Zusammenfassung:
Wissenschaftler haben herausgefunden, dass es im Inneren des Mars möglicherweise einen riesigen Temperaturunterschied gibt, der bisher nicht erkannt wurde: Die Temperatur tief unter der Erde auf der Südhalbkugel könnte 200 bis 400 Grad Celsius höher sein als auf der Nordhalbkugel, und ein Teil des Mantels auf der Südhalbkugel könnte sich in einem teilweise geschmolzenen Zustand befinden. Diese Entdeckung liefert nicht nur neue Hinweise zur Erklärung der seit langem bestehenden großen geologischen Unterschiede zwischen der nördlichen und südlichen Hemisphäre auf der Marsoberfläche, sondern könnte Wissenschaftlern auch dabei helfen, das frühe Magnetfeld, den Wasserkreislauf und die geologische Entwicklungsgeschichte des Mars neu zu verstehen.
Die Forschung wurde vom Caltech-Alumnus Alexander Byrne geleitet. Byrne, der als Doktorand am Caltech eine Methode entwickelt hat, um aus kleinen Änderungen der Schwerkraft eines Planeten Rückschlüsse auf seine innere Struktur zu ziehen, ist zu einem Postdoktorandenstipendium an der University of Arizona gewechselt. Die Forschungsergebnisse wurden am 26. August 2026 im Magazin „Nature“ veröffentlicht.
Eines der auffälligsten Merkmale des Mars sind die äußerst offensichtlichen Unterschiede zwischen der nördlichen und südlichen Hemisphäre. Die südliche Hemisphäre wird von Hochebenen, Bergen und dichten antiken Einschlagskratern dominiert, und die Gesamtoberflächenhöhe ist höher; Die nördliche Hemisphäre besteht hauptsächlich aus tiefliegenden, flachen und relativ jungen Ebenen. Wissenschaftler kennen dieses Phänomen, das als „Krustendichotomie“ bekannt ist, seit langem, aber wie genau dieser große Unterschied entsteht, konnte nie zufriedenstellend erklärt werden.
Neueste Forschungsergebnisse zeigen, dass dieser Nord-Süd-Unterschied möglicherweise nicht an der Marsoberfläche endet, sondern sich bis in die Tiefen des Mars erstreckt. Durch die Analyse der Gravitationsveränderungen im Inneren des Mars fanden Forscher heraus, dass sich die innere Struktur des Untergrunds auf der Südhalbkugel auch hinsichtlich der thermischen Eigenschaften erheblich von der auf der Nordhalbkugel unterscheidet und die Temperatur möglicherweise 200 bis 400 Grad Celsius höher ist.
Um dieses Ergebnis zu erhalten, verließen sich die Forscher nicht auf traditionelle seismische Marsbeobachtungen, sondern verwendeten eine Methode namens „Gezeitentomographie“. Die Grundidee ähnelt einem medizinischen CT-Scan, allerdings ist das Scanobjekt nicht der menschliche Körper, sondern der gesamte Mars.
Die Schwerkraft der Sonne wird weiterhin auf den Mars wirken. Da die Umlaufbahn des Mars leicht elliptisch ist und seine Rotationsachse geneigt ist, ändert sich der Gezeiteneffekt, den die Sonne auf den Mars ausübt, mit der Zeit. Obwohl es auf dem Mars kein flüssiges Wasser gibt, das sich wie die Ozeane der Erde deutlich wellenartig bewegen kann, wird der gesamte Planet dennoch einer extrem leichten Dehnung und Verformung unterliegen.
Die Temperatur und der Zustand der Materie im Inneren des Mars werden diese Verformung beeinflussen. Kühles, hartes Gestein ist weniger anfällig für Verformungen, während heißes, weiches oder sogar teilweise geschmolzenes Gestein anfälliger für Veränderungen durch Gezeitenkräfte ist. Solange wir die winzige Reaktion des Mars auf die Einwirkung von Gezeiten genau messen können, können wir daher wiederum Rückschlüsse auf den Zustand und die Temperatur seiner Untergrundmaterialien ziehen.
Das Problem besteht darin, dass diese Verformung zu klein ist, um direkt beobachtet zu werden. Aber wenn sich der Mars verformt, wird auch sein Gravitationsfeld extrem schwache Veränderungen hervorrufen, und ein Detektor, der den Mars umkreist, kann diesen Gravitationsunterschied indirekt durch subtile Änderungen seiner eigenen Geschwindigkeit aufzeichnen.
Das Forschungsteam hat daher Funkverfolgungsdaten abgerufen, die über Jahrzehnte von mehreren Mars-Orbitern gesammelt wurden, darunter der 1996 gestartete Mars Global Surveyor, der 2001 gestartete Mars Odyssey und der 2005 gestartete Mars Reconnaissance Orbiter. Durch die Analyse der kleinen Gravitationsstörungen in der Geschwindigkeit dieser Sonden während ihres Langzeitbetriebs rekonstruierten die Forscher die Veränderungen im Gravitationsfeld des Mars im Laufe der Zeit.
Nachdem die Forscher eine „Gezeitentomographie“-Analyse dieser Daten durchgeführt hatten, erhielten sie schließlich ein Modell der dreidimensionalen Struktur des Marsinneren und stellten fest, dass es im Untergrund der nördlichen und südlichen Hemisphäre erhebliche thermische Asymmetrien gibt.
Die Entdeckung könnte auch zwei weitere seit langem bestehende Geheimnisse des Mars erklären.
Das erste Rätsel hängt mit dem Magnetfeld des Mars zusammen. Der heutige Mars verfügt nicht mehr über ein starkes globales Magnetfeld wie die Erde, aber in der alten Kruste der südlichen Hemisphäre des Mars sind sehr starke lokale Magnetisierungsspuren erhalten. Es wird angenommen, dass diese magnetischen Anomalien Relikte der frühen Existenz eines globalen Magnetfelds auf dem Mars sind und auch bedeuten, dass der Mars einst über einen Generatormechanismus verfügte, der in der Lage war, ein globales Magnetfeld zu erzeugen.
Auf der Südhalbkugel des Mars gibt es reichlich solch magnetisierte Kruste, während auf der Nordhalbkugel auffallend keine ähnlichen Strukturen vorhanden sind, ein Unterschied, der seit langem rätselhaft ist. Wenn der Mantel in der südlichen Hemisphäre des Mars eine völlig andere thermische Geschichte hat, könnte dies erklären, warum die alten magnetischen Aufzeichnungen des Mars eine solch asymmetrische Verteilung zwischen der Nord- und Südseite aufweisen.
Das zweite Rätsel ergibt sich aus der NASA-InSight-Mission. Das von InSight mitgeführte Seismometer hat kontinuierlich das Innere des Mars beobachtet. Forscher haben herausgefunden, dass bei der Ausbreitung seismischer Wellen in der südlichen Marsregion die Energieverlustrate deutlich höher ist als in der nördlichen Region.
Hochtemperaturgesteine sind im Allgemeinen weicher als Niedertemperaturgesteine und absorbieren eher seismische Wellenenergie. Wenn es in der südlichen Hemisphäre tatsächlich einen heißen oder sogar teilweise geschmolzenen Erdmantel im Untergrund gibt, dann kann diese Umgebung die abnormale Dämpfung seismischer Wellen erklären, die zuvor von InSight beobachtet wurde.
Das bedeutet, dass mehrere bisher scheinbar nicht zusammenhängende Geheimnisse des Mars – die geologischen Unterschiede zwischen der nördlichen und südlichen Hemisphäre, die anomale Magnetisierung der südlichen Hemisphäre und die schnellere Dämpfung seismischer Wellen im Süden – nun alle auf denselben verborgenen Faktor hinweisen könnten: ein heißeres, weicheres Inneres unter der südlichen Hemisphäre des Mars.
Die Forscher glauben auch, dass dieses Ergebnis mit der früheren Wasserumgebung des Mars zusammenhängen könnte. Die enormen topografischen Unterschiede zwischen der nördlichen und südlichen Hemisphäre des Mars bestimmen nicht nur die heutige Oberflächenlandschaft, sondern können auch die Bildung alter Becken und die Art und Weise beeinflussen, wie Wasser auf der Marsoberfläche fließt und sich dort sammelt. Das Verständnis dieses Nord-Süd-Unterschieds wird Wissenschaftlern dabei helfen, besser zu verfolgen, woher das frühere Wasser des Mars kam, wo es floss und in welchen Gebieten es möglicherweise schon lange flüssiges Wasser gab.
Dies ist auch wichtig, um herauszufinden, ob der Mars in der Vergangenheit eine für Leben geeignete Umgebung hatte. Möglicherweise hatte der Mars in seinen frühen Tagen eine dickere Atmosphäre, ein wärmeres Klima und große Mengen an Oberflächenwasser, und diese Bedingungen stehen in engem Zusammenhang mit den geologischen Aktivitäten im Inneren des Mars. Wenn der Zeitpunkt und die Ursache der Bildung unterirdischer thermischer Strukturen in der nördlichen und südlichen Hemisphäre bestimmt werden können, könnte es möglich sein, den Prozess der allmählichen Entwicklung des Mars von einem aktiveren und potenziell bewohnbaren jungen Planeten zu der kalten und trockenen Welt, die er heute ist, weiter zu rekonstruieren.
Dennoch können Forscher die kritischste Frage immer noch nicht beantworten: Was macht das Innere der südlichen Hemisphäre des Mars so heiß?
Es gibt mindestens mehrere mögliche Erklärungen. Eine Möglichkeit besteht darin, dass es in den frühen Tagen des Mars zu einem massiven Einschlagsereignis kam. Ein riesiges Objekt, das auf den Mars einschlug, könnte seine innere thermische Struktur verändert und ein riesiges Tieflandbecken auf der Nordhalbkugel geschaffen haben, was zu den heute beobachteten Unterschieden zwischen der Nord- und der Südhalbkugel geführt hätte.
Eine andere Möglichkeit besteht darin, dass es im Marsmantel einst zu asymmetrischer innerer Konvektion kam. Heißes Material im Inneren des Planeten steigt auf und abgekühltes Material sinkt. Dieser Konvektionsprozess behält nicht immer die perfekte Symmetrie bei. Wenn der Mantel in der südlichen Hemisphäre des Mars über längere Zeit eine besondere Konvektionsstruktur beibehält, kann dies dazu führen, dass sich dort weiterhin mehr Wärme ansammelt.
Die dritte Möglichkeit hängt mit der Zusammensetzung des Untergrundmaterials zusammen. Wenn tief in der südlichen Hemisphäre geologische Strukturen existieren, die reich an radioaktiven Elementen sind, würden diese Elemente während ihres langfristigen Zerfalls weiterhin Wärme freisetzen und könnten unterirdische Regionen ungewöhnlich heiß halten. Wenn es darüber hinaus dicke geologische Strukturen gibt, die die Wärmeabgabe verhindern, kann es sein, dass die Wärme lange Zeit unter der Erde eingeschlossen bleibt.
Es liegen bisher keine schlüssigen Beweise für eine Erklärung vor. Die Forscher sagten, dass der nächste Schritt darin besteht, weitere seismische, Schwerkraft- und geologische Daten der Marsoberfläche zu kombinieren, um weiter zu bestimmen, in welchem Stadium der Marsgeschichte sich diese thermische Anomalie gebildet hat und ob sie gleichzeitig mit der Dichotomie der Nord-Süd-Topographie auftrat.
Diese Studie zeigt auch den Wert einer langfristigen Sammlung von Erkennungsdaten. Der Mars Global Surveyor wurde bereits 1996 gestartet und beendete seine Mission im Jahr 2006, doch die in diesem Jahr gesammelten Daten können immer noch zur Lösung aktueller Fragen zur inneren Struktur des Mars genutzt werden. Durch die erneute Analyse jahrzehntelanger Beobachtungen haben Forscher neue wissenschaftliche Ergebnisse gewonnen, die während der Missionsentwurfsphase möglicherweise nicht vorhergesehen wurden.
Wenn sich in Zukunft weiter bestätigen lässt, dass es auf der Südhalbkugel des Mars großflächige Hochtemperatur- oder sogar teilweise geschmolzene Gebiete im Untergrund gibt, bedeutet dies, dass das Innere des Mars weitaus unebener ist als bisher angenommen. Für diesen scheinbar „toten“ Planeten könnten in seinen Tiefen immer noch große thermodynamische Unterschiede verborgen sein, und dieses Temperaturrätsel von 200 bis 400 Grad Celsius könnte ein wichtiger Schlüssel zum Verständnis der Entstehung, Entwicklung und der alten bewohnbaren Umgebung des Mars sein.
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