Besteht der Mars aus Schichten wie die Erde? Hat er wie unser Planet einen massereichen, metallenen Kern? Wie schwer ist der Gesteinsmantel darüber? Wie dick ist die Kruste an der Oberfläche? In sein Innerstes lässt sich kein Planet so leicht schauen. Um unter die staubige Oberfläche des roten Planeten zu schauen, brauchen Forscher seismische Vermessungen: Damit spüren sie Schwingungen im Planeteninneren auf.
Mars-Mission InSight lauscht seit zwei Jahren nach Marsbeben
Für einen solchen Lauschangriff auf das Innere des Mars ist seit Ende 2018 der Mars-Lander InSight auf unserem Nachbarplaneten. Mit behutsamen Fühlern ertastet er seit rund zwei Jahren jedes noch so kleine Beben, das ihn erreicht. Mehr als 700 dieser Marsbeben hat InSight vermessen. Rund ein Dutzend davon waren stark genug, um den Forschern ein Abbild des Planetenaufbaus zu ermöglichen. Erstmals wurde damit ein anderer Gesteinsplanet als die Erde seismologisch erforscht.
"Wissenschaftler haben Hunderte von Jahren gebraucht, um den Erdkern zu vermessen. Nach den Apollo-Missionen brauchten sie vierzig Jahre, um den Kern des Mondes zu vermessen. InSight hat nur zwei Jahre gebraucht, um den Mars-Kern zu vermessen." Simon Stähler, ETH Zürich, Co-Autor einer der Studien
Das Mars-Landegerät InSight mit dem seismologischen Messgerät SEIS vor sich auf dem Boden, geschützt von einer Kuppel gegen den Wind.
Mars ist wie die Erde aus Kern, Mantel und Kruste aufgebaut
Das Ergebnis: Der Mars hat einen großen, wohl noch flüssigen Kern in seiner Mitte, darüber einen flüssigen Mantel und ganz außen eine Kruste, die viel dünner ist als angenommen. Damit ist unser Nachbar in ähnlichen Schichten aufgebaut wie die Erde. Drei Studien zu Kruste, Mantel und Kern des Mars erschienen jetzt im Fachmagazin Science, an denen vor allem französische und schweizer Wissenschaftler beteiligt waren.
Entstanden sind diese verschiedenen Schichten in den ersten rund zehn Millionen Jahren seit seiner Entstehung vor vier Milliarden Jahren. Damals ballte sich der Mars aus dem Material zusammen, das als Staubscheibe um unsere noch junge Sonne kreiste, und wurde dadurch stark erhitzt. Beim allmählichen Erkalten haben sich die drei Schichten ausdifferenziert. Und dieser Prozess ist noch nicht zu Ende: Der Mars kühlt immer noch ab, wie auch die Erde.
Ob sein Kern im Innersten fest ist wie der Erdkern, konnten die Forscher bislang noch nicht feststellen. Außen ist der Marskern in jedem Fall flüssig - wie der Erdkern auch. Der Marskern beträgt 1.800 Kilometer im Radius, etwa halb so viel wie der Erdkern. Mars ist aber auch ingesamt im Radius nur etwa halb so groß wie die Erde. Darüber liegt ein flüssiger Gesteinsmantel von rund 1.500 Kilometer Dicke, wie er auch bei der Erde besteht, allerdings dicker.
Die Kruste des Mars besteht aus zwei bis drei Schichten und ist nur zwanzig Kilometer dick, wenn man die obersten beiden Schichten zur Kruste zählt, oder 37 Kilometer, zählt man die dritte Schicht darunter mit dazu. Damit ist die Marskruste deutlich dünner als die Erdkruste mit rund sechzig Kilometern Dicke. Angenommen hatte man beim Mars eine Krustendicke von dreißig bis hundert Kilometern.
Keine Kontinente, aber trotzdem Beben auf dem Mars
Anders als die Erde hat der Mars keine Kontinentalplatten und somit auch keine Plattentektonik, die auf der Erde hauptverantwortlich für Erdbeben ist. Die Kruste des Mars besteht aus einer einzigen, nicht durchbrochenen Schicht. Da aber auch diese Kruste Falten, Verwerfungen und Brüche hat und sich bei der andauernden Abkühlung des Mars zusammenzieht, entstehen dennoch Marsbeben.
Mit ihrem Seisometer hat die Mars-Sonde InSight ein Beben auf dem Mars aufgezeichnet.
Erschütternde Offenbarung des Mars-Innersten
Erst, wenn ein Planet bebt und seismische Wellen ihn förmlich erschaudern lassen, verrät er etwas über seinen Aufbau. Denn die Wellen eines Bebens breiten sich nicht nur an der Oberfläche aus, sondern dringen als Druck- und Scherwellen weit in die Tiefe. Stoßen sie dort auf verschiedene Materialien oder an Grenzen zwischen verschiedenen Schichten, werden sie unterschiedlich gebrochen und wieder an die Oberfläche reflektiert. Dort können die Wellen gemessen werden - wie ein Echo.
"Die direkten seismischen Wellen eines Bebens sind ein wenig wie der Schall unserer Stimmen in den Bergen: Sie produzieren Echos. Und diese Echos, zurückgeworfen vom Kern, der Grenze zwischen Mantel und Kruste oder auch der Oberfläche des Mars, waren, wonach wir suchten." Prof. Philippe Lognonné, Universität von Paris, Forschungsleiter für das SEIS-Instrument von InSight
Dabei war die seismische Vermessung des Mars gar nicht so einfach. Normalerweise braucht es mehrere seismische Stationen, um die Bewegung von Wellen zu vermessen; InSight ist jedoch alleine.
Leichte Beben auf dem Mars oft vom Winde verweht
Marsbeben sind außerdem meist sehr viel schwächer als Erdbeben. Nur wenige erreichten überhaupt eine Stärke von 3.0 oder 4.0. Dazu kommen die heftigen Mars-Winde, die derart laute Störgeräusche verursachen, das InSights Geräte sehr genau hinhorchen mussten. Alle aufgezeichneten Daten mussten sorgfältig von Störgeräuschen "gereinigt" werden, um die Marsbeben herauszuhören.
Jetzt hoffen die Forscher, auf dem Mars auch einmal ein Beben zu erleben, das weitaus stärker als 4.0 ist - "the big one". Das würde ihnen noch bessere Daten liefern.
Die drei aktuellen Studien zum Aufbau des Mars finden Sie bei Science:
BR-Archiv: Mars-Animation von 1976
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