Dritte Schicht in der Ionosphäre des Planeten Mars entdeckt

Erste Ergebnisse der europäischen Mars-Mission

Forscher des Instituts für Geophysik und Meteorologie der Universität zu Köln wiesen bei der Sondierungen der Marsatmosphäre mit Hilfe von Radiowellen erstmals eine dritte Schicht in der Ionosphäre – einer elektrisch geladenen Schicht in der oberen Atmosphäre – nach, die wahrscheinlich durch Meteoreinfälle in die Marsatmosphäre hervorgerufen wird. Diese dritte Schicht wurde zwar bereits vorhergesagt, war aber bisher noch nie direkt nachgewiesen worden.

Unter der Leitung von Dr. Martin Pätzold untersuchten die Kölner Wissenschaftler mit Hilfe des Radiowellenexperimentes MaRS die Marsatmosphäre während zweier Messkampagnen zwischen April und August 2004 und zwischen Dezember 2004 und Januar 2005. Dafür wurde die so genannte Radiookkultations-Methode verwendet, bei der die Sonde ständig Funksignale Richtung Erde sendet, während das Raumfahrzeug von der Erde aus gesehen hinter dem Planeten verschwindet. Dabei durchquerten die Radiowellen die gesamte Atmosphäre, wodurch die Frequenz der Radiowellen auf ganz charakteristische Weise beeinflusst wurde. Dadurch lassen sich wiederum Rückschlüsse auf die Zusammensetzung der Atmosphäre ziehen.

So entdeckten die Forscher in einer Höhe zwischen 65 bis 110 Kilometern eine weitere Ionosphärenschicht, die sich deutlich unter den beiden bereits bekannten Lagen in jeweils 110 und 135 Kilometern Höhe befand. Bei einer Ionosphäre handelt es sich um einen Atmosphärenbereich mit einer außergewöhnlich hohen Anzahl von freien Elektronen und Ionen. Während aber die zwei bereits bekannten Mars-Ionosphärenschichten durch Sonneneinstrahlung entstehen, welche die Moleküle der Atmosphäre ionisieren, d.h. in Elektronen und Ionen aufspalten, wird die neuentdeckte Schicht wahrscheinlich von Meteore hervorgerufen, welche in die Atmosphäre eintreten und dabei durch die Reibung mit den Atmosphärengasen sich so stark erhitzten, dass Teile des Meteors verdampfen. Die dabei frei werdenden Eisen- und Magnesiumionen bilden die dritte geladene Ionosphärenschicht.

Diese Erklärung wird auch dadurch gestützt, dass sich die dritte Ionosphärenlage offensichtlich nur sporadisch und örtlich begrenzt bildet. Zudem wurde sie an ganz unterschiedlichen Orten beobachtet so am Äquator, auf der Nordhalbkugel und in mittleren südlichen Breiten. Und sie trat auch zu ganz unterschiedlichen Lokalzeiten wie am frühen Morgen und am Nachmittag auf.

Eine durch Meteoreinfälle hervorgerufene Ionosphärenschicht existiert auch auf der Erde, allerdings ist diese im Gegensatz zu ihrem Gegenstück auf dem Mars ständig zu beobachten. Das sporadische Auftreten der Meteorschicht auf dem Mars lässt sich damit erklären, dass die Marsatmosphäre mehr als 100mal dünner ist als die der Erde. Nur Meteore hoher kinetischer Energie erzeugen genügend Hitze in der Marsatmosphäre, um teilweise oder vollständig zu verdampfen, und davon gibt es offensichtlich nicht so viele, um eine dritte Ionosphärenschicht ständig aufrecht zu erhalten.

Mars Express ist die erste europäische Raumfahrtmission zum Mars und wird von der europäischen Raumfahrtagentur ESA geleitet. Die Sonde startete am 2. Juni 2003 vom Raumflughafen Baikonur in Kasachstan, und liefert seit Januar 2004 Messdaten vom roten Planeten. Ziel der Mission ist die globale Kartierung der Planetenoberfläche und die Analyse der Atmosphäre sowie die Suche nach Wasser und eventuell vorhandenen Spuren von Leben. Weitere Informationen unter www.radio-science.de und http://sci.esa.int/home/marsexpress/index.cfm .

Verantwortlich: Dr. Wolfgang Mathias