Forschende weisen tägliche Meteoriteneinschläge auf dem Mars nach

Einem internationalen Team von Forschenden unter gemeinsamer Leitung der ETH Z¨¹rich und des Imperial College London ist anhand von seismischen Daten erstmals eine Sch?tzung der globalen Meteoriteneinschl?ge auf dem Mars gelungen. Aus den Ergebnissen geht hervor, dass jedes Jahr zwischen 280 und 360 Meteoriten auf dem Planeten einschlagen und zur Bildung von Kratern mit einem Durchmesser von ¨¹ber 8 Metern f¨¹hren. G¨¦raldine Zenh?usern von der ETH Z¨¹rich, eine der Leiterinnen der Studie, kommentiert: ?Die ermittelte Rate ist etwa f¨¹nfmal h?her als die Zahl der Einschl?ge, die allein anhand von bildgebenden Verfahren gesch?tzt wurde. Unsere Ergebnisse zeigen, dass die Seismologie in Kombination mit der Analyse von Weltraumbildern ein hervorragendes Instrument zur Messung der Einschlagsraten ist.?  

Seismisches ?Pfeifen? als Hinweis auf neue Erdbebenart

Erm?glicht wurde dies durch die Aufzeichnung eines kurzen Pfeifens, das Meteoriten bei ihrem Eintritt in die Marsatmosph?re verursachen. Die Forschenden werteten Daten des Seismometers aus, das von der InSight-Mission der Nasa eingesetzt wurde. Sie stellten fest, dass sechs seismische Ereignisse, die in der N?he der Sonde aufgezeichnet wurden, zuvor als Meteoriteneinschl?ge identifiziert worden waren (Garcia et al., 2023). Zenh?usern von der ETH Z¨¹rich, ihre Co-Leiterin Natalia W¨®jcicka vom Imperial College London und das Forschungsteam fanden nun heraus, dass diese sechs seismischen Ereignisse Teil einer viel gr?sseren Gruppe von Marsbeben waren, die als Ereignisse mit sehr hoher Frequenz (very high frequency, VF) bezeichnet werden. Solche Beben entstehen mit viel gr?sserer Geschwindigkeit als tektonische Marsbeben vergleichbarer St?rke. So braucht es f¨¹r ein normales Beben der St?rke 3 auf dem Mars mehrere Sekunden, bei einem durch einen Hochgeschwindigkeitseinschlag verursachten Ereignis derselben St?rke jedoch nur 0,2 Sekunden oder weniger. Durch die Analyse der Spektren von Marsbeben wurden weitere 80 Beben identifiziert, als deren Ursache nun Einschl?ge von Meteoroiden angenommen werden. 

Seismischen Daten leiten erstmals Einschlagsrate von Meteoriten her

Jedes Jahr fallen rund 17 000 Meteoriten auf die Erde. Solange ihr Schweif nicht am Nachthimmel zu sehen ist, werden sie nur selten bemerkt. Die meisten Meteore zerfallen, wenn sie in die Erdatmosph?re eintreten. Auf dem Mars ist die Atmosph?re jedoch hundertmal d¨¹nner. Dadurch ist die Oberfl?che des Planeten gr?sseren und h?ufigeren Meteoriteneinschl?gen ausgesetzt.

Bisher verliessen sich Planetenforschende auf Weltraumbilder und Modelle, die aus gut erhaltenen, durch Meteoriteneinschl?ge verursachten Kratern auf dem Mond abgeleitet wurden. Diese Sch?tzungen konnten aber nicht ohne Weiteres auf den Mars ¨¹bertragen werden. So m¨¹ssen Forschende die st?rkere Anziehungskraft des Mars und die N?he des Roten Planeten zum Asteroideng¨¹rtel ber¨¹cksichtigen. Beide Faktoren f¨¹hren dazu, dass mehr Meteoriten auf dem Mars einschlagen. Aufgrund regelm?ssiger Sandst¨¹rme sind die Krater auf dem Planeten zudem weniger gut erhalten als auf dem Mond und k?nnen daher durch Weltraumbilder nicht so leicht entdeckt werden. Beim Einschlag eines Meteoriten auf dem Mars breiten sich die durch die Kollision verursachten seismischen Wellen durch die Kruste und den Mantel aus und k?nnen von Seismometern aufgezeichnet werden. Dadurch bietet sich eine vollkommen neue M?glichkeit, die Einschlagsrate auf dem Mars zu messen.

W¨®jcicka erkl?rt: ?Wir haben die Durchmesser der Krater anhand der St?rke und Entfernung der Hochfrequenz-Marsbeben gesch?tzt. Anhand dieser Sch?tzungen haben wir dann berechnet, wie viele Krater sich im Laufe eines Jahres um die InSight-Sonde gebildet hatten. Diese Daten haben wir extrapoliert, um die Anzahl der j?hrlichen Einschl?ge auf der gesamten Marsoberfl?che zu sch?tzen.?

Zenh?usern f¨¹gt hinzu: ?Neue Krater sind auf flachem, staubigem Gel?nde am besten zu sehen, denn dort fallen sie besonders auf. Allerdings ist diese Art von Gel?nde nur auf weniger als der H?lfte der Marsoberfl?che zu finden. Das empfindliche Seismometer der InSight-Mission konnte jedoch jeden einzelnen Einschlag innerhalb der Reichweite der Sonde aufzeichnen.?

Erkenntnisse ¨¹ber das Alter des Roten Planeten und zuk¨¹nftige Mars-Missionen

?hnlich wie Linien und Falten in einem Gesicht geben Gr?sse und Dichte der durch Meteoriteneinschl?ge entstandenen Krater Aufschluss ¨¹ber das Alter verschiedener Regionen eines Planeten. Das heisst: Je weniger Krater, desto j¨¹nger ist die betreffende Region. So weist Venus zum Beispiel fast keine sichtbaren Krater auf, weil der Planet durch eine dicke Atmosph?re gesch¨¹tzt ist und seine Oberfl?che durch Vulkanismus laufend neu gebildet wird. Die uralten Oberfl?chen des Planeten Merkur und des Mondes sind hingegen von Kratern ¨¹bers?t. Der Planet Mars liegt irgendwo dazwischen, denn dort gibt es einige junge und einige alte Regionen, die sich anhand der Zahl der Krater unterscheiden lassen.

Aus den neuen Daten geht hervor, dass auf der Oberfl?che des Mars fast jeden Tag ein neuer Krater von 8 Metern Durchmesser entsteht, ein Krater mit 30 Metern Durchmesser etwa einmal im Monat. Da durch Hochgeschwindigkeitseinschl?ge Explosionszonen entstehen, deren Durchmesser oft mindestens hundertmal so gross ist wie der Krater, ist es f¨¹r die Sicherheit von Missionen ¨C jetzt noch mit Robotern, k¨¹nftig auch mit Menschen ¨C wichtig, die genaue Zahl der Einschl?ge zu kennen.

?Diese Arbeit ermittelt als erste ihrer Art anhand von seismologischen Daten, wie h?ufig Meteoriten auf der Oberfl?che des Mars einschlagen, was eines der Ziele der ersten Stufe der Mars-Mission InSight war?, kommentiert Domenico Giardini, Professor f¨¹r Seismologie und Geodynamik an der ETH Z¨¹rich und Co-Principal Investigator der InSight-Mission der Nasa . ?Diese Daten werden in die Planung zuk¨¹nftiger Missionen zum Mars einfliessen.?

Um diese Forschungen voranzutreiben, ist nach Auskunft von Zenh?usern und W¨®jcicka geplant, bei den n?chsten Schritten Technologien des maschinellen Lernens einzusetzen. Sie sollen die Forschenden dabei unterst¨¹tzen, weitere Krater auf Satellitenbildern sowie seismische Ereignisse in den Daten zu identifizieren.