Häufige Marsbeben durch Meteoriten
Analyse mit Hilfe künstlicher Intelligenz zeigt Zusammenhang von Einschlagsereignissen mit Daten des Mars-Landers InSight.
Meteoroiden-Einschläge verursachen seismische Wellen, die den Mars viel stärker und tiefer beben lassen als vorher angenommen: Dies zeigt eine Untersuchung mit Hilfe von künstlicher Intelligenz, die von einem internationalen Forschungsteam unter Leitung der Universität Bern durchgeführt wurde. So wurden Übereinstimmungen zwischen zahlreichen Meteoroiden-Einschlägen auf der Marsoberfläche und Marsbeben, die vom NASA Mars-Lander InSight registriert wurden, festgestellt. Diese Erkenntnisse eröffnen eine neue Perspektive auf die Einschlagsrate und die seismische Dynamik des Roten Planeten.
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Meteoroiden-Einschläge haben einen wesentlichen Einfluss auf die Landschaftsbildung von festen Himmelskörpern in unserem Sonnensystem, einschließlich des Mars. Anhand der Untersuchung von Kratern – den sichtbaren Überresten dieser Einschläge – lassen sich wichtige Merkmale des Planeten und seiner Oberfläche bestimmen. Satellitenbilder aus der Umlaufbahn helfen dabei, die Entstehungszeit von Einschlagskratern einzugrenzen und somit wertvolle Informationen über Einschlagsraten zu gewinnen.
Eine Studie unter der Leitung von Valentin Bickel vom Center for Space and Habitability der Universität Bern präsentiert den ersten umfassenden Katalog von Einschlägen auf der Marsoberfläche, die während der InSight-Mission zwischen Dezember 2018 und Dezember 2022 in der Nähe des NASA Mars-Landers stattfanden. Bickel ist ebenfalls Mitglied des Insight Science Teams.
Die Einschlagsereignisse wurden mithilfe eines maschinellen Lernansatzes katalogisiert. Dabei wurden zehntausende Satellitenbilder nach neuen Kratern abgesucht, die während der seismischen Überwachung durch InSight entstanden sind. Anhand von Aufnahmen des High Resolution Imaging Science Experiment (HiRISE) und der Berner Mars-Kamera CaSSIS wurden die Krater hinsichtlich ihrer Größe eingeordnet. „Als nächstes haben wir die Verteilung der Krater mit den seismischen Aufzeichnungen von InSight verglichen und nach Übereinstimmungen in Bezug auf Raum und Zeit gesucht“, erklärt Erstautor Bickel.
Das innovative Vorgehen ermöglichte die Bestimmung von insgesamt 123 bisher unbekannten Einschlägen. Basierend auf dem ermittelten Zeitpunkt, der geschätzten Magnitude und der Entfernung zu InSight haben die Forscher Übereinstimmungen zwischen 49 seismischen Ereignissen und jeweils einem oder mehreren möglichen Einschlagsstellen festgestellt. „Unsere Daten zeigen, dass mehr Einschläge auf dem Mars stattfinden als in vergangenen Untersuchungen mittels Satellitenbildern ermittelt wurden“, so Bickel. Die geschätzte Einschlagsrate ist etwa 1,6 bis 2,5 Mal höher als bisher angenommen. „Die Abweichungen zeigen, dass einige der aufgezeichneten Marsbeben tatsächlich auf Meteoroiden-Einschläge und nicht auf tektonische Aktivitäten zurückzuführen sind. Das hat weitreichende Auswirkungen auf die zukünftige Schätzung der Marsbebenhäufigkeit und unser Verständnis der Dynamik der Marsoberfläche.“
In einer Begleitstudie konzentriert sich das Forschungsteam auf einen der neu entdeckten, 21,5 Meter großen Einschlagskrater in der Cerberus Fossae Region (deutsch: „Gräben des Höllenhunds Cerberus“), der mit einem spezifischen hochfrequenten Marsbeben verknüpft werden konnte. Das Grabensystem Cerberus Fossae befindet sich in einer jungen Vulkanebene des Mars, die für ihre tektonische Aktivität bekannt ist. Das ermöglicht den ersten direkten Vergleich zwischen einem durch Einschlag verursachten seismischen Signal und einem durch interne tektonische Bewegungen verursachten Signal.
Die Forscher haben den Einschlagsort und den Zeitpunkt, zu dem InSight das ausgelöste Marsbeben registrierte, verglichen. Sie konnten zeigen, dass sich ein Teil der seismischen Wellen durch den tiefer liegenden Marsmantel ausgebreitet hat und nicht, wie bisher angenommen, nur durch die oberflächliche Kruste. „Diese Erkenntnis fordert frühere Annahmen über die Ausbreitung seismischer Wellen heraus und legt nahe, dass zahlreiche registrierte Marsbeben tatsächlich weiter vom Mars-Lander InSight entfernt waren als gedacht“, sagt Constantinos Charalambous, der Erstautor der Begleitstudie. „Neben der Verortung von Epizentren früherer Beben muss damit auch das innere Strukturmodell des Mars überarbeitet werden.“
„Unsere Ergebnisse sind nicht nur für die wissenschaftliche Gemeinschaft von Bedeutung. Wenn man beispielsweise in Zukunft eine permanente Infrastruktur auf dem Mars bauen möchte, muss man das Risiko für strukturelle Schäden einschätzen können, so wie zum Beispiel durch Meteoroiden-Einschläge“, betont Bickel. Die Studien zeigten, dass die Kombination von seismischen Daten und orbitalen Bildinformationen entscheidend sei für das Verständnis der geophysikalischen Prozesse auf dem Mars. Weiterführende Forschung auf dem Mars wird darauf abzielen, Schätzungen der Marsbebenhäufigkeit und der Einschlagsraten zu verfeinern. Dazu sollen weitere seismische Ereignisse nachgewiesen werden, die mit Einschlägen aus dem Katalog des Forschungsteams um Valentin Bickel übereinstimmen.
U. Bern / DE
