Eigentlich sollte dieser Effekt auf dem Mars gar nicht auftreten. Denn der sogenannte Zwan-Wolf-Effekt galt bislang als Phänomen, das nur bei Planeten mit einem starken Magnetfeld beobachtet wird. Die Erde besitzt ein solches Magnetfeld. Der Mars dagegen verlor seinen globalen Magnetschutz vor Milliarden Jahren.
Umso überraschender sind neue Messungen der Nasa-Sonde Maven. Sie liefern erstmals Hinweise darauf, dass der Zwan-Wolf-Effekt auch in der Atmosphäre eines Planeten auftreten kann, der heute kein globales Magnetfeld mehr besitzt. Möglich wurde die Entdeckung durch einen heftigen Sonnensturm, der den Mars Ende 2023 traf.
Die Ergebnisse veröffentlichte ein Forschungsteam um Christopher Fowler von der West Virginia University in der Fachzeitschrift Nature Communications.
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Ein bekannter Effekt taucht an unerwarteter Stelle auf
Der Zwan-Wolf-Effekt beschreibt einen Vorgang im Plasma des Sonnenwinds. Plasma besteht aus elektrisch geladenen Teilchen, die ständig von der Sonne ins All geschleudert werden. Trifft dieser Sonnenwind auf einen Planeten, wird er umgelenkt. Auf der Erde übernimmt dabei das Magnetfeld eine zentrale Rolle. Es formt die sogenannte Magnetosphäre – einen Schutzbereich, der den Sonnenwind weitgehend von der Atmosphäre fernhält.
Bislang gingen Forschende davon aus, dass der Zwan-Wolf-Effekt nur in solchen magnetischen Umgebungen auftreten kann. Die neuen Maven-Daten stellen diese Annahme nun infrage. Christopher Fowler erklärt den Unterschied anhand eines anschaulichen Vergleichs: Wenn Sonnenwind auf einen Planeten trifft, verhält er sich ähnlich wie Wasser, das um einen Felsen in einem Bach herumströmt. Allerdings unterscheiden sich die physikalischen Bedingungen grundlegend.
„In einem Bach bestimmen Zusammenstöße zwischen den Wassermolekülen, wie das Wasser um den Felsen herumgeleitet wird. Im Weltraum ist die Materie dagegen so dünn verteilt, dass die Teilchen kaum miteinander kollidieren. Dort bestimmen elektromagnetische Kräfte, wie der Sonnenwind um einen Planeten herum gelenkt wird“, sagt Fowler.
Ein Sonnensturm brachte die Entdeckung ans Licht
Die entscheidenden Messungen stammen vom Dezember 2023. Damals erreichte ein koronaler Massenauswurf den Mars. Bei solchen Ereignissen schleudert die Sonne gewaltige Mengen Plasma und Magnetfelder ins Sonnensystem. Die Folgen können von Polarlichtern bis hin zu Störungen von Satelliten und Kommunikationssystemen reichen.
Als die Ausläufer des Sonnensturms den Mars trafen, registrierte Maven ungewöhnliche Veränderungen in der oberen Atmosphäre des Planeten. „Bei der Analyse der Daten fielen mir plötzlich einige sehr interessante Schwankungen auf“, berichtet Fowler.
Zunächst war unklar, was hinter diesen Signalen steckt. Erst die Auswertung verschiedener Instrumente an Bord der Sonde brachte die Erklärung. „Ich hätte niemals erwartet, dass es sich um diesen Effekt handelt, denn er wurde zuvor noch nie in einer Planetenatmosphäre beobachtet“, sagt Fowler.
Warum der Mars für Forschende so spannend ist
Der Mars besitzt heute kein globales Magnetfeld mehr. Allerdings gibt es in einigen Regionen noch magnetisierte Bereiche in der Kruste. Sie sind Überreste eines früheren Magnetfelds, das den Planeten einst umgab. Dennoch unterscheidet sich die Umgebung des Mars grundlegend von der der Erde. Genau deshalb ist die neue Beobachtung für die Forschenden so interessant.
Nach ihrer Einschätzung verstärkte der Sonnensturm die Wechselwirkung zwischen Sonnenwind und Marsatmosphäre so stark, dass der normalerweise kaum messbare Effekt sichtbar wurde. „Der Sonnensturm hat den Mars mit voller Wucht getroffen und die gesamte Weltraumumgebung rund um den Planeten durcheinandergebracht“, erklärt Fowler.
Nach Ansicht des Teams könnte der Zwan-Wolf-Effekt auf dem Mars sogar regelmäßig auftreten. Im Alltag des Planeten wäre er jedoch vermutlich zu schwach, um mit den vorhandenen Instrumenten eindeutig nachgewiesen zu werden.
Hinweise bis in tiefe Atmosphärenschichten
Besonders bemerkenswert ist der Ort der Entdeckung. Die Signaturen des Effekts fanden sich nicht nur in großer Höhe, sondern auch in tieferen Bereichen der oberen Atmosphäre. „Niemand hatte erwartet, dass dieser Effekt überhaupt in einer Atmosphäre auftreten kann“, sagt Fowler.
Die Forschenden konnten die Spuren des Effekts bis zu den niedrigsten Höhen verfolgen, die MAVEN während des Ereignisses vermessen konnte. Das deutet darauf hin, dass die Auswirkungen möglicherweise noch tiefer reichen.
Wie weit der Effekt tatsächlich in die Marsatmosphäre eindringt, ist derzeit allerdings noch offen. „Wir haben diese Signaturen bis hinunter zu den niedrigsten Höhen beobachtet, die MAVEN messen konnte. Das spricht dafür, dass der Effekt die Atmosphäre möglicherweise sogar unterhalb des Raumfahrzeugs beeinflusst hat“, erläutert Fowler.
Was die Entdeckung für die Planetenforschung bedeutet
Die Ergebnisse liefern neue Hinweise darauf, wie Sonnenstürme mit Planeten ohne starkes Magnetfeld wechselwirken. Davon könnten nicht nur Marsforschende profitieren. Auch andere Himmelskörper rücken dadurch stärker in den Fokus:
- die Venus
- der Saturnmond Titan
- Kometen
- weitere Planeten und Monde ohne globales Magnetfeld
Die Beobachtung hilft dabei, die komplexen Wechselwirkungen zwischen Sonne, Plasma und Atmosphären besser zu verstehen. Zugleich spielt das Thema für künftige Raumfahrtmissionen eine wichtige Rolle. Sonnenstürme können Raumfahrzeuge, Kommunikationssysteme und technische Infrastruktur im All beeinträchtigen.
„Zu verstehen, wie solche Weltraumwetterereignisse unser Sonnensystem beeinflussen, ist wichtig – nicht nur für die Sicherheit zukünftiger robotischer und möglicherweise auch menschlicher Missionen, sondern auch für den Schutz der Weltrauminfrastruktur, auf die wir auf der Erde angewiesen sind“, sagt Fowler.
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