Obwohl der Mars unser Nachbarplanet ist, waren viele Fragen zu seinem inneren Aufbau lange ungeklärt: Ist er auch in Bezug auf sein Innenleben ein kleinerer Bruder der Erde? Oder unterscheidet sich seine innere Schichtung von der unseres Planeten? Erste Antworten lieferte erst die Landung der NASA-Sonde Mars InSight auf dem Roten Planeten im November 2018. Sie brachte ein Seismometer auf den Mars, das in den folgenden vier Jahren die seismischen Daten von mehr als 1300 Marsbeben aufzeichnete. Aus Laufzeit und Form dieser Wellen konnten Planetenforscher wertvolle Informationen zur Beschaffenheit, Dichte und Temperatur des Marsinneren gewinnen. Die Daten enthüllten unter anderem, dass die Marskruste dicker ist als die irdische, dafür fehlte dem Marsmantel eine Entsprechung zum unteren Erdmantel. An der Kern-Mantelgrenze gibt es zudem wahrscheinlich eine dünne Schicht aus flüssigem Silikatgestein. Der Kern des Mars ist rund 1800 Kilometer groß und deutlich leichter und weniger dicht als der Erdkern. Der größte Unterschied jedoch: Den ersten Auswertungen zufolge besitzt der Mars keinen festen, auskristallisierten Innenkern, er ist vorwiegend flüssig – so der bisherige Stand der Forschung.
Schnelle Wellen und eine zusätzliche Reflexion
Um diese Annahme genauer zu überprüfen, haben nun Forschende um Huixing Bi von der Universität von Hefei in China die seismischen Daten von Mars InSight noch einmal einer genaueren Analyse unterzogen. Dafür werteten sie die Primärwellen von 23 niederfrequenten Marsbeben aus, die das tiefe Innere des Planeten passiert hatten, bevor sie im Seismometer der Marssonde ankamen. Das Team nutzte für seine Analyse der Laufzeiten und Amplituden eine Methode, die sogenannte Seismic Array Analysis, die normalerweise verwendet wird, um die Daten mehrerer Messstationen miteinander zu kombinieren. Weil es auf dem Mars mit Mars InSight nur eine Messstation gab, wandelten Bi und seine Kollegen diese Analysen so ab, dass sie damit die Merkmale der verschiedenen Beben in Form sogenannter Vespagramme vergleichend analysieren konnten. Dabei zeigte sich: Die an der gegenüberliegenden Grenze des Marskerns reflektierten Bebenwellen trafen am Seismometer der Marssonde rund 50 bis 200 Sekunden früher ein als für einen flüssigen Kern erwartet.
“Dieses signifikant frühere Eintreffen der PKKP-Wellen deutet auf schnellere Laufzeiten im Zentrum des Kerns hin”, erklärt das Team. Ihren Berechnungen zufolge durchquerten die seismischen Wellen den zentralen Teil des Marskerns rund 0,25 Kilometer pro Sekunde schneller als dessen äußere Bereiche. “Ein so steiler Geschwindigkeitsgradient ist mit einem rein flüssigen Kern schwer zu erreichen”, schreiben Bi und seine Kollegen. Sie identifizierten zudem einige Bebenwellen, die offenbar von einer Strukturgrenze im Inneren des Marskerns zurückgeworfen worden waren. Eine solche PKiKP-Phase gilt als Indikator für die Existenz eines inneren festen Kerns, an dessen Grenze die seismischen Wellen reflektiert werden. “Dies wurde zuvor schon bei Erde und Mond demonstriert”, erklären die Forschenden. Sie sehen in den PKiKP-Wellen der Marsdaten daher ein starkes Indiz für die Existenz eines festen Innenkerns auch beim Roten Planeten. Gestützt wird dies durch Amplitudenvergleiche der seismischen Wellen, die Rückschlüsse auf die Dichte des durchlaufenen Materials erlauben. “Um die beobachteten Amplituden-Unterschiede zwischen PKKP- und PKiKP-Wellen zu erklären, wäre ein Dichtesprung von rund sieben Prozent an der Innenkerngrenze geeignet”, schreibt das Team.
