NASA veröffentlicht neueste Karte der elektrischen Ströme um den Mars, die den Austritt aus der Atmosphäre beschleunigen!

[Mobile Software: BoKeYuan] Fünf Jahre nachdem die MAVEN-Raumsonde der NASA in die Marsumlaufbahn eintrat, ermöglichten die erhaltenen Daten die Erstellung einer Karte des elektrischen Stromsystems in der Marsatmosphäre. „Diese Strömungen spielten eine große Rolle beim Verlust der Atmosphäre, der den Mars von einer Welt, die Leben hätte beherbergen können, in eine unwirtliche Wüste verwandelte“, sagte Robin Ramstad, ein Experimentalphysiker an der University of Colorado Boulder. Wissenschaftler arbeiten derzeit daran, mithilfe von Meeresströmungen die genaue Energiemenge zu bestimmen, die aus dem Sonnenwind gewonnen wird und den Austritt aus der Atmosphäre antreibt.

Auch auf der Erde gibt es solche Strömungssysteme: Wir können sie sogar in Form farbenfroher Lichtspiele am Nachthimmel in der Nähe der Polarregionen sehen, die als Aurora Borealis (Nord- und Südlichter) bezeichnet werden. Die Forschungsergebnisse wurden in der Fachzeitschrift Nature Astronomy veröffentlicht. Das Polarlicht der Erde hängt eng mit den elektrischen Strömen zusammen, die durch die Wechselwirkung zwischen dem Magnetfeld der Erde und dem Sonnenwind entstehen. Diese Ströme fließen entlang vertikaler magnetischer Linien in die Atmosphäre und konzentrieren sich in den Polarregionen. Allerdings können wir durch die Untersuchung des elektrischen Stromflusses Tausende von Kilometern über unseren Köpfen nur einen Teil der Vorgänge auf dem Mars nachvollziehen. Der Unterschied liegt in den jeweiligen Magnetfeldern der Planeten, denn während der Magnetismus der Erde von innen kommt, ist dies beim Mars nicht der Fall.

Planetarisches Magnetfeld

Das Magnetfeld der Erde kommt aus ihrem Kern, wo geschmolzenes leitfähiges Eisen unter der Kruste fließt. Das Magnetfeld ist außerdem global, das heißt, es umgibt den gesamten Planeten. Da der Mars wie die Erde ein felsiger, terrestrischer Planet ist, könnte man annehmen, dass dort dasselbe magnetische Paradigma am Werk ist. Allerdings erzeugt der Mars selbst außerhalb relativ kleiner Bereiche magnetisierter Kruste kein Magnetfeld. Auf dem Roten Planeten muss etwas passieren, das sich von dem unterscheidet, was auf der Erde beobachtet wird.

Was ist auf dem Mars passiert?

Der Sonnenwind besteht hauptsächlich aus elektrisch geladenen Elektronen und Protonen und weht kontinuierlich mit einer Geschwindigkeit von etwa 1,6 Millionen Kilometern pro Stunde von der Sonne. Es fließt um Objekte im Sonnensystem herum und interagiert mit ihnen. Der Sonnenwind ist ebenfalls magnetisiert und dieses Magnetfeld kann die obere Atmosphäre nicht magnetisierter Planeten wie dem Mars nicht leicht durchdringen. Stattdessen bewirken die elektrischen Ströme, die es in der Ionosphäre der Erde induziert, dass sich das Magnetfeld aufbaut und verstärkt, wodurch eine sogenannte induzierte Magnetosphäre entsteht. Wie der Sonnenwind die induzierte Magnetosphäre auf dem Mars antreibt, ist erst jetzt gut verstanden.

Wenn Sonnenwindionen und Elektronen auf dieses stärkere induzierte Magnetfeld in der Nähe des Mars treffen, werden sie aufgrund ihrer entgegengesetzten Ladung auseinandergedrängt. Einige Ionen fließen in eine Richtung und einige Elektronen in eine andere, wodurch ein elektrischer Strom entsteht, der von der Tagseite der Erde zur Nachtseite fließt. Gleichzeitig ionisieren Röntgenstrahlen und ultraviolettes Licht der Sonne ständig Teile der oberen Atmosphäre des Mars und verwandeln sie in eine Kombination aus Elektronen und geladenen Ionen, die Elektrizität leiten können. Die Marsatmosphäre verhält sich ein bisschen wie eine Metallkugel mit ausgeschaltetem Stromkreis. Meeresströmungen fließen in der oberen Atmosphäre, wobei die stärksten Schichten 120 bis 200 Kilometer (etwa 75 bis 125 Meilen) über der Erdoberfläche bestehen bleiben.

MAVEN und frühere Missionen haben bereits zuvor lokale Anzeichen dieser Strömungsschichten entdeckt, konnten jedoch nie zuvor das komplette Strömungssystem kartieren, von der Entstehung im Sonnenwind bis zu den Stellen, an denen die Elektrizität in der oberen Atmosphäre gespeichert wird. Das direkte Erfassen dieser Ströme im Weltraum ist bekanntermaßen schwierig, doch glücklicherweise verzerren diese Ströme das Magnetfeld im Sonnenwind, was das empfindliche Magnetometer von MAVEN erfassen kann. Das Team verwendete MAVEN, um die durchschnittliche Magnetfeldstruktur um den Mars in drei Dimensionen abzubilden und berechnete die elektrischen Ströme direkt aus den Verzerrungen, die sie in der Feldstruktur verursachen. Mit nur einer einzigen sanften Operation ergeben sich aus dieser Karte des Magnetfelds die Stärke und der Verlauf des Stroms.

Das Schicksal des roten Planeten

In Ermangelung eines globalen Magnetfelds um den Mars könnten die im Sonnenwind induzierten elektrischen Ströme eine direkte elektrische Verbindung mit der oberen Marsatmosphäre bilden. Der elektrische Strom wandelt die Energie des Sonnenwindes in magnetische und elektrische Felder um, beschleunigt geladene atmosphärische Partikel in den Weltraum und treibt die Atmosphäre dazu an, in den Weltraum zu entweichen. Die neuen Erkenntnisse offenbaren mehrere unerwartete Aspekte von MAVENs Verständnis von atmosphärischen Fluchtzielen: Die Energie, die die Flucht antreibt, scheint aus einem viel größeren Volumen zu stammen als allgemein angenommen. Der durch den Sonnenwind verursachte Verlust der Atmosphäre ist seit Milliarden von Jahren aktiv und hat zur Umwandlung des Mars von einem warmen, feuchten Planeten in eine weltweit kalte Wüste beigetragen.

Maven erforscht weiterhin, wie dieser Prozess funktioniert und wie viel von der Erdatmosphäre verloren gegangen ist. Diese Forschung wurde von der MAVEN-Mission finanziert. Der leitende MAVEN-Forscher arbeitet am Labor für Atmosphären- und Weltraumphysik der University of Colorado Boulder. Das Goddard Space Flight Center der NASA in Greenbelt, Maryland, leitet das MAVEN-Projekt. Die NASA erforscht das Sonnensystem und darüber hinaus und entschlüsselt die Geheimnisse naher und ferner Welten, der Sterne und des Universums mithilfe leistungsstarker Instrumente aus dem Weltraum und von bodengestützten Missionen.

Bo Ke Yuan | Forschung/Von: NASA Goddard Space Flight Center

Die Studie wurde in der Zeitschrift Nature Astronomy veröffentlicht

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