Geologische Aktivität auf einem vermeintlich toten Planeten

Der Merkur war zwar in seiner Frühzeit geologisch aktiv, heute erscheint seine Oberfläche jedoch nahezu vollständig erstarrt. Deshalb wird er oftmals als toter und trockener Planet wahrgenommen. Eine neue Studie unter der Leitung von Valentin Bickel vom Center for Space and Habitability der Universität Bern und vom NFS PlanetS gemeinsam mit Forschenden des Astronomischen Observatoriums von Padua (INAF) hat nun eine erste systematische Analyse von sogenannten Hangstreifen, oder „Lineae“, durchgeführt. Die Häufigkeit und Verteilung der Lineae geben neue Einblicke in die geologische Aktivität des innersten und kleinsten Planeten unseres Sonnensystems.

Die Forschungsgruppe hat in ihrer Studie zunächst mithilfe von maschinellem Lernen eine systematische Bestandsaufnahme der Lineae auf Merkur erstellt. Mithilfe einer geostatistischen Analyse dieser Bestandsaufnahme konnten die Forschenden zeigen, dass diese hellen, linienförmigen Streifen, die sich an den Hängen des Planeten abzeichnen, vermutlich durch das Ausgasen von flüchtigen Stoffen aus dem Untergrund entstanden sind. Dies weist darauf hin, dass es eine kontinuierliche Freisetzung von flüchtigen Stoffen vom Merkur in den Weltraum gibt – auch heute noch.

Das Forschungsteam analysierte mithilfe eines Deep-Learning-Ansatzes rund 100.000 hochauflösende Bilder der NASA-Raumsonde MESSENGER, die von 2011 bis 2015 den Planeten Merkur erforschte. Sie kartierten dabei gesamthaft die Verteilung sowie die morphologischen Eigenschaften von rund vierhundert hellen Streifen auf dem Merkur. „Bisher wurden Lineae auf dem Merkur noch nicht systematisch kartiert und studiert, nur eine kleine Handvoll von Streifen waren bekannt. Wir konnten mit der Bildauswertung den ersten Zensus, also eine systematische Bestandsaufnahme, der Streifen auf dem Merkur erstellen“, erklärt Bickel.

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„Mit unserer Analyse konnten wir daher zeigen, dass die Steifen vermutlich durch das Ausgasen von flüchtigen Stoffen wie Schwefel oder anderen leichten Elementen entstehen, die aus dem Inneren des Planeten stammen“, so Bickel weiter. Die neue Studie deutet darauf hin, dass der Planet Merkur geologisch aktiver ist als bisher angenommen. „Unsere Erkenntnisse zeigen ein ganz anderes, dynamisches Bild vom vermeintlich toten, trockenen und langweiligen Planeten Merkur“, sagt Bickel.

Die Rolle der Lineae als potenzielle Indikatoren für das Ausgasen von flüchtigen Stoffen auf dem Merkur liefert wichtige Einblicke in die geologische Dynamik und die Zusammensetzung des Planeten. Bickel sagt: „Unsere Ergebnisse legen nahe, dass Merkur nicht nur eine bewegte Vergangenheit hat, sondern auch heute noch Veränderungen unterworfen ist.“ Die gewonnenen Resultate sind insbesondere auch für zukünftige Missionen zum Merkur von Bedeutung. „Da die Streifen auf dem Merkur vermutlich durch das Ausgasen von flüchtigen Stoffen entstehen, könnten sie ein vielversprechender Indikator für Merkurs ‚Volatile Budget‘ sein, also wieviel flüchtiges Material der Planet kontinuierlich verliert“, erklärt Bickel. Die Forschenden hoffen nun, dass sie ihre Vermutung zur Aktivität von Lineae mit neuen Bildern vom Merkur eindeutig belegen können, die die Bepi­Colombo-Mission der europäischen Weltraumorganisation ESA und der japanischen Weltraumorganisation JAXA liefern sollen.

Die BepiColombo-Mission ist derzeit zum Merkur unterwegs, die Universität Bern ist an mehreren Instrumenten dieser Mission beteiligt. Bickel arbeitet eng mit dem Principal Investigator und dem Team des SIMBIO-SYS Instruments am Astronomischen Observatorium von Padua (INAF) zusammen. SIMBIO-SYS ist ein integriertes, bildgebendes Spektrometer, es soll unter anderem hochauflösende Bilder und 3D-Bilder der Oberfläche des Merkurs liefern.

 Das Forschungsteam plant, die im Rahmen der aktuellen Studie erstellte Bestandsaufnahme gezielt zu nutzen, um mit der BepiColombo-Mission bestimmte Regionen mit Lineae erneut zu fotografieren und zu untersuchen. Ziel ist es, festzustellen, ob und wie viele neue Streifen zwischen den MESSENGER-Beobachtungen und den zukünftigen Aufnahmen von BepiColombo entstanden sind. „Wir möchten mit diesen Untersuchungen die Entstehungsmechanismen und die zeitliche Entwicklung dieser Strukturen besser verstehen und so weitere Hinweise auf die Rolle von flüchtigen Stoffen als Antrieb von geologischer Aktivität auf dem Merkur gewinnen“, sagt Bickel abschließend. [U Bern / dre]