28.10.2022 – 11:09
Universität zu Köln
Nach zwei großen Meteoriteneinschlägen auf dem Mars beobachteten Forscher erstmals außerhalb der Erde direkte seismische Wellen, die sich über die Oberfläche eines Planeten ausbreiten / Veröffentlichung in „Science“
Daten von zwei Meteoriteneinschlägen auf dem Mars, die von der NASA-Sonde InSight aufgezeichnet wurden, liefern neue Einblicke in die Struktur der Marskruste. Forscher hatten zuvor viele Erdbeben beobachtet, deren Wellen sich von der Quelle des Erdbebens bis in den tiefen Mars ausbreiteten. Seitdem warten sie auf ein Ereignis, das ebenfalls Wellen erzeugt, die über die Oberfläche des Planeten wandern. Am 24. Dezember 2021 war es dann soweit: Ein Meteoriteneinschlag auf dem Mars rund 3500 Kilometer von InSight entfernt erzeugte einen Krater mit über 100 Kilometer Durchmesser und die ersehnten Oberflächenwellen. Die Forscher konnten auch einen Meteoriteneinschlag fast 7.500 Kilometer von InSight entfernt als Quelle eines zweiten Bebens identifizieren. Eine Bewertung dieser beiden Veranstaltungen, in denen Dr. Das haben Brigitte Knapmeyer-Endrun und Sebastian Carrasco vom Institut für Geologie und Meteorologie der Universität zu Köln jetzt in der Fachzeitschrift Science veröffentlicht. Der Grund, warum Oberflächenwellen für Forscher so wichtig sind, ist, dass sie Informationen über die Struktur der Marskruste liefern. Die Wellen am Himmel, die während der Beben durch das Innere des Planeten wandern, haben es bereits ermöglicht, den Kern des Mars, den Mantel und die Kruste zu kennen. Allerdings dürfte die Kruste wie auf der Erde am heterogensten sein, und die bisherigen Daten entsprechen nur einem Ort auf dem Planeten. „Bisher basierte unser Wissen über die Marskruste nur auf einer Messung eines Punktes unterhalb des InSight-Landers“, sagt Dr. Doyeon Kim, Oberassistent am ETH-Institut für Geophysik und Erstautor der Studie. Das Ergebnis der Oberflächenwellenanalyse überraschte den Geophysiker: Zwischen den Einschlagstellen und dem InSight-Seismometer weist die Marskruste eine sehr gleichmäßige Struktur und im Mittel eine hohe Dichte auf. Direkt unter der Sonde hingegen hatten die Forscher zuvor drei Schichten der Kruste entdeckt und eine geringere Dichte gemessen. Insbesondere die oberflächennahe Schicht, die unter InSight etwa 10 km dick ist und sich durch geringe seismische Geschwindigkeiten und geringe Dichte auszeichnet, ist in den neuen Daten nicht sichtbar, da die Einschläge sehr deutliche Krater hinterlassen haben, die in sichtbar sind Fotos aus dem Orbit ist dies das erste Mal, dass Forscher genau feststellen können, dass die seismischen Daten der InSight-Sonde von entfernten Einschlägen stammen. Durch die enge Staffelung der Fotos in den Umlaufbahnen war es auch möglich, bei der Entstehung der Krater herauszuzoomen. Dies passt genau zu den Zeiten, als die seismischen Signale aufgezeichnet wurden, außerhalb der Erde wurden erstmals Einschläge mit verschiedenen Methoden (seismisch und fotografisch) nachgewiesen. Da es sich bei Meteoriteneinschlägen um natürliche Quellen auf der Planetenoberfläche handelt, könnte dies erklären, warum bisher keine Oberflächenwellen beobachtet wurden, da auch Quellen wie Marsbeben, die in größerer Tiefe stattfinden, die Oberfläche nicht anregen. Zu wissen, welche Eigenschaften die Signale bestimmter Einschläge haben, hilft Forschern, diese in den InSight-Daten besser zu erkennen, einzuordnen und für Himmelskörperentstehungs- und -entwicklungsmodelle zu nutzen. Er ist das Ergebnis früher manteldynamischer Prozesse und nachfolgender magmatischer Prozesse“, erklärt Dr. Brigitte Knapmeyer-Endrun. „Deshalb kann er Aufschluss über Bedingungen vor Milliarden von Jahren und die Geschichte von Einschlägen geben, die besonders in der Frühzeit häufig waren Tage des Planeten Mars.“ Die Geschwindigkeit, mit der sich Oberflächenwellen ausbreiten, hängt von ihrer Frequenz ab. Indem wir messen, wie sich die Geschwindigkeit in seismischen Daten über verschiedene Frequenzen hinweg ändert, können wir ableiten, wie sich die Geschwindigkeit in verschiedenen Tiefen ändert, da die niedrigeren Frequenzen empfindlich sind größere Tiefen Daraus lässt sich wiederum die mittlere Dichte des Gesteins abschätzen, denn die seismische Geschwindigkeit hängt auch von den elastischen Eigenschaften des Materials durch die Fortbewegung der Wellen ab, so konnten die Forscher die Struktur des Gesteins bestimmen die Kruste in einer Tiefe zwischen 5 und 30 Kilometern unter der Oberfläche Eis des Mars Nun wollte das Team verstehen, warum die Durchschnittsgeschwindigkeit der beobachteten Oberflächenwellen deutlich höher war als sie. Er hatte aufgrund früherer Punktmessungen der Marssonde mit InSight erwartet. Ist dies auf Oberflächengestein oder andere Mechanismen zurückzuführen? Vulkangestein weist typischerweise höhere seismische Geschwindigkeiten auf, und die Pfade zwischen den beiden Meteoriteneinschlägen und der Messstelle verlaufen durch eine der größten Vulkanregionen auf der Nordhemisphäre des Mars. Mehrere Mechanismen – wie die Bildung von Oberflächenlava oder das Schließen von Porenräumen durch Erwärmung im Zusammenhang mit vulkanischen Prozessen – können die Geschwindigkeit seismischer Wellen erhöhen. „Andererseits könnte sich die Krustenstruktur unter dem Landeplatz von InSight auf einzigartige Weise gebildet haben, beispielsweise als Material während eines großen Asteroideneinschlags vor mehr als drei Milliarden Jahren ausgeworfen wurde. Dann ist die Struktur der Kruste unter der Sonde wahrscheinlich nicht so repräsentativ für die allgemeine Struktur der Kruste auf dem Mars”, erklärt Kim. Inhalt Kontakt:
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