Künstlerische Darstellung der inneren Struktur des Mars. (IPGP/David Ducros) Eine unbewegliche Sonde sitzt wie eine gedrungene Schildkröte auf der Oberfläche Mars hat endlich ein umfassendes Bild der inneren Struktur des Roten Planeten geliefert.
Der Mars-InSight-Lander hat etwa 733 Marsbeben gemessen und Informationen zu 35 davon verwendet, um ein Bild der Kruste, des Mantels und des Kerns zu erstellen. Es ist das erste Mal, dass seismische Daten verwendet werden, um das Innere eines anderen Planeten als der Erde zu untersuchen, und ein wichtiger Schritt zum Verständnis der Entwicklung von Gesteinsplaneten im Sonnensystem.
Diese Erdbeben haben die Dicke und Struktur der Kruste und des Mantels sowie einen überraschend großen flüssigen Kern geringer Dichte offenbart. Die Ergebnisse wurden in drei Artikeln beschrieben, die in veröffentlicht wurden Wissenschaft ; Sie stellen eine absolut atemberaubende Leistung wissenschaftlichen Einfallsreichtums und harter Arbeit dar.
„Diese Studie ist eine einmalige Chance“, said planetary seismologist Simon Stähler der ETH Zürich in der Schweiz.
„Wissenschaftler brauchten Hunderte von Jahren, um den Erdkern zu vermessen; Nach den Apollo-Missionen dauerte die Messung 40 Jahre der Mond 'Punktzahl. „InSight brauchte nur zwei Jahre, um den Kern des Mars zu vermessen.“
Beben sind wirklich wunderbare Dinge. Sie breiten sich von ihrem Ursprungsort aus in Wellen aus und breiten sich über den Planeten oder Mond aus oder Stern , und herumhüpfen. Die Art und Weise, wie sich diese seismischen Wellen durch bestimmte Materialien ausbreiten und von ihnen reflektiert werden, ermöglicht es Seismologen, das Innere der Wirtsobjekte zu kartieren.
Bis vor relativ kurzer Zeit galt der Mars nicht als besonders geologisch aktiv. Es gibt keine tektonischen Platten, sondern eine diskrete Krustenschicht. Obwohl es alte Vulkanregionen gibt, wurden keine neuen vulkanischen Aktivitäten beobachtet. Es gibt auch kein globales Magnetfeld, das auf der Erde durch a erzeugt wird Dynamo - eine innere rotierende, konvektive und elektrisch leitende Flüssigkeit (der Kern), die kinetische Energie in magnetische Energie umwandelt und das Magnetfeld in den Weltraum hinauswirbelt.
Jüngste Beobachtungen deuten jedoch darauf hin, dass der Rote Planet nicht so tot ist, wie wir dachten. Da waren Hinweise auf vulkanische Aktivität . Und im April 2019 entdeckte InSight dies allererstes Grollen aus dem Inneren des Mars - endlich ein direkter Beweis für Marsbeben.
Seitdem wurden über 700 Marsbeben katalogisiert – etwa 35 davon waren stark genug für eine seismische Kartierung, selbst wenn man mit den Einschränkungen von InSight arbeitete: Hier auf der Erde wird die seismische Kartierung mithilfe mehrerer Überwachungsstationen durchgeführt. InSight ist nur eine einzelne Sonde.
„Die direkten seismischen Wellen eines Erdbebens ähneln ein wenig dem Klang unserer Stimmen in den Bergen: Sie erzeugen Echos“, erklärte der Planetenseismologe Philippe Lognonné der Universität Paris in Frankreich.
„Und es waren diese Echos, die vom Kern oder an der Kruste-Mantel-Grenzfläche oder sogar der Marsoberfläche reflektiert wurden, nach denen wir in den Signalen gesucht haben, dank ihrer Ähnlichkeit mit den direkten Wellen.“
Von außen nach innen beginnend erstes Papier charakterisiert die Dicke der Marskruste, basierend auf der Dicke der Kruste am InSight-Standort. Sie fanden heraus, dass die Kruste im Durchschnitt zwischen 24 und 72 Kilometer (15 bis 45 Meilen) dick ist und aus mindestens zwei Schichten besteht.
Die oberste Schicht sei unerwartet porös, fanden die Forscher heraus, und die Kruste an der Landestelle sei unerwartet dünn. Dies deutet auf einen hohen Anteil radioaktiver Elemente in der Kruste hin, was bedeutet, dass wir die Zusammensetzung der Kruste in früheren Modellen möglicherweise falsch verstanden haben.
„Was die Seismologie messen kann, sind hauptsächlich Geschwindigkeitskontraste.“ „Das sind Unterschiede in der Ausbreitungsgeschwindigkeit seismischer Wellen in verschiedenen Materialien“, said Brigitte Knapmeyer-Endrun der Universität zu Köln in Deutschland.
„Ähnlich wie in der Optik können wir Phänomene wie Reflexion und Brechung beobachten.“ „Bei der Kruste kommt uns auch zugute, dass Kruste und Mantel aus unterschiedlichen Gesteinen bestehen und zwischen ihnen ein starker Geschwindigkeitssprung besteht.“
Der nächster Beitrag untersuchte den Mantel und stellte fest, dass er aus einer einzigen Gesteinsschicht besteht, wobei sich die feste Lithosphäre zwischen 400 und 600 Kilometer erstreckt. Dies steht im Gegensatz zur Lithosphäre der Erde etwa 100 Kilometer dick ; Beide Lithosphären haben jedoch wahrscheinlich einen unteren Bereich, in dem das Material etwas zu schmelzen beginnt und sich langsam bewegt.
Wie die Kruste ist auch der Marsmantel wahrscheinlich mit radioaktiven Elementen angereichert.
„Seismische Daten haben bestätigt, dass der Mars vermutlich einst vollständig geschmolzen war, bevor er sich in die Kruste, den Mantel und den Kern teilte, die wir heute sehen, dass diese sich jedoch von denen der Erde unterscheiden.“ sagte der Geophysiker Amir Khan der ETH Zürich.
„Die dicke Lithosphäre passt gut zum Modell des Mars als ‚Ein-Platten-Planet‘.“
Endlich, das drittes Papier erforschte den Marskern und seine Grenzen. Erstens fanden die Forscher heraus, dass der Mantel des Mars im Gegensatz zu den beiden Mantelschichten der Erde wahrscheinlich nur eine Schicht aufweist.
Zweitens ist der Kern mit einem Radius von etwa 1.830 Kilometern viel größer als bisher angenommen. Das ist riesig – mehr als die Hälfte des Planetenradius von 3.390 Kilometern und 200 Kilometer größer als gedacht.
Die seismischen Daten deuten auch darauf hin, dass der Kern flüssig ist, obwohl die größere Größe darauf hindeutet, dass er eine geringere Dichte aufweist als bisher angenommen. Dies bedeutet, dass der Kern neben Eisen und Nickel wahrscheinlich auch leichtere Elemente wie Schwefel, Sauerstoff, Kohlenstoff und Wasserstoff enthält, was Auswirkungen auf die Mineralogie der Kern-Mantel-Grenze hat.
Diese Informationen könnten uns helfen herauszufinden, wie der Mars seinen Dynamo und das damit verbundene Magnetfeld verloren hat – Informationen, die uns wiederum helfen könnten, Planetendynamos und Magnetfelder im Allgemeinen und die der Erde im Besonderen besser zu verstehen.
„Die InSight-Mission war eine einzigartige Gelegenheit, diese Daten zu erfassen“, sagte der Seismologe und Geowissenschaftler Domenico Giardini der ETH Zürich.
„Aber wir sind noch lange nicht mit der Analyse aller Daten fertig – der Mars stellt uns immer noch vor viele Rätsel, insbesondere ob er zur gleichen Zeit und aus dem gleichen Material wie unsere Erde entstanden ist.“
Die drei Artikel wurden in veröffentlicht Wissenschaft . Sie können gefunden werden Hier , Hier Und Hier .