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Autor: Lars-C. Depka / 05. Oktober 2009, 10:03 Uhr

Magnetische Tornados in Merkurs Atmosphäre

Als der sonnennächste Planet ist der kleine Merkur wahrlich Extrembedingungen ausgesetzt, die ihn auf seiner Tagseite auf über 450 C° aufheizen. Gleichzeitig ist er der kleinste Planet fester Oberfläche, nachdem Pluto nun schon vor einiger Zeit offiziell zum Prototypen einer eigenen Planetenklasse erklärt wurde.

Quelle: The John Hopkins University Applied Physics Laboratory, Baltimore, Maryland, USA; The Carnegie Institution of Washington, Washington DC, USA; Lars-C. Depka
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Die eher bescheidenen Ausmaße des Merkur machen es ihm wegen der aus diesem Grunde auch nur schwach ausgeprägten Gravitation, sie erreicht lediglich 38% der Erdgravitation, nicht leicht, eine eigene Atmosphäre zu halten. Als Folge ist seine Atmosphäre dann auch extrem dünn und hätte eigentlich schon vor sehr langer Zeit komplett verschwinden sollen. Da sie jedoch noch immer nachweisbar ist, muss sie in bescheidenem Maße mittels eines Mechanismus kontinuierlich wieder aufgefüllt werden, um wenigstens die Verlustraten annähernd auszugleichen.

Als Retter in der Not wird seit einiger Zeit angeregt der Sonnenwind debattiert, jenes dünne Gas aus elektrisch geladenen Teilchen (wie Protonen und Elektronen) also, welches auch „Plasma“ genannt wird und konstant aus den äußeren Schichten der Sonne ins All strömt. Er „weht“ mit annähernd 600 km/s schnell genug um den Merkur, um seiner Oberfläche durch Energietransfer Atome zu entreißen und sie in ballistische Flugbahnen hoch über die Planetenoberfläche zu katapultieren. Ein Vorgang, der auch unter dem Begriff des „Sputtering“ Einzug in die Fachdiskussionen gehalten hat.

Problem um die Merkuratmosphäre und ihre Auffüllung also gelöst? Noch nicht ganz, denn neben einer dünnen Atmosphäre weist der Merkur auch ein Magnetfeld auf, dass erstmalig in den Jahren 1974 und 1975 durch Mariner 10 nachgewiesen, und spätestens nach dem ersten Messenger- Flyby im Januar 2008 als global betrachtet wird.

Da die Teilchen des Plasmas, wie schon erwähnt, über eine elektrische Ladung verfügen, sind sie natürlich auch für magnetische Einflüsse (eines globalen) Magnetfeldes anfällig, dass für gewöhnlich ja das Plasma des Sonnenwindes um den Planeten herum ablenkt. Unter bestimmten Voraussetzungen jedoch muss der Magnetschirm des Merkur „Leckagen“ aufweisen, durch die der Sonnenwind dann bis zur Planetenoberfläche strömen kann.

NASA

Dieses Schema zeigt die Bildung der Magnettornados im planetaren Magnetfeld. Solche Tornados sind eigentlich ineinander verdrehte Magnetfelder und Plasma. Der rote Bereich stellt dabei die Magnetfeldgrenzen des Merkur dar, ein Bereich, der auch Magnetopause genannt wird. Technisch betrachtet sind die Magnettornados Magnetflussübertragungen, wenn sie innerhalb der Magnetopause entstehen, oder werden Plasmoids genannt, wenn ihr Ursprung im langen magnetischen Schweif des Merkur liegt, der sich von der Nachtseite des Planeten in den Raum erstreckt. Die Magnetflussübertragungen wirken dabei wie offene Kanäle im globalen Magnetfeld, durch die der Sonnenwind bis zur Planetenoberfläche gelangt und so neutrale Atome in die Atmosphäre schleudert.
(Bild: NASA)
Als Verursacher solcher Lecks im globalen Magnetfeld werden dringend ineinander vedrillte Magnetfelder vermutet, welche eine Brücke vom planetare Magnetfeld zum interplanetaren Raum darstellen.

Derartige magnetische „Tornados“, technisch gesehen Magnetflussübertragungen, bilden sich, wenn die durch den Sonnenwind transportierten Magnetfelder eine Konnektivität zum planetaren Magnetfeld des Merkur eingehen.

Im Vergleich zum Merkur, haben die anderen terrestrischen Planeten des Sonnensystems Venus, Mars und Erde weitaus mächtigere Atmosphären inne, so dass der Sonnenwind stetig und zuverlässig von den Planetenoberflächen ferngehalten wird. Dabei spielt das fehlende globale Magnetfeld der Venus und des Mars im Hinblick auf die auszuübende Schutzfunktion wenigstens bei der Venus eine eher untergeordnete Rolle.

Zwar trifft in einem solchen Fall die volle Wucht des Sonnenwindes die obersten Atmosphärenschichten und entreißt ihnen, ähnlich wie dem Merkur, ihre Atmosphärengase. Gleichwohl übernimmt auf der Venus die vulkanische Aktivität unseres inneren Nachbarplaneten das Wiederauffüllen der an den Raum verlorenen Atmosphärenanteile, während die Angelegenheit bei unserem äußeren Begleiter, dem Mars, etwas anders liegt.

Der Mars verlor sein schützendes Magnetfeld vor Milliarden von Jahren und mit seither wenig bis gar keiner Vulkanaktivität, hat der Sonnenwind zwischenzeitlich signifikante Mengen der Marsatmosphäre erodiert. Überreste ausgetrockneter Flussbetten oder Mineralienfunde, die sich nur bei Präsenz flüssigen Wassers bilden, deuten auf eine Atmosphäre in der Frühzeit des Mars hin, die in der Lage war, wenigstens zeitweise Temperaturen, die das Auftreten flüssigen Wassers ermöglichte, aufrecht zu erhalten. Aus noch nicht restlos verstandenen Gründen verlosch schließlich der innere Generator des roten Planeten, die Atmosphäre ist ohne Magnetfeldschutz dem heranstürmenden Sonnenwind ausgeliefert und verliert seither fortlaufend an Substanz.

Antworten auf die vielen diesbezüglichen offenen Fragestellungen wird möglicherweise die für ein Startfenster in 2013 vorgesehene Sonde MAVEN (Mars Atmosphere and Volatile Evolution Mission) liefern können.

Der zuvor schon kurz beschriebene Kopplungsprozess, der die interplanetaren mit den planetaren Magnetfeldern in Verbindung setzt, die sogenannte magnetische Rekonnektion, ist im Kosmos durchaus kein Einzelfall und bei leibe nicht nur auf den Merkur beschränkt. Selbst hier auf der Erde finden Rekonnektionsprozesse in der Hochatmosphäre statt, bei Merkur indes treten sie in zehnfach höherer Rate auf.

Merkwürdigerweise zeichnet Merkurs räumliche Nähe zur Sonne nur für etwa ein Drittel der planetaren Rekonnektionsrate verantwortlich. Eine offene, und erst anfänglich diskutierte Frage ist die nach dem induzierenden Mechanismus, der für den Rest zuständig ist.
 
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