Wenn die NASA Innenerkundung mit seismischen Untersuchungen, Geodäsie und Wärmetransport (Insight) Lander setzte im November 2018 auf dem Mars ab und begann seine zweijährige Hauptmission zur Untersuchung der Seismologie und der inneren Umgebung des Mars. Und jetzt, etwas mehr als eineinhalb Jahre später, wurden die Ergebnisse der ersten zwölf Monate des Landers auf der Marsoberfläche in einer Reihe von Studien veröffentlicht.
Eine dieser Studien, die kürzlich in der Zeitschrift veröffentlicht wurde Natur Geowissenschaften , teilte einige ziemlich interessante Funde über Magnetfelder auf dem Mars. Laut dem Forschungsteam dahinter ist das Magnetfeld innerhalb des Kraters, in dem InSight gelandet ist, zehnmal stärker als erwartet. Diese Ergebnisse könnten Wissenschaftlern helfen, wichtige Geheimnisse über die Entstehung des Mars und die anschließende Entwicklung zu lösen.
Diese Messwerte wurden vom Magnetsensor von InSight erhalten, der die Magnetfelder innerhalb der Landezone der Mission untersuchte. Dieser flache Krater, bekannt als „Homestead Hollow“, befindet sich in der Region namens Elysium Planitia – eine flach-glatte Ebene nördlich des Äquators. Diese Region wurde ausgewählt, weil sie die richtige Kombination aus flacher Topologie, geringer Höhe und geringen Trümmern aufweist, damit InSight tief in das Innere des Mars eindringen kann.
Magnetismusquellen, die von einem Magnetsensor an Bord des Mars InSight Landers erkannt wurden. Bildnachweis: NASA/JPL-Caltech
Vor dieser Mission stammten die besten Schätzungen der Mars-Magnetfelder von Satelliten im Orbit und wurden über Entfernungen von mehr als 150 km (93 Meilen) gemittelt. Als Catherine Johnson, Professorin für Erd-, Ozean- und Atmosphärenwissenschaften an der Universität von British Columbia und ein leitender Wissenschaftler an der Institut für Planetologie (PSI) war der Hauptautor der Studie. Wie sie kürzlich in einer UBC News sagte Geschichte :
„Eine der großen Unbekannten bei früheren Satellitenmissionen war, wie die Magnetisierung auf kleinen Gebieten aussah. Durch die Platzierung des ersten Magnetsensors an der Oberfläche haben wir wertvolle neue Hinweise über die innere Struktur und die obere Atmosphäre des Mars gewonnen, die uns helfen werden, zu verstehen, wie er – und andere ähnliche Planeten – entstanden sind.“
„Die bodennahen Daten geben uns ein viel empfindlicheres Bild der Magnetisierung über kleinere Bereiche und woher sie kommt. Die Daten zeigten nicht nur, dass das Magnetfeld am Landeplatz zehnmal stärker war als von den Satelliten erwartet, sondern auch, dass es von nahegelegenen Quellen stammte.“
Die Messung von Magnetfeldern auf dem Mars ist der Schlüssel zum Verständnis der Natur und Stärke des globalen Magnetfelds (auch bekannt als Magnetosphäre), das der Mars vor Milliarden von Jahren hatte. Das Vorhandensein dieser Magnetosphäre wurde aus dem Vorhandensein von magnetisierten Gesteinen auf der Oberfläche des Planeten abgeleitet, die zu lokalisierten und relativ schwachen Magnetfeldern führen.
Künstlerische Darstellung eines Sonnensturms, der den Mars trifft und Ionen aus der oberen Atmosphäre des Planeten entfernt. Credits: NASA/GSFC
Nach den von . gesammelten Daten MAVEN und anderen Missionen sagen Wissenschaftler voraus, dass dieses Magnetfeld vor etwa 4,2 Milliarden Jahren plötzlich „abschaltete“. Dies führte dazu, dass der Sonnenwind die Marsatmosphäre in den nächsten hundert Millionen Jahren langsam abstreifte, was dazu führte, dass die Oberfläche zu dem trockenen und ausgetrockneten Ort wurde, der sie heute ist.
Da die meisten Gesteine auf der Marsoberfläche zu jung sind, um von diesem uralten Feld magnetisiert zu werden, glaubt das Team, dass es aus einem tieferen Untergrund stammen muss. Als Johnson erklärt :
„Wir glauben, dass es von viel älteren Gesteinen kommt, die irgendwo zwischen ein paar hundert Fuß und zehn Kilometer unter der Erde vergraben sind. Ohne die magnetischen Daten und die geologischen und seismischen Informationen von InSight hätten wir dies nicht ableiten können.“
Durch die Kombination von InSight-Daten mit magnetischen Messwerten, die in der Vergangenheit von Marsorbitern erhalten wurden, hoffen Johnson und ihre Kollegen, genau bestimmen zu können, welche Gesteine magnetisiert sind und wie alt sie sind. Diese Bemühungen werden durch zukünftige Missionen zur Untersuchung von Marsgesteinen, wie die der NASA, unterstützt werden März 2020 Rover, die ESA Rosalind Franklin Rover und Chinas Huoxing-1 (HX-1)-Mission – die alle diesen Sommer starten sollen.
Künstlerische Darstellung der Wechselwirkung zwischen Sonnenwind und den Planeten Mars (links) und Erde (rechts). Bildnachweis: NASA
Das Magnetometer von InSight hat es auch geschafft, Daten zu Phänomenen zu sammeln, die hoch in der oberen Marsatmosphäre sowie in der den Planeten umgebenden Weltraumumgebung existieren. Wie die Erde ist der Mars dem Sonnenwind ausgesetzt, dem Strom geladener Teilchen, der von der Sonne ausgeht und sein Magnetfeld in den interplanetaren Raum trägt – daher der Name interplanetares Magnetfeld (IWF).
Da dem Mars jedoch eine Magnetosphäre fehlt, ist er weniger vor Sonnenwind und Wetterereignissen geschützt. Dies ermöglicht es dem Lander, die Auswirkungen beider auf die Oberfläche des Planeten zu untersuchen, was Wissenschaftlern bisher nicht möglich war. Genannt Johnson:
„Da alle unsere früheren Beobachtungen des Mars von der Spitze seiner Atmosphäre oder sogar noch höher ausgingen, wussten wir nicht, ob sich Störungen des Sonnenwinds bis zur Oberfläche ausbreiten würden. Das ist wichtig für zukünftige Astronautenmissionen zum Mars.“
Ein weiterer interessanter Fund war die Art und Weise, wie das lokale Magnetfeld zwischen Tag und Nacht schwankte, ganz zu schweigen von den kurzen Pulsationen, die um Mitternacht auftraten und nur wenige Minuten anhielten. Johnson und ihre Kollegen theoretisieren, dass diese durch Wechselwirkungen zwischen Sonnenstrahlung, dem IMF und Partikeln in der oberen Atmosphäre verursacht werden, um elektrische Ströme (und damit magnetische Felder) zu erzeugen.
Künstlerisches Konzept von InSight „den Puls des Mars nehmen“. Bildnachweis: NASA/JPL-Caltech
Diese Messwerte bestätigen, dass Ereignisse in und über der oberen Marsatmosphäre an der Oberfläche nachgewiesen werden können. Sie liefern auch ein indirektes Bild der atmosphärischen Eigenschaften des Planeten, beispielsweise wie geladen er wird und welche Strömungen in der oberen Atmosphäre existieren. Was die mysteriösen Impulse angeht, sind sich Johnson und ihr Team nicht sicher, was sie verursacht, denken jedoch, dass sie auch damit zusammenhängen, wie der Sonnenwind mit dem Mars interagiert.
In Zukunft hofft das InSight-Team, dass seine Bemühungen, Daten über das Oberflächenmagnetfeld zu sammeln, mit dem Überflug des MAVEN-Orbiters zusammenfallen, der es ihnen ermöglichen wird, Daten zu vergleichen. Als Hauptermittler von InSight, Bruce Banerdt vom Jet Propulsion Laboratory der NASA, zusammengefasst :
Die Hauptfunktion des Magnetsensors bestand darin, für unsere seismischen Experimente magnetisches „Rauschen“ sowohl aus der Umgebung als auch aus dem Lander selbst herauszufiltern, also sind dies alles Bonusinformationen, die direkt die übergreifenden Ziele der Mission unterstützen. Die zeitvariablen Felder werden zum Beispiel für zukünftige Studien der tiefen Leitfähigkeitsstruktur des Mars, die mit seiner Innentemperatur zusammenhängt, sehr nützlich sein.“
Diese Studie ist eine von sechs, die aus dem ersten Jahr der Missionsdaten von InSight hervorgegangen sind hier zugegriffen . Dies ist jedoch erst der Anfang für die InSight-Mission, die gegen Ende 2020 ihre zweijährige Hauptmission abschließen wird. Von besonderem Interesse sind die X-Band-Funkmessungen, die zeigen werden, wie sehr der Mars „wackelt“ dreht sich um seine Achse, was wiederum dazu beiträgt, die wahre Natur des Planetenkerns (fest oder flüssig?) zu enthüllen.
Aufregende Zeiten liegen vor uns für die vielen Missionen, die wir zum Mars haben (oder senden werden)! Sehen Sie sich auch dieses Video der InSight-Mission mit freundlicher Genehmigung von NASA JPL an:
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