Sauerstoffverlust von Erde und Mars ausgelöst durch den gleichen Sonnenwindimpuls, aber magnetischer Schutzschild der Erde hält

9. März 2012

Erstmals haben Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Sonnensystem-forschung (MPS) herausgefunden, dass die Anzahl der Sauerstoffionen, die die Atmosphäre der Erde und auch des Mars verlassen, stärker ist, wenn eine so genannte ko-rotierende Wechselwirkungsregion von der Sonne über die Planeten hinwegzieht. Die Studie basiert auf Daten der beiden Raumsonden MARS EXPRESS und CLUSTER der europäischen Weltraumagentur ESA an denen das MPS mit wissenschaftlichen Instrumenten beteiligt ist. Ein direkter Vergleich der Sauerstoff-Verlustraten bei beiden Planeten war möglich, da im Januar 2008 Sonne, Erde und Mars auf einer Linie standen und ein schneller Sonnenwindstrom nacheinander beide Planeten erreichte.

Skizze einer korotierenden Sonnenwind-Region, die nacheinander auf Erde und Mars trifft und dort zu einem Verlust von Sauerstoffionen führt.

Die Verlustraten von Sauerstoffionen variierten während der vorbeiziehenden Wechselwirkungsregion um bis zu einen Faktor 100, abhängig von verschiedenen Faktoren wie Sonnenwinddichte und der Stärke der ultravioletten Strahlung der Sonne, sagt Dr. Yong Wei vom MPS, der die Studie leitete. „Hätte die Erde kein Magnetfeld, dann wäre der Verlust deutlich stärker und verheerender für das Leben auf der Erde. Über Jahrmillionen würde die Erde ohne Magnetfeld sehr wahrscheinlich ein ähnliches Schicksal wie den Mars ereilen, berichtet Dr. Markus Fränz vom MPS, der maßgeblich an dieser Studie beteiligt war.

Nun plant das Team ihre Studie auch auf Venus auszudehnen, denn die Forscher haben auch ein Messgerät in einer Umlaufbahn um den zweiten Erdnachbarplaneten.

Das starke Magnetfeld der Erde wirkt wie ein Schutzschild gegenüber Sonnenstürmen, während bei Mars nur noch ein so genanntes Krustenmagnetfeld existiert und Venus gar kein Magnetfeld zu besitzen scheint. Energiereiche, geladene Teilchen aus den Sonnenstürmen werden von der Erdmagnetosphäre in großer Entfernung „abgelenkt“, und treffen bei Venus und Mars viel direkter auf die Atmosphäre. Es setzt dort ein Erosionsprozess ein, der zu einem messbaren Verlust vonSauerstoff- und Wasserstoffionen führt. Diese entweichen hierbei leichter als andere Ionen, da  sie durch die ultraviolette Strahlung der Sonne höhere Energien aufnehmen als andere Ionen. Bei der Erde hat man solch einen Verlust auch schon seit einigen Jahren beobachtet, hier geschieht dieser jedoch durch eine Verstärkung der elektrischen Ströme in der ionisierten Hochatmosphäre durch Druckimpulse des Sonnenwindes. Neuerdings wurde sogar angenommen, dass dies sogar zu einem höheren Sauerstoffverlust von der Erde führen kann als von Mars oder Venus. Die neue Studie zeigt aber, dass dies nicht der Fall ist, und die Erdmagnetosphäre den Verlust reduziert.

Erde, Mars und Venus ursprünglich zur gleichen Zeit entstanden, haben sich sehr unterschiedlich entwickelt. Während die Erde eine dichte Atmosphäre gebildet hat und ein eigenes Magnetfeld besitzt, beherbergt der Mars nur eine kaum wahrnehmbare Gashülle. Die Venus hat eine sehr dichte, aber lebensfeindliche Atmosphäre, in der der auch bei der Erde bekannte Treibhauseffekt verstärkt wirkt. Venus und Mars haben beide kein globales Magnetfeld.

Die Ergebnisse werden in der aktuellen Ausgabe des Journal of Geophysical Research, Vol. 117 veröffentlicht:

Wei et al., Enhanced atmospheric oxygen outflow on Earth and Mars driven by a corotating interaction region, JGR, 117, doi:10.1029/2011JA017340, 2012.

URL: JGR publication  (http://www.agu.org/pubs/crossref/2012/2011JA017340.shtml)

ESA press release:

URL: http://www.esa.int/esaSC/SEMXWW7YBZG_index_0.html

 

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