Insight: Der Marskern soll doch flüssig sein

Lange war die Fachwelt unsicher, ob der Kern des Mars flüssig oder fest ist. Die Daten von Insight sollen nun die Lösung geliefert haben.

Artikel veröffentlicht am 3. Juli 2023, 16:10 Uhr, Patrick Klapetz

Eine künstlerische Darstellung der Insight-Mission auf der Marsoberfläche (Bild: Nasa, JPL-Caltech)

Bisher wurde aufgrund von Messungen seismischer Wellen vermutet, dass der rote Planet einen flüssigen Kern hat. Dank der Daten des Insight-Landefahrzeugs der amerikanischen Raumfahrtbehörde Nasa konnte ein Forschungsteam nun den Zustand des Marskerns besser bestimmen.

Es dauerte jedoch eine Weile, bis das Team die Signale aus dem Rauschen der Bewegungen des Planeten analysieren konnte. Eine direkte Beobachtung des Kerns ist nämlich nicht möglich. Zwar gab es durch das verbaute Seismometer Seis (Seismic Experiment for Interior Structure) bereits die ersten Hinweise auf einen flüssigen Kern, doch erst das Rise-Instrument (Rotation and Interior Structure Experiment) konnte das Taumeln der Marsachse durch die Gravitationskräfte der Sonne bestätigen.

Rotationsachse des Mars gibt Antwort auf Zustand seines Kerns

"Unsere Analyse der Funkverfolgungsdaten von Insight spricht gegen die Existenz eines festen inneren Kerns und enthüllt die Form des Kerns, was darauf hindeutet, dass es tief im Mantel interne Massenanomalien gibt", schreibt das Forschungsteam.

Doch es gab einige Hindernisse. Zum einen verändert sich die Rotationsachse des Planeten durch die Anziehungskräfte seiner Monde Phobos und Deimos leicht. Zum anderen veränderten auch die Staubstürme, die vor und nach der Landung von Insight auftraten, eine Zeit lang die Rotationsgeschwindigkeit des Planeten. Die exakte Position des Landers konnte das Team erst nach dem Erhalt der ersten Funkdaten bestimmen.

Durch die Verfolgung des Signals konnte das Team extrem kleine Veränderungen der Position der Erde im Verhältnis zum Empfänger feststellen. Diese Veränderungen werden durch Nutationen – also Rotationsschwankungen des Mars – verursacht. Diese Schwankungen verändern den Abstand und die Richtung der Planetenachse.

"Die Nutationsanalyse auf der Grundlage radiometrischer Messungen ist die einzige Technik, die direkte Schätzungen der Eigenschaften des Marskerns liefern kann", schreibt das Team in seiner Studie. Doch Nutationen können prograd (die Achse bewegt sich gegen den Uhrzeigersinn relativ zu ihrer Umgebung) oder retrograd (das Gegenteil davon) sein.

Antworten auf die Zusammensetzung des Marskerns

Höchstwahrscheinlich besteht der Marskern aus einer Legierung aus flüssigem Eisen und Schwefel. Er soll sich zudem in einem ständigen Konvektionsprozess befinden, bei dem die heißere Flüssigkeit aufsteigt und die kältere sinkt. Zu diesem Schluss kommen die Forscher, weil sich die Achse mehr bewegt, als wenn der Kern fest wäre – und weil die Achse retrograd wackelt, was grundsätzlich ein Anzeichen für einen flüssigen Planetenkern ist.

Der äußere Kern der Erde ist eine Legierung aus flüssigem Eisen und Nickel, während der innere Kern fest ist und hauptsächlich aus Eisen besteht. Anders als der Erdkern ist der Marskern vermutlich vollständig flüssig. Der untere Mantel des Mars könnte ebenfalls geschmolzen sein. Das hat Auswirkungen auf die Größe und Form des Kerns.

Ein geschmolzener Mantel würde unterirdische Massenanomalien ermöglichen. Dadurch entstehen Regionen, in denen das Material dichter oder weniger dicht ist als das umgebende Material. Diese Anomalien scheinen viel tiefer unter der Oberfläche zu liegen, als das bei einem festen Kern der Fall sein dürfte. Die Anomalien könnten zum Teil die leichte Abflachung sowohl der Oberfläche als auch des Kerns des Mars erklären, wenn er sich um seine Achse dreht.

Zur Studie

Die Studie wurde am 14. Juni 2023 in der Fachzeitschrift Nature publiziert und heißt Spin state and deep interior structure of Mars from InSight radio tracking (Spin-Zustand und tiefe innere Struktur des Mars aus der InSight-Funkverfolgung).