Auch auf dem Merkur gibt es Polarlichter, die allerdings noch kein Licht ausstrahlen!

Produziert von: Science Popularization China

Autor: Wang Yuqi (Institut für Geologie und Geophysik, Chinesische Akademie der Wissenschaften)

Hersteller: China Science Expo

Das Polarlicht ist das einzige physikalische Phänomen im Weltraum, das mit bloßem Auge sichtbar ist .

Das Polarlicht auf der Erde ist ein Leuchtphänomen, das dadurch entsteht, dass geladene, energiereiche Teilchen aus der Magnetosphäre und dem Sonnenwind durch das Erdmagnetfeld in die Erdatmosphäre geleitet werden und mit Atomen in der oberen Atmosphäre kollidieren. Da es häufig in der Nähe des Nord- und Südpols auftritt, wird es Aurora genannt.

Wussten Sie? Polarlichter gibt es nicht nur auf der Erde, sondern auch auf anderen Planeten!

Polarlichter gibt es nicht nur auf der Erde.

Polarlichter haben unterschiedliche Formen, im Allgemeinen sind sie bandförmig, bogenförmig, vorhangförmig, strahlenförmig usw. Diese Formen sind manchmal stabil und verändern sich manchmal kontinuierlich.

Aurora-Phänomen

(Fotoquelle: Veer Gallery)

Die Farbe des Polarlichts hängt von der Art der atmosphärischen Atome in der Höhe ab, in der das Polarlicht entsteht, und von der Energie, die sie absorbieren . Am häufigsten sind grüne und rote Polarlichter, es gibt jedoch auch blaue oder violette Polarlichter. Gelegentlich gibt es rosa oder gelbe Polarlichter, die proportional eine Mischung aus Grün und Rot sind.

Schon vor Tausenden von Jahren wurde das beeindruckende Phänomen der Aurora von Zivilisationen auf der ganzen Welt aufgezeichnet und zeugte von der Erforschung der Natur durch die Menschheit und der Evolution der menschlichen Zivilisation.

Atmosphärisches Leuchten, beobachtet vom Visible and Infrared Survey Telescope (VISTA) am Paranal-Observatorium in Chile

(Bildquelle: (LCO)/ESO)

Mit der rasanten Entwicklung der modernen Wissenschaft und Technologie bietet uns die Technologie zur Beobachtung des Weltraums eine einzigartige Perspektive und ermöglicht es uns, Polarlichtphänomene auf anderen Himmelskörpern als der Erde zu beobachten und zu untersuchen.

Bereits in den 1990er Jahren erfasste das Hubble-Weltraumteleskop die Polarlichter des Jupiters. Die Schmalwinkelkamera der Raumsonde Cassini hat diese glitzernden Polarlichter zwischen dem 5. und 8. Oktober 2009 über dem Nordhimmel des Saturn eingefangen.

Auch auf der Venus und dem Mars wurden Polarlichter beobachtet. Da Venus und Mars im Gegensatz zur Erde, dem Jupiter und dem Saturn kein globales Dipolmagnetfeld besitzen, sind die Orte, an denen ihre Polarlichter entstehen, stärker verstreut und nicht auf die Polarregionen konzentriert .

Die NASA veröffentlichte im Januar 1998 ein Foto der Aurora des Jupiters, das vom Hubble-Weltraumteleskop aufgenommen wurde.

(Bildnachweis: NASA)

Gibt es außer diesen Planeten noch andere Planeten mit Polarlichtern?

Die Antwort lautet: Ja.

Ein kürzlich in Nature Communications veröffentlichter Artikel mit dem Titel „Direkter Beweis für substormbedingte impulsive Elektroneninjektionen bei Merkur“ führt uns zum Merkur , dem sonnennächsten Planeten im Sonnensystem, und enthüllt Entdeckungen und Erkundungen im Zusammenhang mit den Polarlichtern auf diesem Planeten.

Screenshot des Dokuments

(Bildquelle: Nature Communications)

Diese Forschung könnte die Möglichkeit von Polarlichtern oder polarlichtähnlichen Phänomenen auf dem Merkur beweisen.

Merkur: Eine neue Perspektive zum Verständnis von Polarlichtern

Merkur, der sonnennächste Planet, stand schon immer im Mittelpunkt der wissenschaftlichen Forschung.

Merkur hat ein schwaches Magnetfeld, das mit dem Sonnenwind interagiert und eine kleine Magnetosphäre bildet. Die Magnetosphäre des Merkurs ist ein dynamischer Ort , der durch Wechselwirkungen mit dem Sonnenwind geformt wird und eine komplexe Reihe physikalischer Prozesse erzeugt.

Die Magnetosphäre des Merkurs ist kompakter als die der Erde, etwa 5 % so groß wie diese und befindet sich etwa 1,45 Mal so groß wie der Radius des Merkurs über der Oberfläche des Planeten.

Dies führt zu einer schnellen Neukonfiguration und Veränderung der Magnetosphäre des Merkurs, einem Schlüsselprozess, der als Dungey-Zyklus bekannt ist. Im Dungey-Zyklus wird Plasma beschleunigt, transportiert, verloren und zirkuliert, wodurch verschiedene „mysteriöse“ Phänomene entstehen, wie etwa die Kreisströmung außerhalb des Merkur, Merkur-Substürme usw.

Schematische Darstellung der Magnetosphäre des Merkurs

(Bildquelle: Zong Qiugangs Team an der Peking-Universität)

Allerdings wissen wir sehr wenig über diese Prozesse auf dem Merkur und ob es auf dem Merkur Polarlichter gibt, bleibt ein Rätsel.

Erst am 1. Oktober 2021 überflog die BepiColombo-Mission, eine gemeinsame Erkundungsmission der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) und der japanischen Weltraumagentur (JAXA), zum ersten Mal den Merkur und lieferte neue Erkenntnisse zu unserem Verständnis der Weltraumumgebung dieses mysteriösen Planeten.

Während BepiColombos erstem Vorbeiflug am Merkur beobachteten Wissenschaftler eine auffällige Kompressionsstruktur in der Magnetosphäre des Merkur .

Durch die Wechselwirkung der Magnetosphäre des Merkurs mit dem Sonnenwind wird dieser auf einen Druck komprimiert, der schätzungsweise mehr als doppelt so hoch ist wie der durchschnittliche Druck, der bei früheren MESSENGER-Missionen beobachtet wurde.

Dies bedeutet, dass sich die Magnetosphäre des Merkurs unter dem Einfluss des Sonnenwindes schnell verändert. Das Auftreten dieses Phänomens liefert wichtige Hintergrundinformationen für nachfolgende Beobachtungen.

BepiColombo beobachtet bei seinem ersten Vorbeiflug an Merkur die auf die Oberfläche des Merkur emittierten Elektronen

(Bildnachweis: Sae AIZAWA)

Kurz nachdem BepiColombo in die Magnetosphäre des Merkur eingetreten war, beobachteten Wissenschaftler eine Energie-Zeit-Dispersion hochenergetischer Elektronen (die Trennung von Teilchen unterschiedlicher Energie) , ein Phänomen, das bei Merkur noch nie zuvor beobachtet worden war. Gleichzeitig zeigen Elektronen mit Energien im Bereich von 100 eV bis zu mehreren keV eine deutliche Flussverstärkung mit deutlichen periodischen Schwankungen mit einer Periode von 30–40 Sekunden.

Beobachtete energiedispersive Elektronen (rote Pfeile zeigen periodische Schwankungen im Elektronenfluss an)

(Bildnachweis: Sae AIZAWA)

Diese Merkmale deuten darauf hin, dass die Elektronen in der Region nahe dem Magnetoschweif der Magnetosphäre des Merkurs beschleunigt werden, dann schnell in die Tagseite driften, auf geschlossene Magnetfeldlinien geschleudert werden und sich schließlich auf der Oberfläche absetzen.

Dieser Vorgang wird „Elektroneninjektion“ genannt und stellt den „grünen Kanal“ für die Entstehung von Polarlichtern bereit.

Auf der Erde gelangen hochenergetische Teilchen in den Kanal und regen Atome in der Atmosphäre an, was letztendlich zu Polarlichtern führt. Im Gegensatz zur Erde besitzt Merkur jedoch fast keine Atmosphäre und die Elektronen können nach dem Eintritt in den Kanal nirgendwo Kraft ausüben. Daher wurden auf dem Merkur keine Polarlichter beobachtet, die denen auf der Erde ähneln .

Schematische Darstellung der Elektroneninjektion der Erde

(Bildquelle: Yang Jians Team von der Southern University of Science and Technology)

Abschluss

Obwohl in dieser Studie die Polarlichter auf dem Merkur nicht direkt beobachtet wurden, wurden eine Reihe physikalischer Phänomene beobachtet, die eng mit der Entstehung von Polarlichtern zusammenhängen. Dies bietet uns eine neue Perspektive, um die Geheimnisse hinter den Wundern planetarischer Polarlichter aufzudecken und ermöglicht uns ein umfassenderes Verständnis des Entstehungsmechanismus und des Entwicklungsprozesses planetarischer Polarlichter sowie der komplexen Wechselwirkungen zwischen verschiedenen Himmelskörpern und der Sonne.

Wir sind davon überzeugt, dass uns Merkur angesichts der kontinuierlichen Weiterentwicklung der Weltraumforschungstechnologie auch in Zukunft weitere Überraschungen und Entdeckungen bescheren und die Geheimnisse des Lichts der Planeten unseres Sonnensystems enthüllen wird.