Obwohl der Mars unser Nachbarplanet ist, gibt er noch einige Rätsel auf. Dazu gehören Details seines inneren Aufbaus und seiner vergangenen Geschichte, aber auch die auffälligen Unterschiede zwischen dem zerklüfteten Hochlandterrain im Süden des Planeten und den mehrere Kilometer tiefergelegenen Tiefebenen des Nordens.
Der Ursprung dieser Hemisphären-Unterschiede ist strittig: „Einige Studien legen nahe, dass ein gewaltiger Einschlag den ursprünglichen Mantel des Mars veränderte“, erklären Alexander Berne von der University of Arizona in Tucson und seine Kollegen. Dieser Einschlag könnte dann auch die Kruste auf der Südhalbkugel verdickt oder im Norden ausgedünnt haben. Diskutiert wird aber auch, ob es unter der Kruste der Mars-Südhalbkugel vielleicht eine stärkere Aufströmung gibt, die aufsteigendes Mantelmaterial an die Krustenunterseite anlagert.
Was saisonale Gezeiteneffekte über den Marsmantel verraten
Und noch etwas ist unklar: Setzt sich diese Asymmetrie der Marshälften bis in den Marsmantel hinab fort? Um dies zu klären, haben Berne und sein Team eine spezielle Form der Gravitationsmessung durchgeführt: Sie analysierten, wie sich das Schwerefeld der Marshemisphären durch die wechselnden Gezeitenkräfte der Sonne verändert. Denn durch die elliptische Umlaufbahn des Mars um die Sonne variiert ihre Anziehung je nach Jahreszeit leicht.
Ist ein Planet kugelsymmetrisch, verursachen diese Gezeiteneffekte nur bestimmte, klar definierte Deformationen im Schwerefeld des Planeten. Gibt es jedoch tiefliegende Abweichungen in der Zusammensetzung, Temperatur oder Masse einer Planetenhälfte, erzeugt dies auch Veränderungen höherer Ordnung im Schwerefeld – quasi in den Obertönen der komplexen Messwerte. Mithilfe von Daten der drei Mars-Orbitersonden Mars Global Surveyor, Mars Odyssey und Mars Reconnaissance Orbiter haben Berne und seine Kollegen nach solchen Effekten dritten Grades gesucht.
Dafür werteten die Forschenden 16 Jahre des Funkverkehrs dieser Sonden mit der Erde aus. Subtile Veränderungen in Flughöhe und Position der Raumsonden erzeugen in diesen Radiodaten Signale, die die Reaktion des Mars-Schwerefelds auf die saisonal schwankenden Gezeitenkräfte der Sonne widerspiegeln.
Topografische Karte des Mars und darüber halbtransparent das über die saisonalen Gezeiteneffekte ermittelte Schermodul des Marsmantels. Demnach ist das Mantelgestein im Norden des Planeten fester. — © Berne et al./ Nature, CC-by 4.0
Marsmantel ist im Süden 200 bis 400 Gad heißer
Tatsächlich wurden Berne und sein Team fündig: „Die Komponenten dritten Grades im Schwerefeld des Mars unterscheiden sich um bis zu 300 Prozent von den Vorhersagen eines kugelsymmetrischen Planeten“, berichten sie. „Das deutet auf eine heterogene interne Struktur des Marsmantels hin.“ Das Schermodul des Mantelgesteins, das die Elastizität angibt, unterscheidet sich zwischen beiden Hemisphären demnach um mehr als 20 Prozent.
Konkret bedeutet dies: Der Marsmantel in der Südhälfte des Mars ist weicher und wärmer als im Norden. Der Temperaturunterschied beider Mantelhälften muss bei 200 bis 400 Grad liegen, wie Berne und sein Team mithilfe eines geophysikalischen Modells ermittelten. Der Mars ist demnach nicht nur in Bezug auf die Landschaften seiner Oberfläche ziemlich asymmetrisch – seine Dichotomie setzt sich bis in die Tiefen des Mantelgesteins fort.
Die Südhälfte des Marsmantels ist heißer und weicher als die Nordhälfte. Vielleicht steigt dort sogar noch glutflüssiges Magma bis an die Marskruste auf. — © Berne et al./ Nature, CC-by 4.0
Drei Kandidaten für die „Mantelheizung“
Doch was ist die Ursache? „Dafür kommen theoretisch drei Kandidaten in Frage: ein gewaltiger Einschlag, spontane Aufströmungen im Marsmantel, die bis heute anhalten, und eine verstärkte Aufheizung des südlichen Mantels durch radioaktive Zerfälle im Gestein und eine dickere, stärker isolierende Kruste“, erklären die Forschenden. Allerdings passen nicht alle Erklärungsansätze zu den geologischen Merkmalen des Mars.
So könnte der Einschlag eines riesigen Asteroiden in der Frühzeit des Mars zwar erklären, warum die Nordhalbkugel eine deutlich dünnere Kruste besitzt. Aber die durch den Impakt erzeugte Hitze müsste bis heute längst verschwunden sein. Bei einer bis heute anhaltenden stärkeren Mantelkonvektion der Mars-Südhalbkugel müsste das heiße Magma die dortige Marskruste mit Eisen anreichern. Das könnte möglicherweise erklären, warum die Kruste des südlichen Hochlands stärker magnetisiert ist als die im Norden, so Berne und sein Team.
Denkbar wäre aber auch das dritte Szenario, nach dem die dickere Kruste des marsianischen Hochlands wie eine Isolierdecke wirkt und den Marsmantel dadurch länger warm gehalten hat. Nach Ansicht der Forschenden wäre aber auch eine Kombination dieser Isolierwirkung mit stärkeren Aufströmungen im Süd-Marsmantel möglich.
Antwort bleibt offen - vorerst
Noch ist unklar, welches dieser Szenarien zutrifft. Vorerst bleibt der Rote Planet auch in dieser Hinsicht eine Antwort schuldig. „Aber diese Daten liefern uns wertvolle Informationen, um künftige Marsmissionen und die Erkundung dieser Phänomene zu planen“, sagt Berne. „Und wenn wir die innere Struktur des Mars verstehen, dann hilft uns das wiederum, die Prozesse zu entschlüsseln, die seine Bildung und Entwicklung prägten.“
Quelle: Alexander Berne (University of Arizona, Tucson) et al., Nature, 2026; doi: 10.1038/s41586-026-10893-x
