Die Oberfläche des Planeten Merkur steht unter Dauerfeuer: Ständig prasseln energiereiche Teilchen des Sonnenwindes auf den kleinen Planeten. Der Ansturm der geladenen Partikel wirkt sich bis ins tiefste Innere von Merkur aus, berichtet jetzt ein deutsches Forscherteam in der Zeitschrift Science: Durch einen Rückkopplungseffekt schwächt der Sonnenwind das Magnetfeld von Merkur erheblich ab. Damit haben die Forscher endlich das Rätsel gelöst, wieso der Dynamo des sonnennächsten Planeten nicht genauso stark ist wie der Geodynamo.
Merkur hat als einziger der erdähnlichen Gesteinsplaneten ein nennenswertes Magnetfeld. Planetenforscher sind sich einig, dass es ähnlich wie das Erdmagnetfeld durch einen sich selbst verstärkenden Dynamo im flüssigen Eisenkern von Merkur erzeugt wird. Allerdings müsste ein solcher Dynamo ein viel stärkeres Feld erzeugen. Berechnungen zufolge sollte es zehn- bis hundertmal so stark sein wie das, was die Raumsonden Mariner in den 1970er Jahren und Messenger seit 2011 gemessen haben. Die Tatsache, dass die Feldstärke von Merkurs Magnetfeld nur etwa ein Tausendstel so hoch ist wie die des Erdmagnetfeldes, konnten bestehende Dynamomodelle nur mit einigen Klimmzügen erklären.
Die Forscher um Daniel Heyner untersuchten nun mit Computersimulationen, welche Wechselwirkungen es zwischen dem Sonnenwind und Merkurs Magnetfeld gibt. Da das Magnetfeld so schwach ist, liegt die Magnetopause ? die Grenzfläche zwischen Sonnenwind und dem planetaren Magnetfeld ? sehr nah an der Oberfläche des Planeten. Dadurch kann ein äußeres Magnetfeld, das durch einen Strom in der Magnetopause induziert wird, bis ins Innere des Planeten eindringen. Die Forscher errechneten, dass dieses Feld die Grenze zwischen dem Gesteinsmantel und dem flüssigen Metallkern von Merkur erreicht. Es hat genau die entgegengesetzte Richtung des Dynamo-Feldes. Dadurch ergibt sich eine negative Rückkopplung, die den Dynamo-Prozess behindert und die bislang rätselhafte Schwäche des Merkur-Feldes erklären kann.
Wie die Forscher schreiben, greift dieser Effekt allerdings nur dann, wenn das Feld des Planeten ohnehin schon schwach ist. Kurz nach der Entstehung des Planeten, als Merkur noch viel heißer war als heute und das Eisen in seinem Kern sich noch schneller bewegte, war der Dynamo aber wahrscheinlich so stark, dass der Sonnenwind keinen nennenswerten Einfluss hatte. Die Forscher haben zwei mögliche Erklärungen dafür, dass er trotzdem so schwach ist: Entweder brachte der gewaltige Meteoriten-Einschlag, der das 1500 Kilometer große Caloris-Becken erzeugte, den Dynamo kurzzeitig aus dem Tritt. Beim Neuaufbau des Feldes wirkte sich dann der von Heyner und Kollegen beschriebene Effekt aus.
Die Forscher halten aber auch ein anderes Szenario für möglich. Demnach war die Wärmeverteilung im Innern des Planeten zwischenzeitlich so ungünstig, dass das Magnetfeld erlosch. Erst später, als der Planet abkühlte und sich im Zentrum des Planeten ein fester innerer Kern ausbildete (wie er auch bei der Erde existiert), kam der Dynamo wieder in Gang ? wenn auch nur in abgeschwächter Form.
Wie die Forscher schreiben, sollten die Daten der Raumsonde Messenger demnächst zeigen, ob ihr Modell korrekt ist. Auch das Doppelraumschiff BepiColombo der Europäischen Raumfahrtagentur Esa, das 2014 zum Merkur fliegt, soll das Magnetfeld besonders genau unter die Lupe nehmen.
Daniel Heyner (Universität Braunschweig), et al.: Science, Bd. 334, S. 1690 wissenschaft.de – Ute Kehse
