Am Puls des Planeten

Gibt es auf dem Mars Erdbeben? Und wie sind seine inneren Schichten aufgebaut? Diese Fragen soll das Seismic Experiment for Interior Structure (SEIS) der Marssonde InSight klären. „Ein Seismometer ist wie ein Röntgenscanner, der ein Bild des Planeteninneren aufzeichnen kann“, erklärt NASA-Forscher Bruce Banerdt vom JPL. „Und es gibt eine ganze Reihe von Fragen zum Mars, die wir nur mit solchen seismischen Daten beantworten können.“

Erdbebenwellen verraten, wie das Innere eines Planeten beschaffen ist. © NASA/JPL-Caltech

Ein Planet wird „durchleuchtet“

Ähnlich wie Röntgenstrahlen unseren Körper durchdringen, durchlaufen auch die Wellen natürlicher oder künstlich erzeugter Beben den gesamten Planeten. Ein Seismometer zeichnet ihr Verhalten und ihre Laufzeiten auf – und Forscher können daran ablesen, wie das Innere beschaffen ist. Je nach Material und Temperatur passieren die Bebenwellen eine Gesteinsschicht besonders schnell, werden abgebremst oder sogar komplett reflektiert.

Erst durch solche seismischen Messungen haben Planetenforscher beispielsweise herausgefunden, wo die Grenze zwischen Erdkruste und Erdmantel liegt oder dass der äußere Erdkern flüssig ist. Ähnliches hoffen sie nun auch für den Mars herauszufinden.

Und auch hierbei ist die Marssonde InSight ein Pionier. Denn bisher hat die Menschheit nur bei einem anderen Himmelskörper den seismischen „Puls“ gemessen – beim Mond. Astronauten der Apollo-Missionen deponierten dafür in den 1970er Jahren vier Seismometer auf dem Erdtrabanten.

Das Seismometer ist durch eine Vakuumkammer und eine Isolierhülle vor Umwelteinflüssen abgeschirmt. © NASA/JPL-Caltech

Wackeln im Atommaßstab

Mars InSight wird nun erstmals auch ein Seismometer auf der Marsoberfläche deponieren. Die Landesonde platziert dafür mit ihrem Roboterarm das aus mehreren Erschütterungssensoren bestehende Gerät auf einer Art Dreibeinstativ auf dem Untergrund. Eine darüber befestigte Isolierhülle schirmt die sensiblen Detektoren gegen äußere Störfaktoren ab.

Laut NASA sind die SEIS-Sensoren so sensibel, dass sie noch Verschiebungen des Untergrunds um weniger als den Durchmesser eines einzigen Wasserstoffatoms registrieren. Sie können zudem Wellenlägen von zehn Minunten bis zu einer 50-stel Sekunde erfassen. „Damit ist dieses Instrument das sensibelste Seismometer, das je gebaut wurde“, sagt Renee Weber vom Marshall Space Flight Center der NASA.

Dieser Aufwand hat einen Grund: Auf der Erde arbeiten Seismometer meist als Teil eines Netzwerks – das verbessert die Messgenauigkeit. Auf dem Mars jedoch wird das SEIS-Instrument zunächst ein Einzelkämpfer bleiben. Entsprechend hoch sind die Anforderungen an seine Präzision. Damit so präzise Messungen möglich sind, sind die Seismometer in einer wärmeisolierten Vakuumbox untergebracht. Zusätzliche Sensoren ermitteln zudem die Einflüsse von Umweltfaktoren wie Wind, Magnetfeld und Gasdruck, damit diese Störfaktoren später berücksichtigt und herausgerechnet werden können.

Bebt der Mars?

Bei uns auf der Erde entstehen die meisten Erdbeben durch die Bewegungen der Erdplatten: An den Plattengrenzen reibt das Gestein aneinander, verhakt sich und löst sich dann mit einem Ruck – es bebt. Aber auch Vulkane, Einschläge von Meteoriten, menschengemachte Erschütterungen und sogar der Wellenschlag des Ozeans können Seismometer ausschlagen lassen. Auf dem Mars allerdings gibt es nach gängiger Annahme weder aktive Vulkane, noch eine Plattentektonik oder Ozeane. Wird der Rote Planet dennoch von Beben erschüttert?

Diese Frage wollten Planetenforscher schon mit der Viking-Marsmission Ende der 1970er Jahre herausfinden. Die beiden Landesonden hatten dafür einfache Seismometer an Bord, die oben an der Spitze ihrer Aufbauten befestigt waren – ein fataler Fehler. Denn selbst der relativ schwache Wind der dünnen Marsatmosphäre reichte aus, um mögliche echte Beben in einem Störrauschen aus windbedingten Erschütterungen untergehen zu lassen. „Ich sage immer: Wir haben damals nicht die Seismologie des Mars untersucht, sondern die einen Meter über dem Mars“, sagt Banerdt.

Inzwischen gehen Planetenforscher davon aus, dass es auf dem Mars wahrscheinlich Beben gibt. „Allerdings rechnen wir auf dem Mars mit einer deutlich geringeren Seismizität“, sagt SEIS-Teammitglied Brigitte Knapmeyer-Endrun vom Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung. Die Wissenschaftler schätzen, dass das Experiment im Laufe der rund zweijährigen Missionszeit zwischen einem Dutzend und einigen hundert Beben registrieren könnte. Wie stark diese Beben ausfallen werden, was sie verursacht und was sie enthüllen, erwarten die Planetenforscher nun mit Spannung.

Nadja Podbregar
Stand: 04.05.2018