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.
Erster Nachweis bei einem Planeten ohne internes Magnetfeld
Nach Ansicht der Forschenden sprechen diese Daten sowie weitere Messergebnisse dafür, dass die von MAVEN in der Mars-Atmosphäre beobachteten Strukturen auf einen Zwan-Wolf-Effekt zurückgehen. „Wir demonstrieren damit erstmals, dass der Zwan-Wolf-Effekt auch in den Ionosphären von eigentlich unmagnetisierten Planeten auftreten kann“, konstatieren Fowler und sein Team.
Anders als bisher angenommen reicht demnach auch das vom Sonnensturm induzierte und nur Teile des Planeten umfassende Magnetfeld beim Mars aus, um die Sonnenwindteilchen zu komprimieren und umzulenken. Weil das vom Sonnenwind induzierte Mars-Magnetfeld kleiner und schwächer ist als ein echtes Dipol-Magnetfeld, zeigt sich dieses Phänomen in geringerer Höhe als bei der Erde: Es findet nicht weit oberhalb der Mars-Atmosphäre statt, sondern in der Ionosphäre, weniger als 200 Kilometer über der Planetenoberfläche.
„Physikalische Prozesse, die wir nicht kannten“
„Das macht es wirklich spannend, denn es enthüllt physikalische Prozesse, die wir bisher nicht kannten“, sagt Fowler. Für den Zwan-Wolf-Effekt ist demnach kein selbsterzeugtes Dipol-Magnetfeld nötig – es reicht auch ein vom Sonnenwind hervorgerufenes Teilmagnetfeld, das beim Mars vorübergehend auf der Tagseite entsteht. Diese Erkenntnis bedeutet, dass dieses Phänomen vielleicht auch bei anderen vermeintlich nichtmagnetisierten Planeten vorkommt.
Die Beobachtungen legen zudem nahe, dass der ionosphärische Zwan-Wolf-Effekt des Mars kein kurzlebiges Phänomen ist: „Wahrscheinlich ist er in der Mars-Ionosphäre sogar ständig aktiv, aber die meiste Zeit zu schwach, um von den typischen Plasma-Instrumenten nachgewiesen zu werden“, erklärt das Team.
Quelle: Christopher Fowler (West Virginia University, Morganstown, USA) et al., Nature Communications, 2026; doi: 10.1038/s41467-026-72251-9
