Der Mars sieht aus, als hätte man zwei verschiedene Planeten zusammengesetzt: flaches Tiefland im Norden, zerklüftetes Hochland im Süden. Eine neue Auswertung zeigt, dass diese Zweiteilung nicht an der Oberfläche endet. Tief im Inneren der Südhalbkugel steckt eine Zone, die mehrere hundert Grad heißer ist als der Norden und stellenweise flüssig sein dürfte.
Die sogenannte Mars-Dichotomie gehört zu den auffälligsten Merkmalen des Sonnensystems. Etwa ein Drittel der Planetenoberfläche im Norden besteht aus glatten, tief liegenden Ebenen, die übrigen zwei Drittel im Süden aus stark verkraterten Hochländern, die im Mittel mehrere Kilometer höher liegen und eine deutlich dickere Kruste besitzen. Seit den ersten Sonden ist diese Aufteilung bekannt, eine überzeugende Erklärung fehlt bis heute. Diskutiert werden im Wesentlichen zwei Möglichkeiten: ein gigantischer Einschlag in der Frühzeit des Planeten, der das nördliche Tiefland als riesiges Becken hinterließ, oder innere Prozesse im Mantel, die die Kruste ungleichmäßig wachsen ließen. Beide Erklärungen ließen sich bislang nicht entscheiden, weil Messungen aus dem Inneren fehlten.
Genau dieses Innere ist das Problem der Planetenforschung. Auf der Erde erschließen Bohrungen, Vulkane und ein dichtes Netz von Erdbebenstationen den Aufbau der Tiefe. Auf dem Mars stand bis vor Kurzem gar nichts davon zur Verfügung. Erst die NASA-Sonde InSight, die von 2018 bis Dezember 2022 arbeitete, brachte ein einzelnes Seismometer auf die Oberfläche und lieferte damit die ersten direkten Daten über Kruste, Mantel und Kern. Diese Messungen stammen jedoch von einem einzigen Ort, weshalb sich daraus nur schwer ableiten lässt, wie sich der Planet regional unterscheidet. Ein Team um Alexander Berne, der das Verfahren während seiner Promotion am California Institute of Technology entwickelte und heute an der University of Arizona forscht, wählte deshalb einen völlig anderen Zugang.
Das Verfahren heißt Gezeitentomografie und nutzt aus, dass Planeten nicht starr sind. So wie der Mond auf der Erde Ebbe und Flut erzeugt, zieht die Sonne am Mars und verformt ihn minimal. Wie stark diese Verformung ausfällt, hängt davon ab, wie steif oder wie weich das Material im Inneren ist, denn heißes, teilweise geschmolzenes Gestein gibt leichter nach als kaltes. Die Verformung wiederum verändert das Schwerefeld des Planeten winzig, und dieses Schwerefeld lässt sich messen, indem man die Bahnen von Raumsonden extrem genau verfolgt. Das Team wertete dafür rund zwanzig Jahre radiometrischer Trackingdaten aus, also Funkmessungen zwischen Erde und Marsorbitern, und rekonstruierte daraus, wie der Planet auf den Zug der Sonne reagiert. Ohne einen einzigen Bohrmeter entsteht so ein Bild der Tiefe.
Das Ergebnis überraschte die Beteiligten selbst. Der Mantel unter der Südhalbkugel erwies sich als 200 bis 400 Grad Celsius wärmer als jener unter dem Norden und ist damit vermutlich teilweise aufgeschmolzen, wie die Fachzeitschrift Nature darlegt. Berne weist auf die Tragweite hin: In der Planetenforschung werde üblicherweise angenommen, dass das Innere von Himmelskörpern weitgehend kugelsymmetrisch aufgebaut sei, und genau diese Annahme treffe offenbar nicht zwangsläufig zu. Neben dem Temperaturunterschied halten die Autoren geringe Unterschiede in der Zusammensetzung für möglich, den Hauptanteil an der unterschiedlichen Steifigkeit des Mantels schreiben sie jedoch der Wärme zu.
Besonders überzeugend wirkt der Befund, weil er zwei unabhängige Beobachtungen erklärt, die bislang für sich standen. Erstens fand InSight, dass seismische Wellen im Süden schneller an Energie verlieren als im Norden. Genau das erwartet man, wenn das Gestein dort heißer und teilweise geschmolzen ist, denn weiches Material dämpft Schwingungen stärker. Zweitens sind im Süden magnetische Anomalien in eisenhaltigen Mineralen bekannt, obwohl der Mars heute kein globales Magnetfeld mehr besitzt; vor mehr als vier Milliarden Jahren hatte er eines. Stieg aus einem wärmeren Südmantel Material auf und erhitzte die Kruste über die sogenannte Curie-Temperatur, bei der Gestein seine dauerhafte Magnetisierung verliert und beim Abkühlen neu aufnimmt, ließen sich die rätselhaften magnetischen Reste erklären. Zwei Puzzleteile, die niemand zusammenbringen konnte, passen damit zur selben Ursache.
Für die Frage nach früherem Leben ist der Befund ebenfalls bedeutsam. Amirhossein Bagheri, Postdoktorand am Caltech, früheres Mitglied des InSight-Teams und Koautor der Arbeit, betont, die Zweiteilung zwischen Nord und Süd liefere Hinweise auf Prozesse, die den Wasserhaushalt des Mars beeinflusst haben dürften, einschließlich der Entstehung von Becken, in denen Wasser gestanden haben könnte. Ein heißerer Mantel treibt Vulkanismus an, verändert die Kruste, setzt Gase frei und beeinflusst damit Atmosphäre und Wasserkreislauf. Wer verstehen will, wann und wo der Mars flüssiges Wasser an der Oberfläche hielt, muss also wissen, wie sein Inneres arbeitete. Genau in dieser Phase, vor mehreren Milliarden Jahren, könnte der Planet Bedingungen geboten haben, unter denen Leben möglich gewesen wäre.
Die entscheidende Frage bleibt offen. Die Forscher nennen mehrere Möglichkeiten, ohne sich festzulegen. Eine verbreitete Hypothese führt die Zweiteilung auf einen gewaltigen Einschlag vor über vier Milliarden Jahren zurück, bei dem das nördliche Tiefland als Krater entstand; die dabei freigesetzte Energie könnte dazu geführt haben, dass der nördliche Mantel schneller auskühlte als der südliche. Denkbar sind ebenso langlebige Aufströme im Mantel oder eine ungleiche Verteilung radioaktiver Elemente, deren Zerfall bis heute Wärme liefert. Zu klären wäre außerdem, wie eine solche Asymmetrie über Milliarden Jahre bestehen bleiben kann, ohne sich durch Konvektion auszugleichen. Methodisch bleibt die Arbeit ein Modell: Sie leitet Temperaturen aus Schwerefeldreaktionen ab, misst sie aber nicht direkt. Künftige Missionen mit mehreren Seismometern an verschiedenen Orten könnten das prüfen, und für die Planung bemannter Missionen ist die Frage keineswegs akademisch, denn ein geologisch aktiver Untergrund bedeutet Wärme, mögliche Wasservorkommen und andere Risiken zugleich.
Nature, Tidal tomography reveals a thermal asymmetry in the Martian mantle; doi:10.1038/s41586-026-10893-x