Letztes Jahr am Heiligabend bebte der Mars.
Das äußerst empfindliche Seismometer auf dem InSight-Lander der NASA zeichnete pflichtbewusst den Ausbruch seismischer Vibrationen auf und schickte dann die Daten, ein Geschenk der Wissenschaft, am nächsten Tag zur Erde.
Die InSight-Wissenschaftler waren damit beschäftigt, die Feiertage zu feiern. Als sie Anfang Januar das Beben im Detail untersuchten, sah es anders aus als die mehr als 1.000 Marsbeben, die das stationäre Raumschiff während seiner Mission zur Untersuchung des Inneren des Roten Planeten aufgezeichnet hatte.
„Es war eindeutig ein seismisches Ereignis, und es war ein großes seismisches Ereignis“, sagte Mark Panning, der Projektwissenschaftler für die InSight-Mission. „Und wir haben uns sofort darüber gefreut.“
In wissenschaftlichen Arbeiten, die am Donnerstag veröffentlicht wurden, zeigen Wissenschaftler, die Daten von zwei NASA-Raumfahrzeugen verwenden, dass das seismische Ereignis nicht das Brechen von Gestein aufgrund der inneren Spannungen des roten Planeten war. Stattdessen waren es Schockwellen, die von einem Weltraumfelsen ausgingen, der auf den Mars traf. Die Entdeckung wird Wissenschaftlern helfen, besser zu verstehen, was sich im Inneren des Mars befindet, und erinnert daran, dass der Mars ebenso wie die Erde von Meteoren getroffen wird.
Dem Mars fehlt die Plattentektonik, das Gleiten von Teilen der Kruste, die die Erdoberfläche formen. Dennoch treten Marsbeben auf, angetrieben durch andere tektonische Belastungen wie das Schrumpfen und Aufbrechen der Kruste des Roten Planeten beim Abkühlen. Die größten Marsbeben sind für Erdstandards bescheiden.
Die Erschütterungen im Dezember wurden mit einer Magnitude von 4 als eine der stärksten registriert, die jemals aufgezeichnet wurden. Sie traten jedoch nicht in der tektonisch aktiven Region auf, in der die meisten größeren Beben beobachtet wurden.
Am wichtigsten war, dass das seismische Ereignis am Weihnachtsabend das erste Mal war, dass Oberflächenwellen – Vibrationen, die sich entlang der äußeren Gesteinskruste auf der Marsoberfläche ausbreiten – entdeckt wurden. Bei allen anderen Marsbeben hatte das Seismometer von InSight nur sogenannte Körperwellen beobachtet, Vibrationen, die sich durch das Innere des Planeten ausbreiten.
Dass das Epizentrum nicht in der Nähe war – mehr als 2.000 Meilen von InSight entfernt – trug zu dem Rätsel bei. Das deutete auf ein Beben hin, das nicht nur groß, sondern auch flach war.
„Es war schwierig festzustellen, warum wir Oberflächenwellen hatten“, sagte Philippe Lognonné, Professor an der Universität Paris, der als Hauptforscher für das Seismometer fungiert.
Dies blieb ein Rätsel, bis zwei Monate später Wissenschaftler eines anderen NASA-Raumfahrzeugs – des Mars Reconnaissance Orbiter – entdeckten, dass dieses seismische Ereignis doch kein Marsbeben war.
Es war stattdessen das Donnern eines Weltraumfelsens, der den Mars traf.
Es war auch kein winziger Weltraumfelsen mit einem geschätzten Durchmesser zwischen 15 und 40 Fuß, sagte Liliya Posiolova, die Orbital Science Operations bei Malin Space Science Systems in San Diego, die zwei der Mars Reconnaissance Orbiter-Kameras baute und betreibt.
Der Aufprall setzte die Energie frei, die irgendwo zwischen 2,5 und 10 Kilotonnen TNT entspricht, sagte Dr. Posiolova. (Die Atombombe, die am Ende des Zweiten Weltkriegs auf Hiroshima abgeworfen wurde, entsprach 15 Kilotonnen TNT.) Sie hinterließ einen Krater, der größer als ein Fußballfeld war.
Während einer NASA-Pressekonferenz am Donnerstag sagte Ingrid Daubar, eine Planetenwissenschaftlerin an der Brown University, die die Arbeitsgruppe für Impaktforschung von InSight leitet, dass ein so großer Meteor etwa einmal im Jahr in die Erdatmosphäre eindringt.
„Wir sehen diese ziemlich regelmäßig“, sagte Dr. Daubar. „Aber weil die Erde eine dickere Atmosphäre hat, verglühen Asteroiden dieser Größe und sind im Allgemeinen ziemlich harmlos.“
Wissenschaftler, darunter Dr. Panning, Dr. Lognonne, Dr. Posiolova und Dr. Daubar, berichteten über die Ergebnisse in zwei Artikeln, die am Donnerstag in der Zeitschrift Science veröffentlicht wurden.
When InSight – eine Abkürzung von Innenerkundung mit seismischen Untersuchungen, Geodäsie und Wärmetransport – landete im November 2018erwarteten die Wissenschaftler nicht nur Marsbeben, sondern auch einige Meteoriteneinschläge pro Jahr. Stattdessen sahen sie mehr als drei Jahre lang überhaupt keine Meteoriteneinschläge in den seismischen Daten.
Das deutete auf einen Mangel an Wissen über die Marskruste und die Computermodelle hin, die erwartete seismische Signale simulieren.
Letzten Monat, Wissenschaftler berichteten, vier kleine Meteoriteneinschläge identifiziert zu haben Innerhalb von ein paar hundert Meilen von InSight, basierend auf Zwitschern, als Felsen in die Marsatmosphäre eindrangen.
Jetzt wissen sie auch von größeren Meteoriteneinschlägen in größerer Entfernung.
Anfang Februar arbeiteten Dr. Posiolova und andere Wissenschaftler daran, ein dreidimensionales Stereobild eines Teils des Mars aufzunehmen. Sie hatten bereits vor ein paar Jahren ein Bild der Region, und jetzt machten sie ein zweites Bild aus einem etwas anderen Winkel.
Aber das zweite Bild enthielt einen großen Fleck, eine Explosionszone aus aufgewirbeltem Staub, die mehr als 10 Meilen weit nach außen strahlte und die auf dem ersten Bild nicht zu sehen war.
Es war so groß, dass es in täglichen globalen Wetterbildern sichtbar war, die von einer anderen Kamera auf dem Orbiter aufgenommen wurden. „Dann marschieren wir ziemlich schnell von diesem Bild im Februar zurück“, sagte Dr. Posiolova, die Hauptautorin von einer der Wissenschaftsartikel.
Der Fleck war am 25. Dezember vorhanden. Aber nicht am 24. Dezember
Sie sagte, sie habe sich im Hinterkopf daran erinnert, dass InSight eines seiner größeren seismischen Ereignisse an Heiligabend aufgezeichnet habe. „Es war wie ‚Könnte es das sein?’“, Sagte sie.
Es was.
Bilder mit höherer Auflösung zeigten, dass der Meteor in der Mitte der Explosionszone einen etwa 500 Fuß breiten Krater einritzte und sogar Wassereis unter der Oberfläche aufwirbelte. Das ist dem Marsäquator am nächsten, auf dem jemals Eis entdeckt wurde.
Nachdem sie nun die seismischen Signale eines Meteoriteneinschlags definitiv identifiziert hatten, gingen die InSight-Wissenschaftler ihre Daten noch einmal durch, um zu sehen, ob frühere Marsbeben tatsächlich Meteoriteneinschläge waren.
Tatsächlich sah die Erschütterung eines seismischen Ereignisses der Stärke 4,2 drei Monate zuvor, am 18. September, ähnlich aus. Die Kameras des Orbiters sahen sich also um dieses Epizentrum herum, das sich etwa 4.600 Meilen von InSight entfernt befindet, und entdeckten dort einen Krater mit einem Durchmesser von etwa 426 Fuß.
Dr. Posiolova sagte, dies seien bei weitem die beiden größten neuen Krater, die der Orbiter während seiner 16-jährigen Untersuchung des Mars entdeckt habe. Es ist unwahrscheinlich, dass die beiden Auswirkungen zusammenhängen, sagte Dr. Panning; dass sie im Abstand von nur wenigen Monaten auftraten, war Glück, zufälliger Zufall.
Die Verbindung der seismischen Signale mit frisch geschnitzten Kratern bietet einen schärferen Blick auf die innere Struktur des Planeten. Dr. Lognonne mochte es wie einen Film. Der Mars Reconnaissance Orbiter lieferte die Bilder, während InSight-Aufnahmen den Soundtrack liefern.
„Man kann den Film besser verstehen als nur mit dem Ton oder nur mit dem Bild“, sagte er.
Dr. Lognonné sagte, dass die aktuellen Modelle gut für die Marskruste funktionieren, aber nicht so gut für den tiefen Mantel. „Dies sind einzigartige Daten, um mehr Informationen über das Innere des Mars zu erhalten“, sagte er.
Eine der möglichen Überraschungen ist, dass sich die Oberflächenwellen anscheinend mit ungefähr der gleichen Geschwindigkeit durch die Kruste der Nordhalbkugel bewegen wie auf der Südhalbkugel.
Die Topographie der nördlichen Hälfte des Mars – die einst von einem Ozean bedeckt gewesen sein könnte – ist viel niedriger als das südliche Hochland. Aber die Geschwindigkeitsdaten deuten darauf hin, dass die Krustengesteine in beiden Hemisphären von ähnlicher Dichte sind. Auf der Erde ist die Kruste unter den Ozeanen dichter als die Kruste der Kontinente.
„Wir fangen an, das Geheimnis dieser Dichotomie gewissermaßen aufzudecken“, sagte Doyeon Kim, ein Planetenwissenschaftler an der Eidgenössischen Technischen Hochschule in Zürich und Hauptautor von das Science Paper, das die InSight-Ergebnisse beschreibt.
Die Science-Papiere sind die neuesten Erkenntnisse aus einem arbeitsreichen Jahr für die InSight-Mission, auch wenn das Raumschiff stirbt, weil sich Staub auf seinen Solarmodulen ansammelt und seine Energieversorgung unterbricht.
Während der NASA-Pressekonferenz sagte Bruce Banerdt, der leitende Ermittler der InSight-Mission, dass die Erwartung sei, dass das Raumschiff in den nächsten vier bis acht Wochen verstummen werde. „Das ist eine traurige Sache, darüber nachzudenken“, sagte er.
Ein regionaler Staubsturm auf der Südhalbkugel zog nicht direkt über InSight hinweg, aber er wirbelte mehr Staub in die Atmosphäre auf, der sich schließlich auf den Solarmodulen absetzte und die Leistungsabgabe weiter reduzierte, sagte Dr. Banerdt.
„Wir hatten das Seismometer für ein paar Wochen abgeschaltet“, sagte er. „Wir betreiben das Seismometer jetzt wieder, an diesem Punkt nur an einem von vier Tagen, um unsere Energie zu sparen. Aber selbst bei dieser relativ geringen Nutzung werden die Batterien immer noch langsam erschöpft.“
Im ein weiterer Artikel, der in der Zeitschrift Nature Astronomy veröffentlicht wurde Am Donnerstag nutzten Wissenschaftler die seismischen Daten von InSight zur Untersuchung Cerberus Fossaeeine stark zerklüftete, 750 Meilen lange Region, aus der die meisten seismischen Grollen des Mars stammen.
Hitze von Magma aus einer vulkanischen Region im Westen heizt dort die Kruste auf, sagte Simon C. Stähler, Seismologe ebenfalls an der Eidgenössischen Technischen Hochschule und Hauptautor des Artikels Nature Astronomy.
„Sie verursachen im Grunde diese Schwächung, diese lokale Schwächung, die Erdbeben ermöglicht“, sagte er.
Die InSight-Wissenschaftler untersuchen auch ein Marsbeben der Stärke 4,7 im Mai, das stärkste, das während der Mission entdeckt wurde. Dieser scheint ein echtes Marsbeben zu sein, da in der Nähe des Epizentrums, das in der Nähe von Cerberus Fossae liegt, kein Krater gesehen wurde.
Sobald InSight heruntergefahren ist, werden an anderer Stelle im Sonnensystem keine Seismometer mehr in Betrieb sein. Aber ein Ersatz-Seismometer, das für InSight gebaut wurde, wird modifiziert, um in ein paar Jahren auf die andere Seite des Mondes geschickt zu werden, und Dragonfly-Mission der NASA zum Titander größte Mond des Saturn, wird auch ein Seismometer tragen.
„Die planetare Seismologie ist ein fortlaufendes Gebiet“, sagte Dr. Panning.