Wissenschaftler haben zum ersten Mal seismische Wellen beobachtet, die sich durch den Marskern bewegen, und die Modellvorhersagen über die Zusammensetzung des Kerns bestätigt.
Ein internationales Forscherteam, dem auch Seismologen der University of Maryland angehörten, nutzte seismische Daten, die von der NASA-Landeeinheit InSight erfasst wurden, um die Eigenschaften des Marskerns direkt zu messen, und stellte fest, dass der Kern vollständig aus einer flüssigen Eisenlegierung besteht und einen hohen Schwefel- und Sauerstoffanteil aufweist.
Die Ergebnisse, die am 24. April 2023 in den Proceedings of the National Academy of Sciences veröffentlicht wurden, geben neue Einblicke in die Entstehung des Mars und die geologischen Unterschiede zwischen Erde und Mars, die letztendlich eine Rolle bei der Bewohnbarkeit des Planeten spielen könnten.
„1906 entdeckten Wissenschaftler zum ersten Mal den Erdkern, indem sie beobachteten, wie seismische Wellen von Erdbeben beeinflusst wurden, wenn sie sich durch ihn hindurch bewegten“, sagte Vedran Lekic, außerordentlicher Professor für Geologie an der UMD und zweiter Autor der Studie. „Mehr als einhundert Jahre später wenden wir unser Wissen über seismische Wellen auf dem Mars an. Mit InSight entdecken wir endlich, was sich im Zentrum des Mars befindet und was den Mars so ähnlich und doch anders als die Erde macht.“
Um diese Unterschiede festzustellen, verfolgte das Team den Verlauf zweier weit entfernter seismischer Ereignisse auf dem Mars, von denen eines durch ein Marsbeben und das andere durch einen großen Einschlag verursacht wurde, und entdeckte Wellen, die sich durch den Kern des Planeten bewegten.
Durch den Vergleich der Zeit, die diese Wellen brauchten, um den Mars zu durchqueren, mit Wellen, die im Erdmantel verblieben, und durch die Kombination dieser Informationen mit anderen seismischen und geophysikalischen Messungen schätzte das Team die Dichte und Kompressibilität des Materials, das die Wellen durchquert hatten. Die Ergebnisse der Forscher deuten darauf hin, dass der Mars höchstwahrscheinlich einen vollständig flüssigen Kern hat, im Gegensatz zu der Kombination aus einem flüssigen äußeren Kern und einem festen inneren Kern auf der Erde.
Darüber hinaus leitete das Team Details über die chemische Zusammensetzung des Kerns ab, wie z. B. die überraschend große Menge an leichten Elementen (Elemente mit niedriger Ordnungszahl) – nämlich Schwefel und Sauerstoff – in der innersten Schicht des Mars. Die Ergebnisse des Teams deuten darauf hin, dass ein Fünftel des Gewichts des Kerns aus diesen Elementen besteht. Dieser hohe Prozentsatz unterscheidet sich deutlich von dem vergleichsweise geringeren Gewichtsanteil leichter Elemente im Erdkern, was darauf hindeutet, dass der Marskern weitaus weniger dicht und kompressibler ist als der Erdkern – ein Unterschied, der auf unterschiedliche Entstehungsbedingungen für die beiden Planeten hindeutet.
„Man kann sich das so vorstellen: Die Eigenschaften des Kerns eines Planeten können als Zusammenfassung darüber dienen, wie der Planet entstanden ist und wie er sich im Laufe der Zeit dynamisch entwickelt hat. Das Endergebnis der Entstehungs- und Evolutionsprozesse kann entweder die Schaffung oder das Fehlen von lebenserhaltenden Bedingungen sein“, erklärte Nicholas Schmerr, ein weiterer Mitautor der Studie, UMD Associate Professor für Geologie.
„Die Einzigartigkeit des Erdkerns ermöglicht es ihm, ein Magnetfeld zu erzeugen, das uns vor den Sonnenwinden schützt und es uns ermöglicht, Wasser zu bewahren. Der Kern des Mars erzeugt diesen Schutzschild nicht, so dass die Oberflächenbedingungen des Planeten lebensfeindlich sind.“
Obwohl der Mars gegenwärtig kein Magnetfeld hat, vermuten die Wissenschaftler, dass es einst eine magnetische Abschirmung gab, die dem vom Erdkern erzeugten Feld ähnlich war, da Spuren von Magnetismus in der Marskruste zurückgeblieben sind. Lekic und Schmerr stellten fest, dass dies bedeuten könnte, dass sich der Mars allmählich zu seinen heutigen Bedingungen entwickelt hat und sich von einem Planeten mit einer potenziell bewohnbaren Umgebung in eine unglaublich feindliche Umgebung verwandelt hat. Den Forschern zufolge spielen die Bedingungen im Inneren des Planeten eine Schlüsselrolle bei dieser Entwicklung, ebenso wie heftige Einschläge.
„In mancher Hinsicht ist es wie ein Puzzle“, sagte Lekic. „Zum Beispiel gibt es kleine Spuren von Wasserstoff im Kern des Mars. Das bedeutet, dass es bestimmte Bedingungen gegeben haben muss, unter denen der Wasserstoff entstehen konnte, und wir müssen diese Bedingungen verstehen, um zu verstehen, wie sich der Mars zu dem Planeten entwickelt hat, der er heute ist.“
Die Ergebnisse des Teams haben letztlich die Genauigkeit der aktuellen Modellierungsschätzungen bestätigt, die darauf abzielen, die unter der Oberfläche eines Planeten verborgenen Schichten zu entschlüsseln. Für Geophysiker wie Lekic und Schmerr ebnet diese Forschung auch den Weg für künftige geophysikalisch orientierte Expeditionen zu anderen Himmelskörpern, einschließlich Planeten wie Venus und Merkur.
„Dies war eine gewaltige Anstrengung, bei der modernste seismologische Techniken, die auf der Erde verfeinert wurden, zusammen mit neuen Ergebnissen von Mineralphysikern und den Erkenntnissen von Teammitgliedern, die simulieren, wie sich das Innere von Planeten im Laufe der Zeit verändert, zum Einsatz kamen“, so Jessica Irving, Dozentin an der Universität Bristol und Erstautorin der Studie. „Aber die Arbeit hat sich gelohnt, und wir wissen jetzt viel mehr darüber, was im Inneren des Marskerns passiert.“
„Obwohl die InSight-Mission im Dezember 2022 nach vier Jahren seismischer Überwachung endete, analysieren wir immer noch die gesammelten Daten“, sagte Lekic. „InSight wird auch in den kommenden Jahren Einfluss darauf haben, wie wir die Entstehung und Entwicklung des Mars und anderer Planeten verstehen.“
