Mars hatte ein Magnetfeld, aber nur auf einer Hemisphäre: eine neue Theorie erklärt es

    Ein Magnetfeld am Südpol des Mars hat Wissenschaftler vor ein Rätsel gestellt. Ein neues Modell mit einem flüssigen Kern und thermischen Unterschieden bietet die bisher überzeugendste Erklärung.

    Simulation von Magnetfeldern, die in der Umgebung des Mars gefunden wurden. Kredit: Ankit Barik / Johns Hopkins University

    Seit Jahrzehnten gibt der Mars den Wissenschaftlern Rätsel auf, weil er ein wichtiges Merkmal vermissen lässt: sein globales Magnetfeld. Anders als die Erde hat der Mars keine schützende Blase, die ihn vor dem Sonnenwind abschirmt. Dies hat den allmählichen Verlust seiner Atmosphäre begünstigt, was sich auf sein Potenzial, Leben zu beherbergen, auswirkt.

    In den ältesten Gesteinen des Mars sind jedoch Spuren eines früheren Magnetfeldes erhalten. Dies deutet darauf hin, dass der rote Planet einst über einen internen Mechanismus verfügte, der ein ähnliches Feld wie das der Erde erzeugte. Interessant ist, dass sich dieser Magnetismus anscheinend nur auf der Südhalbkugel manifestiert hat.

    Diese Asymmetrie wurde erstmals 1997 vom Mars Global Surveyor entdeckt und später von der Landeeinheit InSight bestätigt. Warum zeigte nur der Süden Magnetismus und der Norden nicht? Jahrelang diskutierte die wissenschaftliche Gemeinschaft über mögliche Erklärungen, die von Asteroideneinschlägen bis hin zu lokaler Tektonik reichten.

    Eine neue Hypothese, die von Forschern der Universität von Texas aufgestellt wurde, könnte den Schlüssel dazu liefern. Unter Verwendung fortschrittlicher Computermodelle argumentieren die Forscher, dass der Mars einen vollständig flüssigen Kern hatte und dass es einen großen thermischen Unterschied zwischen den Hemisphären gab, der die Erzeugung des Feldes auf den Süden konzentrierte.

    Der Mars und sein unregelmäßiger Dynamo

    Auf der Erde entsteht das Magnetfeld im äußeren Kern, der aus sich bewegendem geschmolzenem Eisen besteht. Diese Flüssigkeit erzeugt bei ihrer Rotation elektrische Ströme, die ein stabiles Magnetfeld erzeugen. Der Mars hingegen scheint vor Milliarden von Jahren ein ganz anderes System gehabt zu haben.

    Frühere Modelle gingen davon aus, dass auch der Mars einen festen inneren Kern und einen flüssigen äußeren Kern hatte, genau wie unser Planet. Die neue Studie legt jedoch nahe, dass der gesamte Marskern während der Zeit, in der er ein Magnetfeld besaß, flüssig war. Dieser Unterschied ist der Schlüssel zum Verständnis seines hemisphärischen Feldes.

    Der Schlüssel liegt in der Art und Weise, wie die Wärme aus dem Inneren des Planeten entweicht. Hätte die südliche Hemisphäre eine wärmeleitfähigere Kruste, wäre die Wärme leichter durch sie entkommen. Dieser Unterschied hätte die Bewegung der Flüssigkeiten verstärkt und den Dynamomechanismus nur an seinem Südpol aktiviert.

    Dieses Phänomen würde erklären, warum die Gesteine auf der Südhalbkugel magnetisiert sind und die auf der Nordhalbkugel nicht. Es passt auch zum Fehlen eines aktiven Dynamos nach der Bildung großer Einschlagbecken wie Hellas und Isidis vor mehr als 3,9 Milliarden Jahren, die keine magnetischen Anzeichen aufweisen.

    Simulationen, die Geheimnisse enthüllen

    Um diese Theorie zu überprüfen, verwendeten die Wissenschaftler den Supercomputer des Maryland Advanced Research Computing Center. Sie modellierten einen alten Mars mit unterschiedlichen Kern- und Krustenbedingungen. Sie wollten herausfinden, ob es möglich ist, ein Magnetfeld zu reproduzieren, wie es von den Missionen Global Surveyor und InSight entdeckt wurde.

    Die Simulationen bestätigten, dass ein asymmetrisches Magnetfeld erzeugt wird, wenn der Kern vollständig flüssig ist und die südliche Hemisphäre eine höhere Wärmeleitfähigkeit aufweist. Dieses Feld stimmte sowohl in der Stärke als auch in der Verteilung mit realen Messungen auf dem Mars überein.

    Diagramm der Magnetfelder auf beiden Planeten. Kredit: Zeus Valtierra / OpenAI

    Das Modell geht davon aus, dass der Temperaturunterschied zwischen den Hemisphären den planetarischen Dynamo lokal aktiviert hat. Dieser "hemisphärische Dynamo" ist ein Novum unter den bekannten Planeten und wirft neue Fragen über die thermische Entwicklung und die innere Dynamik des Mars auf.

    Auch wenn die Theorie fundiert ist, ist weitere Forschung erforderlich. Die Autoren schlagen vor, zusätzliche seismische Daten des InSight-Landegeräts zu analysieren und Marsmeteoriten aus verschiedenen Regionen des Planeten zu untersuchen. Dies könnte ihnen helfen, nach Anzeichen zu suchen, die die Hypothese eines flüssigen Kerns bestätigen oder widerlegen.

    Was das für den Mars bedeutet... und für uns

    Sollte sich herausstellen, dass der Mars ein halbkugelförmiges Magnetfeld besaß, das von einem vollständig flüssigen Kern erzeugt wurde, würde dies unser Verständnis seiner Geschichte dramatisch verändern. Diese Entdeckung würde bedeuten, dass das Feld nicht, wie bisher angenommen, durch Erstarrung erloschen ist, sondern durch Ineffizienzen in seinem planetarischen Dynamo.

    Sie würde uns auch Aufschluss darüber geben, warum der Mars seine Atmosphäre so schnell verloren hat. Ohne ein globales Magnetfeld war der Planet dem Sonnenwind ausgesetzt, was zu seinem derzeitigen trockenen und kalten Zustand beitrug. Dies wirkt sich auf die Erwartungen über vergangenes und zukünftiges Leben auf dem roten Planeten aus.

    Darüber hinaus legt diese Theorie nahe, dass die thermischen Bedingungen an der Oberfläche - wie die Leitfähigkeit der Kruste - eine Rolle bei der Bestimmung des Magnetfelds eines Planeten spielen können. Es ist eine Erinnerung daran, dass kleine Details globale Konsequenzen für die planetarische Entwicklung haben können.

    Im Moment scheint das neue Modell überzeugend zu sein. Aber wie jede gute Wissenschaft ist es offen für Diskussionen und weitere Tests. Die Erforschung des Mars und die Analyse seiner Daten sind nach wie vor unerlässlich, um nicht nur seine Vergangenheit zu rekonstruieren, sondern auch die Vielfalt der möglichen Welten im Universum zu verstehen.