SONNENWIND
Die Bedeutung des Erdmagnetfelds
Redaktion / Pressemitteilung des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung
astronews.com
12. März 2012

Wissenschaftler konnten erstmals den Verlust von Ionen aus der Atmosphäre von Erde und Mars durch den gleichen Sonnenwindstrom beobachten. Die Messungen der Cluster-Sonden und der Sonde Mars Express zeigen, wie wichtig das Erdmagnetfeld für den Schutz unserer Atmosphäre ist. Nun wollen die Forscher auch mit Venus Express entsprechende Beobachtungen machen.

Illustration der Ausbreitung einer korotierenden Wechselwirkungsregion von der Erde zum Mars. Bild: ESA

Erde, Mars und Venus sind alle zur gleichen Zeit entstanden, haben sich jedoch sehr unterschiedlich entwickelt. Während die Erde eine dichte Atmosphäre gebildet hat und ein eigenes Magnetfeld besitzt, gibt es auf dem Mars nur eine kaum wahrnehmbare Gashülle. Die Venus wiederum hat eine sehr dichte, aber lebensfeindliche Atmosphäre, in der der auch bei der Erde bekannte Treibhauseffekt verstärkt wirkt. Im Gegensatz zur Erde verfügen Venus und Mars über kein globales Magnetfeld.

Das starke Magnetfeld der Erde, so die gängige Theorie der Wissenschaftler, wirkt wie ein Schutzschild gegenüber Sonnenstürmen. Beim Mars ist nur noch ein sogenanntes Krustenmagnetfeld vorhanden, die Venus scheint gar kein Magnetfeld zu besitzen. Energiereiche, geladene Teilchen aus den Sonnenstürmen werden von der Erdmagnetosphäre in großer Entfernung "abgelenkt", treffen bei Venus und Mars hingegen viel direkter auf die Atmosphäre. Deswegen setzt dort ein Erosionsprozess ein, der zu einem messbaren Verlust von Sauerstoff- und Wasserstoffionen führt. Diese entweichen hierbei leichter als andere Ionen, da sie durch die ultraviolette Strahlung der Sonne höhere Energien aufnehmen.

In den letzten Jahren wurde dieses einfache Modell über die Bedeutung des Magnetfelds für unsere Atmosphäre allerdings von einigen Wissenschaftlern infrage gestellt. Messungen hatten nämlich ergeben, dass die Entweichraten von Sauerstoffionen bei Erde, Mars und Venus in etwa in der selben Größenordnung liegen. Allerdings ist die Abschätzung der Verlustrate der Sauerstoffionen recht schwierig, da sie von zahlreichen Faktoren, wie etwa dem Druck des Sonnenwinds oder der Intensität der ultravioletten Strahlung abhängt.

In einer neuen Untersuchung haben Wissenschaftler um Dr. Yong Wei vom Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung (MPS) den Verlust von Sauerstoffionen aus den Atmosphären von Mars und Erde daher nun unter den praktisch gleichen Bedingungen studiert. Sie nutzten dazu die ESA-Sonden Cluster und Mars Express zu einem Zeitpunkt, als Erde und Mars sich auf der gleichen Seite der Sonne befanden und in etwa auf einer Linie lagen.

Um auch die Rolle der unterschiedlichen Entfernung von der Sonne abschätzen zu können, betrachteten sie zudem die Auswirkungen des gleichen Bereichs eines Sonnenwindstromes. Als eine Art Marker im Sonnenwind diente dabei eine bestimmte Region zwischen einem sich schnell und einem sich langsamer bewegenden Sonnenwindstrom, eine sogenannte korotierende Wechselwirkungsregion.

Die Messungen unterstrichen die besondere Rolle, die das Erdmagnetfeld für den Schutz unserer Atmosphäre spielt: "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", erläutert Wei.

"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", ergänzt MPS-Kollege Dr. Markus Fränz, der auch an der Studie beteiligt war.

Nun plant das Team ihre Studie auf die Venus auszudehnen, denn auch an Bord der Venus-Sonde Venus Express befindet sich ein Instrument, das entsprechende Messungen zulässt. Venus ist für die Wissenschaftler besonders interessant, da der Planet fast die gleiche Größe wie die Erde hat, jedoch über kein Magnetfeld verfügt. Über ihre aktuellen Resultate berichten die Forscher in der Fachzeitschrift Journal of Geophysical Research.