Wie seismische Daten von NASA InSight die Geschichte des Mars neu schreiben

Seismische Signale deuten darauf hin Mars Unser Planet wird jährlich von etwa 300 Basketball-großen Meteoriten getroffen, was ein neues Instrument zur Bestimmung des Alters der Planetenoberflächen darstellt.

Wissenschaftler beteiligen sich an NASADie InSight-Mission von InSight hat ergeben, dass der Mars weit mehr Meteoriteneinschlägen ausgesetzt ist als bisher angenommen, wobei die jährliche Rate zwischen 280 und 360 großen Einschlägen liegt. Dieses neue Verständnis basiert auf seismischen Daten, die mit dem Seismometer von InSight erfasst wurden und die eine effizientere Methode zur Datierung der Planetenoberflächen im gesamten Sonnensystem nahelegen.

Die neue Forschung unter der Leitung von Wissenschaftlern bei Imperial College London Und die ETH Zürich hat im Rahmen der NASA-Mission InSight hervorgehoben, wie häufig es auf dem Mars zu „Mars-Erdbeben“ kommt, die durch Meteoriteneinschläge verursacht werden.

Die Forscher fanden heraus, dass der Mars jährlich etwa 280 bis 360 Meteoritenkollisionen ausgesetzt ist, wodurch Krater mit einem Durchmesser von mehr als acht Metern entstehen und die Oberfläche des Roten Planeten erbeben.

Die Rate dieser Marsbeben, die vom Seismographen des InSight Rovers – einem Instrument, das kleinste Bodenbewegungen messen kann – überwacht wird, übertrifft frühere Schätzungen, die auf Satellitenbildern der Marsoberfläche basieren.

Diese Krater entstanden durch die Kollision eines Meteoriten mit dem Mars am 5. September 2021 und sind die ersten Krater, die von der NASA-Sonde InSight beobachtet wurden. Dieses vom Mars Reconnaissance Orbiter der NASA aufgenommene Farbbild hebt Staub und Erde, die durch den Einschlag aufgewirbelt wurden, in Blau hervor, um Details für das menschliche Auge besser sichtbar zu machen. Urheberrecht: NASA/JPL-Caltech/University of Arizona

Seismische Daten und Planetendatierung

Die Forscher sagen, dass diese seismischen Daten eine bessere und direktere Methode zur Messung der Meteoriteneinschlagsraten sein könnten und Wissenschaftlern dabei helfen könnten, die Oberflächen von Planeten im gesamten Sonnensystem genauer zu datieren.

Dr. Natalia Wojcicka, wissenschaftliche Mitarbeiterin am Department of Earth Sciences and Engineering am Imperial College London und Mitautorin der Studie, sagte: „Durch die Verwendung seismischer Daten können wir besser verstehen, wie häufig Meteoriten mit dem Mars kollidieren und wie diese Einschläge ihn verändern.“ Oberfläche können wir beginnen, eine Zeitleiste der geologischen Geschichte und Entwicklung des Roten Planeten zusammenzustellen.“

„Man kann es sich als eine Art ‚kosmische Uhr‘ vorstellen, die uns hilft, das Alter der Oberflächen des Mars und vielleicht später auch anderer Planeten im Sonnensystem zu bestimmen.“

Die Studie wurde heute (28. Juni) in der Zeitschrift veröffentlicht Natürliche Astronomie.

Ein Collagenbild zeigt drei Meteoriteneinschläge, die zuerst von einem Seismographen auf dem InSight-Lander der NASA entdeckt und später vom Mars Reconnaissance Orbiter der Agentur mit der HiRISE-Kamera erfasst wurden. Urheberrecht: NASA/JPL-Caltech/University of Arizona

Archäologische Krater als kosmische Uhren

Seit Jahren verwenden Wissenschaftler die Anzahl der Krater auf der Oberfläche des Mars und anderer Planeten als „kosmische Uhren“, um das Alter von Planeten abzuschätzen – wobei ältere Oberflächen von Planeten mehr Krater aufweisen als jüngere.

Um das Alter von Planeten auf diese Weise zu berechnen, verwendeten Wissenschaftler traditionell Modelle, die auf Kratern auf dem Mond basieren, um die Häufigkeit von Meteoriteneinschlägen unterschiedlicher Größe im Laufe der Zeit vorherzusagen. Um diese Modelle auf den Mars anzuwenden, müssten sie anpassen, wie die Atmosphäre verhindert, dass kleinere Impaktoren auf die Oberfläche treffen, und die unterschiedliche Größe und Position des Mars im Sonnensystem berücksichtigen.

Bei kleinen Kratern mit einem Durchmesser von weniger als 60 Metern konnten Marsforscher auch anhand von Satellitenbildern beobachten, wie häufig neue Krater entstehen – allerdings ist die Zahl der so gefundenen Krater deutlich geringer als erwartet.

Künstlerische Darstellung des InSight-Landers im Einsatz auf der Marsoberfläche. InSight, die Abkürzung für Interior Exploration Using Seismic Investigations, Geodesy and Thermal Transport, ist ein Lander, der den Mars zum ersten Mal seit seiner Entstehung vor 4,5 Milliarden Jahren umfassend untersuchen soll. Bildquelle: NASA/JPL-Caltech

Erkenntnisse aus dem Seismometer des InSight-Landers

In dieser neuen Forschung, die Teil der InSight-Mission zum Verständnis seismischer Aktivität und der inneren Struktur des Mars ist, haben Forscher ein bisher unbekanntes Muster seismischer Signale identifiziert, wie sie durch Meteoriteneinschläge erzeugt werden. Diese Signale zeichneten sich neben anderen Merkmalen durch einen ungewöhnlich größeren Anteil hochfrequenter Wellen im Vergleich zu typischen seismischen Signalen aus und wurden als „sehr hochfrequente“ Mars-Erdbeben bezeichnet.

Die Forscher fanden heraus, dass die Rate der Meteoriteneinschläge höher ist als bisher geschätzt, indem sie sich neu gebildete Krater ansahen, die auf Satellitenbildern erfasst wurden, und im Einklang mit der Extrapolation von Daten von Kratern auf der Mondoberfläche.

Dies verdeutlichte die Grenzen früherer Modelle und Schätzungen sowie die Notwendigkeit besserer Modelle, um die Kraterbildung und Meteoriteneinschläge auf dem Mars zu verstehen.

Die Macht seismischer Daten in der Planetenwissenschaft

Um dieses Problem anzugehen, nutzte das Wissenschaftlerteam den InSight-Lander der NASA und ein äußerst empfindliches Seismometer, SEIS, um seismische Ereignisse aufzuzeichnen, die möglicherweise durch Meteoriteneinschläge verursacht wurden.

SEIS entdeckte deutliche seismische Signaturen dieser hochfrequenten Marsbeben, die nach Ansicht der Forscher auf Meteoriteneinschläge hindeuteten und sich von anderen seismischen Aktivitäten unterschieden.

Mit dieser neuen Methode zur Aufprallerkennung fanden Forscher viel mehr Aufprallereignisse als durch Satellitenbilder vorhergesagt, insbesondere bei kleinen Einschlägen, die Krater mit nur wenigen Metern Durchmesser erzeugen.

Professor Gareth Collins, einer der Co-Autoren der Studie vom Department of Earth Sciences and Engineering am Imperial College London, sagte: „SEIS hat sich bei der Erkennung von Einschlägen als unglaublich erfolgreich erwiesen – und es scheint, dass das Abhören von Einschlägen effektiver ist, als nach ihnen zu suchen.“ wenn wir verstehen wollen, wie oft sie auftreten.“

Verbessern Sie unser Verständnis des Sonnensystems

Forscher glauben, dass der Einsatz kleinerer, teurerer Seismometer auf zukünftigen Landegeräten unser Verständnis der Einschlagsraten und der inneren Struktur des Mars verbessern könnte. Diese Geräte werden Forschern helfen, mehr seismische Signale zu erkennen und einen umfassenderen Datensatz zum Verständnis von Meteorkollisionen mit dem Mars und anderen Planeten sowie deren inneren Strukturen bereitzustellen.

„Um die innere Struktur von Planeten zu verstehen, nutzen wir die Seismologie“, sagte Dr. Wojcica. „Das liegt daran, dass sich seismische Wellen verändern, wenn sie durch Materialien in der Kruste, dem Mantel und dem Kern eines Planeten wandern.“ kann bestimmen, woraus diese Schichten bestehen und wie tief sie sind.“

„Auf der Erde kann man die innere Struktur unseres Planeten am einfachsten verstehen, indem man sich Daten von Seismometern ansieht, die auf der ganzen Welt verstreut sind. Auf dem Mars gab es jedoch nur ein Instrument – ​​SEIS. Um die innere Struktur des Mars besser zu verstehen.“ Mehr Seismometer auf dem ganzen Planeten verteilt.“

Sowie neue Forschungsergebnisse veröffentlicht in Natürliche AstronomieDas Team ist auch an einer weiteren Studie beteiligt, die in veröffentlicht wurde Wissenschaftlicher Fortschritt Today, das von InSight aufgezeichnete Bilder und atmosphärische Signale nutzte, um abzuschätzen, wie oft es zu Einschlägen auf dem Mars kommt. Obwohl beide Studien unterschiedliche Methoden verwendeten, kamen sie zu ähnlichen Schlussfolgerungen, was die Gesamtergebnisse untermauerte.

Referenz: „Schätzung der Einschlagsrate auf dem Mars anhand von Statistiken sehr hochfrequenter Mars-Erdbeben“ 28. Juni 2024, Natürliche Astronomie.
doi: 10.1038/s41550-024-02301-z