Der Mars wurde zu Beginn seiner Geschichte von vielen Protoplaneten getroffen, deren Entstehung länger dauerte als bisher angenommen.

Es gibt etwa 61.000 Meteoriten auf der Erde, oder zumindest wurden so viele gefunden. Davon sind etwa 200 etwas ganz Besonderes: Sie kamen vom Mars. Und diese 200 Meteoriten waren wichtige Hinweise auf die Entstehung des Mars im frühen Sonnensystem.

Wir wissen, dass der Mars in der Vergangenheit ein ganz anderer Ort war. Die ältesten Oberflächen des Mars zeigen Anzeichen von Wasser, vulkanischer Aktivität und Einschlag von Planetesimalen, die als Protoplaneten mit einem Durchmesser von bis zu 1930 km (1200 Meilen) definiert sind. Aber viele der Hinweise auf die Entstehung des Mars werden im Laufe von Milliarden von Jahren gelöscht, mit Ausnahme der Meteoriten.

Einige Einschläge auf dem Mars waren stark genug, um Meteore in den Weltraum zu schleudern, und einige dieser Meteore trafen die Erde als Meteoriten. Diese Meteoriten enthalten große Variationen von Elementen wie Wolfram und Platin. Wolfram und Platin haben eine Affinität zu Eisen, und während der frühen, geschmolzenen Tage des Mars wären Wolfram und Platin zusammen mit dem Eisen in den Kern des Planeten gesunken.

Der frühe Mars war ein ganz anderer Ort mit starker vulkanischer Aktivität, Ozeanen und einer Atmosphäre. Aber über seine Geschichte und seine Entstehung wissen wir nicht viel. Dieses Bild zeigt, wie der frühe Ozean namens Arabia (links, blau) so ausgesehen hätte, als er vor 4 Milliarden Jahren auf dem Mars entstand, während der Deuteronilus-Ozean, etwa 3,6 Milliarden Jahre alt, eine kleinere Küstenlinie hatte. Bildnachweis: Robert Citron/UC Berkeley

Die Marsmeteoriten, die wir auf der Erde gefunden haben, sind also eine Probe der Marskruste zum ersten Zeitpunkt des Einschlags. Da Wolfram und Platin zum Zeitpunkt des Aufpralls nicht in der Kruste vorhanden waren und bis zum Kern gesunken sind, müssen sie von woanders hergekommen sein. Eine neue Studie besagt, dass Wolfram und Platin in den Meteoriten aus der Kruste von Planetesimalen stammten, die auf den Mars trafen, und nicht aus der ursprünglichen Kruste des Mars. Stattdessen brauchte der Mars länger als gedacht, und während dieser Zeit prallten Planetesimale auf den Mars und bildeten die Kruste, die von den Meteoriten abgetastet wurde.

Die Studie trägt den Titel „Ein kompositorisch heterogener Marsmantel durch späte Akkretion“. Hauptautorin ist Simone Marchi vom Southwest Research Institute (SwRI). Das Papier ist in der Zeitschrift Science Advances veröffentlicht.

Wenn Planetesimale ihr Wolfram und Platin auf der Marsoberfläche abgelagert haben, bedeutet dies, dass diese Planetesimale den Mars später in ihrer Geschichte trafen, nachdem der Planet abgekühlt war und sich der Primärkern bereits gebildet hatte. Dies bedeutet im weiteren Sinne, dass die Entstehung des Mars länger dauerte als ursprünglich angenommen. Isotopenverhältnisse in den Meteoren vom radioaktiven Zerfall in der Kruste bestärken die Vorstellung, dass die Marsbildung länger dauerte.

Zuvor sahen die Beweise so aus, als ob sich der Mars in etwa 2 bis 4 Millionen Jahren gebildet hätte. Aber diese Schlussfolgerung basierte stark auf den Mars-Meteoriten und ihrem Verhältnis von Wolfram-Isotopen. Diese neue Studie legt nahe, dass die begrenzte Anzahl dieser Meteoriten, die für Studien verfügbar sind, das Ergebnis verzerrt hat.

Dieser Mars-Meteorit trägt den Spitznamen „Black Beauty“ und wurde in Nordwestafrika gefunden. Bildnachweis: Von der NASA – http://www.nasa.gov/images/content/716969main_black_beauty_full.jpg, Public Domain, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=23571238

„Wir wussten, dass der Mars von frühen großen Kollisionen Elemente wie Platin und Gold erhielt. Um diesen Prozess zu untersuchen, haben wir Hydrodynamik-Impaktsimulationen mit geglätteten Partikeln durchgeführt“, sagte Dr. Simone Marchi vom SwRI, Hauptautorin eines Science Advances-Artikels, in dem diese Ergebnisse skizziert werden. „Nach unserem Modell erzeugen frühe Kollisionen einen heterogenen, marmorkuchenartigen Marsmantel. Diese Ergebnisse legen nahe, dass die vorherrschende Ansicht über die Marsbildung durch die begrenzte Anzahl von Meteoriten, die für Studien verfügbar sind, verzerrt sein könnte.“

Wolframisotopenverhältnisse in den Meteoriten haben zu dem Schluss geführt, dass sich der Mars in etwa 2 bis 4 Millionen Jahren gebildet hat. Aber Kollisionen mit Planetesimalen mit ihrer eigenen Kruste könnten das Wolframverhältnis in der Marskruste verändert haben, und das würde darauf hindeuten, dass es bis zu 20 Millionen Jahre dauerte, bis sich der Mars gebildet hatte. Und das zeigt das Modell des Teams.

„Kollisionen von Projektilen, die groß genug sind, um ihre eigenen Kerne und Mäntel zu haben, könnten zu einer heterogenen Mischung dieser Materialien im frühen Marsmantel führen“, sagte Co-Autor Dr. Robin Canup, stellvertretender Vizepräsident der SwRI-Abteilung für Weltraumwissenschaften und -technik. „Dies kann zu anderen Interpretationen des Zeitpunkts der Marsentstehung führen als diejenigen, die davon ausgehen, dass alle Projektile klein und homogen sind.“

Das Team führte hochauflösende Simulationen mit geglätteten Partikeln eines großen, differenzierten Projektils durch, das den frühen Mars traf, nachdem sich sein Kern und sein Mantel gebildet hatten. Die Kern- und Mantelpartikel des Projektils werden durch braune bzw. grüne Kugeln angezeigt, die lokale Konzentrationen der Projektilmaterialien zeigen, die in den Marsmantel aufgenommen wurden. Bildquelle: Southwest Research Institute.

Eines der Probleme bei den Marsmeteoriten besteht darin, dass wir nicht genau wissen, woher sie auf dem Mars stammen, und wir nicht wissen, ob es sich um eine repräsentative Probe der gesamten Kruste handelt oder ob sie nur von einigen wenigen stammt Standorte. Mit nur etwa 200 ist es unwahrscheinlich, dass es sich um eine vielfältige Stichprobe handelt. Tatsächlich ist es wahrscheinlicher, dass alle Mars-Meteoriten von relativ wenigen Einschlägen stammen.

Diese neue Studie zeigt, dass verschiedene Orte auf der Marskruste unterschiedliche Materialkonzentrationen von verschiedenen großen Projektilen erhalten haben könnten. Das bringt unterschiedliche Konzentrationen an eisenliebenden Elementen mit sich.

Die Schwierigkeit, den Mars zu verstehen, liegt an einem Mangel an Proben. Mars-Meteoriten sind zwar überzeugend und wissenschaftlich interessant, aber keine repräsentative Stichprobe. Zukünftige Missionen zum Mars werden hoffentlich mehr Proben zur Untersuchung zurückbringen. Mit diesen werden Wissenschaftler in der Lage sein, sich ein besseres Bild davon zu machen, wie unterschiedlich eisenliebende Gesteine ​​in der heutigen Marskruste sind.

Das wiederum wird uns helfen, die Entstehungsgeschichte des Planeten zu verstehen.

„Um den Mars vollständig zu verstehen, müssen wir die Rolle der frühesten und energiereichsten Kollisionen bei seiner Entwicklung und Zusammensetzung verstehen“, schloss Marchi.

Mehr:

• Pressemitteilung: SwRI-MODELLE TIPPEN AUF LÄNGERE ZEITRAUM FÜR DIE MARS-ENTSTEHUNG
• Forschungsbericht: Ein kompositorisch heterogener Marsmantel durch späte Akkretion
• Universum heute: Planet Mars, von Pol zu Pol