Könnte es auf dem Mars Blitze geben wie auf der Erde?

Forscher aus der Tschechischen Republik berichten, dass sie das Signal eines „Whistlers“ in einer einsekündigen Momentaufnahme identifiziert haben, die von der Raumsonde MAVEN während ihrer Umlaufbahn um den Mars aufgenommen wurde. Dieses in der Ionosphäre des Planeten beobachtete Phänomen wäre die erste dort jemals registrierte blitzähnliche elektrische Entladung, und die Entdeckung gilt als wichtig für das Verständnis der atmosphärischen Vorgänge in der Marsatmosphäre.

„Whistlers sind auf der Erde gut bekannt und werden mit Blitzen in Verbindung gebracht“, erklärt der Weltraumphysiker František Němec von der Karlsuniversität, der die Forschung leitete. „Unser Ergebnis deutet darauf hin, dass dieses Phänomen auch auf unserem Nachbarplaneten auftritt.“

Im Gegensatz zur Erde verfügt der Mars nicht über ein globales Magnetfeld, sondern weist stattdessen lokale Magnetfelder auf, die durch magnetisierte Materialien in seiner Kruste entstehen. Aufgrund seiner dünnen Atmosphäre entstehen Blitze auf dem Mars zudem nicht in Wasserwolken, sondern in Staubstürmen, ähnlich wie bei vulkanischen Eruptionen und Staubteufeln auf der Erde.

Bei Staubstürmen laden sich Staubkörner durch gegenseitige Kollisionen elektrisch auf und erzeugen so ein elektrisches Feld. Frühere Studien haben für den Mars vorausgesagt, dass sich dieses Feld entladen kann, wenn es in der marsianischen Niederdruckatmosphäre die Durchbruchschwelle überschreitet, die bei etwa 15 Kilovolt pro Meter liegt.

Staubteufel ihrerseits können auf der Erde dank schwankender elektrischer Ladungen, die beim Wirbeln des Staubs entstehen, extrem niederfrequente Strahlung erzeugen. Da sowohl Staubteufel als auch Stürme auf dem Mars weitaus heftiger sind, geht die Theorie davon aus, dass sie breitbandige Strahlung erzeugen könnten, die von der Erde aus nachweisbar ist. Trotz jüngster Messungen des Allen Telescope Array, der Mars Global Surveyor-Mission, der Mars Atmosphere and Volatile Evolution-Mission und der Sonde Mars Express wurden bisher keine schlüssigen Beweise für Blitze auf dem Mars gefunden.

Analyse elektromagnetischer Strahlung

Laut Němec besteht eine weitere Möglichkeit, diese elektrischen Entladungen nachzuweisen, darin, die damit einhergehende elektromagnetische Strahlung zu analysieren. Diese Strahlung liegt im Bereich der extrem niedrigen und sehr niedrigen Frequenzen und kann unter bestimmten Bedingungen die Ionosphäre eines Planeten erreichen. Das Phänomen wurde auf der Erde erstmals kurz vor Beginn des Weltraumzeitalters entdeckt und dient seitdem erfolgreich als Nachweis für Blitze auf Jupiter, Saturn und Neptun.

Diese Wellen werden als „Whistlers“ bezeichnet, erklärt er, aufgrund ihres charakteristischen Spektralmusters in der Plasmaumgebung der Ionosphäre. In diesem Medium breiten sich Wellen mit höherer Frequenz schneller aus und erreichen den Beobachtungspunkt vor denen mit niedrigerer Frequenz, wodurch eine unverwechselbare „pfeifende“ Spektralsignatur entsteht.

Die Herausforderung für die Beobachtung besteht darin, dass diese Wellen nur auf der Nachtseite des Planeten und bei vertikaler Ausrichtung des Magnetfelds in die Ionosphäre des Mars eindringen können. Dies schränkt die Regionen auf dem Mars, in denen Raumfahrzeuge magnetische Pfeiftöne nachweisen können, erheblich ein, insbesondere auf relativ kleine Bereiche des krustalen Magnetfelds auf der Südhalbkugel des Planeten.

Němec berichtet, dass er das elektromagnetische Signal eines Whistlers auf dem Mars in einer Momentaufnahme identifiziert hat, die die Sonde MAVEN am 21. Juni 2015 aufgenommen hat. „Ich habe es erstmals nachts in einer Region mit einem starken und nahezu vertikalen Magnetfeld entdeckt, was entscheidend dafür ist, dass sich die Welle ohne übermäßige Signaldämpfung bis in die Höhe ausbreitet, in der das Raumfahrzeug seine Umlaufbahn zieht.“

Von den vielen analysierten Wellenaufnahmen – insgesamt 108.418 – wies nur dieses eine Ereignis ein Whistler-Signal auf, wie er gegenüber „Physics World“ erklärt. „Dies spiegelt wahrscheinlich sowohl die Seltenheit des Phänomens selbst als auch die spezifischen ionosphärischen und magnetischen Bedingungen wider, die erforderlich sind, damit sich die Welle bis zum Raumfahrzeug ausbreiten kann.“

Die Sonde MAVEN umkreist den Mars seit 2014 und übermittelte Daten zur Erde, bis der Kontakt im vergangenen Jahr abbrach. Obwohl zum Zeitpunkt der Erfassung des Pfeifgeräusches keine großflächigen Staubstürme auf dem Planeten registriert wurden, vermuten Němec und seine Kollegen, dass das Signal möglicherweise von einem lokal begrenzten Staubereignis herrührte.

Unterschiedliche Ausbreitungsgeschwindigkeiten

„Whistlers entstehen, weil sich im ionisierten Plasma der Ionosphäre verschiedene Signalfrequenzen mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten ausbreiten,“, erklärt Němec. „Das hat zur Folge, dass zwar bei einer elektrischen Entladung alle Frequenzen gleichzeitig erzeugt werden, die höheren Frequenzen, die sich schneller ausbreiten, das Raumfahrzeug jedoch zuerst erreichen, gefolgt von den niedrigeren Frequenzen.“

Die Forscher, die ihre Arbeit in „Science Advances“ beschreiben, berechneten die entsprechenden Zeitverzögerungen und berichten, dass ihre Beobachtungen sehr gut mit den theoretischen Vorhersagen übereinstimmen. Außerdem berechneten sie, wie sich die Wellen abschwächen, indem sie für die Erde verwendete Methoden an die angenommene Zusammensetzung der Mars-Ionosphäre anpassten. Die Ergebnisse zeigten, dass höhere Frequenzen stärker abgeschwächt werden, was erklärt, warum nur der niederfrequente Teil des Whistlers beobachtet wird.

Quellenhinweis:

František Němec et al.,Lightning-generated waves detected at Mars.Sci. Adv.12,eaeb4898(2026).DOI:10.1126/sciadv.aeb4898