Polarlichter auf dem Mars

Auf dem Mars entstehen verschiedene Arten von Polarlichtern. Eine davon sind fleckige Polarlichter: Sie leuchten ultraviolett, dauern kurz und sind auf kleine Regionen beschränkt. Forschende haben nun deutliche Hinweise auf die genaue Ursache dieses Phänomens gefunden: Das Zusammenspiel aus dem Sonnenwind und der magnetischen Oberfläche bringt die Marsatmosphäre zum Leuchten. Ihre Ergebnisse veröffentlichten sie im „Journal of Geophysical Research: Space Physics“.

Der Kern des Mars erzeugt heute kein Magnetfeld mehr wie bei der Erde. Trotzdem gibt es auf seiner Oberfläche Regionen mit starken Magnetfeldern – erzeugt durch die Kruste des Planeten. Forschende nehmen an, dass die magnetische Kruste ein Relikt aus der Zeit ist, als der Marskern ein Magnetfeld verursachte, das den gesamten Planeten umfasste. Die noch flüssige Oberfläche hat sich damals am bestehenden Magnetfeld ausgerichtet; Nach dem Erkalten des Gesteins behielt sie diese Magnetisierung bei. Häufig treten oberhalb solcher Regionen mit stark ausgeprägten Magnetfeldern fleckige Polarlichter auf.

Die Raumsonde MAVEN vor dem Mars

Die Hypothese eines Forschungsteams um Charles Bowers, der damals an der University of Michigan in Ann Arbor tätig war: Ein Prozess namens magnetische Rekonnexion spielt eine Rolle bei der Bildung dieser Polarlichter. Dabei verbinden sich zeitweise die Magnetfelder von Sonnenwind und der magnetischen Kruste. Dies leitet elektrisch geladene Teilchen des Sonnenwindes in die Atmosphäre. Dort regen sie die Moleküle zu leuchten an – und verursachen so Polarlichter. Um diese Hypothese zu testen, untersuchte das Team Daten des Mars Atmosphere and Volatile Evolution (MAVEN) Orbiters, eine Raumsonde zur Erforschung der Marsatmosphäre. Dessen Spektrograph hat Bilder von fleckigen Polarlichtern an verschiedenen Orten und Zeiten aufgenommen. Zusätzlich untersuchte ein Magnetometer die Stärke und Struktur des Magnetfeldes auf der Marsoberfläche.

Polarlichter an den Grenzen der Magnetfelder

Die Forschenden haben daraus eine Karte der Magnetfelder über fast den gesamten Planeten erstellt und das jeweilige Zentrum einer Polarlichterscheinung ermittelt. Als sie die Magnetfelder mit den Zentren der Polarlichter verglichen, stießen sie auf eine Gemeinsamkeit: die Polarlichter entstehen am häufigsten dort, wo zwei magnetische Regionen aneinandergrenzen. Die magnetischen Felder zeigen dort in entgegengesetzte Richtungen: eine Region weist zum Nord-, die andere zum Südpol. Am aktivsten traten die Polarlichter auf, wenn zusätzlich die Feldlinien des Sonnenmagnetfeldes parallel zu einer dieser Regionen verlaufen – diese Bedingungen begünstigen magnetische Rekonnexion. In der Studie untersuchten Bowers und sein Team 49 fleckige Polarlichter; 42 von ihnen traten in solchen Regionen auf.

Damit stützen die Ergebnisse dieser neuen Studie die Hypothese der Forschenden und erklären bisher unverstandene Beobachtungen von Polarlichtern. Gleichzeitig ermöglichen sie, zukünftige Polarlichter auf dem Mars und anderen Planeten besser vorherzusagen. Die neuen Erkenntnisse zur Wechselwirkung zwischen dem Sonnenwind und der Marsatmosphäre helfen Forschenden auch zu verstehen, wie der Mars einen Großteil seiner Atmosphäre verloren hat.