Die Oberfläche des Mars war längst aus dem Orbit fotografiert, vermessen und kartiert worden. Doch was sich tief unter dem roten Boden verbarg, wusste man nur in Ansätzen. Genau dort setzte die Mission InSight an. Der NASA-Lander erreichte am 26. November 2018 die Ebene Elysium Planitia und hatte ein anderes Ziel als die meisten Marsmissionen vor ihm. Er sollte stillstehen und zuhören. Mit einem empfindlichen Seismometer wollte InSight erstmals erkunden, wie der Mars in seinem Inneren aufgebaut ist.

Vier Jahre später hatte InSight mehr als 1.300 seismische Ereignisse registriert, Einschläge von Meteoriten gespürt, Hinweise auf die Struktur von Kruste, Mantel und Kern geliefert und gezeigt, dass Mars geologisch keineswegs vollkommen still ist. Einige der wichtigsten Ergebnisse wurden erst Jahre nach Ende der Mission aus den aufgezeichneten Daten herausgelesen. InSight ist damit ein Beispiel dafür, wie lange eine Raumsonde wissenschaftlich weiterarbeiten kann, obwohl sie selbst längst verstummt ist.

Warum wurde InSight zum Mars geschickt?

InSight steht für „Interior Exploration using Seismic Investigations, Geodesy and Heat Transport“. Der Name beschreibt ziemlich genau, worum es ging: den inneren Aufbau und die Wärmeentwicklung des Mars zu untersuchen. Während Rover wie Curiosity und Perseverance über die Oberfläche fahren, blieb InSight an seinem Landeplatz. Gerade das war für seine wichtigste Aufgabe notwendig.

Das zentrale Instrument war SEIS, ein extrem empfindliches Seismometer, das unter französischer Leitung entwickelt worden war. Es konnte winzige Bewegungen des Marsbodens registrieren. Das Prinzip ähnelt der Erdbebenforschung auf der Erde: Seismische Wellen verändern Geschwindigkeit und Richtung, wenn sie unterschiedliche Materialien und Grenzschichten durchqueren. Aus ihren Laufzeiten lässt sich deshalb rekonstruieren, was tief unter einer Oberfläche verborgen liegt.

Mars eignete sich besonders für diese Untersuchung. Er ist ein Gesteinsplanet wie die Erde, aber wesentlich kleiner und geologisch deutlich weniger aktiv. Seine innere Entwicklung verlief anders als die unseres Planeten. Wer versteht, wie Mars aufgebaut ist, erhält deshalb auch Hinweise darauf, warum sich die Gesteinsplaneten des Sonnensystems trotz eines ähnlichen Ursprungs so unterschiedlich entwickelten.

Hat InSight Erdbeben auf dem Mars entdeckt?

Eine der wichtigsten Antworten der Mission lautet eindeutig: Ja. Mars bebt.

InSight lieferte erstmals sichere Messungen von Marsbeben. Bis zum Ende der Mission kamen mehr als 1.300 registrierte seismische Ereignisse zusammen. Besonders interessant war die Region Cerberus Fossae. Von dort stammte ein auffälliger Teil der gut lokalisierbaren Beben. Die Gegend weist Spuren geologisch vergleichsweise junger vulkanischer Aktivität auf und gehört damit zu den Regionen, in denen Mars auch heute noch Spannungen im Untergrund abbauen kann.

Das stärkste von InSight gemessene Marsbeben ereignete sich am 4. Mai 2022. Seine Magnitude wurde auf etwa 5 geschätzt. Auf der Erde wäre das kein außergewöhnlich großes Erdbeben, für Mars war es jedoch ein außergewöhnliches Ereignis. Die Schwingungen waren über Stunden messbar und lieferten den Forschern besonders wertvolle Informationen über den Aufbau des Planeten.

Damit änderte InSight das Bild des Mars. Der Planet besitzt zwar keine aktive Plattentektonik wie die Erde, doch sein Inneres ist nicht völlig erstarrt. Temperaturunterschiede, Spannungen im Gestein und wahrscheinlich auch Vorgänge in geologisch jungen Regionen können weiterhin Beben erzeugen.

Was entdeckte InSight über die Marskruste?

Vor InSight ließ sich die Dicke der Marskruste nur indirekt abschätzen. Die seismischen Messungen ermöglichten erstmals eine wesentlich genauere Untersuchung direkt vom Boden aus.

Unter dem Landeplatz zeigte sich eine geschichtete Kruste. NASA fasst die Messungen mit einer Mächtigkeit von ungefähr 25 bis 40 Kilometern zusammen. Der oberste Bereich ist dabei etwa zehn Kilometer mächtig und besitzt eine geringere Dichte als tiefer liegende Schichten. Frühere Modelle hatten teilweise eine deutlich dickere Kruste erwartet.

Besonders wertvoll waren später auch sogenannte Oberflächenwellen. Bei größeren seismischen Ereignissen breiten sich solche Wellen entlang der Planetenoberfläche aus. Ihre Analyse erlaubte es, nicht nur den Untergrund direkt unter InSight zu untersuchen, sondern Aussagen über größere Teile der Marskruste zu treffen. Dadurch zeigte sich, dass die Kruste des Planeten keineswegs überall gleich aufgebaut ist.

Wie sieht der Mantel des Mars aus?

Auch über den Marsmantel konnte InSight erstmals direkte seismologische Informationen liefern. Er liegt zwischen Kruste und Kern und macht einen großen Teil des Planetenvolumens aus.

Die ersten Auswertungen zeigten, dass sich seismische Wellen im Marsmantel anders verhalten als in der Erde. Seine Struktur liefert Hinweise darauf, wie stark sich der Planet seit seiner Entstehung vor mehr als vier Milliarden Jahren abgekühlt und chemisch differenziert hat. Spätere Analysen der InSight-Daten zeichneten dabei ein immer komplizierteres Bild. Untersuchungen fanden Hinweise auf starke Unterschiede innerhalb des Mantels und damit darauf, dass das Marsinnere weniger gleichförmig sein könnte als zunächst angenommen.

Besonders überraschend wurde es an der Grenze zwischen Mantel und Kern. Dort scheint sich eine Schicht zu befinden, die bei den ersten Interpretationen der Messungen noch nicht berücksichtigt worden war.

Wie groß ist der Kern des Mars?

Zu den spektakulärsten Ergebnissen von InSight gehörte die erste seismische Vermessung des Marskerns. Die ursprüngliche Auswertung ergab einen flüssigen Kern mit einem Radius von ungefähr 1.830 Kilometern. Damit wäre er größer gewesen, als viele Modelle erwartet hatten.

Doch genau dieses Ergebnis führte zu einem neuen Rätsel. Ein Kern dieser Größe hätte ungewöhnlich leicht sein müssen und entsprechend große Mengen leichter Elemente enthalten. Die Zusammensetzung ließ sich nur schwer mit Modellen zur Entstehung des Mars vereinbaren.

2023 ergab eine erneute Analyse der InSight-Daten eine mögliche Lösung. Zwei Forschungsgruppen kamen unabhängig voneinander zu dem Ergebnis, dass sich oberhalb des metallischen Kerns eine ungefähr 150 Kilometer mächtige Schicht aus geschmolzenem Silikatgestein befinden könnte. Teile dieser Schicht waren bei der ursprünglichen Auswertung offenbar dem Kern zugerechnet worden. Der eigentliche metallische Kern wäre demnach mit ungefähr 1.650 Kilometern Radius kleiner und zugleich dichter.

Damit endete die Geschichte jedoch nicht. 2025 berichtete ein Forschungsteam anhand einer erneuten Auswertung von InSight-Daten über seismische Hinweise auf einen festen inneren Kern mit einem Radius von ungefähr 600 Kilometern. Sollte sich dieses Ergebnis bestätigen, wäre Mars im Innersten komplexer aufgebaut als lange angenommen. Andere Arbeiten weisen jedoch darauf hin, dass noch geklärt werden muss, wie ein solcher innerer Kern mit der angenommenen teilweise geschmolzenen Silikatschicht darüber zusammenpasst. Der genaue Aufbau des tiefsten Marsinneren bleibt deshalb Gegenstand der Forschung.

Entdeckte InSight Wasser auf dem Mars?

InSight war keine Mission zur direkten Wassersuche. Dennoch führte eine seiner seismischen Messungen zu einem überraschenden Eisfund.

Am 24. Dezember 2021 registrierte der Lander ein Ereignis mit einer Magnitude von ungefähr 4. Später stellte sich heraus, dass es sich nicht um ein gewöhnliches Marsbeben gehandelt hatte. Ein Meteoroid war auf dem Planeten eingeschlagen und hatte einen großen neuen Krater erzeugt. Der Mars Reconnaissance Orbiter fotografierte die Einschlagstelle anschließend aus dem Orbit. Rund um den Krater lagen große Brocken aus Wassereis, die durch den Einschlag aus dem Untergrund herausgeschleudert worden waren.

Bedeutend war vor allem die Lage des Fundes. Das Eis befand sich näher am Marsäquator, als solches freigelegtes unterirdisches Eis zuvor beobachtet worden war. Für mögliche spätere bemannte Marsmissionen sind vergleichsweise äquatornahe Eisvorkommen interessant, weil Wasser nicht nur zum Trinken benötigt würde, sondern unter anderem auch zur Herstellung von Sauerstoff und möglicherweise Treibstoff genutzt werden könnte.

Was entdeckte InSight über das Magnetfeld des Mars?

InSight trug außerdem das erste Magnetometer, das direkt auf der Marsoberfläche eingesetzt wurde. Seine Messungen zeigten ein überraschend starkes lokales Magnetfeld. Die Werte am Landeplatz waren deutlich höher, als Messungen von Raumsonden im Orbit vermuten ließen.

Mars besitzt heute kein globales Magnetfeld wie die Erde. In seiner Frühzeit hatte der Planet jedoch offenbar einen aktiven Dynamo in seinem Inneren. Elektrische Ströme im flüssigen metallischen Kern erzeugten damals ein planetenweites Magnetfeld. Nachdem dieser Dynamo erlosch, blieben Spuren davon in magnetisierten Gesteinen der Kruste erhalten.

InSight zeigte, dass solche alten magnetischen Signaturen auch tief unter seinem Landeplatz vorhanden sind. Die Messungen sind ein weiterer Hinweis darauf, dass der frühe Mars im Inneren wesentlich aktiver war als der heutige Planet.

Warum scheiterte der Marsmaulwurf?

Nicht jedes Experiment der Mission erreichte sein eigentliches Ziel. Besonders deutlich zeigte sich das beim deutschen HP³-Experiment des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt.

Sein auffälligster Bestandteil war ein selbsthämmernder Penetrator, der meist nur „Maulwurf“ genannt wurde. Er sollte sich mindestens drei Meter tief in den Boden arbeiten und ein mit Temperatursensoren versehenes Kabel hinter sich herziehen. Damit wollte das Team messen, wie viel Wärme aus dem Inneren des Mars nach außen strömt.

Doch der Boden am Landeplatz verhielt sich anders als erwartet. Der Maulwurf benötigte Reibung an seinen Seiten, um sich beim Hämmern nach unten bewegen zu können. Das Marsmaterial bot diese Unterstützung nicht ausreichend. Trotz zahlreicher Versuche, bei denen sogar der Roboterarm von InSight eingesetzt wurde, ließ sich die vorgesehene Tiefe nicht erreichen. Anfang 2021 wurde der Versuch beendet.

Ganz wertlos war das Experiment dennoch nicht. Die Sonde erreichte rund 40 Zentimeter Tiefe, und die dabei gewonnenen Messungen lieferten Informationen über die thermischen Eigenschaften der obersten Bodenschichten. Spätere wissenschaftliche Auswertungen nutzten Temperaturmessungen bis in etwa 36 Zentimeter Tiefe, um die Wärmeverhältnisse im Marsboden genauer zu bestimmen. Das eigentliche Ziel, den Wärmefluss aus dem tiefen Marsinneren direkt zu messen, blieb jedoch unerreicht.

Was lernte InSight über Wetter und Staubteufel?

Obwohl die Untersuchung des Planeteninneren im Mittelpunkt stand, entwickelte sich InSight zugleich zu einer ungewöhnlich umfangreichen Wetterstation. Der Lander maß unter anderem Luftdruck, Temperatur sowie Windgeschwindigkeit und Windrichtung und sammelte dadurch einen umfangreichen Datensatz über das Wetter an seinem Standort.

Besonders interessant war die Verbindung zwischen Atmosphäre und Seismologie. Vorbeiziehende Wirbelstürme und Druckschwankungen beeinflussten den Boden so stark, dass das empfindliche Seismometer ihre Wirkung registrieren konnte. Auf diese Weise ließen sich sogar Staubteufel untersuchen, ohne dass sie unmittelbar fotografiert werden mussten.

Der Staub wurde am Ende allerdings auch zum größten Gegner des Landers. InSight erzeugte seine Energie mit Solarzellen. Immer mehr Marsstaub lagerte sich auf ihnen ab, während gleichzeitig nicht genügend kräftige Reinigungsereignisse auftraten. Die verfügbare elektrische Leistung sank immer weiter.

Wann endete die InSight-Mission?

Am 21. Dezember 2022 erklärte NASA die Mission offiziell für beendet. Nach mehr als vier Jahren auf dem Mars konnte InSight aufgrund seiner staubbedeckten Solarpaneele nicht mehr genügend Energie erzeugen, um weiter mit der Erde zu kommunizieren.

Das Ende des Landers war jedoch nicht das Ende seiner Wissenschaft. Die seismischen Aufzeichnungen enthalten eine enorme Menge an Informationen, die weiterhin neu analysiert werden. Die Entdeckung einer möglichen geschmolzenen Silikatschicht über dem Marskern und die späteren Hinweise auf einen festen inneren Kern zeigen, dass InSight noch Jahre nach seinem letzten Funksignal zu neuen Erkenntnissen führen kann.

InSight hat Mars dabei nicht spektakulär durchquert und keine Landschaften erkundet. Der Lander stand fast seine gesamte Mission lang an derselben Stelle. Gerade dadurch gelang ihm etwas, das zuvor keine Marsmission geschafft hatte: Er verwandelte den Planeten von einem Körper, dessen Oberfläche wir gut kennen, in eine Welt, in deren Inneres wir erstmals seismologisch hineinsehen können. Mars besitzt eine geschichtete Kruste, einen komplexen Mantel und einen metallischen Kern, dessen genauer Aufbau noch immer entschlüsselt wird. Und unter einer scheinbar unbeweglichen Oberfläche bebt der Planet bis heute.

Quellen
▪︎ NASA/JPL – InSight Lander und Science Highlights
▪︎ NASA/JPL – NASA’s InSight Reveals the Deep Interior of Mars
▪︎ Knapmeyer-Endrun et al., Science – Thickness and structure of the Martian crust from InSight seismic data
▪︎ Khan et al., Science – Upper mantle structure of Mars from InSight seismic data
▪︎ Stähler et al., Science – Seismic detection of the Martian core
▪︎ Samuel et al. und Khan et al., Nature – Untersuchungen zur geschmolzenen Silikatschicht über dem Marskern
▪︎ Bi et al., Nature – Seismic detection of a solid inner core in Mars
▪︎ Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt – HP³ und der InSight-Marsmaulwurf
▪︎ NASA/JPL – Meteoroideneinschlag und Wassereisfund durch InSight und Mars Reconnaissance Orbiter