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Erdbeben auf dem Mars

InSight steht für “Interior Exploration using Seismic Investigations, Geodesy and Heat Transport”. Es handelt sich dabei um eine unbemannte Mission der NASA mit dem Ziel, im Jahr 2016 geophysikalische Instrumente auf den Mars zu bringen, um das Innere des Planeten zu erforschen. Eines dieser Instrumente ist ein Seismometer, welches über zwei Jahre hinweg Marsbeben aufzeichnen soll. Sämtliche wissenschaftlichen Geräte sind in Europa entwickelt und gebaut worden. Die ETH Zürich und insbesondere der Schweizerischen Erdbebendienst (SED) sind in vielfältiger Weise an dem Projekt beteiligt: Bei der Entwicklung von Hardware (Elektronik), bei der Datenverarbeitung (Analyse der seismischen Messdaten zur Entdeckung und Charakterisierung von Marsbeben) und bei der Interpretation der Bebendaten, um Erkenntnisse über das Planeteninnere zu gewinnen.

Entdecken Sie die Instrumente, die auf dem Mars zum Einsatz kommen durch Klicken auf die Nummern (© NASA):

Verschiedene europäische Länder entwickeln wissenschaftliche Instrumente für InSight, dazu gehört auch das Breitbandseismometer (SEIS). Die Schweiz beteiligt sich über die ETH Zürich an InSight, wobei die Gruppe „Aerospace Electronics & Instrument Laboratory (AEIL)“ des Instituts für Geophysik für die Datenerfassungs- und Steuerungselektronik des Seismometers zuständig ist. Sobald regelmässig (etwa zweimal täglich) Daten vom Mars eintreffen, werten Seismologinnen und Seismologen des Schweizerischen Erdbebendienstes die Daten im Rahmen ihrer Routinearbeit aus. Dies beinhaltet die Erfassung der Erdbebentätigkeit auf dem Mars und insbesondere die Lokalisierung der Beben.

Die Reise von der Erde zum Mars dauert etwa sechs Monate. Das folgende Video zeigt, wie die Sonde den Bereich der Erdanziehung verlässt, zum Mars fliegt und sanft auf der Marsoberfläche landet. Das Risiko eines Fehlschlags wird bei der InSight-Mission als relativ gering eingeschätzt, da Start, Flugbahn und Landung bereits bei der erfolgreichen Phoenix-Mission 2005 erprobt wurden.

Nach einer erfolgreichen Landung in der Marsebene „Elysium Planitia“ wird es einige Monate dauern, bis alle Geräte aufgestellt und auf korrektes Funktionieren überprüft worden sind. Das folgende Video zeigt die Installationsphase. Zuerst werden die Sonnensegel ausgefahren, die der Energieversorgung dienen. Anschliessend wird das Seismometer direkt auf den Untergrund gestellt und mit einem Schutzschirm umschlossen. Schliesslich wird das HP3-Gerät abgesetzt, welches eine fünf Meter tiefe Bohrung in die Marsoberfläche treiben wird.

Von den Ergebnissen der InSight-Mission erhofft man sich Erkenntnisse über eine der fundamentalen Fragen der Planeten- und Sonnensystemforschung. Man möchte die Prozesse besser verstehen, die vor mehr als vier Milliarden Jahren die erdähnlichen Planeten des inneren Sonnensystems (einschliesslich der Erde) haben entstehen lassen. Das wichtigste Ziel von InSight besteht darin, Aufschlüsse über die früheste Entwicklungsgeschichte derjenigen Prozesse zu gewinnen, die den Mars geprägt haben. Hierfür werden Grösse, Dicke, Dichte und Gesamtstruktur von Kern, Mantel und Kruste des Planeten erforscht sowie die Rate bestimmt, mit der Wärme aus dem Planeteninneren entweicht. Ferner wird man Aufschluss darüber gewinnen, ob es seismische Aktivität gibt, und ob der Kern fest oder flüssig ist.

Weiter strebt die Mission eine detaillierte Untersuchung der Geophysik, der tektonischen Aktivität und der Meteoriteneinschläge auf dem Mars an. Hieraus können Erkenntnisse über ähnliche Vorgänge auf der Erde gewonnen werden.

Der Mars ist ein idealer Planet, um die fundamentalen Prozesse der Planetenentstehung zu studieren. Er dürfte den umfangreichsten und genauesten historischen Nachweis bereithalten, da er einerseits hinreichend gross ist, um den frühesten Prozessen unterworfen gewesen zu sein, die die erdähnlichen Planeten geprägt haben. Andererseits ist er klein genug, um die Handschrift dieser Prozesse bewahrt zu haben.

Bereits in der Anfangszeit der Planetenerkundung wurden Seismometer auf dem Mond und auf dem Mars aufgestellt. Zwischen 1969 und 1972 brachten die Apollo-Astronauten mehrere Seismometer auf den Mond. Mit diesem Netzwerk wurde das Vorkommen von Mondbeben nachgewiesen. 1976 hatten beide Viking-Marssonden Seismometer an Bord. Unglücklicherweise konnten keine Marsbeben nachgewiesen werden, da der Frequenzumfang der Sensoren nicht ausreichend war und aufgrund fehlender Entkopplung der Sensoren von der Landeplattform starke Störsignale auftraten.

Es ist eine wissenschaftliche und technische Herausforderung, mit einer einzelnen Messstation Bebensignale zu erkennen und Lokalisierungen in hoher Qualität vorzunehmen. Wenn InSight erfolgreich ist, gibt es Anlass zur Hoffnung, dass bei zukünftigen Marsmissionen mit weiteren Seismometern ähnlicher Bauart ein Netzwerk aufgebaut werden kann.