Der Mars bebt: Erste Ergebnisse der Mission InSight

Beben, Staubwirbel und Magnetfeldimpulse auf dem Mars: An diesen neuen Erkenntnissen vom roten Planeten ist Dr. Rudolf Widmer-Schnidrig vom Geodätischen Institut der Universität Stuttgart interessiert und beteiligt. Er forscht mit NASA, DLR und weiteren Raumfahrtpartnern zu Wechselwirkungen zwischen der Marsatmosphäre und der festen Marsoberfläche.
[Foto: JPL/Caltech/Nasa]

Ein Jahr nach der Landung von InSight (Interior Exploration using Seismic Investigations, Geodesy and Heat Transport) auf dem Mars sind nun erste Ergebnisse bekannt. Die Veröffentlichungen in der Zeitschrift Nature zeigen Neues über Beben, Kern, Atmosphäre, Magnetfeld und Geologie des Mars, wie die NASA berichtet. InSight ist eine Gemeinschaftsmission der US-Raumfahrtbehörde NASA und europäischer Partnerinstitutionen, wie des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt DLR und der französischen Agentur CNES.  Sie ist die erste Mission, die ihren Blick tief unter die Marsoberfläche richtet, und soll Erkenntnisse über den Aufbau des Mars bringen, etwa zur Größe und Beschaffenheit des Kerns, sowie zur Dicke der Kruste.

 (c)
Dr. Rudolf Widmer-Schnidrig bei der Arbeit im BFO-Stollen.

Beben, Staubwirbel und Magnetfeldimpulse auf dem Mars

Ein Seismometer, welcher ein europäischer Beitrag zur Mission ist, sammelt wichtige Daten vom Mars. Das hochempfindliche Instrument wurde im Vorfeld der Mission am Geowissenschaftlichen Gemeinschaftsobservatorium der Universität Stuttgart und des Karlsruher Instituts für Technologie (Black Forest Observatory – BFO) in Schiltach getestet. Dort herrschen wegen besonders geringer Bodenunruhe exzellente Messbedingungen. Der Seismometer hat in einem Jahr mehr als 400 seismische Signale auf dem Mars gemessen, von denen die überwiegende Mehrheit wahrscheinlich Beben sind. An der Auswertung der Daten ist der Wissenschaftler Dr. Rudolf Widmer-Schnidrig vom BFO beteiligt. Er erzählt von seiner Arbeit an InSight:

Was schließen Sie aus den Beben auf dem Mars?

Die Beben sind schwächer, als wir Seismologen insgeheim gehofft haben. Verglichen mit Seismogrammen von der Erde und vom Mond (aus der Apollo-Mission) kann man sagen, dass die vom Mars denen vom Mond ähneln – und sie auf der Erde höchstens mit Bodenerschütterungen verglichen werden können, die wir an Vulkanen messen. Die Bebensignale deuten darauf hin, dass die Kruste des Mars sehr heterogen ist. Das ist einerseits unerwartet und anderseits eine Herausforderung bei der Interpretation der Signale: Wir müssen neue Verfahren zur Analyse entwickeln.

In welchem Bereich sind Sie mit Ihrer Forschung an der Mission InSight beteiligt?

An der Wechselwirkung zwischen der Marsatmosphäre und der festen Marsoberfläche. Mit dem Barometer auf dem InSight-Landemodul werden Atmosphärendruckschwankungen gemessen. Das Seismometer, welches auf der Marsoberfläche sitzt, spürt diese Druckschwankungen ebenfalls, weil der Mars kein starrer Körper ist, sondern elastisch reagiert, sobald er gedrückt wird. Aus diesem Vergleich von anregendem Atmosphärendruck und nachgebender Marsoberfläche können wir auf die Elastizität der obersten Schichten unter dem Seismometer schließen.

In den Publikationen werden Wirbelstürme erwähnt. Was hat es damit auf sich?

Das auffälligste Drucksignal sind kurzzeitige Abnahmen, verursacht durch sogenannte Dustdevils. Also Wirbel, die mikroskopisch feinen Staub von der Marsoberfläche in die hohe Marsatmosphäre transportieren. Diese Dustdevils treten gehäuft jeweils am Nachmittag auf.  Leider sind Versuche, sie zu fotografieren, bisher nicht geglückt. Doch beim Vergleich zweier Bilder aus dem nahen Umfeld des Landemoduls, die zu verschiedenen Zeitpunkten gemacht wurden, ist fehlender oder umgelagerter Staub zu erkennen. Dies werten wir als Nachweis eines vorbeigezogenen Dustdevils. Gleichzeitig mit dem Ansprechen des Barometers ist bei einigen Dustdevils auch die elektrische Leistung der Solarzellen kurzzeitig abgesunken, was als Indiz für Schattenwurf des Dustdevils interpretiert wird.

Was müssen Sie bei der Datenauswertung beachten?

Ich bin am Identifizieren und Entfernen von Artefakten in den Seismometerdaten beteiligt, die durch die extremen Umgebungsbedingungen auf dem Mars verursacht werden. Die Außentemperatur auf dem Mars schwankt im Laufe eines Tages um bis zu 80 Grad Celsius: von -90°C bis -10°C. Von dieser extremen Temperaturschwankung kommen trotz der aufwändigen thermischen Abschirmung immer noch Schwankungen von 10°C im Inneren des Seismometers an. In solch einem komplexen Gerät führen derartige Temperaturschwankungen zu Spannungen. Diese entladen sich sprunghaft in Form von kleinsten Knacksern. Solche Sprünge aus den Daten zu entfernen, ist der erste Schritt in fast jeder Analyse der Marsseismogramme.

Welche neuen Erkenntnisse haben Sie im Bereich Magnetismus gewonnen?

Messungen der Magnetfeldvariationen und deren Vergleich mit gleichzeitigen Magnetfeldmessungen auf Satelliten in der Marsumlaufbahn deuten darauf hin, dass die Marskruste eine hohe elektrische Leitfähigkeit besitzt. Dies wird als Hinweis auf Fluide in der Kruste gewertet. Insgesamt brauchen die Experimente aber noch Zeit. Erst nach einem vollen Marsjahr, was zwei Erdenjahren entspricht, können wir die Daten umfassend interpretieren.

Zum Seitenanfang