Quelle: DLR 27. Oktober 2022.

27. Oktober 2022 – Die NASA-Mission InSight registrierte an Heiligabend 2021 mit seinem Seismometer SEIS die Erschütterungen eines Meteoriteneinschlags auf dem Mars, die so stark waren wie ein Beben der Magnitude 4. Unabhängig davon fotografierte der Mars Reconnaissance Orbiter der NASA einen neuen, 150 Meter großen Krater, der sich genau auf diesen 24. Dezember 2021 datieren ließ. Beide Forschungsteams tauschten sich aus und kamen zu dem Schluss, dass die Quelle der seismischen Aktivität und der Ort des neuen Kraters zusammenpassen. Dies war das erste Mal, dass ein Meteoriteneinschlag auf einem anderen Planeten sowohl fotografisch als auch seismisch registriert wurde. Erstaunlich waren große Mengen von Wassereis, die durch den Einschlag mit dem offiziellen Namen S1094b aus dem neuen Krater geschleudert wurden. In zwei heute in der Fachzeitschrift Science veröffentlichten Artikeln werden das Ereignis und seine Auswirkungen detailliert beschrieben. Wissenschaftler des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) sind an den Analysen beteiligt. Zudem erschien parallel ein Artikel in Nature Astronomy zur Tektonik auf dem Mars, welcher die in den letzten Jahren mit InSight beobachteten Marsbeben als Auswirkung früherer vulkanischer Aktivitäten im Gebiet Cerberus Fossae interpretiert.

Als der Meteorit in der Region Amazonis Planitia einschlug, sprengte er einen Krater mit einem Durchmesser von 150 Metern und einer Tiefe von 21 Metern in den Marsboden. Ausgeworfenes Material färbt die Oberfläche bis in etliche Kilometer Entfernung dunkel und ist vereinzelt noch in 37 Kilometer Entfernung zu sehen. Mit der seismischen Detektion durch InSight und den nachfolgenden Bildern des Mars Reconnaissance Orbiter hatten die Forscherinnen und Forscher das äußerst seltene Glück, die Entstehung eines Kraters dieser Größe zu beobachten. Mars hat insgesamt eine Vielzahl deutlich größerer Krater, die allerdings auch mehrere Millionen oder Milliarden Jahre alt sind.

Der fotografische Nachweis hat den großen Vorteil, dass damit die genaue Richtung und Entfernung zum Epizentrum exakt bekannt ist, was sich mit einem einzelnen Seismometer sonst nur deutlich ungenauer abschätzen lässt. Dadurch kann viel genauer berechnet werden, auf welchem Weg die seismischen Wellen durch den Mars gelaufen sind, und welche Eigenschaften die Gesteine entlang dieses Wegs haben. Die Beobachtung von Meteoriteneinschlägen hilft so, das Innere des Mars noch besser zu verstehen.

Eis unter der Oberfläche nahe des Marsäquators
Brandneue Krater bieten Einblicke in die Prozesse der Kraterbildung und legen frische, noch nicht von Wind, Wetter und Sonnenstrahlung modifizierte Materialien unter der Oberfläche frei. In diesem Fall wurden große Eisbrocken, die durch den Einschlag verstreut wurden, von der HiRISE-Farbkamera (High-Resolution Imaging Science Experiment) des Mars Reconnaissance Orbiter der NASA aufgenommen, was das Forschungsteam vermuten lässt, dass der Einschlag eine Eisschicht in 10 bis 20 Metern Tiefe unter der Oberfläche freigelegt hat. Für zukünftige bemannte Marsmissionen ist es besonders interessant, wo auf dem Mars unterirdisches Eis für die menschliche Nutzung zu finden ist: Unterirdisches Wassereis wurde schon mehrmals in den nördlichen Tiefebenen, aber noch nie so nahe am Marsäquator gesichtet, wo der Mars am wärmsten ist.

Zweiter Einschlag in seismischen Daten entdeckt
Nach der Untersuchung des seismischen Signals des Einschlags nahmen sich das Forschungsteam auch ältere Daten noch einmal vor, um nach ähnlichen Seismogrammen zu suchen. Tatsächlich fanden sie, dass das Epizentrum eines Marsbebens vom 18. September 2021 zu einem frischen Krater von mehr als 100 Meter Größe passt. Dieser Einschlag wird ebenfalls in der Studie beschrieben. „Es ist außergewöhnlich einen frischen Krater dieser Größe zu entdecken“, sagt Ingrid Daubar von der Brown University im US-Bundesstaat Providence, die die wissenschaftliche Arbeitsgruppe für Einschläge bei InSight leitet. „Das ist ein aufregender Moment in der geologischen Geschichte des Mars, und wir durften ihn miterleben.“

Oberflächenwellen erlauben Rückschlüsse auf Struktur der Marskruste
Das Beben, das durch den massiven Einschlag im Dezember 2021 ausgelöst wurde, war das erste von der Mission beobachtete Beben mit Oberflächenwellen – einer Art seismischer Welle, die sich entlang der Oberseite der Planetenkruste ausbreitet. In der zweiten der beiden heute in der Zeitschrift Science veröffentlichten Arbeiten wird beschrieben, wie die Wissenschaftler diese Wellen nutzten, um die Struktur der Marskruste zu untersuchen. „Die Analysen der beiden Einschlagsereignisse zeigen, dass sich die Krustenstruktur auf der jeweiligen Strecke zwischen Impakt und der InSight-Plattform von der Krustenstruktur an der Landestelle selbst unterscheiden“, erklärt Dr. Ana-Catalina Plesa vom DLR-Institut für Planetenforschung. „Die im Durchschnitt höhere Ausbreitungsgeschwindigkeiten der seismischen Wellen deuten auf eine andere Zusammensetzung der Kruste in diesen Bereichen hin. Eine niedrigere Porosität der Kruste dort könnte ebenfalls eine Ursache sein. Beides wiederum würde auf eine höhere Krustendichte hinweisen und auf lokale Variationen in der Dichte der Mars-Kruste, wie wir sie bisher nicht kannten.“ Vorläufige Analysen deuten darauf hin, dass die Krustenstruktur der nördlichen und südlichen Mars-Hemisphäre in den Tiefen von 5 bis 30 Kilometern ähnlich sein könnten. „Weitere Analysen und der direkte Vergleich von seismischen Wellen beider Einschlagsereignisse werden uns wichtige Hinweise über die Bildung und Ausprägung der ‚Mars-Dichotomie‘ geben, die die Teilung in nördliche Tiefländer und südliche Hochländer auf dem Mars beschreibt“, so Plesa weiter, die an der Studie beteiligt ist.

Viele Marsbeben liefern Hinweise zur Tektonik des Mars
In einer weiteren aktuellen Veröffentlichung im Fachmagazin Nature Astronomy werden die in den vergangenen drei Jahren registrierten Marsbeben in einen geologischen Kontext gesetzt: Die meisten dieser Beben, für die ein Epizentrum berechnet werden konnte, ereigneten sich im Gebiet Cerberus Fossae etwa 1500 Kilometer östlich der Position des InSight-Landers. Dabei handelt es sich um ein Gebiet von relativ jungem Vulkanismus, dessen letzte Ausbrüche vor etwa 50.000 bis 200.000 Jahren stattfanden. „Ein auffälliges Merkmal von Cerberus Fossae sind hunderte Kilometer lange, aber sehr schmale und tiefe Gräben, die sich wie Risse in einem aufgehenden Teig durch die Landschaft ziehen“, erklärt der Seismologe Dr. Martin Knapmeyer vom DLR-Institut für Planetenforschung, der an dieser Studie beteiligt ist. „Solche Gräben können entstehen, wenn sich vulkanische ‚Gänge‘ bilden, wenn also Magma aus größerer Tiefe in Risse der oberen Kruste eindringt, und dabei das ganze Gebiet aufwölbt und anhebt. Im Laufe der Zeit erstarrt das Magma und zieht sich dabei etwas zusammen. Einige der registrierten Marsbeben fanden an Orten statt, die sich in der Nähe der zuletzt ausgeworfenen Lava befinden und einige eben auch unter den sichtbaren Gräben. Dabei zeigen sich Seismogramme, die gut zu abkühlenden Ganggesteinen passen“, so Knapmeyer weiter.

Eine andere „Familie“ von Marsbeben dagegen zeigt eine ungewöhnlich langsame Bruchausbreitung, wie sie aus vulkanischen Gebieten auf der Erde, wie etwa auch der Eifel, bekannt ist. Diese langsame Bruchausbreitung steht im Zusammenhang mit der Erwärmung des Gesteins durch das eingedrungene Magma – je wärmer ein Gestein, desto langsamer die Ausbreitung seismischer Wellen. „Damit zeigen die Daten von SEIS, dass Cerberus Fossae auch im Untergrund von der Erde bekannten vulkanischen Gebieten ähnelt, und der Vulkanismus dort vielleicht wie in der Eifel noch nicht ganz erloschen ist, sondern gegenwärtig nur ruht“, unterstreicht Knapmeyer.

InSight liefert den Blick ins Marsinnere
Die Marssonde InSight wurde zum Mars geschickt, um das tiefe Innere des Planeten – seine Kruste, seinen Mantel und seinen Kern – zu untersuchen, was den Wissenschaftlern Aufschluss über die Entstehung aller Gesteinsplaneten, einschließlich der Erde und des Mondes, geben kann. Seismische Wellen sind der Schlüssel zu diesem verbesserten Verständnis. Seit der Landung im November 2018 hat das SEIS-Experiment (Seismic Experiment for Interior Structrue) auf InSight 1.318 Marsbeben aufgezeichnet, darunter mehrere, die durch viel kleinere Meteoriteneinschläge verursacht wurden. Die meisten Beben haben allerdings tektonische Ursachen, also Verschiebungen von Gesteinspaketen wie bei Erdbeben, verursacht.

Wie oft es zu großen Meteoriteneinschlägen kommt ist nicht nur wegen einer möglichen Gefährdung von zukünftigen Astronauten von Interesse. Die Anzahl und Größe von Kratern auf anderen Planeten wird herangezogen, um das Alter ihrer Oberflächen zu bestimmen. In diese statistische Auswertung geht die Einschlagshäufigkeit ein, welche umso genauer ermittelt werden kann, je mehr Einschläge unmittelbar nach dem Ereignis entdeckt werden können. Bei dem kürzlich erfolgten Experiment der DART-Mission schließlich ging es darum, Einschläge wie jenen von S1094b auf der Erde zu verhindern.

Die Mission InSight wird vom Jet Propulsion Laboratory (JPL) in Pasadena, Kalifornien, im Auftrag des Wissenschaftsdirektorats der NASA durchgeführt. InSight ist eine Mission des NASA-Discovery-Programms. Die Raumfahragentur im DLR hat mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie einen Beitrag des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung zum französischen Hauptinstrument SEIS (Seismic Experiment for Interior Structure) gefördert. Forschende des DLR sind an der Auswertung der SEIS-Daten beteiligt. Darüber hinaus hat das DLR das Experiment HP³ (Heat Flow and Physical Properties Package) mit dem „Marsmaulwurf“ beigesteuert.

Diskutieren Sie mit im Raumcon-Forum:

• InSight auf Atlas V 401

Der Beitrag Marsbeben und Eisbrocken: Meteoriteneinschlag liefert Blick unter die Marsoberfläche erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: Universität Bern.

Auf der Erde ist die Plattentektonik nicht nur für die Entstehung von Bergen und Erdbeben verantwortlich. Sie ist auch ein wesentlicher Bestandteil des Stoffkreislaufs, der Material aus dem Inneren des Planeten an die Oberfläche und in die Atmosphäre bringt und zurück unter die Erdkruste verfrachtet. Die Tektonik hat also einen entscheidenden Einfluss auf die Bedingungen, die die Erde letztlich bewohnbar machen.

Bisher fanden Forschende keine Anzeichen auf globale tektonische Aktivität auf Planeten außerhalb unseres Sonnensystems. Ein Forscherteam unter der Leitung von Tobias Meier vom Center for Space and Habitability (CSH) der Universität Bern und mit der Beteiligung der ETH Zürich, der Universität Oxford und des Nationalen Forschungsschwerpunkt NFS PlanetS fand nun Hinweise auf die Fließmuster im Inneren eines Planeten, der 45 Lichtjahre von der Erde entfernt ist: LHS 3844b. Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift The Astrophysical Journal Letters veröffentlicht.

Ein extremer Kontrast und keine Atmosphäre
«Die Beobachtung von Anzeichen tektonischer Aktivität ist sehr schwierig, weil sie normalerweise unter einer Atmosphäre verborgen sind», erklärt Meier. Jüngste Ergebnisse legen jedoch nahe, dass LHS 3844b wahrscheinlich keine Atmosphäre besitzt. Etwas größer als die Erde und wahrscheinlich ähnlich steinig, umkreist er seinen Stern so nahe, dass eine Seite des Planeten ständig im Tageslicht und die andere in permanenter Nacht ist – genauso wie der Mond der Erde immer die gleiche Seite zuwendet. Da es keine Atmosphäre gibt, die ihn vor der intensiven Strahlung schützt, wird die Oberfläche glühend heiß: Sie kann auf der Tagseite bis zu 800°C erreichen. Die Nachtseite hingegen ist eiskalt. Dort könnten die Temperaturen unter minus 250°C fallen. «Wir dachten, dass dieser starke Temperaturkontrast den Materialfluss im Inneren des Planeten beeinflussen könnte», erinnert sich Meier.

Um ihre Theorie zu testen, führte das Team eine Reihe von Computersimulationen durch, bei denen sie die Festigkeit des Materials und die internen Wärmequellen, etwa die Kernwärme des Planeten und den Zerfall radioaktiver Elemente, variierten. Die Simulationen trugen dem großen Temperaturunterschied auf der Oberfläche, welcher durch den Wirtsstern verursacht wird, Rechnung.

Fluss im Innern des Planeten von einer Hemisphäre zur anderen
«In den meisten Simulationen trat nur auf einer Seite des Planeten eine Aufwärtsströmung auf und entsprechend auf der anderen Seite eine Abwärtsströmung. Das Material floss also von einer Hemisphäre zur anderen», berichtet Meier. «Basierend auf dem, was wir von der Erde gewohnt sind, würde man erwarten, dass das Material auf der heißen Tagseite leichter ist und deshalb Richtung Oberfläche fliesst und umgekehrt», erklärt Co-Autor Dan Bower von der Universität Bern und dem NFS PlanetS. Doch die Simulationen der Teams zeigten teilweise auch die umgekehrte Fließrichtung. «Dieses zunächst kontraintuitive Ergebnis kann mit der Veränderung des Grads der Zähflüssigkeit mit der Temperatur erklärt werden: Kaltes Material ist starrer und will sich daher nicht verbiegen, brechen oder ins Innere absinken. Wärmeres Material hingegen ist weniger starr – dadurch wird sogar festes Gestein durch Erhitzen mobiler – und kann leichter ins Innere des Planeten fließen», führt Bower aus. Auf jeden Fall zeigen diese Ergebnisse, dass der Materialaustausch der Oberfläche und dem Inneren eines Planten ganz anders als auf der Erde stattfinden kann.

Eine vulkanische Hemisphäre
Ein solcher Materialfluss könnte bizarre Folgen haben. «Auf welcher Seite des Planeten auch immer das Material nach oben fließt: man würde auf dieser Seite eine große Menge an Vulkanismus erwarten», so Bower. Er führt weiter aus, dass «ähnlich tiefe Auftriebsströmungen die vulkanische Aktivität auf Hawaii und Island antreiben». Man könnte sich also eine Hemisphäre mit unzähligen Vulkanen vorstellen – eine vulkanische Hemisphäre sozusagen – und eine mit fast gar keinen.

«Unsere Simulationen zeigen, wie solche Muster sich manifestieren könnten, aber es wären detailliertere Beobachtungen nötig, um sie zu verifizieren. Zum Beispiel durch den Nachweis von vulkanischen Gasen oder mit einer höher aufgelösten Karte der Oberflächentemperatur, die auf verstärkte Ausgasung durch Vulkanismus hinweisen könnte. Wir hoffen, dass zukünftige Untersuchungen uns helfen werden, dies zu verstehen», so Meier abschließend.

Publikation:
T. G. Meier et al.: Hemispheric Tectonics on Super-Earth LHS 3844b, The Astrophysical Journal Letters

Diskutieren Sie mit im Raumcon-Forum:

• Exoplaneten

Der Beitrag LHS 3844b: Vulkane könnten Nachthimmel erhellen erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: Universität Bern.

Die neu entdeckten Bergrücken auf der erdzugewandten Seite des Mondes sind bedeckt mit frisch freigelegtem Mondgestein. Laut den Forschern könnten die Grate ein Beweis für aktive lunare tektonische Prozesse sein, gewissermaßen das «Echo» eines längst vergangenen Einschlags, der den Mond vor 4,3 Milliarden Jahren fast zerrissen hätte.

Es knirscht noch immer auf dem Mond
«Vermutet wird, dass der Mond schon lange tot ist. Wir stellen aber immer wieder fest, dass dies wohl nicht der Fall ist», sagt Peter Schultz, Professor am Department of Earth, Environmental and Planetary Sciences der Brown University und Mitautor der Studie, die in der Zeitschrift Geology veröffentlicht wurde. «Aus unserer Studie geht hervor, dass es auf dem Mond wohl noch immer knirscht und knackt. Beweise dafür haben wir auf den neu entdeckten Bergrücken gefunden».

Die seltsamen, kahlen Flecken
Der größte Teil der Mondoberfläche ist mit pulverförmigem, zermahlenem Gestein – dem sogenanntem Regolith – bedeckt. Diese Decke ist durch den ständigen Beschuss mit winzigen Meteoriten und anderen Himmelskörpern entstanden. Es gibt nur wenige Gebiete, die frei von Regolith sind und wo das Grundgestein des Mondes freigelegt ist.

Adomas Valantinas, Doktorand am Physikalischen Institut an der Universität Bern, der die Forschungsarbeiten leitete, während er als Gastwissenschaftler an der Brown Univertsity tätig war, nutzte die Daten des Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO) der NASA: «Ich entdeckte innerhalb und um die dunklen Tiefebenen, die sogenannten Mare, seltsame kahle Flecken.»

Für die Studie verwendete Valantinas das Diviner-Instrument des Mond-Orbiters LRO, das die Temperatur der Mondoberfläche misst. So wie betonbedeckte Städte auf der Erde mehr Wärme speichern als die Landschaft, so bleiben freiliegendes Grundgestein und Blöcke auf dem Mond während der Mondnacht wärmer als Regolith-bedeckte Oberflächen. Mit Hilfe der nächtlichen Beobachtungen von Diviner fand Valantinas mehr als 500 Flecken mit freiliegendem Mondgestein auf den schmalen Bergrücken entlang der Mare.

Übereinstimmung mit alten Rissen, durch die Magma floss
Einige mit freiliegendem Grundgestein bedeckten Hügelkämme seien bereits zuvor bekannt gewesen, sagt Schultz. Aber diese Grate befanden sich an den Rändern alter, mit Lava gefüllter Einschlagbecken und könnten durch ein anhaltendes Absacken als Reaktion auf das durch die Lavaschüttung verursachte Gewicht erklärt werden. «Die Bergrücken mit dem freigelegten Gestein, die wir gefunden haben, verlangen nach einer anderen Erklärung», sagt Schultz.

Valantinas und Schultz haben die aufgrund der Diviner-Daten entdeckten Bergrücken kartiert und eine interessante Korrelation gefunden mit alten Rissen in der Mondkruste, die die GRAIL-Mission der NASA 2014 entdeckt hatte. Diese Risse waren zu Kanälen geworden, durch die Magma auf die Mondoberfläche floss und tiefe Einfurchungen bildete. Valantinas und Schultz zeigen in der aktuellen Studie auf, dass die freigelegten Grate nahezu perfekt mit den von GRAIL entdeckten tiefen Einfurchungen übereinstimmten. «Es ist fast eine Eins-zu-Eins-Korrelation», sagt Schultz. «Das lässt uns glauben, dass die Bergrücken mit freigelegtem Gestein, die wir entdeckt haben, das Resultat eines fortlaufenden Prozesses sind, der von den Ereignissen im Inneren des Mondes angetrieben wird.»

Schultz und Valantinas vermuten, dass sich die Bergkämme über diesen alten Einfurchungen immer noch nach oben wölben. Die Aufwärtsbewegung bricht die Oberfläche auf und ermöglicht es dem Regolith, in Risse und Hohlräume zu rieseln, wobei Felsblöcke freigelegt werden. Da kahle Stellen auf dem Mond ziemlich schnell überdeckt werden durch Regolith, der sich ablagert, müsse diese Rissbildung noch recht jung sein und möglicherweise sogar heute noch andauern.

Das lange Gedächtnis des Mondes
Die beiden Forscher bezeichnen das System der Bergrücken als ANTS, für Active Nearside Tectonic System. Sie glauben, dass das ANTS tatsächlich vor Milliarden von Jahren von einem gigantischen Einschlag auf der Rückseite des Mondes in Bewegung gesetzt wurde. «Es sieht so aus, als ob die Grate auf etwas reagierten, was vor 4,3 Milliarden Jahren geschah», erklärt Schultz. «Riesige Einschläge haben langanhaltende Auswirkungen. Der Mond hat ein langes Gedächtnis. Was wir heute an der Oberfläche sehen, zeugt von seinem langen Gedächtnis und den Geheimnissen, die er noch immer birgt», so Schultz weiter.

Valantinas ergänzt: «An den von uns entdeckten Standorten wird Grundgesteinsmaterial aus Mondbasalten zu finden sein, das die Astronauten der Apollo-Missionen damals nicht mit zurück zur Erde brachten.» Die Proben der Astronauten seien leicht einzusammeln gewesen, sagten aber nicht viel über die lokale Geologie aus, da man nicht exakt wisse, woher sie stammten. «Die Astronauten konnten nicht zu gefährlicheren Stellen wie steilen Kraterwänden gehen, an denen das darunter liegende Grundgestein freigelegt ist. Wenn wir auf den Mond zurückkehren, sind diese Standorte mit freiliegenden Felsblöcken von großer Bedeutung, da Proben von dort uns viele neue Informationen über den Mond liefern werden.»

Angaben zur Publikation:
A. Valantinas, P.H. Schultz: The origin of neotectonics on the lunar nearside. Geology (2020).

Berner Weltraumforschung: Seit der ersten Mondlandung an der Weltspitze
Als am 21. Juli 1969 Buzz Aldrin als zweiter Mann aus der Mondlandefähre stieg, entrollte er als erstes das Berner Sonnenwindsegel und steckte es noch vor der amerikanischen Flagge in den Boden des Mondes. Dieses Solarwind Composition Experiment (SWC), welches von Prof. Dr. Johannes Geiss und seinem Team am Physikalischen Institut der Universität Bern geplant und ausgewertet wurde, war ein erster großer Höhepunkt in der Geschichte der Berner Weltraumforschung.

Die Berner Weltraumforschung ist seit damals an der Weltspitze mit dabei. In Zahlen ergibt dies eine stattliche Bilanz: 25mal flogen Instrumente mit Raketen in die obere Atmosphäre und Ionosphäre (1967-1993), 9mal auf Ballonflügen in die Stratosphäre (1991-2008), über 30 Instrumente flogen auf Raumsonden mit, und mit CHEOPS teilt die Universität Bern die Verantwortung mit der ESA für eine ganze Mission.

Die erfolgreiche Arbeit der Abteilung Weltraumforschung und Planetologie (WP) des Physikalischen Instituts der Universität Bern wurde durch die Gründung eines universitären Kompetenzzentrums, dem Center for Space and Habitability (CSH), gestärkt. Der Schweizer Nationalsfonds sprach der Universität Bern zudem den Nationalen Forschungsschwerpunkt (NFS) PlanetS zu, den sie gemeinsam mit der Universität Genf leitet.

Diskutieren Sie mit im Raumcon-Forum:

• Mond

Der Beitrag Hinweise auf aktives tektonisches System auf dem Mond erschien zuerst auf Raumfahrer.net.