Super-Sonnensturm im Mai 2024 trifft Mars – dramatischer Anstieg der Elektronenzahlen in oberen Atmosphärenschichten
Im Mai 2024 traf ein massiver Sonnensturm den Mars. Die M1-Ionenschicht wuchs um 278 %, die Elektronendichte stieg drastisch an. ESA-Orbiter beobachteten die Auswirkungen live, geben neue Einblicke ins Weltraumwetter und die Atmosphäre des Roten Planeten.
Am 15. Mai 2024 passierte etwas Außergewöhnliches auf Mars: Ein massiver Sonnenflare traf den Planeten, nur Minuten später reagierte die Atmosphäre.
Forscher registrierten die größte Veränderung der unteren Ionenschicht M1, die plötzlich um 278 % dichter wurde.
Auch die darüberliegende M2-Schicht wuchs spürbar, wenn auch weniger dramatisch.
Für Wissenschaftler ein seltenes Fenster in die Dynamik von Weltraumwetter auf einem Planeten ohne schützendes Magnetfeld.
Messung aus nächster Nähe
Die Daten stammen von zwei Raumsonden im Orbit: Mars Express (MEX) und ExoMars Trace Gas Orbiter (TGO). Sie nutzen ein Verfahren namens mutuelle Radio-Okultation. Ein Orbiter sendet Radiosignale, die durch die Marsatmosphäre zum anderen Orbiter geleitet werden. Aus den Signalverzerrungen lässt sich die vertikale Elektronendichte in der Ionosphäre berechnen – präziser, als es jede Bodenstation könnte.
Ein plötzlicher Boom der Elektronen
Die M1-Schicht erreichte rund 109 Kilometer Höhe, die Elektronenzahl schoss in wenigen Minuten nach oben. Die M2-Schicht reagierte schwächer, stieg aber um etwa 45 %. Gleichzeitig erhöhte sich die Ionosphäre um 6,5 Kilometer – ein direktes Echo der energiereichen Teilchenströme des Sonnenflares.
Röntgenstrahlen als Auslöser
Der entscheidende Faktor war die intensive Röntgenstrahlung des Flares. Sie erzeugte in der Atmosphäre eine Kaskade von Elektronen, sogenannte Sekundärionisationen, die die M1-Schicht noch weiter aufluden. Die M2-Schicht blieb davon verschont, weil sie von niedrigerenergetischer EUV-Strahlung beeinflusst wird, die weniger Sekundäre erzeugt.
Partikelsturm und CME-Effekt
Nicht nur der Flare, auch solare Energetic Particles (SEPs) und ein Coronal Mass Ejection (CME) trafen Mars in den Tagen davor. SEPs beschleunigten Protonen auf hohe Energien und ionisierten tiefere Schichten der Atmosphäre. Das CME erhöhte den Druck auf die Ionosphäre über Stunden hinweg. Die Kombination aus Flare, SEPs und CME erzeugte die Rekordwerte in der M1-Schicht.
Ein technisches Meisterwerk der Messung
Die Messung selbst war höchst anspruchsvoll. Doppler-Effekte durch die Bewegung der Sonden und Oszillatordrifts mussten sorgfältig korrigiert werden. Anschließend wandten die Forscher eine Inverse-Abel-Transformation an, um aus den Signaländerungen die vertikale Elektronendichte zu berechnen. Diese Präzision ermöglichte es, die dramatische Reaktion der M1-Schicht live nach dem Sonnenflare zu dokumentieren.
Happy Birthday, #MarsExpress!
— European Space Agency (@esa) June 2, 2023
Originally planned as a two-year mission, 'MEX' enters its third decade. During its lifetime, MEX has rewritten our view of the Red Planet. Let's take a look at some of the highlights in this thread https://t.co/hTzKIu21p9 https://t.co/3tsYi96OUJ
Bedeutung für Mars-Missionen
Die Ergebnisse sind für zukünftige Mars-Missionen entscheidend. Funkkommunikation, Radar-Operationen und Satellitensteuerung können durch solche starken Stürme massiv gestört werden. Wer Mars erkunden will, muss wissen, wie sich die Ionosphäre bei Extremereignissen verhält, um Ausfälle zu vermeiden.
Neue Einblicke ins Weltraumwetter
Die Messungen zeigen, dass Mars auf Sonnenstürme empfindlicher reagiert als bisher angenommen. Besonders die Rolle der Sekundärionisationen war bislang unterschätzt. Die gewonnenen Daten helfen nicht nur beim Verständnis des Mars-Wetters, sondern liefern auch Hinweise auf die Reaktionen von Ionosphären anderer Planeten.
Quelle
Parrott, J., Sánchez-Cano, B., Svedhem, H., Witasse, O., Meggi, D., Wilson, C., Cardesín-Moinelo, A. & Müller-Wodarg, I. „Martian ionospheric response during the May 2024 solar superstorm.“ Nature Communications, vol. 17, Article 2017 (2026).