Sie horcht den Mars gleichsam wie mit einem Stethoskop ab: Über ein Seismometer erfasst die im November 2018 auf der Marsoberfläche gelandete NASA-Raumsonde Mars InSight Erschütterungen im Untergrund. Mittlerweile hat sie hunderte Marsbeben detektiert, in denen wiederum weitere Informationen stecken: Der Wellenverlauf ermöglichte Planetenforschern Rückschlüsse auf die Strukturen in der Tiefe des Planeten. Diese sogenannten Raumwellen, die sich vom jeweiligen Bebenherd durch den tiefen Mars hindurch ausbreiteten, ermöglichten Erkenntnisse über den Marskern und den Mantel. Leider konnten sie aber kaum Informationen über die Kruste liefern. Dazu wären seismische Wellen günstig, die sich seitlich im oberflächennahen Gestein ausbreiten. Die bisherigen Marsbeben waren aber zu schwach, um sie zu verursachen.
Einschläge sorgen für Oberflächenwellen
Doch am 24. Dezember 2021 blickten die Wissenschaftler vom Marsbebendienst an der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich (ETH) dann erfreut-überrascht auf die Daten, die InSight übermittelte: Es zeichnete sich die Signatur von Oberflächenwellen ab. Sie kontaktierten daraufhin Kollegen, um weitere Informationen einzuholen. Sie lieferten dann Aufnahmen des Mars Reconnaissance Orbiter, die an den Weihnachtstagen 2021 einen frischen großen Einschlagkrater in rund 3500 Kilometer Entfernung zu InSight zeigten. „Der Ort stimmte gut mit unseren Schätzungen für die Quelle des Bebens überein“, sagt Erst-Autor Doyeon Kim. Es folgte dann sogar noch ein zweiter Glücksfall: Bei einem weiteren, untypischen Beben konnten die Forscher ebenfalls als Quelle einen Meteoriteneinschlag identifizieren, der sich in rund 7500 Kilometer Distanz zu InSight ereignet hatte.
Weil die Ursprünge der beiden Erschütterungen an der Oberfläche lagen, wurden nicht nur Raumwellen erzeugt, sondern auch Wellen, die sich entlang der Planetenoberfläche ausbreiteten, erklären die Wissenschaftler. „Es ist das erste Mal, dass jemand auf einem anderen Planeten als der Erde seismische Oberflächenwellen beobachtet hat“, betont Kim. Wie er erklärt, stecken in den Wellen verschiedene Informationen. „Die Geschwindigkeit, mit der sich die Oberflächenwellen ausbreiten, hängt von deren Frequenz ab und diese wiederum von der Tiefe“. Es lässt sich auch die durchschnittliche Dichte des Gesteins abschätzen, weil die seismische Geschwindigkeit von den elastischen Eigenschaften des Materials abhängt, durch das die Wellen sich fortbewegen, so der Forscher.
Anhand der neuen Daten gewann das Team nun Informationen über die Struktur der Kruste in einer Tiefe von rund 5 bis 30 Kilometern unter der Marsoberfläche. „Bislang beruhte unser Wissen über die Kruste nur auf einer Punktmessung unter dem InSight-Lander“, erklärt Kim. Weiträumigere Informationen gab es dagegen nicht. Nun konnten die Forscher die bisherigen mit den neuen Daten vergleichen. Überraschenderweise zeigte sich dabei: Die Marskruste zwischen den Einschlagsorten und dem Seismometer von InSight hat im Durchschnitt eine sehr einheitliche Struktur und eine hohe Dichte, was sich in vergleichsweise hohen seismischen Geschwindigkeiten widerspiegelt. Direkt unter der Sonde hatten die Forscher hingegen zuvor eher inhomogene Krustenmerkmale sowie eine geringere Dichte festgestellt.
