Forschung zum magnetischen Herzschlag der Erde
Das Erdmagnetfeld als wichtigster Schild gegen den Sonnenwind fasziniert die Forschung seit Jahrzehnten. Das Feld entsteht im Erdinnern durch Konvektionsbewegungen des sogenannten Geodynamo im flüssigen metallischen Außenkern und interagiert nach außen hin mit dem Sonnenwind. Das innere Magnetfeld unterliegt sowohl langsamen geomagnetischen Säkularvariationen als auch schnellen Abweichungen, also Jerks. Einen Beitrag zur Erzeugung des inneren Feldes leistet auch die Erdkruste, wo Gestein durch das Erdmagnetfeld magnetisiert wird. Die Form des äußeren Teils des Erdmagnetfelds wird durch elektrische Ströme in der Iono- und Magnetosphäre beeinflusst, die entstehen, wenn plasmaionisierte Teilchen mit dem inneren Erdmagnetfeld und dem Sonnenwind interagieren. Interessanterweise besitzt Merkur als einziger der erdähnlichen Gesteinsplaneten ein aktives Kernmagnetfeld, die Venus hingegen nicht, und bei Mars und Mond deuten die Krustenfelder auf einen früher existierenden Geodynamo hin. Diese Krustenfelder geben Aufschluss über die Eigenschaften solcher Magnetfelder (Morphologie, Stärke, zeitliche Variation).
Wegweisende Forschung zu magnetischen Feldern in der Erdkruste
Das durch die Marie-Skłodowska-Curie-Maßnahmen finanzierte Projekt SIGMA lieferte wichtige neue Erkenntnisse zur Beschaffenheit von Magnetfeldern in der Erdkruste. Anhand von Magnetfelddaten, die von Raumfahrzeugen stammten, wurden Verfahren entwickelt, um Standort und Geometrie regionaler Magnetquellen auf dem Mond zu berechnen. Dank dieser bahnbrechenden Forschung können nun erstmals magnetische Anomalien auf Planetenoberflächen genauer untersucht und deren Entstehung sowohl mit der Geodynamik als auch geologischen Geschichte verknüpft werden. „Mithilfe von Modellen der Magnetfelder in den Krusten des Mondes könnten wir nun bald Rückschlüsse auf die Bedingungen bei der Entstehung dieser magnetischen Anomalien und damit die zeitliche Entwicklung des Geodynamos auf dem Mond ziehen“, erklärt Marie-Curie-Stipendiatin Joana S. Oliveira. Daten von Raumfahrzeugen wurden mit Magnetfeldmessungen in geringer Höhe bei terrestrischen Analoga vulkanischer Strukturen auf Planeten des Sonnensystems kombiniert, um Messungen in geringer Höhe im Kontext der Planetenerkundung nachzustellen. Durch Bestimmung des Magnetfelds von terrestrischen Äquivalenten geologischer Strukturen auf Mond und Mars (Lavaröhren, Lavaströme und Vulkane) lieferte SIGMA neue Erkenntnisse zum Zusammenhang zwischen magnetisiertem Gestein und Magnetfeldsignalen. Vor allem aber wurde auf die Notwendigkeit verwiesen, in künftigen Explorationsmissionen neuartige Instrumente zur Bestimmung der magnetischen Eigenschaften von Gestein einzusetzen (z. B. magnetische Suszeptometer). Derzeit werden erste Messungen der möglicherweise magnetisierten Oberfläche des Merkurs durchgeführt, was der Erkundung durch die BepiColombo-Mission der Europäischen/Japanischen Weltraumorganisation (ESA/JAXA) wissenschaftlich zuarbeitet.
Künftige Forschung zu planetaren Magnetfeldern
SIGMA enthüllte neue Möglichkeiten zur Erforschung geologischer Strukturen in der Kruste und ihrer Entstehung. „Unsere neu entwickelten Techniken zeigen, dass sich Magnetfelddaten nicht nur für Analysen des aktuellen Magnetfelds eines Planeten eignen, sondern auch detaillierten Aufschluss über seine Frühgeschichte geben“, erklärt Projektkoordinatorin Marina Díaz Michelena. Dank der Daten können nun auch Quellen für magnetisiertes Material lokalisiert und deren Geometrie und Herkunft bestimmt werden. Das Projekt wird die Forschung zu planetaren Magnetfeldern und die europäische Wettbewerbsfähigkeit auf diesem Gebiet stärken. Die fortschrittlichen Methoden eignen sich für verschiedene räumliche Skalen, boden- als auch weltraumgestützte Messungen sowie alle planetaren Körper, die früher ein inneres Magnetfeld besaßen. „Analysen zum Erdmagnetfeld und seiner Entsprechungen auf anderen Planeten könnten helfen, dringliche Fragen zur Vergangenheit und Zukunft der Erde zu klären. Könnte die Erde ihr magnetisches Schutzschild verlieren? Bis sich das klären wird, werden wir weiter forschen“, schließt das SIGMA-Team.
Schlüsselbegriffe
SIGMA, Magnetfeld, Erde, Mond, Sonnenwind, Geodynamo, Krustenmagnetfeld, Mars