten, die die Seismologie des Mars untersuchten. Beide Lander trugen ein Seismometer an die Oberfläche, aber sie waren nicht so ausgereift wie das von InSight. Separate Seismometer, die auf der Oberfläche des Planeten platziert werden konnten, waren zu massiv, benötigten zu viel Strom und beanspruchten auch zu viel Bandbreite. Die Wikinger-Seismometer waren also an den Landern angebracht und wurden durch Wind und die Aktivität der Lander selbst negativ beeinflusst.

Der Viking 2-Lander auf dem Mars bei Utopia Planitia. Das Seismometer ist das kleine Kästchen zwischen den Farbkalibrierungszielen links von der Mitte oben im Geräteschacht des Landers. (NASA/JPL)

Das Seismometer von Viking 1 wurde nie richtig eingesetzt und produziert keine verwertbaren Daten . Das Seismometer von Viking 2 wurde ordnungsgemäß eingesetzt und produzierte viele Daten, aber es wurden keine definitiven Marsbeben entdeckt. Die Marswinde machten die Entdeckung schwierig.

Jetzt gibt uns InSight unseren ersten echten Einblick in die Mars-Seismologie.

InSight wurde im Mai 2018 gestartet und landete am 26. November 2018 auf dem Mars. Sein vollständiger Name lautet Interior Exploration using Seismic Investigations, Geodesy and Heat Transport. Seine Mission besteht darin, das tiefe Innere des Mars zu untersuchen, indem der Wärmefluss, die seismische Aktivität und das Wackeln des Nordpols des Mars gemessen werden, während die Schwerkraft der Sonne auf den Planeten einwirkt.

Der Lander trägt drei primäre wissenschaftliche Instrumente:

• SECHS , das seismic Experiment for Internal Structure, messen Marsbeben und andere interne Aktivitäten.
• Paket für Wärmefluss und physikalische Eigenschaften (HANDY³), die die Wärmeübertragung vom Inneren des Planeten auf seine Oberfläche misst.
• ERHEBT EUCH : das Rotations- und Innenstruktur-Experiment, das das Wobbeln des Planeten misst, was wiederum die Größe und Dichte des Marskerns und -mantels aufdeckt.

InSight ist außerdem mit einem Laser-Retroreflektor, Wetterüberwachungsausrüstung, einem Instrumenteneinsatzarm und Kameras ausgestattet.

InSight hatte Mühe, die HP zu bekommen³Instrument, auch bekannt als „der Maulwurf“, in Position, um Messungen vorzunehmen, und Universe Today hat bedeckte diese Kämpfe und das ständige Bemühen, sie zu überwinden. Aber selbst wenn der Maulwurf nicht viel dazu beiträgt, hat der Lander solide wissenschaftliche Erkenntnisse geliefert. Insgesamt wurden gerade sechs Veröffentlichungen veröffentlicht, die diese Wissenschaft skizzieren. Fünf sind in der Zeitschrift Nature und einer in Nature Communications:

• Die Atmosphäre des Mars, beobachtet von InSight
• Erste Ergebnisse der InSight-Mission auf dem Mars
• Geologie des InSight-Landeplatzes auf dem Mars
• Die Seismizität des Mars
• InSight sucht hoch, um unten zu sehen
• Einschränkungen der flachen elastischen und anelastischen Struktur des Mars aus seismischen InSight-Daten

In „Die Seismizität des Mars“ zeichnen Hauptautor D. Giardini und Co-Autoren ein Bild vom Mars als seismisch aktiven Planeten. InSight hat über 450 seismische Signale gemessen, viel mehr als erwartet, obwohl in den ersten 10 Monaten der Mission nur 174 entdeckt und in diesen Ergebnissen berücksichtigt wurden. Die Beben sind im Vergleich zu Erdbeben relativ schwach.

Auf der Erde werden Beben durch das Aneinanderreiben der tektonischen Platten verursacht. Der Mars hat keine tektonischen Platten, daher haben seine Beben eine andere Ursache. Der Planet kühlt ab und zieht sich gleichzeitig zusammen. Wenn sie sich zusammenzieht, muss die Oberfläche brechen, was zu Marsbeben führt.

Es gibt zwei große Kategorien von Marsbeben in den Daten. 150 davon waren flache, relativ schwache Beben, die sich durch die Kruste ausbreiteten. 24 von ihnen waren stärker und tiefer. Sie entstanden an verschiedenen Stellen in der Erdkruste. Sie waren jedoch alle schwächer im Vergleich zu Erdbeben. Die stärksten von InSight erkannten lagen zwischen 3 und 4 auf der Richterskala. Ein Erdbeben muss mindestens 5,5 sein, um Strukturen zu beschädigen.

Die Daten zeigen auch, dass, während die Häufigkeit schwächerer Beben während des gesamten Zeitraums der Datenerfassung gleich blieb, die Häufigkeit stärkerer Beben zunahm. Die Forscher haben dafür keine Erklärung, aber sie könnten mit saisonalen orbitalen und/oder thermischen Effekten zusammenhängen.

Eine schematische Darstellung der beiden Arten seismischer Wellen, die auf dem Mars entdeckt wurden. Schwächere hochfrequente Ereignisse sind meist auf die Kruste beschränkt, während sich die stärkeren niederfrequenten Ereignisse über den Mantel ausbreiten. Die LVL ist eine hypothetische Niedriggeschwindigkeitsschicht, die das Vorhandensein von geschmolzenem Gestein oder Wasser anzeigen kann. Bildquelle: Giardini et al, 2020.

Als die Mission geplant wurde, gab es Bedenken, dass SEIS Meteoriteneinschläge messen würde, was die Daten verkomplizieren würde. Laut dem InSight-Team stammte jedoch die gesamte von SEIS entdeckte seismische Aktivität aus dem Inneren des Mars.

Das stärkste Beben, das InSight entdeckte, war etwa 4. Es war nicht stark genug, um unter die Kruste tiefer in den Mantel und den Kern einzudringen. Laut Bruce Banerdt, InSight Principal Investigator am JPL, sind dies „die saftigsten Teile des Apfels“, wenn es um die Untersuchung des Inneren oder des Mars geht. Wissenschaftler warten immer noch auf ein stärkeres Marsbeben, das sich so tief ausbreitet und ihnen mehr über das tiefere Innere des Planeten erzählt.

Einige der stärksten seismischen Aktivitäten konzentrierten sich auf die Cerberus Fossae Region. Dort entstanden die beiden stärksten Beben. Die Region Cerberus Fossae ist eine Reihe von meist parallelen Verwerfungen in der Marskruste, in der Zerberus Region.

Das HiRise-Instrument auf dem Mars Reconnaissance Orbiter hat dieses Bild einiger Verwerfungen in der Region Cerberus Fossae aufgenommen. Die beiden stärksten Marsbeben, die InSight entdeckte, stammten aus der Region Cerberus Fossae. Bildnachweis: Von Jim Secosky / WolfmanSF modifiziertes NASA / JPL / University of Arizona Bild – http://hirise.lpl.arizona.edu/PSP_007131_1905, Public Domain, https://commons.wikimedia.org/w/index.php ?curid=6070792

Die Verwerfungen von Cerberus Fossae sind mit möglicher neuerer vulkanischer Aktivität und möglicher neuerer tektonischer Aktivität verbunden. Die Region weist auch jüngste Felsbrockenspuren auf, die auf seismische Aktivität hinweisen.

HiRise-Bild von Felsbrocken auf dem Boden von Cerberus Fossae. Bildquelle: NASA/JPL/UArizona

Cerberus Fossae enthält auch alte Wasserkanäle, die in jüngerer Zeit teilweise mit Lava gefüllt wurden, vielleicht erst vor 10 Millionen Jahren. Noch vor 2 Millionen Jahren brachen seismische Aktivitäten einige dieser Ströme.

„Es handelt sich um das jüngste tektonische Merkmal auf dem Planeten“, sagte der Planetengeologe Matt Golombek vom JPL. 'Die Tatsache, dass wir in dieser Region Anzeichen von Zittern sehen, ist keine Überraschung, aber es ist sehr cool.'

Das gelbe Dreieck markiert den Standort von InSight. Die weißen Bänder zeigen den Bereich der Epizentralentfernungen, da die genauen Epizentren der meisten Beben nicht bestimmt sind. Einige Epizentren sind jedoch bekannt, insbesondere zwei der stärksten, die sich in der Region Cerberus Fossae befanden. Bildquelle: Giardini et al.; 2020

„Über 44 Jahre seit dem ersten Versuch der Wikingermissionen ²⁷ , das InSight SEIS-Instrument hat gezeigt, dass der Mars seismisch aktiv ist“, sagen die Autoren in ihrem Papier. „In den ersten 207 Sols, die kontinuierlich auf dem Mars aufgezeichnet wurden, haben wir 174 Ereignisse entdeckt, die nicht durch lokale atmosphärische oder landerinduzierte Vibrationen erklärt werden können; diese werden als Marsbeben interpretiert.“

Es gibt noch viel mehr Daten von InSight, insbesondere wenn die HP³Instrument erfolgreich eingesetzt werden kann. Die Mission wird noch etwa ein Jahr dauern, und bis dahin wird das RISE-Instrument über Daten von zwei Jahren verfügen. All diese Daten zusammen mit HP³und das Seismometer ein noch klareres Bild vom Inneren des Mars zeichnen.

Mehr:

• Pressemitteilung: Ein Jahr überraschender Wissenschaft von der InSight-Mars-Mission der NASA
• Forschungsbericht: Die Seismizität des Mars
• Forschungsbericht: Erste Ergebnisse der InSight-Mission auf dem Mars