Kleines Lehrbuch der Astronomie und Astrophysik - Astronomie.de

Mars
Magnetfeld
Eine genauere Analyse des Marsmagnetfeldes wurde ab 1997 durch die Magnetometermessungen der
amerikanischen Marssonde Mars-Global-Surveyor (MGS) möglich. Vorangegangene Missionen
(beginnend mit Mariner 4) hatten bereits erste Hinweise auf die Existenz eines sehr schwachen
Magnetfeldes ergeben. Mars 2 und Mars 3 (UdSSR) fanden darüber hinaus Hinweise auf eine
Stoßregion, da ihre Meßgeräte beim Einflug zum Mars eine deutliche Erhöhung der lokalen
Elektronendichte und Elektronentemperatur erfaßten. Der subsolare Punkt der Stoßfront befand sich
dabei ca. 1.5 Marsradien (3394 km) vom Planeten entfernt. Auch hier entsteht die Stoßfront genauso
wie bei der Venus durch eine direkte Wechselwirkung mit der Ionosphäre, denn das Eigenfeld von
Mars ist viel zu gering, um bei der Ausbildung einer Magnetosphäre eine größere Rolle zu spielen
(induzierten Magnetosphäre).
Dadurch, daß der Sonnenwind direkt mit der Marsatmosphäre in Kontakt kommt, ist der auf diese
Weise verursachte Teilchenverlust sehr groß. Ionen, die aus der Marsatmosphäre durch den
Sonnenwind herausgerissen wurden, hat zum ersten Mal 1989 die russische Marssonde Phobos beim
Durchfliegen der Nachtseite des Planeten nachgewiesen. Eine Hochrechnung der Ergebnisse zeigt, daß
die heute sehr dünne Kohlendioxidatmosphäre des Mars in der Vergangenheit überaus mächtiger
gewesen ist und vielleicht sogar in großen Mengen Wasserdampf enthalten hat. Auf das Vorhandensein
von flüssigem Wasser in der Vergangenheit des heute staubtrockenen Planeten weisen deutlich
Fließspuren auf der Planetenoberfläche hin. Die Ionenverlustrate, die aus den Daten von Phobos
errechnet wurden, liegt in der Größenordnung von rund 100 g/s für Sauerstoffionen. Auch der geringe
Stickstoffanteil der Marsatmosphäre hat wahrscheinlich seine Ursache in den durch den Sonnenwind
verursachten Erosionsprozessen.
Genauere Ergebnisse konnten ab 2004 mit dem Ion Maß Analyzer (IMA) des ASPERA-3 -Detektors
(Analyzer of Space Plasma and Energetic Atoms) der Sonde Mars-Expreß gewonnen werden. Das
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Resultat von Phobos, daß Sonnenwind-Ionen ( H , He ) tief in die Ionosphäre des Mars eindringen
können (d.h. bis in eine Höhe von ca. 270 km), wurde eindrucksvoll bestätigt. Das bedeutet, daß die
induzierten Magnetosphärengrenze für einen Teil des Sonnenwinds durchlässig ist mit der fatalen
Folge, daß planetare Ionen bei der Wechselwirkung mit dem Sonnenwind auf 400 bis 500 km/s
beschleunigt werden und damit das Schwerefeld des Planeten in den freien Weltraum verlassen. Die
Marsatmosphäre verlor auf diese Weise über Jahrmilliarden hinweg an Substanz was ihre heutige
geringe Dichte erklärt und darüber hinaus Rückschlüsse auf ihre Vergangenheit zuläßt.
Begonnen hat die Erosion der Marsatmosphäre wahrscheinlich im späten Noachian, als der davor noch
vorhandene geodynamische Dynamo seinen Betrieb einstellte und das Magnetfeld zusammenbrach.
Modellrechnungen, die auf dem ersten Mars-Expreß Kongreß 2005 vorgestellt wurden gehen davon
aus, daß in der Frühzeit des Mars ein mildes Klima, eine wasserreiche Oberfläche und eine dichte
Atmosphäre bestanden hat. In dem seitdem vergangenen ca. 3.5 Milliarden Jahren ist diese ehemals
dichte Atmosphäre jedoch weitgehend verlorengegangen. Die in die Ionosphäre gelangten
Wassermoleküle wurden z.B. photochemisch dissoziiert. Der leichte Wasserstoff diffundierte in den
Weltraum und die schwereren Sauerstoffionen konnten aufgrund ihrer Wechselwirkung mit dem
ungebremsten Sonnenwind den Planeten verlassen. Abschätzungen ergaben, daß seit dieser Zeit eine
Wassermenge, die ungefähr einem planetenumfassenden Meer mit einer Tiefe von 10 bis 20 m
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