(Bildnachweis: NASA/JPL-Caltech/USGS)
Das Magnetfeld des Mars hat möglicherweise 200 Millionen Jahre länger überlebt, als Wissenschaftler dachten – und zwar so lange, dass es sich mit dem Vorhandensein von flüssigem Wasser auf der Oberfläche des Roten Planeten überschneiden konnte.
Das ist die Schlussfolgerung neuer Forschungsarbeiten unter der Leitung von Planetenforschern der Harvard University, die vorschlagen, dass Magnetpolumkehrungen den falschen Eindruck erweckten, dass der magnetische Dynamo des Mars zu der Zeit, als sich große Einschlagskrater, sogenannte Becken, auf dem Planeten bildeten, aufgehört hatte.
Was mit dem Magnetfeld des Mars geschah, ist von entscheidender Bedeutung, wenn wir etwas über die Vorgeschichte des Roten Planeten erfahren wollen.
„Wir versuchen, primäre, wichtige Fragen darüber zu beantworten, wie alles so geworden ist, wie es ist, und sogar, warum das gesamte Sonnensystem so ist, wie es ist“, sagte Sarah Steele von der Harvard-Universität, die die Forschung leitete, in einer Erklärung. „Planetare Magnetfelder sind unsere beste Sonde, um viele dieser Fragen zu beantworten, und eine der einzigen Möglichkeiten, die wir haben, um etwas über das tiefe Innere und die frühe Geschichte der Planeten zu erfahren.“
Ein planetarisches Magnetfeld wird durch einen geodynamischen Effekt tief im Inneren eines Planeten erzeugt. Ein Planet wie die Erde hat einen Eisen-Nickel-Kern, der aus zwei Teilen besteht: einem festen inneren Kern und einem geschmolzenen äußeren Kern. Wenn ein Erdplanet geboren wird, ist sein Kern vollständig geschmolzen, und der feste innere Kern wächst mit der Zeit. Wenn Wärme aus dem sich verfestigenden inneren Kern entweicht, entstehen Konvektionsströme, die durch den glühend heißen, rotierenden, geschmolzenen äußeren Kern aufsteigen. Diese Konvektionsströme steigen durch ein bereits bestehendes Magnetfeld auf und lösen elektrische Ströme aus, die ihr eigenes Magnetfeld induzieren, das wiederum in das bereits bestehende Magnetfeld einfließt und es verstärkt. Dies ist der Geodynamo.
Im Inneren des Mars, der etwa halb so groß ist wie die Erde, kühlte der Geodynamo jedoch schnell ab, da die Wärme entweicht und die Konvektion aufhört. Dadurch stotterte der Geodynamo im Inneren des Roten Planeten und kam zum Stillstand. Dies hatte erhebliche Auswirkungen auf die weitere Entwicklung des Mars. Ohne sein globales Magnetfeld konnte der Mars weder den Sonnenwind abwehren, der begann, seine Atmosphäre, einschließlich des Wassers auf dem Roten Planeten, abzutragen, noch die Oberfläche vor schädlicher kosmischer Strahlung schützen.
Planetenforscher hatten angenommen, dass das globale Magnetfeld des Mars vor über 4,1 Milliarden Jahren erloschen ist. Der Grund dafür ist, dass riesige Einschlagbecken, die während einer Bombardierungsperiode vor 4,1 bis 3,7 Milliarden Jahren entstanden sind, keine Aufzeichnungen über starken Magnetismus in ihren Gesteinen hinterlassen haben. Bei einem gewaltigen Einschlag können sich ferromagnetische Mineralien in geschmolzenem Gestein am umgebenden Magnetfeld ausrichten. Wenn das durch den Einschlag erhitzte Gestein langsam abkühlt, bleibt die Ausrichtung dieser ferromagnetischen Mineralien erhalten, so dass Wissenschaftler Milliarden von Jahren später das alte Magnetfeld untersuchen können. Die Ergebnisse der größten Einschläge auf dem Mars deuten jedoch darauf hin, dass es zum Zeitpunkt der Einschläge kein Magnetfeld gab.
Steele und ihre Kollegen, darunter ihr Doktorvater Roger Fu aus Harvard, sind jedoch der Meinung, dass die Planetenforscher die Zeichen falsch interpretiert haben. Ihre Analyse von Abschnitten des berühmten Marsmeteoriten Allan Hills 84001 – jenes Meteoriten, von dem Forscher in den 1990er Jahren behaupteten, er enthalte Mikrofossilien, was seither heftig umstritten ist – deutete 2023 darauf hin, dass es Beweise für Magnetfeldumkehrungen gab, die von den ferromagnetischen Mineralien im Meteoriten aufgezeichnet wurden.
Jetzt haben sie diese Behauptung mit Computermodellen untermauert, die darauf hindeuten, dass das Fehlen eines Magnetfelds zum Zeitpunkt der Entstehung der Einschlagbecken nicht darauf zurückzuführen ist, dass der Dynamo abgeschaltet war, sondern dass das Magnetfeld eine Polumkehr durchlief. Dies geschieht auf der Erde alle paar hunderttausend Jahre, wenn sich die magnetischen Nord- und Südpole vertauschen; die ferromagnetischen Mineralien sind sich nicht sicher, wohin sie zeigen sollen, und das Ergebnis ist, dass es so aussieht, als sei das Magnetfeld schwach oder gar nicht vorhanden. Wenn Steeles Team Recht hat, dann verschwand das globale Magnetfeld auf dem Mars nicht vor 4,1 Milliarden Jahren, sondern existierte noch bis vor mindestens 3,9 Milliarden Jahren.
„Wir zeigen im Grunde genommen, dass es möglicherweise keinen guten Grund für die Annahme gab, dass der Dynamo des Mars vorzeitig abgeschaltet wurde“, so Steele.
Obwohl diese Zeiträume alle sehr lange zurückliegen, könnten die zusätzlichen 200 Millionen Jahre enorme Auswirkungen auf das Potenzial für Leben auf dem alten Mars gehabt haben. Dies liegt daran, dass sie sich mit der Zeit überschneiden, in der die Oberfläche des Roten Planeten mit Wasser bedeckt war, wofür die Marsrover der NASA Beweise gefunden haben. Da das Magnetfeld die Oberfläche noch abschirmte, hatte das Leben möglicherweise die Chance, in einer wässrigen Umgebung zu entstehen, ohne von der Strahlung aus dem Weltraum abgetötet zu werden.
Das mögliche Überleben des Magnetfelds auf dem Mars über einen längeren Zeitraum als bisher angenommen hat auch Auswirkungen auf die Geschwindigkeit des Atmosphärenverlusts, der immer noch andauert und vom NASA-Orbiter Mars Atmosphere and Volatile EvolutioN (MAVEN) verfolgt wird. Die Wissenschaftler sind in der Lage, die Geschwindigkeit des Atmosphären- und Wasserverlusts zu messen und daraus zu schließen, wie dünn die Marsatmosphäre einst gewesen sein könnte und wie viel Wasser es auf dem Mars in der Vergangenheit gegeben haben könnte. Wenn das Magnetfeld erst später verschwand, dann begann auch der Verlust der Atmosphäre später, was bedeuten könnte, dass die Wissenschaftler ihre Zeitrechnung über die sich verändernden Bedingungen auf dem Mars ein wenig revidieren müssen.
Die neuen Erkenntnisse wurden im August in der Zeitschrift Nature Communications veröffentlicht.
