Planetare Magnetosphären

Zur TV-Doku über Planeten in Magnetfeldern geht’s  oben!

Nicht nur Sterne, auch die dunklen Planeten können Magnetfelder entwickeln, dann, wenn sie einen metallisch-flüssigen und rotierenden Kern besitzen. Planetare Magnetfelder interagieren stark mit dem Magnetfeld der Sonne. Durch den Sonnenwind entsteht eine typische, bei Planeten des Sonnensystems vielfach vermessene  Struktur: in Richtung der Sonne gestaucht – und auf der abgewandten Seite ein langer, zerfranster Schweif.

Wie Magnetfelder in Planeten durch den Dynamo-Effekt grundsätzlich entstehen, ist seit langem bekannt. Dennoch bringt die große Heterogenität der planetaren Magnetfelder im Sonnensystem Wissenschaftler bis heute in Erklärungsnöte. Mit den Astrophysikern Ulrich Christensen und Jochen Woch gehe ich in dieser Folge über Magnetfelder im Universum auf die Suche nach den Ursprüngen planetarer Magnetfelder.

Die turbulenten Vorgänge im Mikrokosmos des irdischen Magnetfelds können wir an den Polen direkt beobachten: mit den spektakulären Nordlichtern. Und was sich für ein grandioses Schauspiel in der für uns unsichtbaren irdischen Magnetosphäre weit draußen im All ereignet, wird seit vielen Jahrzehnten mit Magnetometern an Bord von Weltraumsonden immer genauer untersucht. Die jüngste Mission heißt MMS. Sie besteht aus vier baugleichen Satelliten, die die Erde in enger Formation umrunden und dabei die Vorgänge mit bisher unbekannter Genauigkeit messen. Sie beobachten sogar ionisierte Teilchen, die sich entlang der Feldlinien durch den Raum spiralen oder das Magnetfeld in schwankenden Bahnen durchqueren. Die Felder verändern sich dabei laufend und zeigen in diesen kleinskaligen Dimensionen Turbulenzen mit hoher Dynamik.

Auch der innerste Planet Merkur zeigt ein Magnetfeld. Es ist jedoch nur schwach ausgeprägt. Die Venus dagegen hat – zumindest heute –  überhaupt kein Magnetfeld. Ob es das auf dem  wolkenverhüllten Planeten früher einmal gegeben hat, ist in der Fachwelt noch umstritten. Wieder anders ist das Bild bei den großen Gasplaneten. Sie alle umgibt ein Magnetfeld. Dabei haben sie gar keinen Kern aus Metall. Bei ihnen übernimmt der Wasserstoff diese Aufgabe. Denn unter dem hohen Druck im Inneren der massereichen Gasplaneten wirkt er ähnlich wie ein fester Kern aus Metall. Der Fachmann spricht vom „metallischen Wasserstoff“.

Mit der Mission Juno der NASA wird die Struktur des komplexen und größten Magnetfeldes im Sonnensystem – des Magnetfelds von Jupiter – derzeit genau vermessen. Anders als auf den Gesteinsplaneten hat der rote Gasplanet keine feste Oberfläche aus Gestein, das magnetisiert wird und somit das Magnetfeld zusätzlich beeinflusst. So wird das Magnetfeld des Jupiter-Dynamos erstmals bei einem Planeten detailliert und in „reiner Form“ gemessen – ohne die kleinen Störungen der sogenannten „sekundären“ Magnetisierung von Oberflächengestein.  

Das Magnetfeld des Ringplaneten Saturn ist nur etwa so stark wie das der Erde. Besonders ist allerdings für Magnetfeldforscher, dass es als einziges im Sonnensystem fast achsensymmetrisch ist. Warum das so ist, kann die Wissenschaft heute nicht eindeutig beantworten. Noch schwieriger ist die Datenlage bei den äußeren Gasplaneten Uranus und Neptun. Sie sind bisher nur von Voyager mit seinen Magnetometern besucht worden. Das Magnetfeld von Uranus ist auffällig, weil es anders als bei den anderen Planeten zur Bahn extrem stark gekippt ist. Mit dem eisblauen Planeten Neptun verbindet ihn jedoch das ausgeprägte Quadrupol. Also: Uranus und Neptun zeigen jeweils zwei Nord- und zwei Südpole. 

Obwohl die Theorie des Dynamos seit langem gut bekannt ist, sind die beobachtbaren großen Unterschiede der Magnetfelder von Planeten dennoch bis heute nicht gänzlich verstanden. Sie basieren auf zahlreichen Parametern, die tief im Inneren der Himmelskörper liegen und auch weit in der Vergangenheit bis zur jeweiligen Entstehung der Planeten zurückreichen. Die Datenlage für Erklärungen ist also noch viel zu gering – und daran wird sich wohl auch in absehbarer Zukunft nicht sehr viel ändern.

Veröffentlicht von

Ich habe viele Jahre journalistisch im Bereich Wissenschaft und Technologie gearbeitet, später dann mit meiner kleinen Beratungsfirma als Medienexpertin. 2010 erfüllte ich mir meinen großen Traum und gründete den Spartensender HYPERRAUM.TV, für den ich eine medienrechtliche Rundfunklizenz erteilt bekam. Seither mache ich als One-Woman-Show mit meinem „alternativen TV-Sender“ gewollt nicht massentaugliches Fernseh-Programm. Als gelernte Wissenschaftshistorikern habe ich mich gänzlich der Zukunft verschrieben: Denn die Vergangenheit können wir nur erkennen, die Zukunft aber ist für uns gestaltbar. Wir sollten versuchen, nicht blind in sie hinein zu stolpern!

9 Kommentare

  1. Wenn man den inneren Aufbau eines Planeten und dessen Wärmefluss kennt sollte man also voraussagen können ob er ein Magnetfeld hat, wie stark dieses ist und welche Form es wohl hat.

    Beim Mars liefert die Insight-Sonde, die sich dort seit 828 Marstagen befindet, Daten über das Marsinnere, denn sie registriert Marsbeben, deren Analyse bereits ergab, dass die Marskruste aus drei Schichten besteht und im Mittel 20 bis 37 Kilometer dick ist. Weitere Analysen sollen auch Informationen über den Mantel und den Kern des Mars liefern. Bleibt noch der Wärmefluss, der beim Mars möglicherweise zu gering ist um als Antriebsmotor für ein starkes Magnetfeld zu dienen, den man aber nicht kennt.

    Dass der von der Grösse her erdähnlichste Planet, die Venus, kein eigenes Magnetfeld besitzt, scheint mir erstaunlich. Das könnte aber an einer anderen Chemie liegen, die etwa verhindern könnte, dass sich ein fester Kern ausbilden konnte, womit dann der Wärmegradient fehlt für den stetigen Wärmestrom vom Venusinnern zur Oberfläche. Und ohne diesen Wärmestrom fehlt der Antrieb für den dynamischen Dynamo und damit für den elektrischen Strom, dessen begleitendes Magnetfeld dann den Planeten einhüllt. Bei der Erde entspricht die magnetische Leistung des Erdmagnetfeldes etwa 500 Gigawatt (500 grosse AKWs würden genügen um das Erdmagnetfeld zu erzeugen). Es gibt den Vorschlag später einmal den Mars in ein künstliches Magnetfeld, erzeugt im L1-Punkt (Mars-Sonne), zu tauchen, um den Sonnenwind vom Mars abzuhalten und damit den Aufbau einer dichteren Atmosphäre zu erlauben, denn heute ist die Marsatmosphäre 100 Mal dünner als die Erdatmosphäre und der Sonnenwind, der den Mars ungeschützt trifft, scheint dafür verantwortlich zu sein, dass die Marsatmosphäre wegerodiert.

    Nun, was tut man nicht alles für ein trautes Heim – und der Mars soll ja gemäss Elon Musks Vorstellungen mal solch ein trautes Heim werden für die von ihm auserwählten Marskolonisten, die die Vorhut einer multiplanetar werdenden Spezies werden.

  2. ja, ja, da haben’s ganz recht! Elon Musk – das ist der rechte Visionär für solch einenTraum … könnte gut sein, dass die Menschheit dann verwüstetes Land auf dem blauen Planeten Erde zurück lässt … auf zu neuen Ufern! 🙂

  3. @Verwüstung der Erde

    Ob für den Mars ein künstliches Magnetfeld schon über Jahrtausende dafür sorgen kann, dass sich eine dichtere Atmosphäre ansammelt? In der Tat dürfte es aber millionenfach einfacher sein einfach unseren blauen Planeten schön zu pflegen, als den Mars bewohnbar zu machen. Und so schön wie hier wird es auf dem Mars kaum werden, auch wenn der bestmöglich terraformiert würde.

    Die Suche nach Leben auf Mars, Europa oder Enceladus wäre aber ganz spannend, was die Erkenntnisse über die Entstehung von Leben angeht, auch hinsichtlich der Chancen auf Leben auf Exoplaneten.

    Und noch spannender könnten kilometergroße Weltraumteleskope am L2-Punkt oder auf der Mondrückseite sein. Die werden uns jede Menge Neuigkeiten und Material zum Träumen liefern können. Entsprechende Raumstationen, die sich um den Betrieb dieser Teleskope kümmern, wären darüber hinaus eine gute Gelegenheit, weiter zu lernen, wie wir im Weltraum leben können. Ich fände das weit interessanter, als einen bemannten Flug zum Mars.

    Inwieweit hier zukünftige Roboter samt KI den Menschen im Orbit oder auf Missionen ersetzen können, werden wir sehen. Eventuell gibt es schon bald entsprechende Systeme, die eine bemannte Marsmission wirklich ganz überflüssig machen. Insbesondere, weil die keinen Rücktransport der Mannschaft brauchen.

    • @Tobias Jeckenburger (Zitat 1):

      In der Tat dürfte es aber millionenfach einfacher sein einfach unseren blauen Planeten schön zu pflegen, als den Mars bewohnbar zu machen.

      Antwort: Klar. Doch Menschen haben sich noch nie alle wohlverhalten. Natürlich sind die meisten gut wie sie zum Beispiel, Tobias Jeckenburger. Doch es genügen ein paar wenige Querschläger in einer mit mächtigen Technologien ausgestatteteten Welt um alles zugrunde zurichten – alles zugrundezurichten ausser den Dingen, die sich gar nicht auf der Erde befinden.

      Zitat 2:

      Inwieweit hier zukünftige Roboter samt KI den Menschen im Orbit oder auf Missionen ersetzen können, werden wir sehen.

      Antwort: Das ist nur eine Frage der Zeit. Wenn in Zukunft Roboter den Mars bewohnen könnten diese Roboter das einzige sein, was vom Mensch übrigbleibt, wenn er sich selbst vernichtet.
      Frage:Und was werden diese Roboter antreffen, wenn sie auf die ersten Aliens treffen in unserer Galaxie?
      Antwort: Roboter natürlich, denn auch bei Aliens wird am Schluss von der Biologie nichts mehr übrig bleiben.

  4. @Martin Holzherr 27.03. 09:40

    „Doch es genügen ein paar wenige Querschläger in einer mit mächtigen Technologien ausgestatteteten Welt um alles zugrunde zurichten.“

    Ich vermute mal, dass wir die letzten 65 Jahre nicht überlebt hätten, wenn sich diese speziellen menschlichen Querschläger durchgesetzt hätten. Selbst ein überaus gar nicht böser Konrad Adenauer hatte sich um Atomwaffeneinsatz seitens der USA in der Berlinblockade eingesetzt. Die entsprechenden Generäle haben diesem dann erstmal klarmachen müssen, das es danach überhaupt kein bewohnbares Deutschland mehr geben wird, und der Herr Adenauer hat das dann mutmaßlich auch verstanden.

    Aber klar, wir leben immer noch in höchst gefährlichen Zeiten. Neben den Atomwaffen droht ein Satelliten-Krieg, der langfristig die Nutzung des Weltraumes unmöglich machen würde, und ein Cyber-Krieg am Boden, der mitten in der Totalvernetzung zum Totalausfall des Großteils unserer Technosphäre führen könnte. Das könnte dann auf Monate hin sogar noch zur Explosion der längst heruntergefahrenen Atomkraftwerke führen, wenn hier der Notstromdiesel zur Abführung der Nachzerfallswärme aufgebraucht ist. Angesichts des Ausfalls der Landwirtschaft viele das aber kaum auf.

    Und neue biologische Methoden wie die Genschere könnten von menschlichen Querschlägern genutzt werden, etwa wenn diese erfolgreich eine Aufrüstung des Coronavirus hinbekommen.

    Tja, aber so schlimm, das es sich nicht mehr lohnt, an der Erhaltung von Mensch und Natur zu arbeiten, ist es aber nicht.

    „Roboter natürlich, denn auch bei Aliens wird am Schluss von der Biologie nichts mehr übrig bleiben.“

    Wenn wir uns jetzt schon vernichten, wäre es aber zu früh für Roboter, die nachfolgen könnten. Noch können die bei weitem nicht ohne uns Menschen. Und wenn wir es soweit schaffen würden, dass unsere Roboter eine von uns nicht mehr abhängige Technosphäre bilden könnten, dann wären wir voraussichtlich über die kritischen Punkte unserer möglichen Selbstvernichtung hinaus.

    Fast alle Querschlägerei hat mit Raub und Ausbeutung zu tun, mit Macht des Menschen gegen andere Menschen zu tun. Wenn unsere Technik mal selbsttätig geworden ist, gibt es vermutlich nichts mehr, dass man anderen klauen müsste. Das habenwollen wäre sinnlos, der Konsum von Information würde alles dominieren, das sich selbst beschäftigenkönnen würde zentral.

    Insbesondere wäre ein Kontakt zu echten Aliens möglich, und damit ein Zugang zu Informationswelten aus der ganzen Galaxis über Zeiträume von Jahrmillionen. Dessen Konsum könnte dann zur Hauptbeschäftigung des Menschen werden.

    • @Tobias Jeckenburger (Zitat):Ich vermute mal, dass wir die letzten 65 Jahre nicht überlebt hätten, wenn sich diese speziellen menschlichen Querschläger durchgesetzt hätten.
      65 Jahre sind in einer 50’000-jährigen menschlichen Geschichte wenig.
      Wenn Tausende oder gar Millionen Menschen Zugang zu höchst destruktiven Technologien haben, wird es echt gefährlich, denn Menschen sind nun mal nicht berechenbar und letztlich zu allem fähig. Nicht nur dazu fähig, einen Wolkenkratzer in die Luft zu sprengen (World Trade Center), sondern zu viel mehr. Gäbe es billige Nuklearwaffen hätten die Pariser Terroristen nicht nur das Bataclan überfallen, sondern vielleicht ganz Paris in die Höhe gejagt.
      Nick Bostrom hat im Rahmen der Erforschung von für die Menschheit existentiellen Risiken folgende Idee entwickelt (Hypothese der vulnerablen Welt):

      Nicht der Mensch entscheidet über sein Schicksal, sondern die Technologien, die er entwickelt entscheiden darüber. Jede neue Technologie ist für die Menschheit wie ein Zug aus einer Urne voller Wahlzettel. Auf dem gezogenen Zettel kann eine neue Impfungsmethode stehen, aber auch eine Methode wie man auf einfache Weise eine Nuklearwaffe herstellen oder eine Pandemie auslösen kann. Letztlich kommen alle diese Technologien irgendwann zum Einsatz, denn eine Möglichkeit wird bei so vielen Menschen, die diese Möglichkeit realisieren können, irgendwann zur Wirklichkeit.

      Sogar Atombomben wurden schon mal abgeworfen. Bis jetzt haben wir einfach Glück gehabt und der Zug aus der Wahlurne hat noch nicht die Technologie ans Tageslicht gefördert, die es jedem einzelnen ermöglicht, die Welt auszulöschen, wenn er gerade schlechte Laune hat. Und man muss sich im Klaren sein, bei schlechter Laune sind gar nicht wenige dazu bereit die Welt zu vernichten. Bis jetzt fehlt nur noch die App dafür. Dabei könnte die ganz einfach aufgebaut sein. Alles was sie anbieten müsste, wäre eine Schaltfläche mit der Frage “Wollen sie die Welt vernichten?” und der Zusatzfrage: “Mit wem wollen sie diese Erfahrung teilen”.

  5. Wovor schützt uns das irdische Magnetfeld
    Nicht in erster Linie vor kosmischer und solarer Strahlung schützt ein Magnetfeld das Leben auf der Erde (das erzählte man sich noch in meiner Jugend), sondern das Magnetfeld schützt die Atmosphäre eines Planeten vor der langsamen, aber unaufhaltsamen Zerstörung durch den Sonnenwind. Selbst die Erde kennt Phasen eines sehr schwachen Magnetfeldes beispielsweise während einer Umpolung. Die hochenergetische solare Strahlung erreicht aber auch dann nicht die Erdoberfläche, sondern wird von der dichten Atmosphäre abgefangen. Die Atmosphäre selbst aber erodiert im Sonnenwind regelrecht ohne magnetisches Schild. Und das gilt sogar noch für den Mars, der ja 1.5 Mal so weit von der Sonne entfernt ist wie die Sonne. Diese Erosion der Marsatmosphäre durch den Sonnenwind ist dafür verantwortlich, dass der atmosphärische Druck auf dem Mars nur gerade ein Hundertstel des atmosphärischen Drucks auf der Erde beträgt, was wiederum bewirkt, dass die Marsoberfläche anders als die Erdoberfläche ständig von hohen Strahlendosen kosmischer und solarer Strahlung (Sonnenwind) erreicht wird.

    Terraforming des Mars: Dem Mars magnetischen Schutz geben
    Studien von 2017 ergeben, dass der Schutz der Marsoberfläche durch ein externes Magnetfeld welches etwa im Punkt L1 ( also im Punkt, der vom Mars aus gesehen genau vor der Sonne liegt), erzeugt würde, den Mars bereits dramatisch beeinflussen und ihn lebensfreundlicher machen würde (Zitat aus Terraforming of Mars, übersetzt von DeepL ):

    Wenn der Schild gebaut wird, kann der Planet seine Atmosphäre wiederherstellen. Simulationen zeigen, dass der Planet innerhalb von Jahren in der Lage wäre, die Hälfte des atmosphärischen Drucks der Erde zu erreichen. Ohne Sonnenwinde, die den Planeten zerstören, würde das gefrorene Kohlendioxid an den Eiskappen beider Pole zu sublimieren beginnen (von einem Feststoff zu einem Gas werden) und den Äquator erwärmen. Die Eiskappen würden beginnen zu schmelzen und einen Ozean bilden. Der Forscher argumentiert weiter, dass vulkanische Ausgasung, [zweifelhaft – diskutieren] die bis zu einem gewissen Grad den aktuellen atmosphärischen Verlust auf der Erde ausgleicht, die Atmosphäre mit der Zeit wieder auffüllen würde, genug, um die Eiskappen zu schmelzen und 1⁄7 der prähistorischen Ozeane des Mars zu füllen.[64][65][14]

    Mit einem künstlichen Magnetfeld ausgestattet würde auf dem Mars also wieder eine recht dichte Marsatmosphäre entstehen und womöglich könnte es flüssiges Wasser auf dem Mars geben. Schon ein bisschen besser als heute, selbst wenn Marsianer auch dann noch mit Sauerstoffflaschen ausgerüstete Druckanzüge tragen müssten.

Schreibe einen Kommentar


E-Mail-Benachrichtigung bei weiteren Kommentaren.
-- Auch möglich: Abo ohne Kommentar. +