Die Faszination für Polarlichter, die am Himmel der Erde erscheinen, ist längst Teil des menschlichen Wissens und Staunens. Doch nun stellt die NASA eine galaktische Premiere vor: Zum ersten Mal wurden sichtbare Polarlichter auf dem Mars entdeckt. Diese Beobachtung gelang dem Perseverance Rover, der im Rahmen der Mars 2020 Mission auf der Oberfläche des Roten Planeten operiert. Die Entdeckung markiert einen Meilenstein in der Erforschung unseres Nachbarplaneten und verspricht neue Einblicke in die Wechselwirkungen zwischen Sonnenaktivität und Marsatmosphäre. Die Sichtbarkeit solcher Lichtphänomene auf einem anderen Planeten war lange theoretisch angenommen worden, doch der tatsächliche Nachweis in sichtbarem Licht war bisher nie gelungen.
Dies lag unter anderem an der andersartigen magnetischen Umgebung des Mars, die sich grundlegend von der der Erde unterscheidet. Während die Erde über ein starkes globales Magnetfeld verfügt, das die geladenen Teilchen der Sonne an die Pole leitet und dort die typischen Polarlichter erzeugt, fehlt dem Mars eine vergleichbare globale Magnetosphäre. Das führte bisher dazu, dass Wissenschaftler anzweifelten, ob Polarlichter auf dem Mars überhaupt in sichtbarem Licht auftreten können. Am 15. März 2024 ereignete sich ein besonders starkes Sonnenereignis, das eine erneute Gelegenheit zur Beobachtung bot.
Die Sonne hatte eine Solarflare und eine korrelierte koronale Massenauswurfaktivität (CME) produziert – eine gewaltige Explosion aus Gas und Magnetenergie, die energiereiche Teilchen aussondert. Diese Teilchen erreichten den Mars wenige Tage später und führten zu zahlreichen auroralen Erscheinungen am Nachthimmel des Planeten. Der Perseverance Rover konnte mithilfe seiner SuperCam-Spektrometer und Mastcam-Z-Kamera diese grünen Polarlichter in der Form eines am 557,7 Nanometer Wellenlängenbereich emittierenden Lichts festhalten. Das grüne Licht entsteht durch die Anregung von Sauerstoffatomen – ein vergleichbarer Mechanismus wie bei den bekannten Polarlichtern auf der Erde. Die wissenschaftliche Bedeutung dieser Entdeckung ist immens.
Zum einen bestätigt sie erstmals, dass die Interaktion zwischen Sonnenwinden und der Marsatmosphäre sichtbare Lichtphänomene erzeugen kann, obwohl der Rote Planet keine globale Magnetosphäre besitzt. Zum anderen eröffnet sie neue Forschungsfelder zur Untersuchung der Marsatmosphäre und ihrer Reaktionen auf kosmische Einflüsse. Die Daten helfen dabei, das Verständnis der planetaren Umgebungen zu versachlichen und ermöglichen es Wissenschaftlern, Modelle zur atmosphärischen Entwicklung besser zu verfeinern. Vor allem ist dies für die Vorbereitungen bemannter Marsmissionen von großer Bedeutung. Zukünftige Astronauten könnten diese spektakulären Lichter mit eigenen Augen sehen – ein solches Erlebnis wird nicht nur das wissenschaftliche Arbeiten, sondern auch die psychologische Situation von Marsbesuchern nachhaltig beeinflussen.
Bereits seit dem Jahr 2014 beobachtet die MAVEN-Mission (Mars Atmosphere and Volatile EvolutioN) des NASA Orbiters Polarlichter in ultraviolettem Licht. Dabei handelt es sich um sogenannte SEP-Auroras (Solar Energetic Particle Auroras), die durch energiereiche Sonnenteilchen ausgelöst werden und in der gesamten Nachtseite des Mars atmosphärisches Leuchten hervorrufen. Dies erfolgte jedoch bislang nur aus der Umlaufbahn heraus und nicht von der Oberfläche. Die visuelle Wahrnehmung von solchen Polarlichtern vom Boden aus wurde bisher für unmöglich gehalten oder zumindest als äußerst schwierig. Die erfolgreiche Koordination zwischen verschiedenen Forschungs- und Missionsgruppen war ausschlaggebend für den Erfolg der Beobachtung.
Die Teams der NASA’s Moon to Mars (M2M) Space Weather Analysis Office sowie des Community Coordinated Modeling Center (CCMC) am Goddard Space Flight Center in Maryland überwachten kontinuierlich die Sonnenaktivität und erzeugten Echtzeitmodelle der Sonnenstürme. Als das CME am 15. März 2024 die Marsbahn erreichte, wurde sofort eine Warnung an alle aktiven Marsmissionen ausgegeben. So konnten das MAVEN- und das Perseverance-Team optimal reagieren und ihre Geräte auf die zu erwartenden Ereignisse ausrichten. Das Timing war entscheidend, denn die Zeitfenster für die Sichtbarkeit der Polarlichter sind relativ kurz.
Christina Lee, Raumfahrtphysikerin und Mitglied des MAVEN-Teams an der University of California, Berkeley, spielte eine zentrale Rolle in dieser dynamischen Koordination. Ihre Aufgabe war es, die Schadens- und Einwirkungsprognosen der Sonnenpartikel auf die Marsatmosphäre zu analysieren und die entsprechenden Teams zu informieren. Die Fähigkeit, solche interplanetaren Weltraumwetteraktivitäten mit hoher Genauigkeit vorherzusagen, ist ein weiterer Fortschritt in der Weltraumforschung und schützt gleichzeitig die wissenschaftlichen Instrumente auf fernen Raumfahrzeugen. Die erfassten Polarlichter erscheinen fast einheitlich am gesamten Nachthimmel in einer emissionsempfindlichen Wellenlänge, was auf die Präsenz von solarenergetischen Teilchen hinweist. Unterstützende Daten von ESA’s Mars Express Mission bestätigten die Auslösung und Ausbreitung der Partikel, was die multidisziplinäre Zusammenarbeit zwischen NASA und europäischer Weltraumagentur zeigt.
Solche internationalen Kooperationen sind unerlässlich, um das komplexe Zusammenspiel von Sonnenaktivität, planetarer Atmosphäre und magnetischen Bedingungen umfassend zu verstehen. Der Ursprung der grünen Polarlichter auf dem Mars lässt sich klar auf die Anregung von Sauerstoff zurückführen. Während die Marsatmosphäre wesentlich dünner ist als die der Erde und vor allem aus Kohlendioxid besteht, enthält sie dennoch ausreichend Sauerstoffatome, die durch den Sonnenwind aktiviert werden können. Diese Anregung trägt zu einem sichtbaren Leuchten bei, das ähnlich wie auf der Erde auftritt – allerdings unter anderen physikalischen Bedingungen. Diese neue Möglichkeit der optischen Erdbeobachtung ergänzt die bisherigen Überwachungsinstrumente in Orbit und Raumfahrt, indem sie eine zusätzliche Perspektive vom Marsboden aus bietet.
Das verbessert nicht nur das Monitoring der planetaren Umwelt, sondern auch die Vorbereitung auf zukünftige Marsmissionen mit menschlicher Besatzung. Die Kenntnis über das Vorhandensein und die Häufigkeit solcher Polarlichter könnte für die Auswahl geeigneter Landeplätze und Objekte von Sicherheitsrelevanz sein. Auch für das Verständnis des Einflusses der Sonnenaktivität auf den Mars ist die Entdeckung von großer Bedeutung. Sonnenstürme und deren Teilchen können Atmosphäre und mögliche Strahlungsrisiken drastisch verändern, weswegen solches Wissen eine Schlüsselrolle beim Schutz künftiger Astronauten spielen wird. Neben den wissenschaftlichen Erkenntnissen bieten die Auroraerscheinungen zudem eine unerwartete und atemberaubende Schönheit, die das menschliche Interesse an der Erkundung des Weltraums weiter anfachen kann.
In der Zukunft könnten weitere Aufnahmen von sichtbaren Polarlichtern die Vergleichsdaten bereichern und helfen, detailliertere Modelle der Marsatmosphäre zu entwickeln. Auch die Vorbereitung von bemannten Missionen lässt sich mit solchen Informationen verbessern, da sie individuell auf die Folgen von Weltraumwetter reagieren können. Die robuste Kommunikation zwischen den verschiedenen Forschungsgruppen, der Einsatz modernster technischer Mittel und die kontinuierliche Überwachung der Sonnenaktivität sind für den weiteren Erfolg dieser Studien unerlässlich. Die beeindruckenden Bilder, die der Perseverance Rover aufgenommen hat, sind nicht nur wissenschaftlich wertvoll, sondern auch ein Symbol für die internationale Zusammenarbeit im Weltraum und den Fortschritt der Erforschung des unbekannten Kosmos. Die Sichtbarkeit von Polarlichtern auf dem Mars ermöglicht es letztlich, die Weltraumwelt auf eine mit der Erde vergleichbare Weise zu erleben, und ebnet den Weg für ein tieferes Verständnis unseres Nachbarplaneten und seiner Besonderheiten.
Diese Entdeckung zeigt klar, wie wichtig die Kombination von Boden- und Orbitalbeobachtungen ist und wie moderne Technologie es ermöglicht, neue Phänomene im Universum zu dokumentieren. Auroraerscheinungen sind nicht nur ein atmosphärisches Schauspiel, sondern auch ein Fenster in die dynamischen Wechselwirkungen zwischen Sonnenaktivität und Planetensystemen. Marsfans, Wissenschaftler und zukünftige Entdecker dürfen sich auf viele spannende neue Erkenntnisse aus der Erforschung des Roten Planeten freuen.
