Der sonnennächste Planet Merkur steht dank der NASA-Sonde MESSENGER derzeit wieder im Fokus des wissenschaftlichen Interesses. Mit der ersten Mission, die den Planeten von einer Umlaufbahn aus erkundet, können die Astronomen erstmals langfristige Messungen seiner Oberfläche, der dünnen Gashülle und seines Magnetfelds vornehmen. Neue Ergebnisse von MESSENGER zeigen nun, dass das erstaunlich starke Magnetfeld komplexer ist als bislang angenommen. In seinen Außenbereichen peitscht der Sonnenwind es zu überraschend hohen Wellen auf, die in kleinerem Format aus dem Erdmagnetfeld bekannt sind.

Messenger über Merkur
© NASA / JHUAPL / Carnegie Institution of Washington
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Merkur umläuft die Sonne auf einer Bahn, die ihn mehr als dreimal näher an unser Zentralgestirn heranträgt als die Erde. So ist er dem stetigen Teilchenstrom, dem so genannten Sonnenwind, sehr viel intensiver ausgesetzt als unser Heimatplanet. Wie die Erde verfügt Merkur über ein Magnetfeld, das dem eines im Planeteninneren verborgenen Stabmagneten ähnelt. Die Wissenschaftler verstehen jedoch noch nicht vollständig, warum der kleine Merkur ein recht starkes Magnetfeld aufweist.

Wie das irdische Feld wird auch das des sonnennächsten Planeten durch die elektrisch geladenen Teilchen des Sonnenwinds auf der sonnenabgewandten Seite lang ausgezogen, so dass es in seiner Form nicht kugelrund, sondern eher schlauchförmig ist. Die so genannte Magnetopause markiert den Übergang zwischen dem stabilen planetaren Magnetfeld und dem Einflussbereich des turbulenten Sonnenwinds. Die Forscher erwarteten dort eine relativ glatte Grenzschicht, der Sonnenwind sollte nicht in das Magnetfeld unterhalb der Magnetopause eindringen können.

Schema von Merkurs Magnetfeld
© NASA
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Doch die neuen MESSENGER-Beobachtungen widersprechen diesem Bild. Die Sonde durchflog in ihrem ersten Merkurjahr zwischen März und Juni 2011 mehrfach die Magnetosphäre. Spezielle Instrumente an Bord erfassten dabei die Stärke und Orientierung des Magnetfelds. Zur Überraschung der Forscher registrierten die Apparaturen keinen scharfen Übergang, sondern Wellen an der Grenze der Magnetopause. Wie ein Wind die sonst glatte See zu Brechern aufpeitscht, scheint der Sonnenwind die Grenze des Merkurmagnetfelds aufzuwirbeln.

Der grundlegende Prozess scheint die so genannte Kelvin-Helmholtz-Instabilität zu sein, schreibt ein US-Astronomenteam um Torbjörn Sundberg im Fachblatt Journal of Geophysical Research. Auf der Erde führt dieser Effekt an der Grenze unterschiedlich schnell strömender Medien zu besonderen Wolkenstrukturen. Im irdischen Magnetfeld jedoch konnten Wissenschaftler ein vergleichbares Phänomen bislang nur in schwächerer Form nachweisen.

Wellen in der Magnetosphäre
© nach Sundberg, T. et al., Journal of Geophysical Research, 117, A04216, 11, 2012
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Die Wellen in Merkurs Magnetosphäre wurden bei insgesamt sechs Annäherungen von MESSENGER gemessen, stets nur auf der Nachmittags- oder Abendseite des Planeten. Warum sie nur dort entstehen, wissen die Forscher derzeit noch nicht, hoffen aber dieses Rätsel mit weiteren Beobachtungen der NASA-Sonde zu lösen. Möglicherweise hilft die Entdeckung auch dabei, weitere Details von Merkurs Magnetfeld und seiner dünnen Gashülle besser zu verstehen. Die Wellen mischen das Plasma des Sonnenwinds effektiv in die Magnetosphäre. Sie könnten so zur Bildung einer protonenreichen Schicht in Merkurs Gashülle beitragen, deren Ursprung bislang unverstanden ist.