Mars: Wissenschaftler bestimmen die Dicke der Kruste

Mars: Wissenschaftler bestimmen die Dicke der Kruste

BILD: Die beiden größten Erdbeben, die von InSight der NASA entdeckt wurden, scheinen aus einer Region des Mars namens Cerberus Fossae zu stammen. Wissenschaftler haben hier bereits Anzeichen tektonischer Aktivität entdeckt, darunter Erdrutsche …. siehe Nach dem

Bildnachweis: NASA / JPL-Caltech / University of Arizona

Basierend auf der Analyse von Erdbeben, die von der NASA-Mission InSight aufgezeichnet wurden, wurde nun erstmals die Struktur der Marskruste in absoluten Zahlen bestimmt. Unter der InSight-Landestelle ist die Kruste etwa 20 oder 39 Kilometer dick. Dies ist das Ergebnis eines internationalen Forschungsteams um die Geophysikerin Dr. Brigitte Knapmeyer-Endrun vom Institut für Geologie und Mineralogie der Universität zu Köln und Dr. Mark Panning vom Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology (Caltech). InSight steht für „Interior Exploration using Seismic Investigations, Geodesy and Heat Transport“. Der Lander der NASA, der am 26. November 2018 auf dem Mars landete, erforscht die Kruste, den Mantel und den Kern des Roten Planeten. Der Artikel “Dicke und Struktur der Marskruste aus seismischen InSight-Daten” erscheint in Wissenschaft 23. Juli.

In der Vergangenheit konnten nur relative Unterschiede in der Mächtigkeit des Mars geschätzt werden, und es waren zusätzliche Annahmen erforderlich, um absolute Mächtigkeiten zu erhalten. Die resultierenden Absolutwerte zeigten daher je nach getroffenen Annahmen eine große Streuung. Die Seismologie ersetzt diese Hypothesen nun durch eine direkte Messung am Landeplatz und kalibriert damit die Dicke der Kruste für den gesamten Planeten. Dieser unabhängige Datenpunkt ermöglicht es auch, die Dichte der Kruste abzuschätzen.

„Was die Seismologie hauptsächlich messen kann, sind Geschwindigkeitskontraste. Dies sind Unterschiede in der Ausbreitungsgeschwindigkeit seismischer Wellen in verschiedenen Materialien “, sagte Knapmeyer-Endrun, Erstautor des Artikels. „Ganz ähnlich wie in der Optik können wir Phänomene wie Reflexion und Brechung beobachten. Was die Kruste angeht, profitieren wir auch davon, dass Kruste und Mantel aus unterschiedlichen Gesteinen bestehen, mit einem starken Geschwindigkeitssprung dazwischen. Anhand dieser Sprünge lässt sich die Struktur der Kruste sehr genau bestimmen.

Die Daten zeigen, dass die oberste Schicht am Landeplatz von InSight etwa 8 (+/- 2) Kilometer dick ist. Darunter folgt etwa 20 (+/- 5) Kilometer eine weitere Schicht. „Möglicherweise beginnt der Mantel unter dieser Schicht, was auf eine überraschend dünne Kruste hinweisen würde, selbst im Vergleich zur kontinentalen Kruste auf der Erde. Unter Köln zum Beispiel ist die Erdkruste etwa 30 Kilometer dick“, erklärte Knapmeyer-Endrun. Es könnte jedoch eine dritte Krustenschicht auf dem Mars geben, die die Marskruste unterhalb der Landestelle etwa 39 (+/- 8) Kilometer dick machen würde. Dies wäre konsistenter mit den vorherigen Ergebnissen, aber das Signal von dieser Schicht ist nicht unbedingt erforderlich, um mit den vorhandenen Daten abzugleichen. „In beiden Fällen können wir jedoch ausschließen, dass die gesamte Kruste aus demselben Material besteht, das aus Oberflächenmessungen und Marsmeteoriten bekannt ist“, sagte der Geophysiker. „Im Gegenteil, die Daten deuten darauf hin, dass die oberste Schicht aus einem überraschend porösen Gestein besteht. Darüber hinaus könnte es in größeren Tiefen andere Gesteinsarten geben als die Basalte an der Oberfläche.

Die einzigartige, unabhängige Messung der Krustendicke am Landeplatz von InSight reicht aus, um die Kruste auf dem ganzen Planeten zu kartieren. Messungen von Satelliten, die den Mars umkreisen, liefern ein sehr klares Bild des Schwerefelds des Planeten und ermöglichen es Wissenschaftlern, die relativen Unterschiede in der Krustendicke mit den Messungen am Landeplatz zu vergleichen. Die Kombination dieser Daten liefert eine genaue Karte.

Die Dicke der Marskruste ist besonders interessant, weil sich die Kruste in einem frühen Stadium der Bildung aus den Überresten eines geschmolzenen Mantels gebildet hat. So können Daten zu seiner aktuellen Struktur auch Aufschluss über die Entwicklung des Mars geben. Darüber hinaus hilft ein genaueres Verständnis der Entwicklung des Mars zu entschlüsseln, wie die frühesten Differenzierungsprozesse im Sonnensystem abliefen und warum Mars, Erde und andere Planeten heute so unterschiedlich sind.

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Das Jet Propulsion Laboratory (JPL) verwaltet InSight für das Science Mission Directorate der NASA. InSight ist Teil des Discovery-Programms der NASA, das vom Marshall Space Flight Center der Agentur in Huntsville, Alabama, betrieben wird. Lockheed Martin Space in Denver hat das InSight-Raumschiff einschließlich seiner Reisebühne und seines Landers gebaut und unterstützt den Betrieb der Raumschiffe für die Mission.

Mehrere europäische Partner, darunter das National Center for Space Studies (CNES) und das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR), unterstützen die InSight-Mission. CNES stellte der NASA zusammen mit dem leitenden Forscher am IPGP (Institut de Physique du Globe de Paris) das seismic Experiment Instrument for the Interior Structure (SEIS) zur Verfügung. Wichtige Beiträge zu SEIS kamen vom IPGP; das Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung (MPS) in Deutschland; die Eidgenössische Technische Hochschule Zürich (ETH Zürich) in der Schweiz; Imperial College London und University of Oxford im Vereinigten Königreich; und JPL. Das DLR stellte das Instrument Heat Flow and Physical Properties Package (HP3) mit maßgeblichen Beiträgen des Weltraumforschungszentrums (CBK) der Polnischen Akademie der Wissenschaften und Astronika in Polen zur Verfügung. Das spanische Centro de Astrobiologia (CAB) lieferte die Temperatur- und Windsensoren.

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