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07.02.08 · 07:02 Uhr

Merkur - Magnetfeld und Schweif

Kategorie: Naturwissenschaften

Ok, der Vorbeiflug der NASA-Sonde Messenger an Merkur ist schon was her (14.1.2008) und die letzten Pressemeldungen sind auch schon ein paar Tage alt (sie stammen vom 1.2.2008), na und? Es ist ja nicht so, als ob das neugewonnene Wissen über Merkur hier und heute deswegen völlig uninteressant oder nicht mehr gültig wäre.

Generationen von Wissenschaftlern zehren noch heute von den Erkenntnissen, welche Raumsonden vor Jahrzehnten gesammelt haben. Außerdem ist das hier immer noch mein Blog und ich nehme mir die Freiheit über wissenschaftliche Ergebnisse zu erzählen, wenn ich dafür Zeit finde. Auch wenn die nicht superaktuell sind.

Messenger hat zum ersten Mal einen Wasserstoff-Schweif hinter Merkur gemessen.

Bild: NASA/University of Colorado/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Carnegie Institution of Washington

Im obigen Bild sieht man Emissionen einer bestimmten Lichtwelle, die Lyman-Alpha-Emissionen. Solche Spektrallinien sind wie Fingerabdrücke und verraten, welche Atome aufleuchten. In diesem Fall ist es neutrales Wasserstoff. In den roten Bereichen ist der Wasserstoff sehr dicht und in den blauen Bereichen ist er eher dünn verteilt. Merkur zieht also eine Wolke aus neutralem Wasserstoff hinter sich her.

Dass Merkur Material in Form von einzelnen Atomen hinter sich herzieht, ist bekannt. Nur bisher wurde vor allem Natrium nachgewiesen. Dieses stammt allerdings aus der "Atmosphäre" des Merkur, wobei der Begriff Atmosphäre in dem Fall eher überstrapaziert wird. Merkur ist von einer äußerst dünnen Gasschicht eingehüllt. Sie ist etwa ein Millionstel Milliardstel dünner als die Erdatmosphäre (1). Auch bei 42% Sauerstoff-Anteil ist es also keine gute Idee ohne Atemgerät auf dem Merkur rumzulaufen - ganz abgesehen von der Hitze/Kälte und der Strahlung. Nein, Merkur ist wahrlich kein sehr wohnlicher Ort.

Der Wasserstoff dagegen stammt von der Sonne selbst bzw. aus dem Teilchenstrom (2), welche die Sonne mehr oder weniger regelmäßig und zwischendurch in regelrechten Schüben ausstößt. Da Wasserstoff und Natrium vom Instrument MACS auf Messenger nahezu gleichzeitig beobachtet wurden, wird damit die Theorie bestätigt, dass letztendlich auch der Sonnenwind für die Entstehung der Merkuratmosphäre verantwortlich ist. Atome werden demnach aus der Oberfläche durch Bombardement schneller Teilchen herausgeschlagen und die schwereren Teilchen wie Natrium lungern einige Zeit herum, bis auch sie schließlich ebenfalls durch Wechselwirkung mit dem Sonnenwind weggetragen werden.

Bei dem Wechselspiel zwischen Oberfläche, Atmosphäre und Sonnenwind fehlt jetzt allerdings ein Mitspieler, der von EPPS an Bord von Messenger beobachtet wurde.

Bild: NASA/University of Michigan/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Carnegie Institution of Washington

Merkur ist von einem magnetisch unsichtbaren Schutzschild (3) in Form eines Magnetfeldes umgeben (siehe Bild links). Er ist damit neben der Erde der einzige Felsplanet, der über ein ausgeprägtes Feld verfügt. Der deutlich größere Mars hat z.B. nur kümmerliche Reste magnetisierten Gesteins und die Venus rotiert wahrscheinlich viel zu langsam, als dass sich ein Magnetfeld aufbauen könnte.

Woher das Magnetfeld des Merkur stammt, ist ziemlich rätselhaft. Eine Erklärung geht davon aus, dass es sich dabei um in das magnetische Gestein eingeprägte Reste eines längst erloschenen Magnetfeldes handelt. Seitdem allerdings bekannt wurde, dass der Merkur im Inneren immer noch teilweise flüssig ist, wird wieder erwogen, dass es vielleicht doch hier und heute durch einen Dynamoeffekt erzeugt wird.

Ansonsten würde ich einfach zu einer Reise durch das Magnetfeld einladen und ich spiele mal Reiseführer: Animation.
Unten rechts sind die gemessenen Daten aufgezeichnet und die Animation zeigt, was man daraus über den Flug durch die Magnetosphäre also den Raum, der durch das Magnetfeld geformt, folgern kann.

Am Anfang des Filmes sind wir bereits jenseits der äußeren Zone der Magnetosphäre, der Bugstoßwelle, die als weißliche diffuse Linie dargestellt ist. Hier wird der Sonnenwind durch das Magnetfeld abgebremst und staut sich, was man in den Daten als sprunghaften Anstieg im oberen Diagramm sehen kann, welches die Dichte an geladenen Teilchen aufzeichnet. Die gelben Pfeile zeigen, wie die geladenen Sonnenteilchen, nachdem sie die Bugstoßwelle durchquert haben, innerhalb der Magnetosphärengrenzschicht ums Magnetfeld herum geleitet werden. Entlang der Pole kann aber ein Teil davon bis zur Oberfläche vordringen.

Anschleßend fliegen wir durch den bläulichen Bereich, den Magnetosphärenschweif. Hier auf der sonnenabgewandten Seite werden die magnetischen Feldlinien nach hinten in die Länge gezogen und bilden eine schweifartige Struktur. Den Eintritt in diese Schicht bemerkt man im unteren Diagramm an der sprunghaft ansteigenden Anzahl der geladenen schweren Teilchen v.a. Natrium(+)-Ionen, die vom Merkur stammen und sich entlang der langgezogenen Feldlinien ausbreiten.

Wenn man genau hinsieht, bemerkt man einen schwarzen Pfeil in der bläulichen Region, der zum Planeten hinzeigt. Das stellt den Weg geladener Teilchen aus dem Sonnenwind in dieser Region dar, welche von ganz hinten am offenen Ende des Schweifes eindringen und Richtung Planet getragen werden.

Schließlich befinden wir uns am merkurnächsten Punkt (engl. closest approach, CA), wobei wir anscheinend gleichzeitig kurz in die Plasmaschicht eintaucht, was sich an einem sprunghaften Anstieg der geladenen Teilchen im unteren Diagramm bemerkbar macht. Denn hier sammeln sich Teilchen aus dem Inneren der Magnetosphäre, also vorzugsweise Teilchen welche vom Merkur weggerissen werden.

Dann ist die Reise fast vorbei und man durchquert in umgekehrter Reihenfolge die oben angesprochenen Schichten.

Interessant an dieser Animation ist, dass sich hier zeigt, wie schwierig es ist, wissenschaftliche Daten darzustellen, wenn es sich nicht gerade um Bilder handelt. Die Kraterbilder sind natürlich schön und gut, aber sie stellen nur einen Ausschnitt der gesammelten Ergebnisse dar, der sich allerdings viel leichter darstellen lässt.

Für die Interpretation der Daten aus Plasma- und Ionenmessungen bedarf es einer gehörigen Portion Vorbildung, welche den meisten Journalisten einfach fehlt und die man so ohne weiteres nicht darstellen kann, ohne ellenlange Erklärungen abzugeben, die dann schnell langweilig werden können. Die spannenden Bilder befinden sich solchen Fallen zunächst in den Köpfen der Wissenschaftler - und da muss man sie erst mal herausholen, damit auch der Rest der Welt damit was anfangen kann.
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(1) Was wir Forscher kürzer mit der schönen Zahl 10^-15 bar ausdrücken.
(2) Der Sonnenwind besteht v.a. aus Elektronen, Protonen, Alphateilchen d.h. Heliumkernen, neutralem Wasserstoff und Heliumatomen. Er durchdringt unser ganzes Sonnensystem und ist zwar recht dünn verteilt - je weiter weg von der Sonne je dünner - aber es sind teilweise sehr energiereiche bzw. schnelle Teilchen dabei, die Menschen und Elektronik gefährlich werden können.
(3) Das nervt mich ein wenig an Science-Fiction Filmen und Serien. Strom wird als blaue oder weiße Linien dargestellt. Magnetische und elektrische Felder schimmern bläulich auf. Ok, ich verstehe schon, dass man da einfach gar nichts sehen würde, wenn man es realistisch darstellen wollte. Aber vielleicht wäre das gar nicht so schlecht? Dann könnte man sich vielleicht eher um die Dialoge und das Drehbuch kümmern, statt um die Special Effects?

Versteht mich nicht falsch! Ich mag gutgemachte Special Effects. Aber ich finde, dass die bei einem Film immer noch die zweite Geige hinter der eigentliche Geschichte zu spielen haben.

Autor: Ludmila Carone· 0 Kommentare· Permalink· Trackback-URL

Tags: Merkur· Messenger