Das Erdmagnetfeld ist ein wichtiger Schutzschirm für unseren Planeten: Seine Magnetosphäre hält die energiereichen, geladenen Teilchen des Sonnenwinds und der kosmischen Strahlung ab. Durch den Käfig aus Magnetfeldlinien werden diese Teilchenströme schon am Außenrand des Magnetfelds abgelenkt. Daran beteiligt ist unter anderem der Zwan-Wolf-Effekt. Er sorgt für eine Verdichtung der eintreffenden Teilchen an der Magnetopause und leitet diese gequetschten Ströme dann zur Seite weg.
Mars: Planet ohne Magnetdynamo
Das Entscheidende dabei: Die charakteristischen Teilchenmuster des Zwan-Wolf-Effekts treten normalerweise hoch über der Atmosphäre auf. „Keiner hat erwartet, dass dieser Effekt auch in einer Atmosphäre auftreten kann“, erklärt Erstautor Christopher Fowler von der West Virginia University. Zudem galt ein ausgeprägtes Dipol-Magnetfeld als Voraussetzung für dieses Phänomen. Deshalb kommt der Zwan-Wolf-Effekt wahrscheinlich nicht nur im Erdmagnetfeld vor, sondern auch bei Jupiter und Saturn.
Anders ist dies jedoch beim Planeten Mars: Er produzierte zwar in seiner Frühzeit ein eigenes Magnetfeld, doch sein Magnetdynamo stoppte vor rund 3,7 Milliarden Jahren. Seither besitzt unser Nachbarplanet kein intern erzeugtes Dipol-Magnetfeld mehr. Nur in einigen Marsregionen sind lokale Reste des einstigen Magnetfelds erhalten. Außerdem kann die Wechselwirkung zwischen starkem Sonnenwind und der Mars-Atmosphäre ein vorübergehendes schwaches Magnetfeld erzeugen. Gängiger Annahme nach erfüllt der Mars damit aber nicht die Voraussetzungen für den Zwan-Wolf-Effekt.
Überraschende Strukturen in der Mars-Ionosphäre
Umso erstaunlicher ist die Entdeckung, die Fowler und sein Team bei der Auswertung von Daten der Mars-Orbitersonde MAVEN gemacht haben. Diese hatte während und kurz nach einem Sonnensturm im Dezember 2023 die Magnetfeldwerte und Teilchendichten in der Mars-Ionosphäre gemessen. „Als ich die Daten analysierte, bemerkte ich plötzlich einige sehr interessante Schwankungen“, berichtet Fowler.
Die Daten zeigten fünf parallele Strukturen, in denen die lokalen Magnetfeldwerte erst abrupt anstiegen, dann allmählich wieder abflauten. „Gleichzeitig detektierte die Sonde signifikante Schwankungen in der ionosphärischen Plasmadichte: Die Ionendichte sank am Vorderrand dieser Magnetstrukturen um 30 bis 40 Prozent und nahm dann langsam wieder zu“, berichten Fowler und seine Kollegen. Parallel dazu stieg auch die Energie der detektierten Teilchen am Vorderrand der Strukturen.
