Ein Whistler-Signal ohne globales Magnetfeld widerspricht der Standardphysik planetarer Magnetosphären. Genau ein solches Signal hat der NASA-Orbiter Mars Atmosphere and Volatile Evolution – MAVEN – nun in der Mars-Ionosphäre registriert.
Die Analyse erschien in Science Advances. Die Datenlage ist dünn: Ein einziges Ereignis unter mehr als 108.000 ausgewerteten Messungen. Doch gerade diese Singularität macht den Fund interessant.
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Warum ein Whistler auf dem Mars problematisch ist
Whistler- oder auch Radio-Wellen sind niederfrequente elektromagnetische Signale. Auf der Erde entstehen sie typischerweise durch Blitzentladungen. Sie koppeln an Magnetfeldlinien und breiten sich entlang dieser Leitstrukturen durch die Magnetosphäre aus.
Der Mars besitzt jedoch kein globales Magnetfeld. Sein innerer Dynamo kam vor Milliarden Jahren zum Erliegen. Es gibt keine planetare Magnetosphäre wie bei der Erde oder bei Jupiter und Saturn.
Was der Mars allerdings besitzt, sind lokal begrenzte Krustenmagnetfelder. Diese remanenten Magnetisierungen sind Relikte des früheren Dynamos. Besonders stark sind sie auf der Südhalbkugel ausgeprägt. Sie bilden magnetische Inseln im ansonsten feldarmen Umfeld.
Die zentrale Frage lautet daher: Reichen diese lokalen Strukturen aus, um eine Whistler-Welle zu führen?
Elektrische Entladungen im Staub – möglich, aber nicht belegt
Blitzartige Entladungen auf dem Mars gelten seit Jahrzehnten als möglich. Viking-Lander suchten bereits danach. Klare Belege fehlten bislang.
Die Autoren der aktuellen Studie schreiben: „Simulationen und Laborexperimente deuten darauf hin, dass elektrische Entladungen in Marsstaubstürmen ähnlich wie bei terrestrischen Vulkanausbrüchen und Staubteufeln auftreten können. Während Staubstürmen laden sich Staubkörner durch Kollisionen elektrisch auf.“
Der Mechanismus ist bekannt. Staubpartikel kollidieren, tauschen Ladung aus und erzeugen elektrische Felder. Wird die Durchbruchfeldstärke erreicht, kommt es zu einer Entladung.
Allerdings spricht hier vieles eher für kurzlebige, schwache elektrische Durchschläge als für erdähnliche Gewitterblitze. Die dünne CO₂-Atmosphäre des Mars verändert die Durchbruchbedingungen deutlich.
Ein einzelnes Signal
In den MAVEN-Daten fand sich eine frequenzdispersive Pfeifwelle mit einer Dauer von 0,4 Sekunden und Frequenzen bis 110 Hz.
Die Dispersion – also die zeitliche Trennung hoher und niedriger Frequenzen – entspricht dem typischen Whistler-Verhalten. Solche Frequenzen sind im schwächeren Mars-Magnetfeld plausibel. Die charakteristische Frequenz hängt von Elektronendichte und Magnetfeldstärke ab. Beides ist auf dem Mars geringer als auf der Erde.
Die Forschenden führten numerische Wellenausbreitungsmodelle durch. Diese zeigen, dass unter bestimmten Konstellationen eine elektromagnetische Welle entlang lokaler Krustenfelder vom Boden bis zum Orbiter propagieren kann.
Der genaue Entstehungsort bleibt unbekannt. Auch ein direkter Zusammenhang mit einem Staubsturm lässt sich nicht nachweisen.
Warum nur ein Ereignis?
Warum ist das Signal so extrem selten? Das ist eine der zentralen Fragen in der Studie.
Mehrere Bedingungen müssen gleichzeitig erfüllt sein:
- ausreichend starkes, steil stehendes lokales Magnetfeld
- geeignete Elektronendichte in der Ionosphäre
- Position des Orbiters auf der Nachtseite
- passende geometrische Kopplung zwischen Quelle und Satellit
Das Team formuliert es so: „Wir stellen fest, dass zwar in etwa einem Drittel der analysierten Wellen-Snapshots ionosphärische Bedingungen auf der Nachtseite vorlagen, diese hohen Magnetfeldneigungen jedoch äußerst selten sind; weniger als 1 % der untersuchten Wellen-Snapshots (insgesamt 679) wurden an Orten mit diesen hohen Werten gemessen, und nur 290 davon bei SZA > 100°.“
Weiter heißt es: „Dies deutet darauf hin, dass zwar blitzartige elektrische Entladungsprozesse auf dem Mars auftreten können, die Eigenschaften der Ionosphäre jedoch häufig die Bildung eines nachweisbaren Whistlers verhindern. Darüber hinaus können die Entladungen selbst selten oder schwach sein, möglicherweise aufgrund zusätzlicher Prozesse, die die Erzeugung eines elektrischen Durchbruchfeldes behindern.“
Mit anderen Worten: Die Nachweiswahrscheinlichkeit ist extrem gering. Die Daten erlauben keine Aussage über die tatsächliche Häufigkeit elektrischer Entladungen, sondern nur über ihre Detektierbarkeit unter MAVEN-Geometrie.
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