Die Magnetpole der Erde driften mit der Zeit. Sie müssen dies berücksichtigen, wenn sie ihre Flüge planen.
Sie driften tatsächlich so stark, dass sich die Magnetpole an anderen Orten befinden als die geografischen Pole oder die Erdrotationsachse. Heute ist der magnetische Nordpol der Erde 965 Kilometer von seinem geografischen Pol entfernt. Jetzt heißt es in einer neuen Studie, dass das gleiche Poldriften auch bei Merkur auftritt.
Die Magnetpole der Erde verankern die Magnetosphäre unseres Planeten. Die Magnetosphäre erstreckt sich in den Weltraum um unseren Planeten und schützt uns vor der Sonnenstrahlung. Die Magnetosphäre und ihre Pole sind Artefakte des geschmolzenen Erdkerns, und Wissenschaftler glauben, dass Quecksilber auch einen geschmolzenen Kern hat.
Aber was genau lässt die Pole treiben? Das Phänomen wird als Polardrift bezeichnet und auf der Erde durch Schwankungen des Flusses geschmolzenen Eisens im Kern des Planeten verursacht. Auf der Erde driftet der Nordmagnetpol jedes Jahr etwa 55 bis 60 Kilometer (34 bis 37 Meilen). Der Südmagnetpol driftet jedes Jahr etwa 10 bis 15 Kilometer (6 bis 9 Meilen). Die Pole drehen sich auch, und das ist ungefähr 100 Mal in der Geschichte des Planeten passiert.
Die Studie zeigt, dass die gleiche Polardrift wahrscheinlich auf Merkur auftritt und dass die Geschichte hinter der Poldrift auf diesem Planeten komplizierter ist als gedacht.
Die neue Studie wurde im Journal of Geophysical Research: Planets der American Geophysical Union veröffentlicht. Es trägt den Titel "Einschränkung der frühen Geschichte des Quecksilbers und seines Kerndynamos durch Untersuchung des krustalen Magnetfelds". Die Hauptautorin ist Joana S. Oliviera, Astrophysikerin am Europäischen Weltraumforschungs- und Technologiezentrum der Europäischen Weltraumorganisation in Noordwijk.
Die Autoren stützten sich weitgehend auf Daten, die von NASA-Raumfahrzeugen MESSENGER (MErcury Surface, Space ENvironment, GEochemistry und Ranging) gesammelt wurden. Es umkreiste Merkur von 2011 bis 2015 und war das erste Raumschiff, das den Planeten umkreiste.
Eines der Instrumente von MESSENGER war ein Magnetometer, das das Magnetfeld von Quecksilber detailliert maß. Die elliptische Umlaufbahn des Raumfahrzeugs brachte es bis auf 200 km über die Oberfläche. MESSENGER hat Daten erfasst, die schwache magnetische Anomalien in der Krustenoberfläche von Quecksilber zeigen, die mit Einschlagkratern verbunden sind.
Die Autoren nahmen an, dass diese Anomalien auf Eisen in den Impaktoren zurückzuführen waren, die die Krater erzeugten. Sie nahmen auch an, dass dieses geschmolzene Material beim Abkühlen durch das Quecksilbermagnetfeld geformt wurde.
Wissenschaftler wissen, dass magmatisches Gestein beim Abkühlen eine Aufzeichnung des Magnetfelds des Planeten zu dieser Zeit aufbewahrt. Solange diese Gesteine magnetisches Material enthielten, werden sie sich mit dem Feld des Planeten ausrichten. Es wird als "thermoremanente Magnetisierung" bezeichnet. Da sich verschiedene Gesteine an verschiedenen Orten auf der Erde zu unterschiedlichen Zeiten abkühlten, wurde eine historische Aufzeichnung der treibenden Pole der Erde erstellt. So wissen wir, dass die Pole der Erde in der Vergangenheit umgedreht sind, das letzte Mal vor fast 800.000 Jahren.
Der Schlüssel dazu ist die thermoremanente Magnetisierung. Wie der Hauptautor Oliviera in einer Pressemitteilung sagte: "Wenn wir Hinweise aus der Vergangenheit finden wollen, indem wir eine Art Archäologie des Magnetfelds durchführen, müssen die Gesteine thermoremanent magnetisiert werden."
Wissenschaftler konnten das Magnetfeld von Merkur untersuchen, aber es wurden nie Gesteinsproben gesammelt. Kein Raumschiff ist jemals auf Merkur gelandet. Um dies zu umgehen, konzentrierten sich die Autoren dieser Studie auf fünf Einschlagkrater auf der Oberfläche und auf die magnetischen Daten, die MESSENGER sammelte, als sie sich der Oberfläche von Merkur näherten.
Fünf Krater zeigten andere magnetische Signaturen als MESSENGER, gemessen in Quecksilber. Diese Krater sind uralt und zwischen 3,8 und 4,1 Milliarden Jahre alt. Die Forscher dachten, sie könnten Hinweise auf die Position der alten Pole des Merkur geben und wie sie sich im Laufe der Zeit verändert haben.
"Es gibt mehrere Evolutionsmodelle des Planeten, aber niemand hat das Krustenmagnetfeld verwendet, um die Evolution des Planeten zu erhalten", sagte Oliveira.
Diese Einschläge schmolzen das Gestein und als das Gestein abkühlte, zeichnete es das Magnetfeld des Planeten auf. Sie verwendeten die magnetischen Daten dieser fünf Einschlagkrater, um das Magnetfeld von Merkur über die Zeit zu modellieren. Daraus konnten sie die Position der alten Magnetpole oder „Paläopole“ von Merkur abschätzen.
Ihre Ergebnisse waren überraschend und weisen auf die komplizierte magnetische Natur von Merkur hin. Sie fanden heraus, dass die alten Pole weit vom aktuellen Südmagnetpol entfernt waren und sich wahrscheinlich im Laufe der Zeit verändert haben. So viel haben sie erwartet. Sie erwarteten aber auch, dass sich die Pole an zwei Punkten sammeln würden, die nahe an der Rotationsachse von Merkur lagen, ähnlich wie bei der Erde. Aber die Pole waren zufällig verteilt und befanden sich schockierenderweise alle auf der südlichen Hemisphäre des Planeten.
In der Pressemitteilung heißt es: "Die Paläopole stimmen nicht mit dem aktuellen magnetischen Nordpol von Merkur oder dem geografischen Süden überein, was darauf hinweist, dass sich das dipolare Magnetfeld des Planeten bewegt hat." Diese Beweise stützen die Idee, dass die magnetische Geschichte von Merkur sich stark von der der Erde unterscheidet. Es unterstützt auch die Idee, dass sich Merkur entlang seiner Achse verschoben hat. Dies wird als echte Polarwanderung bezeichnet, wenn sich die geografischen Standorte des Nord- und Südpols ändern.
Während die Erde ein dipolares Magnetfeld mit einem unterschiedlichen Nordpol und Südpol hat, ist Merkur anders. Es hat derzeit ein dipolar-quadrupolares Magnetfeld mit zwei Polen und einer Verschiebung des magnetischen Äquators. In der Antike hatte es laut dieser Studie möglicherweise das gleiche Gebiet. Oder es könnte ein multipolares Feld mit verdrehten magnetischen „Feldlinien wie Spaghetti“ laut Oliviera gehabt haben.
Hier steht unser Wissen über die Magnetfeldlinien von Merkur. Was Wissenschaftler wirklich tun müssen, ist die Untersuchung mehrerer Gesteinsproben von Quecksilber. Aber kein Raumschiff ist jemals dort gelandet und es sind keine Landungen geplant.
Merkur ist ein schwieriger Ort für ein Raumschiff, um es zu besuchen und zu umkreisen, geschweige denn an Land. Die Nähe zur Sonne bedeutet, dass jede Mission zu Merkur mit der starken Anziehungskraft der Sonne zu kämpfen hat. Es braucht viel Treibstoff, um viel mehr zu tun, als schnell an Merkur vorbei zu fliegen, und nur zwei Raumschiffe haben jemals den Planeten besucht: MESSENGER und Mariner 10.
Derzeit freuen sich die Wissenschaftler auf BepiColombo, die erste Mission der ESA, Merkur zu besuchen. Es wird 2025 bei Mercury eintreffen und dort ein oder zwei Jahre verbringen. Es sind eigentlich zwei Orbiter in einem, aber es gibt keinen Lander.
Einer der Orbiter heißt MMO (Mercury Magnetospheric Orbiter). Wie der Name schon sagt, besteht seine Aufgabe darin, das unter Planeten seltene Merkur-Magnetfeld zu untersuchen. Daten aus dieser Mission könnten auf Studien wie dieser aufbauen und mehr Licht auf die komplizierte magnetische Geschichte von Merkur werfen.
Mehr:
- Pressemitteilung: Das alte Magnetfeld von Merkur hat sich wahrscheinlich im Laufe der Zeit entwickelt
- NASA: MESSENGER
- Forschungsarbeit: Einschränkung der Frühgeschichte von Quecksilber und seines Kerndynamos durch Untersuchung des krustalen Magnetfelds
- Wikipedia: Erforschung von Quecksilber
