mars und die terrestrischen planeten - LAMPSACUS.COM

Antrag Schwerpunktprogramm ”Mars und die terrestrischen Planeten”
hat. Die Beobachtung, dass das Hellasbecken keine Magnetisierung aufweist, ist als Hinweis darauf
interpretiert worden, dass das magnetisierende Feld zum Zeitpunkt der Bildung des Hellasbeckens
(vor etwa 4 Ga) schon abgestorben war (Acuna et al., 1999). Tatsächlich lässt sich eine solche Interpretation
mit thermodynamischen Modellrechnungen gut vereinbaren (Schubert und Spohn 1990;
Breuer und Spohn, 1999) unter der Voraussetzung, dass der Kern völlig aufgeschmolzen ist. Überlegungen
zur Thermodynamik des Dynamos lassen den Schluss zu, dass ein ausfrierender Kern bis
heute ein relativ starkes Feld erzeugen sollte. Allerdings hat Glassmeier (pers. Mitteilung, 1999) davor
gewarnt, das offenbare Fehlen eines heutigen Feldes kritiklos auf einen abgestorbenen Dynamo zurückzuführen.
Völlig zu recht verweist Glassmeier darauf, dass das planetare Feld während eines
Polwechsels sehr klein werden kann. Aus diesem Grunde wäre es ausgesprochen wichtig herauszufinden,
ob der Mars einen inneren Kern besitzt.
Die offenen Fragestellungen bezüglich des Marsmagnetfeldes lassen sich in zwei Felder gliedern:
Zunächst muss festgehalten werden, dass der planetare Dynamo wenig gut verstanden ist. Dies ist
ein Problem, mit dem auch die Geophysik zu kämpfen hat. Der prinzipielle Vorteil der Planetenphysik
in dieser Fragestellung ergibt sich aus der Vielfalt planetarer Körper und Magnetfelder. Dabei zeigt
sich, dass auch simple Beobachtungstatsachen nicht leicht einleuchtend erklärt werden können. So
besitzen überaschenderweise Merkur und Ganymed Magnetfelder, während sicherlich genauso überraschend
Venus, Mars, Io und Kallisto keine im Innern erzeugte Felder aufweisen. Numerische Modellierungen
des Dynamoprozesses stecken noch in den Kinderschuhen. Ein planetenwissenschaftlicher
Schwerpunkt könnte einen wichtigen Beitrag zur Beantwortung der offenen Fragen durch die Phänomenologie
planetarer Magnetfelder und durch Modellierungen leisten.
Darüber hinaus ist die beobachtete Krustenmagnetisierung des Mars ebenfalls nicht gut verstanden.
Modelle sollen die resultierenden Magnetfelder komplexer Magnetisierungsmuster klären, sollen die
geologische Geschichte, soweit sie ablesbar ist, in Verbindung zur magnetischen setzen und klären,
inwieweit die beobachteten starken Magnetisierungen überhaupt verständlich sind. Die kürzlich erfolgte
Freigabe der Daten wird ihre kritische Analyse ermöglichen.
Der Zustand des Plasmas in der Umgebung des Planeten wird entscheidend durch die Wechselwirkung
der Magnetosphäre mit dem Sonnenwind bestimmt. Planeten mit starkem Magnetfeld (wie die
Erde) sind in der Lage, den Planeten weiträumig vom Sonnenwind abzuschirmen, so daß nur in sehr
eingeschränktem Maße ein Abtransport ionosphärischer Materie stattfindet. Beim Mars müsssen wir
davon ausgehen, dass das schwache Feld den Planeten nur wenig schützt, und dass somit der Sonnenwind
unmittelbar auf die Exosphäre/lonosphäre einwirken kann. Wegen des dabei auftretenden
Massenverlustes der Atmosphäre sind Untersuchungen zur Wechselwirkung des Sonnenwindes mit
dem Mars über den interessanten plasmaphysikalischen Aspekt hinaus von weitreichender planetologischer
Bedeutung.
Die Struktur der Magnetosphäre des Mars unterscheidet sich von der der Erde. Zur Erklärung der
beobachteten Strukturen der Plasmawechselwirkungen musste das klassische magneto-hydrodynamische
Modell aufgegeben und ein neues Konzept der plasmatheoretischen Beschreibung entwickelt
werden (Sauer et al., 1999). Dieses Modell betrachtet ein zwei-Ionen-Flüssigkeitsmodell, in
dem die unterschiedliche Dynamik der Sonnenwind-Protonen und (schweren) planetaren Ionen und
ihre elektromagnetische Verkopplung berücksichtigt werden. Dabei konnte vorausgesagt (Sauer et al
1994) und durch MARS GLOBAL SURVEYOR bestätigt werden (Acuna et al., 1999) daß innerhalb der
Bugstoßfront des Mars (und vermutlich auch der Venus und der Kometen`) eine neuartige Plasmagrenzfläche,
die Protonopause, existiert, die für die Protonen des Sonnenwindes weitgehend undurchdringlich
ist. Sie blockt aber nicht wie eine Magnetopause das Sonnenwind-Magnetteld ab. Dieses ist
über die Elektronen an die Bewegung planetarer Ionen gekoppelt und kann weiter in die dichtere Ionosphäre
eindringen. Da dieser Prozeß mit einem abrupten Ansteigen des Magnetfeldes verbunden
ist, wird auch der Begriff ’magnetic pile-up boundary’ verwendet (Acuna et al., 1999). Weiter innen
befindet sich als letzte Grenzfläche oberhalb der Planetenoberfläche die Ionopause. Besonders interessant
könnten die Wechselwirkungen der Ionopause mit den Krustenanomalien sein.
1.1.8 Leben auf terrestrischen Planeten
Die Erde ist der einzige uns bekannte Planet mit einer Biosphäre. Seit dem Auftreten der ersten Lebewesen
vor 3.5 oder gar 4 Ga (Schopf, 1993; Schidlowski, 1993) hat sich das Leben von einfachen
Mikroorganismen zur heutigen Vielfalt und Komplexität entwickelt und dabei seine Umwelt, insbesondere
die Atmosphäre und Lithosphäre, entscheidend verändert. Es erhebt sich die Frage, ob unsere
Erde als Träger einer Biosphäre ein Unikat im Universum ist, oder ob Leben zwangsläufig entsteht
und sich weiterentwickelt, wenn die geeigneten Voraussetzungen gegeben sind. Neuere Erkenntnisse,
wie die enorme Anpassungsfähigkeit von Mikroorganismen an Extremhabitate (Stetter, 1996;
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