Wie seismische Daten von NASA InSight die Geschichte des Mars neu schreiben

Seismische Signale deuten darauf hin Mars Jedes Jahr wird er von etwa 300 Basketball-großen Meteoriten getroffen, was ein neues Instrument zur Datierung von Planetenoberflächen darstellt.

Beteiligte Wissenschaftler NASADie InSight-Mission der NASA hat ergeben, dass der Mars weit mehr Meteoriteneinschlägen ausgesetzt ist als bisher angenommen, wobei der Jahresdurchschnitt zwischen 280 und 360 größeren Einschlägen liegt. Dieses neue Verständnis basiert auf seismischen Daten, die mit dem Seismometer von InSight erfasst wurden, und deutet auf eine effizientere Möglichkeit hin, die Oberflächen von Planeten im gesamten Sonnensystem zu datieren.

Die neue Forschung unter der Leitung von Wissenschaftlern bei Imperial College London Eine aktuelle Studie von Forschern der Universität Zürich in Zusammenarbeit mit dem Eidgenössischen Institut für Naturwissenschaften im Rahmen der InSight-Mission der NASA ergab, wie häufig es auf dem Mars zu „Marsbeben“ kommt, die durch Meteoriteneinschläge verursacht werden.

Die Forscher fanden heraus, dass der Mars jedes Jahr etwa 280 bis 360 Meteoriteneinschläge erfährt, wodurch Krater mit einem Durchmesser von mehr als acht Metern entstehen und die Oberfläche des Roten Planeten erschüttert wird.

Die Rate dieser Marsbeben, die vom Seismographen des InSight Rovers – einem Instrument, das kleinste Bodenbewegungen messen kann – überwacht wird, übertrifft frühere Schätzungen, die auf Satellitenbildern der Marsoberfläche basieren.

Diese Krater entstanden durch die Kollision eines Meteoriten mit dem Mars am 5. September 2021 und sind die ersten Krater, die von der NASA-Sonde InSight beobachtet wurden. Dieses vom Mars Reconnaissance Orbiter der NASA aufgenommene Farbbild hebt Staub und Erde, die durch den Einschlag aufgewirbelt wurden, in Blau hervor, um Details für das menschliche Auge besser sichtbar zu machen. Urheberrecht: NASA/JPL-Caltech/University of Arizona

Seismische Daten und Planetendatierung

Die Forscher sagen, dass diese seismischen Daten eine bessere und direktere Methode zur Messung der Meteoriteneinschlagsraten sein könnten und Wissenschaftlern dabei helfen könnten, das Alter der Planetenoberflächen im gesamten Sonnensystem genauer zu bestimmen.

„Indem wir seismische Daten verwenden, um zu verstehen, wie oft Meteoriten den Mars treffen und wie diese Einschläge seine Oberfläche verändern, können wir beginnen, die Ergebnisse besser zusammenzufassen“, sagte Dr. Natalia Wojcicka, Co-Autorin der ersten Studie und wissenschaftliche Mitarbeiterin in der Abteilung für Geowissenschaften und Ingenieurwesen am Imperial College London. Zusammen eine Zeitleiste der geologischen Geschichte und Entwicklung des Roten Planeten.

„Man kann es sich als eine Art ‚kosmische Uhr‘ vorstellen, die uns hilft, das Alter der Oberflächen des Mars und vielleicht später auch anderer Planeten im Sonnensystem zu bestimmen.“

Die Studie wird heute (28. Juni) in der Zeitschrift veröffentlicht Naturastronomie.

Ein Collagenbild zeigt drei Meteoriteneinschläge, die zuerst von einem Seismographen auf dem InSight-Lander der NASA entdeckt und später vom Mars Reconnaissance Orbiter der Agentur mit der HiRISE-Kamera erfasst wurden. Urheberrecht: NASA/JPL-Caltech/University of Arizona

Einschlagskrater als kosmische Uhren

Seit Jahren verwenden Wissenschaftler die Anzahl der Krater auf der Oberfläche des Mars und anderer Planeten als „kosmische Uhren“, um das Alter von Planeten abzuschätzen – wobei ältere Oberflächen von Planeten mehr Krater aufweisen als jüngere.

Um auf diese Weise das Alter des Planeten zu berechnen, verwendeten Wissenschaftler Modelle, die auf Kratern auf der Mondoberfläche basieren, um die Kollisionsrate von Meteoriten unterschiedlicher Größe im Laufe der Zeit vorherzusagen. Um diese Modelle auf den Mars anzuwenden, müssten sie modifiziert werden, um zu berücksichtigen, wie die Atmosphäre verhindert, dass kleinste Objekte auf die Oberfläche treffen, und um die unterschiedliche Größe und Lage des Mars im Sonnensystem zu berücksichtigen.

Bei kleinen Kratern mit einem Durchmesser von weniger als 60 Metern konnten Marsforscher auch anhand von Satellitenbildern beobachten, wie häufig neue Krater entstehen – allerdings ist die Zahl der so gefundenen Krater deutlich geringer als erwartet.

Künstlerische Darstellung des InSight-Landers im Einsatz auf der Marsoberfläche. InSight, die Abkürzung für Interior Exploration Using Seismic Investigations, Geodesy and Heat Transfer, ist ein Lander, der die erste umfassende Untersuchung des Mars seit seiner Entstehung vor 4,5 Milliarden Jahren durchführen soll. Urheberrecht: NASA/JPL-Caltech

Erkenntnisse aus dem Seismometer von InSight

In dieser neuen Forschung, die Teil der InSight-Mission zum Verständnis seismischer Aktivität und der inneren Struktur des Mars ist, haben Forscher ein bisher unbekanntes Muster seismischer Signale identifiziert, wie sie durch Meteoriteneinschläge erzeugt werden. Diese Signale zeichneten sich neben anderen Merkmalen durch einen ungewöhnlich größeren Anteil hochfrequenter Wellen im Vergleich zu typischen seismischen Signalen aus und wurden als „sehr hochfrequente“ Mars-Erdbeben bezeichnet.

Die Forscher fanden heraus, dass die Rate der Meteoriteneinschläge höher ist als bisher geschätzt, indem sie sich neu gebildete Krater ansahen, die auf Satellitenbildern erfasst wurden, und im Einklang mit der Extrapolation von Daten von Kratern auf der Mondoberfläche.

Dies hat die Grenzen früherer Modelle und Schätzungen sowie die Notwendigkeit besserer Modelle zum Verständnis der Kraterbildung und Meteoriteneinschläge auf dem Mars deutlich gemacht.

Die Macht seismischer Daten in der Planetenwissenschaft

Um dieses Problem anzugehen, nutzte das Wissenschaftlerteam die InSight-Sonde der NASA und ihren hochempfindlichen Seismographen SEIS, um seismische Ereignisse aufzuzeichnen, die möglicherweise durch Meteoriteneinschläge verursacht wurden.

SEIS entdeckte deutliche seismische Signaturen dieser hochfrequenten Marsbeben, die nach Ansicht der Forscher auf Meteoriteneinschläge hindeuteten und sich von anderen seismischen Aktivitäten unterschieden.

Mithilfe dieser neuen Methode zur Einschlagserkennung entdeckten die Forscher weitaus mehr Einschlagsereignisse als auf Satellitenbildern vorhergesagt, insbesondere bei kleinen Einschlägen, bei denen Krater mit nur wenigen Metern Durchmesser entstehen.

Professor Gareth Collins, einer der Co-Autoren der Studie vom Department of Earth Sciences and Engineering am Imperial College London, sagte: „SEIS hat sich bei der Erkennung von Einschlägen als unglaublich erfolgreich erwiesen – und es scheint, dass das Abhören von Einschlägen effektiver ist, als nach ihnen zu suchen.“ wenn wir verstehen wollen, wie oft sie auftreten.“

Verbessern Sie unser Verständnis des Sonnensystems

Forscher glauben, dass der Einsatz kleinerer, teurerer Seismometer auf zukünftigen Landegeräten unser Verständnis der Einschlagsraten und der inneren Struktur des Mars verbessern könnte. Diese Geräte werden Forschern helfen, mehr seismische Signale zu erkennen und einen umfassenderen Datensatz zum Verständnis von Meteorkollisionen mit dem Mars und anderen Planeten sowie deren inneren Strukturen bereitzustellen.

„Um die innere Struktur von Planeten zu verstehen, nutzen wir die Seismologie“, sagte Dr. Wojcica. „Das liegt daran, dass sich seismische Wellen verändern, wenn sie durch Materialien in der Kruste, dem Mantel und dem Kern eines Planeten wandern.“ kann bestimmen, woraus diese Schichten bestehen und wie tief sie sind.“

„Auf der Erde kann man die innere Struktur unseres Planeten am einfachsten verstehen, indem man sich die Daten von Seismometern auf der ganzen Welt ansieht. Auf dem Mars gab es jedoch nur eines – SEIS. Um die innere Struktur des Mars besser zu verstehen.“ Zu mehr Seismometern, die über den ganzen Planeten verteilt sind.

Sowie neue Forschungsergebnisse veröffentlicht in NaturastronomieDas Team ist auch an einer weiteren Studie beteiligt, die in veröffentlicht wurde Fortschritt der Wissenschaft Today, das von InSight aufgezeichnete Bilder und atmosphärische Signale nutzte, um abzuschätzen, wie oft es zu Einschlägen auf dem Mars kommt. Obwohl beide Studien unterschiedliche Methoden verwendeten, kamen sie zu ähnlichen Schlussfolgerungen, was die Gesamtergebnisse untermauerte.

Referenz: „Schätzung der Einschlagsrate auf dem Mars aus Statistiken sehr hochfrequenter Mars-Erdbeben“ 28. Juni 2024, Naturastronomie.
DOI: 10.1038/s41550-024-02301-z