Kartierung der Wechselwirkung der Sonne mit der Merkuroberfläche

Eine neue Studie kartiert den Einfall von Protonen und Elektronen aus dem Sonnenwind an den geografischen Standort auf der Oberfläche des Merkur und gibt Wissenschaftlern neue Erkenntnisse darüber, wie Wechselwirkungen mit der Sonne die Oberfläche verändern und die sehr dünne Atmosphäre des Merkur erzeugen.

„Studien, die den Einfall von Protonen und Elektronen aus dem Sonnenwind untersucht haben, kartieren den Einfall auf die Oberfläche typischerweise anhand der Tageszeit (Morgendämmerung, Mittag, Abenddämmerung) und nicht anhand des geografischen Standorts (Längengrad)“, sagte er Elizabeth A. Jensen, leitende Wissenschaftlerin am Planetary Science Institute, Mitautorin des Artikels „Maps of Solar Wind Plasma Precipitation on Mercury’s Surface: A Geographical Perspective“, der in erscheint Das Planetary Science Journal.

„Dies ist eine der ersten Arbeiten, die sich eingehend damit befasst, wie die geladenen Teilchen des Sonnenwinds auf die Oberfläche des Merkur wirken, abhängig von der Position auf der Oberfläche und der Energie der einfallenden Protonen und Elektronen. Dies ist wichtig für Wissenschaftler.“ die die Eigenschaften der Oberfläche untersuchen.“

„Wir versuchen zu verstehen, wo die Protonen und Elektronen auf die Oberfläche treffen und bauen dabei physikalische Effekte auf den Regolith und die Atmosphäre auf. In früheren Karten zeigen sie, wie viele Protonen und Elektronen zu einer bestimmten Tageszeit auf die Oberfläche treffen.“ Beispielsweise dämmert es überall auf der Oberfläche. Man könnte also annehmen, dass die Menge an Protonen und Elektronen, die auf die Oberfläche treffen, überall gleich sein sollte.“

„Allerdings hat Merkur diese wirklich seltsame Umlaufbahn- und Rotationseigenschaft. Immer wenn Merkur die Sonne zweimal umkreist, dreht er sich dreimal um seine Achse. Wir nennen das eine 3-zu-2-Spin-Bahn-Resonanz. Der Merkurtag dauert also einen Etwas weniger als ein Merkurjahr. Darüber hinaus verbringt Merkur mehr Zeit damit, dass einige Längengrade der Sonne zugewandt sind als andere. Außerdem ist die Umlaufbahn elliptisch und nicht kreisförmig, sodass die Menge an Material aus dem Sonnenwind im Durchschnitt je nach Jahr unterschiedlich ist davon, wo in der Umlaufbahn es sich befindet“, sagte Jensen.

„Um den Einfall dieser Teilchen zu kartieren, müssen nicht nur die Spin-Bahn-Resonanz und die Position innerhalb der elliptischen Umlaufbahn berücksichtigt werden, sondern auch die Wechselwirkungen des Sonnenwinds mit dem Magnetfeld des Merkur“, sagte Jensen. „Es ist ein kompliziertes System mit vielen beweglichen Teilen. Um die Tageszeitkarten in geografische Karten umzuwandeln, wurden die Modellierungsergebnisse, die den Einfall von Protonen und Elektronen aus dem Sonnenwind durch das Magnetfeld von Merkur beschreiben, über die Zeitspanne integriert, die äquivalent ist ein ganzer Merkurtag, der etwa zwei volle Umlaufbahnen des Merkur um die Sonne dauert.“

Deborah Domingue vom PSI ist außerdem Co-Autorin des von Federico Lavorenti vom Laboratoire Lagrange des Observatoire de la Côte d’Azur an der Université Côte d’Azur in Nizza, Frankreich, und dem Dipartimento di Fisica „E. Fermi“ geleiteten Papiers “ an der Università di Pisa in Pisa, Italien. Lavorenti ist Experte für die Modellierung der Wechselwirkungen des Sonnenwinds mit Magnetfeldern und Domingue hat Wechselwirkungen zwischen Planetenoberflächen und dem Sonnenwind untersucht.

„Bedeutet das, dass Sonnenwinde den Regolith auf der Oberfläche von Merkur verändern? Ja, der Sonnenwind verändert die Oberfläche. Es ist die Wechselwirkung des Sonnenwinds, die dabei hilft, die Exosphäre zu erzeugen, die eine sehr dünne Atmosphäre ist, und der Weltraum verwittert Mineralien, aus denen die Oberfläche besteht“, sagte Domingue. „Dieses Papier konzentriert sich nicht auf die Entstehung der Exosphäre oder die Weltraumverwitterung der Oberfläche, sondern liefert die Informationen über die Variation des Strahlungsflusses über die Oberfläche, die für diejenigen benötigt werden, die diese Phänomene untersuchen.“

Im Gegensatz zum Merkur ist die Erdatmosphäre zu dick, als dass Protonen und Ionen des Sonnenwinds im Allgemeinen die Oberfläche erreichen könnten. Darüber hinaus lässt das Erdmagnetfeld nur die Polarregionen für den Einfall offen. Dies erzeugt die Aurora Borealis in der Nähe des Nordpols, die Aurora Australis in der Nähe des Südens sowie den Polarregen und andere Effekte.