Merkur, Venus, Erde und Mars umkreisen die Sonne in Entfernungen von etwa drei bis dreizehn Lichtminuten. Im Vergleich zu den weiter außen kreisenden Gasplaneten besitzen die vier einen stark eisenhältigen Kern. Sie spüren von ihrem Zentralgestirn die Schwerkraft, den Sonnenwind sowie Licht und Wärme (inklusive elektromagnetischer Strahlung anderer Wellenlängen). Jene Kräfte der Sonne haben die Planeten geprägt und prägen sie noch heute. Die vielfachen Wechselwirkungen betreffen beispielsweise das Magnetfeld oder die Atmosphäre. All das ist Gegenstand der vergleichenden Planetologie, die auch die vorwiegend aus Gas bestehenden Planeten Jupiter, Saturn, Neptun und Uranus mit einschließt, sowie Monde und Kometen.

Vergleich und Wechsel der Perspektiven

Von der Erde aus haben Astronomen und Mathematiker Jahrhunderte lang die anderen Himmelskörper beobachtet und berechnet. Heute können Astrophysiker die Planeten über aufwändige Missionen aus vergleichbar geringer Entfernung untersuchen: im Vorbeiflug, als Orbiter oder sogar als Lander. Das ÖAW-Institut für Weltraumforschung (IWF) in Graz ist an vielen dieser Missionen beteiligt, die meist von der europäischen, aber auch von der amerikanischen, der japanischen oder russischen Weltraumbehörde getragen werden. Methodisch haben sich die Grazer Forscher(innen) auf Magnetfeld- und Radiomessungen sowie die Untersuchung ionisierter Gase spezialisiert. Die Teams um Wolfgang Baumjohann, IWF-Direktor, Helmut Rucker und Hans Sünkel entwickeln Messgeräte für Satellitenmissionen und Raumsonden, führen Tests durch und sind in internationale Projekte zur Datenauswertung eingebunden. "Diese Arbeiten geben Aufschluss über die Entstehung unseres Sonnensystems. Sie helfen, im Vergleich mit den anderen Planeten, die Erde und den erdnahen Weltraum besser zu verstehen. Und sie sind eine Voraussetzung dafür, Anwendungen wie das GPS erfolgreich zu betreiben, erklärt Wolfgang Baumjohann.

Experimentelle Bedingungen im Sonnensystem

In der vergleichenden Planetologie eröffnen sich über Magnetfeldmessungen völlig neue Perspektiven. Die Teams am IWF erkunden abseits der Erde, gleichsam unter "experimentellen" Bedingungen, die Voraussetzungen für das Zustandekommen eines Magnetfeldes sowie die dynamischen Wechselwirkungen mit dem Sonnenwind. Merkur eignet sich dafür sehr gut. Er hat ein schwaches, aber dennoch ein globales Magnetfeld, einen erdähnlichen eisenhältigen Kern, aber anstatt einer Atmosphäre nur eine sehr dünne Exosphäre. An der nächsten Merkurmission BepiColombo ist das IWF mit mehreren Magnetometern sowie einer Ionenkamera beteiligt. Auch die Verhältnisse auf der Venus erlauben wissenschaftliche Vergleiche mit der Erde: Ihr Magnetfeld kommt nur in Kombination mit dem Sonnenwind über die sehr dichte, ionisierte Atmosphäre der Venus zustande. Zur Messung des Magnetfeldes ist ein am IWF federführend entwickeltes Magnetometer mit an Bord der ESA-Mission Venus Express. Beim Mars hingegen fehlen sowohl Magnetfeld als auch Atmosphäre. Interessant für die Grazer Forscher(innen) ist hier die Marsoberfläche: Sie sind an Studien beteiligt, wie die Oberfläche mit der dünnen Exosphäre interagiert.

Die Wirkungen des Sonnenwindes

Verglichen mit der Erde sind die anderen drei Gesteinsplaneten dem Sonnenwind stärker ausgesetzt. Die Erde wird in erster Linie durch das irdische Magnetfeld abgeschirmt. Das Magnetfeld bietet zwar Schutz, ist aber keine statische Hülle. Es steht in dynamischer Wechselwirkung mit dem sehr energiereichen Sonnenwind. Die Zone dieser Wechselwirkungen ist die Magnetosphäre. Hier treffen die Protonen, Heliumkerne und Elektronen, die von der Sonnenoberfläche ständig herausgewirbelt werden, als ein magnetischer Strom auf das irdische Magnetfeld und induzieren elektrische Ströme. An der Erforschung dieser Zone ist das IWF im Rahmen der Satellitenmission Cluster beteiligt. Die Form der Magnetosphäre ist auf der Tagseite schmal ("zusammengestaucht von der Wucht des Sonnenwindes", so Baumjohann), auf der Nachtseite hingegen ein langgezogener flatternder Schweif. Bei starker Sonnenaktivität kann sie auf der Tagseite so stark komprimiert werden, dass geostationäre Satelliten außerhalb der Schutzhülle geraten und dann dem solaren Ionenbeschuss ausgesetzt sind.


Mehr zu:

• BepiColombo
• Venus Express
• Cluster
• Mars Express

Kontakt:
Prof.Dr. Wolfgang Baumjohann
Österreichische Akademie der Wissenschaften (ÖAW)
Institut für Weltraumforschung (IWF)
Schmiedlstraße 6, 8042 Graz
T +43 316 4120-501
wolfgang.baumjohann@oeaw.ac.at
www.iwf.oeaw.ac.at


Oktober 2011