Schwerkraftstudie gibt Einblicke in verborgene Strukturen unter dem verlorenen Ozean des Mars und dem aufgehenden Olympus Mons

Studien zu Schwerkraftschwankungen auf dem Mars haben dichte, großflächige Strukturen entdeckt, die unter den Sedimentschichten eines verlorenen Ozeans verborgen sind. Die Analyse, die Modelle und Daten mehrerer Missionen kombiniert, zeigt auch, dass aktive Prozesse im Marsmantel dem größten Vulkan des Sonnensystems, Olympus Mons, einen Schub verleihen könnten. Die Ergebnisse wurden diese Woche auf der Europlanet Science Congress (EPSC) in Berlin von Bart Root von der Technischen Universität Delft (TU Delft).

Auf dem Mars gibt es viele verborgene Strukturen, beispielsweise Eisablagerungen. Die in den nördlichen Polarebenen entdeckten Strukturen geben allerdings Rätsel auf, da sie von einer dicken und glatten Sedimentschicht bedeckt sind, die vermutlich auf dem Urmeeresboden abgelagert wurde.

„Diese dichten Strukturen könnten vulkanischen Ursprungs sein oder aus verdichtetem Material durch Einschläge in der Vergangenheit bestehen. Wir haben rund 20 Strukturen unterschiedlicher Größe identifiziert, die in der Gegend um die Nordpolkappe verstreut sind – eine davon ähnelt der Form eines Hundes“, sagte Dr. Root. „An der Oberfläche scheint es keine Spur von ihnen zu geben. Durch Gravitationsdaten haben wir jedoch einen spannenden Einblick in die ältere Geschichte der nördlichen Hemisphäre des Mars.“

Dr. Root und Kollegen von der TU Delft und der Universität Utrecht nutzten winzige Abweichungen in den Umlaufbahnen von Satelliten, um das Gravitationsfeld des Mars zu untersuchen und Hinweise auf die innere Massenverteilung des Planeten zu finden. Diese Daten wurden in Modelle eingespeist, die neue Beobachtungen der NASA-Mission Insight zur Dicke und Flexibilität der Marskruste sowie zur Dynamik des Planetenmantels und des tiefen Inneren nutzen, um eine globale Dichtekarte des Mars zu erstellen.

Die Dichtekarte zeigt, dass die nördlichen Polarregionen eine um etwa 300–400 kg/m3 höhere Dichte aufweisen als ihre Umgebung. Die Studie hat jedoch auch neue Einblicke in die Strukturen der riesigen Vulkanregion Tharsis Rise gegeben, zu der auch der riesige Vulkan Olympus Mons gehört.

Obwohl die Vulkane sehr dicht sind, liegt das Gebiet von Tharsis viel höher als die durchschnittliche Oberfläche des Mars und ist von einer Region mit vergleichsweise schwacher Schwerkraft umgeben. Diese Schwerkraftanomalie lässt sich nur schwer erklären, wenn man nur die Unterschiede in der Marskruste und dem oberen Mantel betrachtet. Die Studie von Dr. Root und seinem Team lässt vermuten, dass eine leichte Masse von etwa 1750 Kilometern Durchmesser und 1100 Kilometern Tiefe der gesamten Tharsis-Region einen Schub nach oben verleiht. Dies könnte durch eine riesige Lavafontäne tief im Inneren des Mars erklärt werden, die zur Oberfläche aufsteigt.

„Die NASA-Mission InSight hat uns wichtige neue Informationen über die harte Außenschicht des Mars geliefert. Das bedeutet, dass wir unser Verständnis der Stützstruktur des Vulkans Olympus Mons und seiner Umgebung überdenken müssen“, sagte Dr. Root. „Sie zeigt, dass im Inneren des Mars möglicherweise noch aktive Bewegungen stattfinden, die die Oberfläche beeinflussen und möglicherweise neue vulkanische Strukturen bilden.“

Dr. Root ist Teil des Teams, das die Mission Martian Quantum Gravity (MaQuls) vorschlägt. Ziel der Mission ist es, mithilfe von Technologien, die für Missionen wie GRAIL und GRACE auf dem Mond bzw. der Erde entwickelt wurden, das Gravitationsfeld des Mars detailliert zu kartieren.

„Beobachtungen mit MaQuIs würden es uns ermöglichen, den Untergrund des Mars besser zu erforschen. Dies würde uns helfen, mehr über diese mysteriösen verborgenen Strukturen herauszufinden und die laufende Mantelkonvektion zu untersuchen. Außerdem könnten wir dynamische Oberflächenprozesse wie atmosphärische jahreszeitliche Veränderungen und die Erkennung von Grundwasserreservoirs verstehen“, sagte Dr. Lisa Wörner vom DLR. Wer präsentierte zur MaQuIs-Mission bei EPSC2024 diese Woche.