Folgendes passiert, wenn der „Wind“ der Sonne in der Nähe von Erde und Mars verschwindet

Als Reaktion auf die plötzliche Abschwächung des Sonnenwinds dehnte sich die schützende magnetische Schicht, die jeden Planeten umgibt, unerwartet aus, so Wissenschaftler und eine kürzlich im Journal of Geophysical Research: Space Physics veröffentlichte Studie.

Die durch Veränderungen des Sonnenwinds verursachten Störungen der Magnetosphäre des Mars könnten dazu beitragen, ein umfassenderes Bild davon zu zeichnen, wie der Planet vor Milliarden von Jahren sein Wasser verloren hat, sagen die Autoren der Studie. Auf der Erde sagen Wissenschaftler Verständnis Flaute des Sonnenwinds ist wichtig, da sie Satelliten und Kommunikation stören kann.

Die Wirkung des Sonnenwinds auf dem Mars

Vor rund 4 Milliarden Jahren soll der Mars von Ozeanen, Flüssen und Seen bedeckt gewesen sein. Mit der Zeit verschwand das flüssige Wasser von der Oberfläche. Wissenschaftler sind daran interessiert, Schwankungen im Sonnenwind um den Mars zu untersuchen, weil dadurch die verschiedenen Szenarien aufgezeigt werden könnten, die zum Wasserverlust führten.

Bisher wissen die Wissenschaftler, wie starke Sonnenwinde die Marsatmosphäre beeinflussen. Vor Milliarden von Jahren zerstörte der unaufhörliche Strom von Sonnenpartikeln und ultraviolettem Licht sein Magnetfeld. Das schwächer werdende Magnetfeld hätte dazu führen können, dass mehr Ionen vom Planeten in den Weltraum entweichen könnten – darunter auch Wasser.

„Damit Wasser in stabiler flüssiger Form vorliegt, muss genügend atmosphärischer Druck auf das Wasser ausgeübt werden“, sagte Shannon Curry, Co-Autorin und Planetenphysikerin an der University of California in Berkeley, in einer Pressekonferenz. Als die Atmosphäre auf dem Mars erodierte, „erhöhte sich der atmosphärische Druck, und dann begann das Wasser zu verdunsten und ging auf diese Weise in den Weltraum verloren.“”

Seit fast zehn Jahren beobachtet das Mars Atmosphere and Volatile Evolution (MAVEN) der NASA den Mars und informiert darüber, wie Sonnenpartikel die Marsatmosphäre und ihr jetzt fehlendes flüssiges Wasser erodieren. Wissenschaftler erfuhren, dass die meisten Ionen im Weltraum und während intensiver Sonnenwindepisoden verloren gingen.

Aber sie hatten keine Beobachtungen für die Zeit, in der der Sonnenwind rund um den Mars nahezu fehlte – bis jetzt.

Um den 26. Dezember herum beobachtete die Raumsonde MAVEN etwas Ungewöhnliches. Die Dichte des Sonnenwinds um den Mars sank um den Faktor 100, wie in der neuen Studie beschrieben wird. Die Höhe über der Magnetosphäre des Mars verdreifachte sich um Tausende von Kilometern, ohne dass der Druck des Sonnenwinds sie komprimierte.

Eine Kollision zwischen zwei verschiedenen Sonnenwinden habe den Ausschlag gegeben, sagte Jasper Halekas, Hauptautor und Weltraumphysiker an der University of Iowa. Ein schneller Sonnenwind wirkte wie eine Schneeschaufel, indem er einen schwächeren, langsameren Sonnenwind anstieß und den Raum dahinter frei machte.

Am nächsten Tag erreichte die Marsatmosphäre wieder ihre normale Größe. Halekas sagte, dass seitdem weitere Sonnenwindereignisse geringer Dichte rund um den Mars aufgetreten seien, dies sei jedoch das längste und dramatischste gewesen.

Aber wie wirken sich dieselben Ereignisse auf unsere lebendige Erde aus?

Auf dem Weg zum Mars im Dezember 2022 traf das Sonnenwindvakuum die Erde.

Als der Sonnenwind um unseren Planeten abnahm, beobachtete eine andere NASA-Mission laut Halekas die Ausdehnung der Erdmagnetosphäre. Er sagte, die Stoßwellen rund um die Erde, bekannt als Bugschock, hätten sich verdoppelt, obwohl die Zahl in der neuen Studie nicht berücksichtigt sei.

Dies war jedoch nicht das erste oder dramatischste Verschwinden des Sonnenwinds um die Erde. Im Jahr 1999 führte eine weitere Flaute dazu, dass sich der Bugschock um die Erde verfünffachte.

Tatsächlich hat eine Gruppe von Forschern zwischen 1995 und 2017 fast zwölf Sonnenwindereignisse geringer Dichte rund um die Erde gefunden, aber noch mehr könnten unentdeckt geblieben sein. Der Radioastronom Janardhan Padmanabhan, der bei der Untersuchung vergangener Ereignisse mitgewirkt hat, sagte, dass man auch das Ereignis vom 22. Dezember analysieren werde.

„Die ganze Erde war während dieser Ereignisse von dieser riesigen Blase geringer Dichte und langsamer Bewegung umgeben“, sagte Padmanabhan, ein leitender Wissenschaftler an der Indian National Science Academy.

Wissenschaftler interessieren sich vor allem dafür, wann der auf die Erde gerichtete Sonnenwind stärker als normal ist. Sonnenpartikel können mit unserem magnetischen Schutzschild kollidieren und unterschiedliche Auswirkungen haben, vom Nordlicht über Funkausfälle bis hin zu Unterbrechungen des Satellitenbetriebs.

Aber auch auf der Erde könnten bei Sonnenwind geringer Dichte ähnliche Auswirkungen auftreten, sagte Ryan Dewey, ein Weltraumphysiker an der University of Michigan, der nicht an der Studie beteiligt war.

Während eines Sonnenwindereignisses geringer Dichte dehnte sich fast alles in der Magnetosphäre der Erde aus – einschließlich ihrer Strahlungsgürtel, die aus Milliarden hochenergetischer Teilchen bestehen und dazu beitragen, die Erde vor schädlicher Energie zu schützen. Wenn sich diese Strahlungsgürtel beispielsweise über Kommunikations- oder GPS-Satelliten bewegen, könnte der Partikeleinstrom für Raumfahrzeuge gefährlich sein.

„Sie beeinflussen die Ausbreitung von Radiowellen in der Erdatmosphäre und stören daher die Kommunikation“, sagte Allison Jaynes, eine Weltraum- und Plasmaphysikerin an der University of Iowa, die nicht an der Studie beteiligt war.

Reduzierter Sonnenwind kann auch einen ungewöhnlich intensiven Polarregen – eine Art Polarlicht – verursachen, der im Mai 1999 beobachtet wurde, sagte Jaynes. Es ermöglicht Sonnenstrahlen Teilchen gelangen direkt in die Polarregion der Erde. Es ist, als ob eine verstopfte Autobahn plötzlich klar wird.

Für Satellitenbetreiber gibt es jedoch eine Kehrseite der freien Schnellstraße. Die Ausfällung von Partikeln, abhängig von ihrer Volumen, kann die obere Atmosphäre erwärmen, sagte Dewey. Diese Hitze könnte dazu führen, dass sich die Atmosphäre nach außen ausdehnt und Satelliten in die Luft schleudern.

Der geringe Verkehr könnte auch den Weg für eine größere solare Gefahr für die Erde ebnen, sagte Padmanabhan. Wenn darauf eine große Eruption auf der Sonne folgt, die als koronaler Massenauswurf bekannt ist, könnte dies die Radio-, Schienen- und Elektrizitätssysteme sowie die Satellitenkommunikation der Erde erschüttern.

Wenn ein solcher koronaler Massenauswurf während eines Sonnenwind-Verschwindens auf die Erde zusteuerte, „kann man sich nicht vorstellen, welche Verwüstung er anrichten könnte“, sagte Padmanabhan.