Mars is aan het zoemen, en wetenschappers weten niet waarom

De nieuwste robot-geoloog van de NASA vangt op de Rode Planeet een vreemde trilling op.

woensdag, 26 februari 2020,
Door Maya Wei-Haas
InSight is ontworpen om het binnenste van Mars in kaart te brengen. Tot de vele instrumenten ...
InSight is ontworpen om het binnenste van Mars in kaart te brengen. Tot de vele instrumenten aan boord van de robotverkenner behoort ook de extreem gevoelige seismometer SEIS (in het midden van de foto), die elke huivering van de Rode Planeet registreert.
Foto van NASA/JPL-Caltech

Waar zal de mensheid zijn aan het eind van deze eeuw? Ga mee op reis door het heelal en ontdek wat er mogelijk is in Cosmos: Possible Worlds. Vanaf 9 maart elke maandag om 21:00 op National Geographic.

Onder het ijskoude en stoffige oppervlak van Mars is een merkwaardig gezoem te horen. De aanhoudende trilling galmt door de hele planeet, maar de locatie van de buitenaardse stemvork is onbekend.

Het Martiaanse gezoem is slechts één van een reeks nieuwe mysteries en inzichten die de robotverkenner InSight van de NASA op het spoor is gekomen. De nieuwe bevindingen zijn gepresenteerd in een serie van vijf wetenschappelijke artikelen, die gisteren in de tijdschriften NatureGeoscience en Nature Communications zijn verschenen. Ze bieden een inkijkje in de verrassende activiteit die zich boven en onder het oppervlak van de Rode Planeet afspeelt.

Na een spannende en riskante afdaling landde InSight in november 2018 in een uitgestrekte en kale vlakte nabij de evenaar van Mars. Sindsdien heeft de robotverkenner zijn uiterst gevoelige seismometer SEIS en een reeks andere instrumenten gebruikt om metingen te doen, waarmee wetenschappers meer inzicht proberen te krijgen in de geologische activiteit en interne structuur van de Rode Planeet. “Het is gewoon een enorme opluchting dat we nu eindelijk kunnen opstaan en roepen: ‘Kijk eens wat voor geweldige dingen we hier ontdekken,’” zegt Bruce Banerdt, hoofdonderzoeker van de InSight-missie.

In deze illustratie staat InSight op het oppervlak van Mars naast de seismometer SEIS. Ook is het instrument ‘de Mol’ te zien, een boor waarmee de temperatuur van de ondergrond kan worden gemeten.
Foto van Illustratie NASA/JPL-Caltech

Naast het vreemde gezoem worden in de nieuwste datacluster van InSight ook andere verschijnselen beschreven, waaronder de eerste actieve breuklijn die ooit op Mars is ontdekt, patronen en pulsen in het huidige Martiaanse magneetveld en aanwijzingen voor een magneetveld in het verre verleden van Mars.

Deze informatie over Mars is ook van cruciaal belang voor ons inzicht in het ontstaansproces van alle rotsachtige planeten. “Je kunt je model niet alleen op de aarde baseren, je hebt meer meetpunten nodig,” zegt Suzanne Smrekar, plaatsvervangend hoofdonderzoeker van de InSight-missie. “Het is superspannend dat we deze dingen waarnemen en dat we Mars proberen te begrijpen.”

Vreemde trillingsbron

Een van de hoofddoelen van InSight is het meten van de seismische activiteit op Mars. In de eerste paar maanden van deze zoektocht naar trillingen bleef het op Mars akelig stil. Maar op 6 april 2019 werd eindelijk de allereerste ‘Marsbeving’ geregistreerd, tot verrukking van seismologen hier op aarde.

Sinds die waarneming zijn er steeds opnieuw schokken op Mars waargenomen, tot dusver zo’n 450, aldus Banerdt. Hoewel het niveau van activiteit geen verrassing was, lijken er steeds meer kleinere aardschokjes op Mars plaats te vinden. De toename in lichte schokken zou seizoensgebonden kunnen zijn, maar omdat de gegevens nog zo recent zijn, is het voorlopig een van de vele raadsels die het missieteam probeert op te lossen.

De wetenschappers weten niet waar al deze kleinere schokken vandaan komen. Hier op aarde trilt het oppervlak geregeld als gevolg van het verschuiven van tektonische platen of aardschollen. Daarbij worden spanningen in de aardkorst opgebouwd, die plotseling vrijkomen en aardbevingen veroorzaken. Maar op Mars zijn er geen tektonische platen, dus zoeken de geologen naar andere mogelijke oorzaken.

Twee specifieke trillingen die door InSight werden gemeten, zouden de wetenschappers kunnen helpen bij het vinden van antwoorden. Met een sterkte van tussen de drie en vier momentmagnitude klonken de beide bevingen luid en duidelijk, waardoor de onderzoekers ze naar de bron konden herleiden: de Cerberus Fossae, een reeks diepe scheuren in het Martiaanse oppervlak die hoogstens tien miljoen jaar geleden werden gevormd.

Ooit braakten deze spleten grote hoeveelheden lava en water over het oppervlak uit en mogelijk is er diep onder de grond nog steeds vloeibare materie uit die tijd aanwezig. Daarbij zou het tweetal Martiaanse bevingen veroorzaakt kunnen zijn door afkoelende en krimpende bellen van magma of door de opwaartse beweging van gesmolten gesteente of zelfs water, zegt Smrekar.

Om de precieze oorsprong van de Marsbevingen te lokaliseren en een beter beeld te krijgen van de Martiaanse ondergrond, zullen de onderzoekers meer trillingen en misschien zelfs enkele flinke bevingen moeten meten. “We zouden heel graag schokken van een magnitude vijf registreren,” zegt Smrekar. “En wie weet? Het is een kwestie van afwachten.”

Eeuwig Martiaans lied

InSight registreerde op de achtergrond van de plotselinge Marsbevingen ook een mysterieus signaal dat bestond uit een aanhoudend gezoem.

Ook op aarde worden er talloze ononderbroken trillingen gemeten, waarvan de duidelijkste terug te voeren zijn op het heen en weer geklots van de oceanen en het breken van zware golven op de kust. Maar met een frequentie van 2,4 Hertz is het Martiaanse gezoem hoger dan de meeste van dit soort trillingen op aarde, waarvan de frequentie doorgaans onder de 1 Hz ligt, zegt Stephen Hicks, een aardbevingsseismoloog van het Imperial College London die niet bij een van de nieuwe studies was betrokken.

Mars 101
Mensen worden al duizenden jaren gefascineerd door Mars, van zijn bloedrode uitstraling tot de mogelijkheid van leven op zijn oppervlak. Leer hoe de rode planeet werd gevormd uit gas en stof en wat zijn poolkappen mogelijk betekenen voor het leven zoals wij dat op Aarde kennen.

Uit nadere analyses blijkt dat het Martiaanse gezoem geen verband houdt met de permanent waaiende wind op de Rode Planeet. Ook lijkt de trilling telkens sterker te worden als er een verre beving op Mars wordt geregistreerd. Het effect doet een beetje denken aan iemand die vlakbij een klok een harde kreet slaakt en daardoor de klok in trilling brengt, zegt Joshua Carmichael, een kwantitatief geofysicus van het Los Alamos National Laboratory die niet bij het nieuwe onderzoek was betrokken. Het menselijk stemgeluid bestaat uit een mix van frequenties, en als één daarvan toevallig resoneert met de klok, dan kan die frequentie de klok in trilling brengen.

Misschien staat het gezoem op Mars in verband met de geologie die InSight nu onderzoekt, zegt Banerdt, en zorgt die geologie voor het versterken van de specifieke golflengte van de trilling. InSight staat namelijk in een oeroude krater, die sinds zijn ontstaan is opgevuld met stof en zand. Mogelijk vangt de krater bevingsgolven op Mars op en versterkt ze in die specifieke golflengte. Maar de formatie wordt niet door wind geteisterd en het bassin is misschien ook wat te klein om zo’n frequentie te kunnen veroorzaken, zegt Banerdt.

Het gezoem en de bevingen zouden twee verschillende oorzaken kunnen hebben, zegt Hicks. En ook InSight zelf zou de mysterieuze resonantie kunnen veroorzaken, zegt Banerdt. “Het is extreem raadselachtig. Er bestaat nog geen consensus over de oorzaak ervan,” zegt hij.

Magnetisch beeld

Naast het registreren van merkwaardige aspecten van de huidige seismische activiteit op Mars leveren de nieuwste gegevens van InSight enkele verrassende inzichten op in het magneetveld van de planeet: de robotverkenner wordt omringd door een veld dat tienmaal sterker is dan op basis van satellietmetingen was voorspeld.

Op aarde wordt het magneetveld vermoedelijk aangezwengeld door een ‘geodynamo’ van gesmolten ijzer, die op een diepte van 2900 kilometer onder het aardoppervlak rond een vaste kern tolt. De beweging genereert een wereldomspannend magneetveld dat onze planeet beschermt tegen schadelijke straling van de zon.

Mars moet in het verleden ook zo’n geodynamo hebben gehad, maar die kwam miljarden jaren geleden tot stilstand, waardoor de ooit dichte atmosfeer van Mars door de verwoestende straling van de zon werd weggevaagd. Op Mars is nu niet meer dan een spoor van magnetisme waar te nemen, maar dat wordt veroorzaakt door magnetische mineralen in het gesteente van de Rode Planeet. Daardoor wordt op het Martiaanse oppervlak nu een lappendeken van magneetveldjes van uiteenlopende sterkten gemeten.

Sondes die in een baan rond de Rode Planeet draaien, hebben een wazig beeld van die lappendeken samengesteld. Maar dankzij InSight hebben onderzoekers gedetailleerder gegevens over dit magneetveld, dat veel sterker is dan werd verwacht. Hoewel de robotverkenner zijn metingen op slechts één locatie heeft gedaan, kunnen de gegevens uiteindelijk bijdragen aan een oplossing van het raadsel rond de kracht van de Martiaanse geodynamo in het verre verleden. En dat zou op zijn beurt antwoord kunnen geven op de vraag waarom Mars van een vochtige en warme wereld in een koude en uitgedroogde planeet is veranderd.

“Deze meting gaf ons een eerste inkijkje – één datapunt – in de kracht van het magneetveld, die veel hoger bleek te zijn,” zegt Robert Lillis, een planetoloog van de University of California in Berkeley die niet tot het onderzoeksteam behoorde.

Het nieuwe onderzoek heeft ook veelbelovende aanwijzingen opgeleverd voor de ouderdom van de geodynamo. De onderzoekers vingen signalen op van gesteente dat vermoedelijk zo’n 3,9 miljard jaar oud is – ongeveer tweehonderd miljoen jaar ouder dan het tijdstip waarop de Martiaanse geodynamo volgens de meeste modellen tot stilstand zou zijn gekomen.

Dus bleef de geodynamo in de kern van Mars langer functioneren dan tot nu toe werd gedacht? Dat is voorlopig moeilijk te zeggen, aangezien er nog veel onzekerheid bestaat over de ouderdom van verschillende gesteenten op Mars, zegt Catherine Johnson, hoofdauteur van de nieuwe studie over het Martiaanse magneetveld en geofysica aan de University of British Columbia en het Planetary Science Institute. Maar misschien zullen toekomstige metingen van InSight meer aanknopingspunten opleveren.

Mysterieuze trilling

Bovenop het stabiele magneetveld van Mars registreerde InSight ook pulserende magnetische signalen, die van dag tot nacht verschilden en af en toe een zwakke piek vertoonden.

Op aarde zijn dagelijkse variaties in het magneetveld heel gebruikelijk. Aan de dagzijde van onze planeet wordt de bovenste atmosfeer gegeseld door zonnestraling, waardoor geladen deeltjes ontstaan. In combinatie met windstromingen en de veldlijnen van het aardmagnetisch veld wordt daarbij elektriciteit opgewekt, waardoor het aardmagnetisch veld aan de dagzijde iets wordt versterkt en aan de nachtzijde iets wordt verzwakt. InSight heeft dit dag- en nachtritme nu ook op Mars waargenomen, en dat terwijl sommige wetenschappers meenden dat dit verschil niet aan het Martiaanse oppervlak geregistreerd kon worden.

Het magneetveld van Mars lijkt ook fluctuaties met kortere perioden te vertonen, die rond middernacht en soms bij zonsopgang of -ondergang zijn waar te nemen. Maar ze doen zich niet elke dag voor en lijken geen enkel patroon of ritme te hebben, zegt Johnson. De onzichtbare dirigent van dit magnetische orkest bevindt zich waarschijnlijk ver boven het Martiaanse oppervlak. Daar stromen wolken van geladen deeltjes van de zon rond de Rode Planeet, waarbij ze deels worden afgebogen door de ijle atmosfeer en het gefragmenteerde magneetveld van Mars.

De golven in het Martiaanse magneetveld zouden veroorzaakt kunnen worden door deze zonnewind, en hetzelfde of een soortgelijk proces zou ook de bron kunnen zijn van de trilling die InSight aan de oppervlakte heeft gemeten. “We begrijpen eigenlijk niet waar ze vandaan komen,” zegt Johnson. Een oplossing voor het raadsel zou gevonden kunnen worden door de oppervlaktegegevens van InSight te vergelijken met die van de sonde MAVEN, die zich in een omloopbaan rond Mars bevindt.

Intussen worden alle gegevens van InSight die in de vijf artikelen aan de orde komen ook voor een breder publiek toegankelijk gemaakt, waarbij elke drie maanden nieuwe dataclusters worden gepubliceerd. Banerdt hoopt dat andere wetenschappers zullen bijdragen aan de analyse van al deze gegevens. “Hoe meer knappe koppen zich over deze data buigen, des te meer juiste antwoorden zullen we vinden,” zegt hij.

Dit artikel werd oorspronkelijk in het Engels gepubliceerd op NationalGeographic.com

lees verder

Mysterieuze magnetische pulsen ontdekt op Mars

De nachtelijke verschijnselen horen bij de eerste ontdekkingen die werden gedaan met de Marslander InSight. Er werden ook aanwijzingen gevonden dat zich ver onder de oppervlakte van de rode planeet mogelijk een reservoir van vloeibaar water bevindt.

Eerste ‘Marsbeving’ geregistreerd door NASA-lander

Het is de eerste seismische schok op de Rode Planeet die ooit is geregistreerd – en zeer waarschijnlijk niet de laatste.

Wat gaat de nieuwe Marslander bestuderen?

De lander van NASA-missie InSight zal naar verwachting eind november neerdalen bij de evenaar van Mars. InSight bestudeert de inwendige structuur van Mars, die weer informatie moet opleveren over onze eigen planeet.