Unter der Marsoberfläche könnten die beiden Hemisphären des Planeten einen Temperaturunterschied von mehreren hundert Grad verbergen.
Der Kontrast zwischen dem Norden und dem Süden ist bereits an der Oberfläche offensichtlich. Der Norden besteht vor allem aus weiten, tief liegenden Ebenen. Der Süden ist höher gelegen, unwegsamer und von Kratern bedeckt, mit einer im Allgemeinen dickeren Kruste. Eine in Nature veröffentlichte Studie deutet nun darauf hin, dass sich diese Trennung tief in den Planeten hinein fortsetzen könnte.
Zwei globale topografische Ansichten des Mars, erstellt mit dem Laser-Höhenmesser MOLA von Mars Global Surveyor. Die Farben zeigen die Höhe an.
Quelle: NASA/JPL
Die Forschenden haben selbstverständlich kein Thermometer im Marsmantel platziert. Sie nutzten die Flugbahnen von drei Sonden: Mars Global Surveyor, Mars Odyssey und Mars Reconnaissance Orbiter. Über sechzehn Jahre hinweg ermöglichten Radiomessungen die Verfolgung winziger Geschwindigkeitsänderungen, die durch Veränderungen im Gravitationsfeld des Mars verursacht wurden.
Zum Verständnis: Der Mars ist der Anziehungskraft der Sonne im Laufe des Jahres nicht exakt auf dieselbe Weise ausgesetzt. Seine Umlaufbahn ist leicht elliptisch, und seine Achse ist geneigt. Der Planet verformt sich daher im Verlauf der Jahreszeiten geringfügig. Wie er auf diese Anziehungskraft reagiert, hängt unter anderem von der Steifigkeit der tief im Inneren gelegenen Gesteine ab.
Die gemessenen Schwerkraftschwankungen entsprechen jedoch nicht denen, die zu erwarten wären, wenn das Innere des Mars überall gleich wäre. Die Berechnungen deuten auf einen Unterschied der Steifigkeit von mehr als 20 % im Mantel hin, der großen Gesteinsschicht zwischen Kruste und Kern. Dieser Unterschied folgt im Großen und Ganzen der an der Oberfläche sichtbaren Trennung zwischen den beiden Hemisphären.
Modell der inneren Struktur des Mars, wie sie aus der vorliegenden Studie abgeleitet wurde.
Die Temperatur liefert die wichtigste von den Forschenden angenommene Erklärung. Ihr Modell zeigt, dass der Mantel unter dem südlichen Hochland etwa 200 bis 400 °C heißer wäre als unter den nördlichen Ebenen. Er könnte außerdem geringfügig mehr Eisen enthalten.
Wie könnte ein solcher Unterschied heute noch bestehen? Eine Möglichkeit hängt mit der dicken Kruste des Südens zusammen, die den Wärmeverlust über Milliarden Jahre begrenzt haben könnte. Auch langsame Bewegungen heißer Gesteine im Mantel könnten eine Rolle spielen. Die frühe Geschichte des Mars, insbesondere ein möglicher gigantischer Einschlag, wird ebenfalls weiter untersucht.
Diese Wärme könnte helfen, weitere Beobachtungen zu verstehen. Die Wellen einiger Marsbeben scheinen im Süden mehr Energie zu verlieren, was mit heißeren Gesteinen vereinbar ist. Die Forschenden weisen außerdem darauf hin, dass eine hohe Temperatur örtlich das Vorhandensein kleiner Mengen geschmolzenen Gesteins, also von Magma, in der Tiefe ermöglichen könnte.
Künftige Messungen könnten zwischen diesen Möglichkeiten unterscheiden. Die Forschenden schlagen insbesondere elektromagnetische Beobachtungen vor, um nach möglichen Magmataschen unter dem Hochland zu suchen. Noch genauere Gravitationskarten könnten außerdem zeigen, ob geschmolzenes Material aufsteigt und anschließend in der dicken Kruste des Südens eingeschlossen bleibt.