Wie ist das Marsinnere aufgebaut? Wie sind die Struktur und die Dynamik des roten Planeten? Dazu wussten die Planetenforschenden nur Ungefähres. Eine ihrer effizientesten Methoden, um Erschütterungen des Bodens zu analysieren, können sie erst seit einem guten Jahr einsetzen,
dank der ETH Zürich.

Das Seismometer als Modell 1:2. Foto: Basil Stücheli

Marsbebendienst. Der Name beschwört eine Menge Bilder herauf: ein Kuppelbau irgendwo im roten Staub, ein Pionierprojekt zur Erkundung und Besiedlung des Wüstenplaneten? Klingt nach wilder Science- Fiction, gibt es aber tatsächlich. Domenico Giardini, Professor für Seismologie und Geodynamik, führt einen gerne hin. In einem Büro an der ETH Zürich sitzen drei junge Forschende vor vielen Bildschirmen, werten die empfangenen Daten aus und charakterisieren diese. Zusammen mit Seismologinnen und Seismologen des Schweizerischen Erdbebendienstes wird der Marsbebendienst betrieben. Schlussendlich sind mehrere Gruppen der ETH Zürich für die Datenerfassungs- und Steuerungselektronik verantwortlich. Am Labor für Raumfahrtelektronik und -instrumente der ETH Zürich wurde die hochempfindliche Elektronik des Seismometers entwickelt.

Die Analogie zum routinemässig betriebenen Erdbebendienst ist kein Zufall. Die Discovery-Programme der NASA funktionieren nach dem Wettbewerbsprinzip: Wer die beste wissenschaftliche Idee präsentiert, fliegt mit. Der Vorschlag der ETH Zürich überzeugte, und so brachte die InSight Mission das vom europäischen Konsortium entwickelte Seismometer auf den roten Planeten. Explizit hätten sie im Proposal geschrieben: «Wir werden beim Marsbebendienst alles genauso machen wie auf der Erde», so Giardini. Das heisst: bewährte Infrastruktur, vorhandenes Wissen und eine Institution, deren Renommee für ein stabiles Forschungsumfeld steht.

Eines aber ist anders. «Das InSight-Messinstrument ist empfindlicher als alle Instrumente, die auf der Erde zum Einsatz kommen.» Und dabei musste es eine lange Reise durch den Weltraum und eine heikle Landung überstehen. Am 19. Dezember 2018 wurde es auf dem Boden des Mars abgesetzt, um als einziges Seismometer Erschütterungen aufzuspüren. Am 6. April 2019 gelang die erste Aufzeichnung eines Marsbebens. Die Forschenden haben ausgeklügelte Methoden, sodass sie manche der ein bis zwei pro Tag registrierten Beben sogar genau lokalisieren können. Dazu kombinieren Giardini und sein Team Methoden aus den Anfängen der Seismologie mit modernen Analyseverfahren. Was sie herausfinden, soll nicht nur helfen, offene Fragen zur geologischen Struktur des Mars zu beantworten, sondern ganz allgemein zur Entstehung der erdähnlichen Planeten im inneren Sonnensystem.

«Man hat nur eine Chance. Alles muss klappen, denn die Mission ist unbemannt», weiss Domenico Giardini, Professor für Seismologie und Geodynamik an der ETH Zürich

«Wir wussten bereits viel über die Marsoberfläche», sagt Giardini, «aber über das Innenleben des Planeten gab es nur Mutmassungen.» Diese werden nun erstmals mit harten Fakten überprüft – und reihenweise verworfen. Nach etwas über einem halben Jahr InSight-Messungen seien schon fast drei Viertel der etwa 2000 Modelle über den Aufbau des Mars vom Tisch. Und er fügt mit einem Schmunzeln hinzu, es gebe gerade ziemlich viel Anlass zu Diskussionen in der Mars-Forschergemeinde. Sicher ist: Die Mars- Erschütterungen müssen andere Auslöser haben als die Beben auf der Erde. Hier sind es meist Verschiebungen der tektonischen Platten. Doch der Mars besteht aus nur einer einzigen tektonischen Platte.

Weil ein völlig neues Kapitel der Planetenforschung aufgeschlagen wurde, war die InSight-Mission ein Flug ins Blaue: «Wir hatten keine Ahnung, welche Art von Beben wir erwarten konnten.» Also konzipierten die Forschenden ein breites Amplitudenspektrum. Das nächste Mal würde Giardini «viel einfachere Sensoren» hinaufschicken. Ein grosses Problem aber wird man kaum ausschalten können: den Marswind. Der hatte bislang alle seismographischen Messversuche auf dem Mars buchstäblich verblasen. Und auch das InSight-Instrument liefert den Marstag über nur Sturmrauschen. Erst am Abend wird es ruhig auf dem roten Planeten. Dann horcht das Seismometer umso genauer hin.

Giardini weiss, eine solche Mission kann auch schiefgehen. «Man hat nur eine Chance. Alles muss klappen, denn die Mission ist unbemannt, es ist kein Astronaut mitgeflogen, der nach dem Rechten sehen könnte.» Ein bisschen Glück gehört auch dazu: Die ETH Zürich hat Spezialistinnen und Spezialisten für die komplizierten Daten von kleineren Beben, die – wie sich nun zeigt – auf dem Mars häufig vorkommen. Was sie «hören», gibt aber auch Rätsel auf. Die ersten seismischen Signale der Marsbeben konnten die Forschenden leicht einordnen, aber die folgenden Signale zeigten stärkere Echos als erwartet. Manche Beben schwangen 10 bis 20 Minuten nach. Viele internationale Kolleginnen und Kollegen warten derweil ungeduldig auf grössere Erschütterungen der Marsoberfläche: einen Meteoriteneinschlag, einen Vulkanausbruch. Dies würde zu Signalen führen, die ganz andere Einsichten in die Marsstruktur erlauben. Der Marsbebendienst arbeitet auch für sie.