Der Mars bebt und ruckelt

Die Nasa-Mission Insight, quasi ein seismisches Hörrohr, soll Einblicke über den Aufbau des roten Planeten geben. 14 Monate nach der Landung des Landers auf dem Mars liegen erste Ergebnisse vor.

Insgesamt 174 wahrscheinliche Marsbeben hat das Seismometer Seis (Seismic Experiment for Interior Structure) der Nasa-Mission Insight in den ersten Monaten seit seiner Inbetriebnahme Ende Februar 2019 gemessen – etwas mehr als ein Beben alle zwei Tage.

Die Daten lieferten den ersten umfassenden Beweis dafür, dass neben der Erde und dem Mond auch der Mars seismisch aktiv ist, so die Universität zu Köln, deren Forscherin Brigitte Knapmeyer-Endrun an der Mission beteiligt ist. In Bezug auf Häufigkeit und Stärke der Beben stehe der Rote Planet weit hinter der Erde zurück.

„Surprise, Surprise“ – denn das, was die Verantwortlichen des Nasa-Landers in sechs Artikeln als erste Ergebnisse in dieser Woche in den Wissenschaftszeitschriften „Nature Geoscience“ und „Nature Communications“ veröffentlichten, war einfach Neuland. Seismologisch war der Mars eine Wundertüte – es gab bisher einfach keine Daten. Diese Lücke soll Insight schließen, das erste rein geophysikalische Observatorium auf einem anderen Himmelskörper des Sonnensystems. Der Lander war dazu am 5. Mai 2018 mit einer Atlas-5-Rakete ins All gebracht worden, am 29. November letzten Jahres landete er auf dem roten Planeten.

Marsbeben ähneln Erdbeben

Die Insight-Mission bringt geophysikalische Instrumente auf den roten Planeten, die es erlauben, sein Inneres zu erforschen, so das Seismometer Seis. Die 174 beschriebenen Marsbeben lassen sich demnach in zwei Kategorien einteilen, so die ebenfalls beteiligte ETH Zürich. „Zur ersten gehören 24 niederfrequente Erschütterungen mit Magnituden zwischen drei und vier, deren Wellen sich durch den Marsmantel ausbreiten. Zur zweiten gehören 150 Ereignisse mit vergleichsweise kleineren Magnituden, geringerer Herdtiefe und Wellen mit höherer Frequenz, die in der Kruste des Mars gefangen bleiben.“

„Der Mars bebet wie die Schwäbisch Alb“, charakterisiert das ebenfalls beteiligte DLR die Ergebnisse. Doch selbst diese schwachen Marsbeben erlauben erste Aussagen über den Aufbau des Planeten. „Seismologie auf dem Mars gab es bisher nicht. Die neuen Daten geben uns daher völlig neue Einblicke über den Aufbau des Planeten“, so Knapmeyer-Endrun, die an der Entwicklung des Marsseismometers beteiligt war und jetzt über den Aufbau der Kruste des Mars forscht.

Schwierige Auswertung der Messdaten

„Marsbeben weisen ähnliche Eigenschaften auf, wie sie bereits während der Apollo-Ära auf dem Mond beobachtet wurden. Sie dauern lange (10 min bis 20 min), da ihre Wellen aufgrund von Eigenheiten der Marskruste stark streuen“, erklärt ETH-Forscher Domenico Giardini, der die Steuerelektronik für Seis entwickelt hat und den Marsbebendienst verantwortet. In der Regel sei es schwierig, Marsbebendaten zu interpretieren. In den meisten Fällen kann man nur die Entfernung bestimmen, aber nicht die Richtung, aus der die Wellen kommen.

Magnitude-4-Beben sind auf der Erde zwar für Messinstrumente oder auch Personen in direkter Umgebung wahrnehmbar, sie würden jedoch keine Schäden verursachen, so die Universität zu Köln in einer Mitteilung. Zwischenzeitlich seien die Messungen fortgesetzt und insgesamt über 450 Marsbeben beobachtet worden, so die ETH. Diese hätten aber noch nicht alle detailliert ausgewertet werden können. Das entspreche im Durchschnitt etwa einem Ereignis pro Tag.

Mars mit Zwiebelaufbau

„Bei einem Erdbeben entstehen Wellen, die sich entlang der Oberfläche ausbreiten, und solche, die das Innere des Planeten durchqueren“, so Knapmeyer-Endrun. „Sie durchlaufen die Schichten mit verschiedenen Geschwindigkeiten und werden an den Grenzen gebrochen und reflektiert. Wann und wo die Wellen die Oberfläche erreichen, erlaubt deshalb Rückschlüsse auf den inneren Aufbau des Planeten.“

Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler gehen inzwischen davon aus, dass der Mars – ähnlich wie die Erde − zwiebelartig aufgebaut ist, so die Universität zu Köln. Auf den Kern im Innern folgen ein Gesteinsmantel und ganz außen eine Kruste. Seismologische Messungen könnten jetzt Hinweise auf die Zusammensetzung und die Dicke der verschiedenen Schichten geben. „Ein erstes Ergebnis deutet auf eine 10 km dicke Gesteinsschicht hin, in der die Wellen sich mit relativ langsamer Geschwindigkeit ausbreiten. Die Vermutung ist daher, dass es sich nicht um intakten Basalt, sondern um zerklüftetes oder chemisch verändertes Gestein handelt“, so Knapmeyer-Endrun.

Die Erde hat viele tektonische Platten, der Mars wohl nur eine

Eine Erklärung für die doch recht schwachen Beben könnte sein, dass der Mars anders als die Erde wahrscheinlich aus nur einer zusammenhängenden tektonischen Platte besteht, so die Universität zu Köln. Auf der Erde hingegen erzeugten Spannungen, die sich zwischen angrenzenden Platten aufbauen und dann lösen, den Großteil der starken Beben.

Damit auch Aussagen über das tieferliegende Innere des Mars möglich werden, hoffen die Forscherinnen und Forscher der Insight-Mission für die nächsten Monate auf ein stärkeres Beben von mindestens der Stärke 4,5. Die so ausgelösten Wellen dringen tiefer in den Planeten ein − mit etwas Glück sogar bis zum Kern.

Obwohl nur eine einzige Messstation zur Verfügung steht, konnte mithilfe von Modellen zur Wellenausbreitung im Marsboden der wahrscheinliche Herd zweier dieser Beben ermittelt werden: Er liege in der Region Cerberus Fossae, einem jungen vulkanischen Gebiet etwa 1700 km östlich vom Landeplatz, so das DLR. „Wegen der höheren Schwerkraft konnte Seis auf der Erde nur eingeschränkt getestet werden. Wir sind alle begeistert davon, wie empfindlich es tatsächlich ist“, freut sich Martin Knapmeyer vom DLR-Institut für Planetenforschung, der an der Auswertung der Daten von Seis beteiligt ist.