Aurora über dem Mars

Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung weisen am Roten Planeten beschleunigte Ionen nach

Auch der Mars ist magnetisch und zeigt über seiner Südhalbkugel „Polarlichter“. Nun haben Wissenschaftler mit dem Teilchenspektrometer ASPERA-3 an Bord des europäischen Satelliten Mars Express die Plasmaphysik dieser Aurora näher untersucht. Dabei fanden sie geladene Teilchen – vermutlich Sauerstoffionen -, die aus der Atmosphäre des Planeten in den freien Weltraum geschleudert werden. Die Beobachtung könnte dabei helfen zu klären, wie der Mars seine Atmosphäre verloren hat. Am Bau des Instruments ASPERA-3 war das Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung in Katlenburg-Lindau wesentlich beteiligt. Das schwedischen Institut für Weltraumphysik in Kiruna hat das Experiment geleitet (Science, 17. Februar 2006).

Seit etwa zehn Jahren wissen die Forscher, dass über der Südhalbkugel des Mars starke Magnetfelder existieren, offenbar Relikte eines ursprünglichen Magnetfelds in der Planetenkruste. Diese Felder weisen eine sehr heterogene Struktur mit lokalen magnetischen Trichtern auf. Geophysiker vermuteten daher, dass an diesen Trichtern – wie an den Polkappen der Erde – Aurora-Phänomene auftreten müssten. Tatsächlich beobachtete das Spektrometer SPICAM auf der Sonde Mars Express im Frühjahr 2005 erstmals UV-Strahlung von der Nachtseite des Mars.

Das Spektrometer ASPERA-3 befindet sich ebenfalls an Bord des europäischen Satelliten und misst Energie und Richtung von geladenen und ungeladenen Atomen und Molekülen im marsnahen Weltraum. Daher setzten es die Wissenschaftler zur Erforschung der planetaren Aurora ein. Ihre Messungen ergaben, dass dort wie bei der Erde Elektronen in magnetischen Trichtern zum Mars hin beschleunigt werden, während gleichzeitig schwere Ionen aus seiner Atmosphäre ins All schießen (Abb.1). Vermutlich handelt es sich dabei um Sauerstoffionen, die häufigste Ionenart in der Marsatmosphäre oberhalb von etwa 200 Kilometer Höhe.

Die Forscher registrierten die beschleunigten Ionen besonders über Regionen, in denen das Krustenfeld des Planeten seine Polarität ändert. Daraus leiteten sie ab, wie die Nachtseite des Mars in einem empfindlichen Teleskop aussähe (Abb. 2). Allerdings ist das Licht der Mars-Aurora zu schwach, um von der Erde aus wahrgenommen zu werden.

Wie hat der Mars seine ursprünglich dichte Atmosphäre verloren? So lautet eines der größten Rätsel der Planetenforschung. Die beschriebenen Messungen könnten zur Klärung dieser Frage beitragen. Jedenfalls deuten die Erosionsspuren an der Oberfläche des Mars darauf hin, dass es dort in den ersten 500 Millionen Jahren nach seiner Entstehung große Wassermengen und eine entsprechend dichte Atmosphäre gab. Vermutlich beendete der Einschlag eines anderen Himmelskörpers diese Periode. Dabei ging offenbar die Atmosphäre verloren und das innere Magnetfeld des Planeten erlosch.

Seit einigen Jahren diskutieren die Wissenschaftler, ob der ständige Strom energiereicher Teilchen von der Sonne (Sonnenwind) die Atmosphäre im Lauf der vergangenen drei Milliarden Jahre abgetragen hat. Mit dem ASPERA-3-Experiment auf Mars Express wollen die Forscher untersuchen, wie effizient diese Abtragung ist. Der jetzt nachgewiesene Verlust von Sauerstoffionen in magnetischen Trichtern spielt dabei eine wichtige Rolle.

Originalveröffentlichung:

R. Lundin, D. Winningham, S. Barabash, R. Frahm, M. Holmstrom, J.-A. Sauvaud, A. Fedorov, K. Asamura, A. J. Coates, Y. Soobiah, K. C. Hsieh, M. Grande, H. Koskinen, E. Kallio, J. Kozyra, J. Woch, M. Fränz, D. Brain, J. Luhmann, S. McKenna-Lawler, R. S. Orsini, P. Brandt, P. Wurz
Plasma Acceleration Above Martian Magnetic Anomalies
Science, vol. 311, issue 5763, 17 February 2006