Neuer Einschlagskrater mit Eisbrocken auf dem Mars. Foto: NASA, JPL Caltech, Universität von Arizona
Erdbeben und Eisbrocken, Meteoriteneinschlag bieten Einblicke unter die Marsoberfläche
DLR, 27. Oktober 2022
Am Heiligabend 2021 zeichnete die #NASA #Mission #Insight mit ihrem SEIS-Seismometer Erschütterungen eines Meteoriteneinschlags auf dem Mars auf, die so stark waren wie ein Erdbeben der Stärke 4, das genau auf den 24. Dezember 2021 datiert werden konnte. Die beiden Forscherteams tauschten sich aus Meinungen und kam zu dem Schluss, dass die Quelle der seismischen Aktivität und der Ort des neuen Kraters zusammenfallen. Dies war das erste Mal, dass ein Meteoriteneinschlag auf einem anderen Planeten sowohl fotografisch als auch seismisch aufgezeichnet wurde. Überraschend war die große Menge an Eiswasser, die durch den Einschlag mit dem offiziellen Namen S1094b aus dem neuen Krater geschleudert wurde. Zwei heute in der Zeitschrift Science veröffentlichte Artikel beschreiben das Ereignis und seine Auswirkungen. An den Analysen sind Wissenschaftler des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) beteiligt. Außerdem wurde in Nature #Astronomy ein Artikel über Tektonik auf dem #Mars veröffentlicht, der Marsbeben, die in den letzten Jahren mit Insight beobachtet wurden, als Auswirkung früherer vulkanischer Aktivität in der Region Cerberus Fossae interpretiert.
Der fotografische Nachweis hat den großen Vorteil, dass die genaue Richtung und Entfernung zum Epizentrum bekannt ist, die sonst nur mit einem einzigen Seismometer viel ungenauer geschätzt werden können. Dadurch lässt sich viel genauer berechnen, welchen Weg seismische Wellen über den Mars zurückgelegt haben und welche Eigenschaften die Gesteine auf diesem Weg haben. Die Beobachtung von Meteoriteneinschlägen hilft, das Innere des Mars besser zu verstehen.
Als der Meteorit die Region Amazonis Planitia traf, sprengte er einen Krater von 150 Metern Durchmesser und 21 Metern Tiefe in den Marsboden. Das ausgestoßene Material verdunkelt die Oberfläche in mehreren Kilometern Entfernung und ist gelegentlich bis zu einer Entfernung von 37 Kilometern zu sehen. Mit der seismischen Erkennung durch Insight und den anschließenden Bildern des Mars Reconnaissance Orbiter hatten die Forscher das sehr seltene Glück, die Entstehung eines Kraters dieser Größe zu beobachten. Generell hat der Mars eine Vielzahl deutlich größerer Krater, die allerdings auch mehrere Millionen oder Milliarden Jahre alt sind.
Unterirdisches Eis in der Nähe des Marsäquators
Die neuen Krater geben Aufschluss über die Prozesse der Kraterbildung und legen frisches Untergrundmaterial frei, das noch nicht durch Wind, Klima und Sonneneinstrahlung verändert wurde. In diesem Fall wurden große Eisbrocken, die durch den Aufprall verstreut wurden, von der Farbkamera des High Resolution Imaging Science Experiment (HIRISE) der NASA erfasst, was das Forschungsteam zu der Annahme veranlasste, dass der Aufprall eine 10 bis 20 Meter tiefe Eisschicht verursachte, die darunter freigelegt wurde. die Oberfläche Von besonderem Interesse für zukünftige bemannte Missionen zum Mars ist, wo auf dem Mars unterirdisches Eis für den menschlichen Gebrauch zu finden sein könnte: unterirdisches Wassereis wurde mehrmals im nördlichen Tiefland gesehen, aber nie so nahe am Marsäquator, wo es auf dem Mars wärmer ist.
Zweiter Einschlag in seismischen Daten entdeckt
Nach der Untersuchung des seismischen Signals des Aufpralls überprüfte das Forschungsteam auch ältere Daten auf ähnliche Seismogramme. Tatsächlich fanden sie heraus, dass das Epizentrum eines Erdbebens am 18. September 2021 mit einem frischen, mehr als 100 Meter breiten Krater zusammenfällt. Auch diese Wirkung wird in der Studie beschrieben. „Es ist außergewöhnlich, einen neuen Krater dieser Größe zu finden“, sagt Ingrid Daubar von der Brown University, Providence, die die Impact Science Working Group von Insight leitet. “Dies ist eine aufregende Zeit in der geologischen Geschichte des Mars, und wir hatten das Privileg, Zeuge davon zu sein.”
Oberflächenwellen lassen Rückschlüsse auf die Struktur der Marskruste zu
Das Erdbeben, das durch den massiven Aufprall im Dezember 2021 verursacht wurde, war das erste von der Mission beobachtete Erdbeben mit Oberflächenwellen, einer Art seismischer Welle, die sich durch die obere Oberfläche der Erdkruste ausbreitet. Der zweite von zwei Artikeln, die heute in der Zeitschrift Science veröffentlicht wurden, beschreibt, wie Wissenschaftler diese Wellen nutzten, um die Struktur der Marskruste zu untersuchen. „Analysen der beiden Impaktereignisse zeigen, dass sich die Krustenstruktur auf dem jeweiligen Pfad zwischen dem Impakt und der Insight-Plattform von der Krustenstruktur am Landeplatz selbst unterscheidet“, erklärt Dr. Ana-Catalina Plesa vom #DLR Institut für Planetenforschung. „Höhere Ausbreitungsgeschwindigkeiten seismischer Wellen deuten im Durchschnitt auf eine andere Zusammensetzung der Kruste in diesen Gebieten hin. Auch eine geringere Krustenporosität könnte eine Ursache sein. Beides wiederum würde auf eine Dichte der höchsten Kruste und lokale Schwankungen in der Dichte hindeuten die Marskruste, die wir noch nie zuvor gesehen haben.“ 30 Kilometer könnten ähnlich sein.“ Die weitere Analyse und der direkte Vergleich der seismischen Wellen beider Einschlagsereignisse werden uns wichtige Hinweise auf die Entstehung und Entwicklung der „Mars-Dichotomie“ geben, die die tief liegende Teilung des nördlichen und südlichen Hochlandes beschreibt Mars“, so Plesa weiter, der an dem Projekt beteiligt ist.
Viele Erdbeben geben Hinweise auf die Tektonik des Mars
In einer weiteren aktuellen Veröffentlichung in der Zeitschrift Nature Astronomy werden die in den letzten drei Jahren aufgezeichneten Erdbeben in einen geologischen Kontext gestellt: Die meisten dieser Beben, für die ein Epizentrum berechnet werden konnte, ereigneten sich in der Region Cerberus Fossae, etwa 1500 Kilometer östlich der Position. der Insight Landers. Es ist ein Gebiet mit relativ jungem Vulkanismus, die letzten Eruptionen ereigneten sich vor 50.000 bis 200.000 Jahren. „Auffällig an Cerberus Fossae sind hunderte Kilometer lange, aber sehr schmale und tiefe Gräben, die sich wie Risse in der aufsteigenden Masse quer durch die Landschaft ziehen“, erklärt Seismologe Dr. Martin Knapmeyer vom DLR-Institut für Planetenforschung, der an dieser Studie beteiligt ist. „Diese Risse können sich bilden, wenn sich vulkanische ‚Adern‘ bilden, d. h. wenn Magma aus größerer Tiefe in Risse in der oberen Kruste eindringt und das gesamte Gebiet ausbaucht und anhebt. Mit der Zeit verfestigt sich das Magma und schrumpft ein wenig. Einige der aufgezeichneten Erdbeben trat an Stellen in der Nähe der letzten ausgebrochenen Lava und teilweise auch unter den sichtbaren Gräben auf. Dies zeigt Seismogramme, die gut zur Abkühlung des Ganggesteins passen”, fährt Knapmeyer fort.
Eine andere „Familie“ von Marsbeben hingegen zeigt eine ungewöhnlich langsame Bruchausbreitung, wie man sie aus vulkanischen Gebieten der Erde wie der Eifel kennt. Diese langsame Ausbreitung des Bruchs hängt mit der Erwärmung des Gesteins durch das eindringende Magma zusammen: Je heißer ein Gestein ist, desto langsamer breiten sich seismische Wellen aus. „Die SEIS-Daten zeigen, dass auch Cerberus Fossae bekannten Vulkangebieten auf der Erde ähnelt und dass der Vulkanismus dort möglicherweise nicht wie in der Eifel vollständig erloschen ist, sondern derzeit nur ruht“, betont Knapmeyer.
Insight gewährt einen Einblick in das Innere des Mars
Die Sonde Mars Insight wurde zum Mars geschickt, um das tiefe Innere des Planeten zu untersuchen, seine Kruste, seinen Mantel und seinen Kern, die Wissenschaftlern Auskunft über die Entstehung aller Gesteinsplaneten, einschließlich der Erde und des Mondes, geben können. Seismische Wellen sind der Schlüssel zum besseren Verständnis. Seit der Landung im November 2018 hat das SEIS-Experiment (Internal Structure Seismic Experiment) auf Insight 1.318 Erdbeben aufgezeichnet, darunter mehrere, die durch viel kleinere Meteoriteneinschläge verursacht wurden. Die meisten Erdbeben haben jedoch tektonische Ursachen, also Verschiebungen von Gesteinspaketen wie bei Erdbeben.
Die Häufigkeit, mit der große Meteoriteneinschläge auftreten, ist nicht nur wegen der potenziellen Gefahr für zukünftige Astronauten von Interesse. Die Anzahl und Größe von Kratern auf anderen Planeten werden verwendet, um das Alter ihrer Oberflächen zu bestimmen. Diese statistische Auswertung beinhaltet die Einschlaghäufigkeit, die umso genauer bestimmt werden kann, je mehr Einschläge unmittelbar nach dem Ereignis entdeckt werden können. Schließlich ging es beim jüngsten #DART-Missionsexperiment darum, Einschläge wie S1094b auf der Erde zu verhindern.
Die Insight-Mission wird vom Jet Propulsion Laboratory (JPL) in Pasadena, Kalifornien, im Auftrag des Science Directorate der NASA durchgeführt. Insight ist eine Mission des Discovery-Programms der NASA. Die DLR Raumfahrtagentur hat mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie einen Beitrag des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung zum französischen Hauptinstrument SEIS (Seismic Experiment for the Interior Structure) gefördert. DLR-Forscher sind…