Ein Regen von Elektronen verursacht die X-ray-Auroras von Merkur.

Die Aurora von Mercury ist ganz charakteristisch. Während die gemäßigte Erde über ihren Polen himmlische Lichtshows bekommt, erhält das höllische Mercury unsichtbare Bänder von Röntgenstrahlung, die an seiner von der Sonne verbrannten Oberfläche haften bleiben.

Aber so fremdartig sie auch erscheinen mögen, Mercurys Röntgen-Auroras haben viel mit den Polarlichtern der Erde und mit Auroraerscheinungen im gesamten Sonnensystem gemein.

Wissenschaftler haben nun direkt gezeigt, dass Schwankungen im Magnetfeld von Mercury Elektronen zum Planeten schleudern können, wo sie schließlich abregnen und Auroras aus Röntgenlicht verursachen. Dieser Prozess, als Elektronenniederschlag bezeichnet, scheint nun praktisch im gesamten Sonnensystem universell zu sein: Forscher berichten am 18. Juli in Nature Communications, dass er auf jedem Planeten mit einem globalen Magnetfeld Auroras verursacht, mit Ausnahme von Neptun. Sogar der Mars, der nur lokaliserte Magnetfelder hat, hat Auroras, die durch herabregnete Elektronen verursacht werden (SN: 19.3.15).

Für Mercury ist "dies das erste Mal, dass man diese Elektronen direkt nachweisen konnte", sagt der Weltraumplasmaphysiker Sae Aizawa von der Universität Pisa in Italien.

Der Elektronenniederschlag tritt normalerweise aufgrund von Wechselwirkungen zwischen den Magnetfeldern der Planeten und dem Sonnenwind auf – einem Strom geladener Partikel, der aus der oberen Atmosphäre der Sonne ausgestoßen wird.

Gebuffert vom Sonnenwind wird die sonnenzugewandte Seite des Magnetfelds eines Planeten zusammengedrückt, während die Nachtseite in einen langen "Magnetoschweif" gekehrt wird, der sich hinter dem Planeten erstreckt. Schließlich dehnt sich der Magnetoschweif so weit aus, dass seine zuvor größtenteils parallelen Magnetfeldlinien brechen und sich neu verbinden, wodurch einige Feldlinien hinter den Planeten geschleudert werden und andere zu ihm zurückfliegen.

"Die Magnetfeldlinien brechen und bilden neue", sagt der Weltraumphysiker Ryan Dewey von der University of Michigan in Ann Arbor, der an der Studie nicht beteiligt war. "Und dabei wird eine Menge Energie freigesetzt."

All diese Energie schickt Elektronenpakete planetenwärts, die sich entlang der Magnetfeldlinien in korkenzieherartigen Bahnen spiralig bewegen. Wenn diese Elektronen auf den Planeten oder seine Atmosphäre treffen, setzen sie Lichtenergie frei.

Die Wellenlänge des Lichts hängt davon ab, auf was die Elektronen treffen, während sie abregnen. Die Aurora der Erde leuchtet in sichtbaren Wellenlängen, weil eintreffende Elektronen Moleküle ungeladener Gase in der Atmosphäre, wie Sauerstoff und Stickstoff, anregen, die sichtbares Licht abgeben, wenn sie wieder in ihren normalen Zustand zurückkehren. Die Aurora von Mercury leuchtet in Röntgenwellenlängen, da Elektronen abbremsen, wenn sie auf die felsige Oberfläche des Planeten prallen. Die verlorene Energie wird als Röntgenstrahlung freigesetzt.

Forscher entdeckten die Merkur-Röntgenaurora erstmals in den von der Raumsonde MESSENGER übermittelten Daten, die von 2011 bis 2015 Merkur umrundete (SN: 30.4.15). Aber während Wissenschaftler vermuteten, dass Elektronen auf Mercury regnen müssen, um sein Röntgenleuchten zu verursachen, hatte MESSENGER nicht die richtigen Instrumente, um die niederprasselnden Teilchen zu messen.

Die Raumsonde BepiColombo der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) hat dies. Bei der Analyse von Daten des Vorbeiflugs von BepiColombo an Mercury im Jahr 2021 entdeckten Aizawa und ihre Kollegen charakteristische Anzeichen des Prozesses.

Ein Hinweis war, dass BepiColombo, als es durch die Magnetosphäre von Mercury flog, Schübe von schnell beweglichen, hochenergetischen Elektronen beobachtete, gefolgt von mehreren aufeinanderfolgenden Wellen von zunehmend langsameren, niederenergetischen Elektronen. "Dies entspricht genau dem, was wir als eine präzipitierende Signatur bezeichnen würden", sagt Aizawa, die die Arbeit am Institut für Astrophysik und Planetologie in Toulouse, Frankreich, durchgeführt hat.

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Für Dewey ist die neue Entdeckung ein verlockender Vorgeschmack auf die Erkenntnisse, die auf Mercury gemacht werden können, sobald BepiColombo im Jahr 2025 in eine Umlaufbahn einschwenkt. Bis dahin wird es ein Jahrzehnt her sein, dass Wissenschaftler das letzte Mal eine Sonde hatten, die kontinuierlich um Mercury kreist.

"Für mich ist es sehr aufregend zu sehen, wie viel wir sogar nur bei einem kurzen Durchgang durch die Magnetosphäre lernen können", sagt er. "Es ist ein Blick."

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