Tausende Auroren auf dem Mars

Lage der Aurora auf dem Mars. Bildnachweis: ESA Zum Vergrößern anklicken
Auroren, die dem Nordlicht der Erde ähnlich sind, scheinen auf dem Mars häufig zu sein, so Physiker der University of California in Berkeley, die Daten des Mars Global Surveyor aus sechs Jahren analysiert haben.

Die Entdeckung von Hunderten von Auroren in den letzten sechs Jahren ist überraschend, da der Mars nicht über das globale Magnetfeld verfügt, das auf der Erde die Quelle der Aurora Borealis und der antipodalen Aurora Australis ist.
Handlung der 13.000 Auroralereignisse auf dem Mars

Laut den Physikern sind die Auroren auf dem Mars nicht auf ein planetarisches Magnetfeld zurückzuführen, sondern auf Flecken eines starken Magnetfelds in der Kruste, hauptsächlich auf der südlichen Hemisphäre. Und sie sind wahrscheinlich auch nicht so bunt, sagen die Forscher: Die energetischen Elektronen, die mit Molekülen in der Atmosphäre interagieren, um das Leuchten zu erzeugen, erzeugen wahrscheinlich nur ultraviolettes Licht – nicht die Rot-, Grün- und Blautöne der Erde.

"Die Tatsache, dass wir Auroren so oft sehen wie wir, ist erstaunlich", sagte der Physiker David A. Brain von der UC Berkeley, der Hauptautor eines Papiers über die Entdeckung, das kürzlich von der Zeitschrift Geophysical Research Letters angenommen wurde. "Die Entdeckung von Auroren auf dem Mars lehrt uns etwas darüber, wie und warum sie anderswo im Sonnensystem vorkommen, einschließlich auf Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun."

Brain und Jasper S. Halekas, beide stellvertretende Forschungsphysiker am Space Sciences Laboratory der UC Berkeley, berichteten zusammen mit ihren Kollegen von der UC Berkeley, der University of Michigan, dem Goddard Space Flight Center der NASA und der University of Toulouse in Frankreich über ihre Ergebnisse Poster präsentiert Freitag, 9. Dezember, auf dem Treffen der American Geophysical Union in San Francisco.

Letztes Jahr entdeckte das europäische Raumschiff Mars Express erstmals einen ultravioletten Lichtblitz auf der Nachtseite des Mars, und ein internationales Team von Astronomen identifizierte ihn in der Nature-Ausgabe vom 9. Juni 2005 als Auroralblitz. Als die Forscher von UC Berkeley von der Entdeckung hörten, wandten sie sich an Daten des Mars Global Surveyor, um festzustellen, ob ein integriertes Instrumentenpaket von UC Berkeley – ein Magnetometer-Elektronen-Reflektometer – andere Hinweise auf Auroren entdeckt hatte. Das Raumschiff umkreist den Mars seit September 1997 und kartiert seit 1999 aus einer Höhe von 400 Kilometern die Marsoberfläche und die Magnetfelder des Mars. Es befindet sich in einer polaren Umlaufbahn, die es auf der Nachtseite des Planeten immer um 2 Uhr morgens hält.

Innerhalb einer Stunde nach dem ersten Eintauchen in die Daten entdeckten Brain und Halekas Hinweise auf einen Auroralblitz – einen Peak im Elektronenenergiespektrum, der mit den Peaks identisch ist, die in Spektren der Erdatmosphäre während einer Aurora beobachtet wurden. Seitdem haben sie mehr als 6 Millionen Aufzeichnungen mit dem Elektronenreflektometer überprüft und in den Daten etwa 13.000 Signale mit einem Elektronenpeak gefunden, der auf eine Aurora hinweist. Laut Brain kann dies Hunderte von nächtlichen Auroralereignissen wie den Blitz des Mars Express darstellen.

Als die beiden Physiker die Position jeder Beobachtung festlegten, stimmten die Auroren genau mit den Rändern der magnetisierten Bereiche auf der Marsoberfläche überein. Das gleiche Team unter der Leitung der Co-Autoren Mario H. Acu? A vom Goddard Space Flight Center der NASA und Robert Lin, Professor für Physik an der UC Berkeley und Direktor des Space Sciences Laboratory, hat diese Oberflächenmagnetfelder mithilfe des Magnetometers / Reflektometers umfassend kartiert an Bord der Mars Global Surveyor. So wie die Auroren der Erde dort auftreten, wo die Magnetfeldlinien am Nord- und Südpol in die Oberfläche eintauchen, treten die Auroren des Mars an den Grenzen magnetisierter Bereiche auf, in denen die Feldlinien vertikal in die Kruste hineinragen.

Von den bisher 13.000 Auroralbeobachtungen scheinen die größten mit einer erhöhten Sonnenwindaktivität zusammenzufallen.

"Der von Mars Express gesehene Blitz scheint am hellen Ende der möglichen Energien zu sein", sagte Halekas. "Genau wie auf der Erde neigen Weltraumwetter und Sonnenstürme dazu, die Auroren heller und stärker zu machen."
Darstellung von Oberflächenmagnetfeldern auf dem Mars

Die Auroren der Erde werden verursacht, wenn geladene Teilchen der Sonne in das schützende Magnetfeld des Planeten eindringen und anstatt in den Boden einzudringen, entlang der Feldlinien zum Pol umgeleitet werden, wo sie nach unten laufen und mit Atomen in der Atmosphäre kollidieren, um ein Oval zu bilden Licht um jeden Pol. Elektronen machen einen großen Teil der geladenen Teilchen aus, und die Aktivität der Auroren ist mit einem noch nicht verstandenen physikalischen Prozess verbunden, der Elektronen beschleunigt und einen verräterischen Peak im Spektrum der Elektronenenergien erzeugt.

Der Prozess auf dem Mars ist wahrscheinlich ähnlich, sagte Lin, da Sonnenwindpartikel zur Nachtseite des Mars geleitet werden, wo sie mit Krustenfeldlinien interagieren. Das ultraviolette Licht wird erzeugt, wenn die Partikel auf Kohlendioxidmoleküle treffen.

"Die Beobachtungen legen nahe, dass ein Beschleunigungsprozess wie auf der Erde stattfindet", sagte er. "Etwas hat die Elektronen genommen und ihnen einen Tritt gegeben."

Was dieses „Etwas“ ist, bleibt ein Rätsel, obwohl Lin und seine Kollegen von UC Berkeley sich einem Prozess zuwenden, der als magnetische Wiederverbindung bezeichnet wird und bei dem das mit den Sonnenwindpartikeln wandernde Magnetfeld bricht und sich wieder mit dem Krustenfeld verbindet. Die wiederverbindenden Feldlinien könnten das sein, was die Teilchen zu höheren Energien schleudert.

Die Oberflächenmagnetfelder, so Brain, werden von hochmagnetisiertem Gestein erzeugt, das in Flecken mit einer Breite von bis zu 1.000 Kilometern und einer Tiefe von 10 Kilometern auftritt. Diese Flecken behalten wahrscheinlich den Magnetismus bei, der übrig geblieben ist, als der Mars ein globales Feld hatte, ähnlich wie beim Streicheln einer Nadel mit einem Magneten, wodurch eine Magnetisierung induziert wird, die auch nach dem Zurückziehen des Magneten bestehen bleibt. Als das globale Feld des Mars vor Milliarden von Jahren ausstarb, konnte der Sonnenwind die Atmosphäre abstreifen. Nur die starken Krustenfelder sind noch vorhanden, um Teile der Oberfläche zu schützen.

"Wir nennen sie Mini-Magnetosphären, weil sie stark genug sind, um dem Sonnenwind standzuhalten", sagte Lin und bemerkte, dass sich die Felder bis zu 1.300 Kilometer über der Oberfläche erstrecken. Trotzdem ist das stärkste Marsmagnetfeld 50-mal schwächer als das Feld an der Erdoberfläche. Es ist schwer zu erklären, wie diese Felder den Sonnenwind effizient genug leiten und beschleunigen können, um eine Aurora zu erzeugen, sagte er.

Brain, Halekas, Lin und ihre Kollegen hoffen, die Mars Global Surveyor-Daten abzubauen, um weitere Informationen zu den Auroren zu erhalten, und sich möglicherweise dem europäischen Team anzuschließen, das den Mars Express betreibt, um ergänzende Daten zu den Blitzen zu erhalten, die das Rätsel ihrer Herkunft lösen könnten.

"Mars Global Surveyor wurde für eine Lebensdauer von 685 Tagen entwickelt, ist aber seit mehr als sechs Jahren sehr wertvoll und wir erzielen immer noch großartige Ergebnisse", stellte Lin fest.

Die Arbeit wurde von der NASA unterstützt. Koautoren mit Brain, Halekas, Lin und Acu? A sind Laura M. Peticolas, Janet G. Luhmann, David L. Mitchell und Greg T. Delory vom Space Sciences Laboratory der UC Berkeley; Steve W. Bougher von der University of Michigan; und Henri R? me vom Centre d'Etude Spatiale des Rayonnements in Toulouse.

Originalquelle: UC Berkeley Pressemitteilung

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