Das Stiefkind der Planetologie

Staubstürme auf dem Mars, Flecken auf Jupiter, Gletscher auf Pluto – Sie fragen sich vielleicht: Wie sieht es eigentlich diesseits der Erdumlaufbahn, in Richtung Sonne, aus? Dort liegen Venus (die einiges an Wetter zu bieten hat) und Merkur, der kleinste, schnellste und sonnennächste Planet unseres Sonnensystems. Wie jeder Planet hat auch der Merkur eine Atmosphäre, auch wenn das in seinem Fall lange bezweifelt wurde.

Und daran zu zweifeln, ist nur vernünftig: Schon der kleine Mars kämpft mit geringer Gravitation und ohne Magnetfeld schwer gegen Sonnenwinde, die stetig an seiner atmosphärischen Hülle nagen, und Merkur ist mit einem Durchmesser von nur knapp 4880 Kilometern noch kleiner und obendrein sehr viel näher am gefährlichen Sonnenwind. Wie könnte es da eine Atmosphäre geben?

Dazu kommen wir gleich – erst machen wir einen kleinen Ausflug in die irdische Atmosphäre. Unsere lebensspendende Lufthülle wird nach verschiedenen Eigenschaften in Schichten unterteilt: Am nächsten an der Oberfläche befindet sich die Troposphäre, hier spielt sich unser alltägliches Wettergeschehen ab. Nach einer schmalen Übergangsschicht, der Tropopause, liegt darüber in zehn bis fünfzehn Kilometern Höhe die Stratosphäre. Das ist die Gegend, in der normale Linienflugzeuge fliegen. Manchmal kann man in dieser Höhe die wunderschön leuchtenden Nachtwolken beobachten, und auch die berühmte Ozonschicht befindet sich dort. Der Luftdruck beträgt hier nur noch ein Zehntel des Bodendrucks, das heißt man würde nach wenigen Minuten das Bewusstsein verlieren und an Sauerstoffunterversorgung sterben – deswegen sollte man aus fliegenden Flugzeugen grundsätzlich nicht aussteigen.

Wenn wir nun noch weiter nach oben schauen, schließt sich die Mesosphäre an, eine weitere Übergangsschicht, und schließlich folgen Thermosphäre und Exosphäre, die zusammen auch Ionosphäre genannt werden. Hier wird es physikalisch gesehen wirklich spannend: In der Thermosphäre herrschen Temperaturen von um die 1000 Grad Celsius.

Ja, ganz richtig gelesen! Natürlich würde ein Ottonormalthermometer dort oben sofort weit unter null Grad Celsius fallen und dann vermutlich vor Kälte zerspringen; die Luft in der Thermosphäre ist so dünn, dass es keinen nennenswerten Wärmetransport mehr gibt (denn Wärme wird über Teilchenbewegung übertragen), es fühlt sich also gelinde gesagt sch…ön kalt an. Die Teilchen selbst aber fetzen mit so irren Geschwindigkeiten durch die Thermosphäre, dass ihre Temperatur energetisch gesehen locker vierstellige Werte erreicht. Übrigens: Hier kreist auch die ISS in 400 Kilometern Höhe um die Erde – genau genommen befindet sie sich also noch innerhalb unserer Atmosphäre.

Der Übergang von der Thermosphäre zur Exosphäre ist fließend und nicht klar definiert, aber der Unterschied ist gravierend: In der Exosphäre haben Teilchen so viel Energie, und Erdanziehungskraft sowie die Chance, mit anderen Teilchen zu kollidieren, sind so gering, dass sie die Atmosphäre verlassen und sich in den interplanetaren Raum verdünnisieren können.

Und was hat das jetzt mit dem Merkur zu tun? Ganz einfach: Auch der Merkur hat eine Exosphäre, und genau genommen ist das so ziemlich alles, was er an Atmosphäre besitzt. Sein Gravitationsfeld ist so schwach, dass er ins All entfliehenden Teilchen kaum etwas entgegenzusetzen hat, und sein Bodendruck hat so viele Nullen hinter dem Komma, dass ich ihn hier gar nicht erwähnen will. Somit ist er offiziell der Planet mit der dünnsten Atmosphäre unseres Sonnensystems. Die NASA-Missionen Mariner 10 und Messenger stellten allerdings fest, dass sich diese Atmosphäre aus sehr interessanten Elementen zusammensetzt: Unter anderem finden wir dort atomaren Wasserstoff (das ist spannend, denn Wasserstoff liegt normalerweise als Molekül H₂ vor, weil seine atomare Form sehr reaktionsfreudig ist) und Helium (höchstwahrscheinlich direkt von der Sonne), atomaren Sauerstoff und diverse Edelgase, aber auch Natrium, Kalium und Magnesium und verschiedene andere Spurenstoffe, die vermutlich von Kometen und aus der Kruste des Planeten stammen. Auch in unserer Atmosphäre haben wir Spurenstoffe, die aus der Erdkruste stammen, zum Beispiel Schwefelverbindungen aus Vulkanen, aber Stoffe wie Natrium und Magnesium sind bei unseren Temperatur- und Druckverhältnissen Feststoffe.

Und noch etwas ist interessant: Der konstante Druck des Sonnenwinds „bläst“ einige Teilchen geradezu von Merkur weg, sodass sich in seinem „Windschatten“ ein Schweif aus Natrium bildet – ganz wie bei einem Kometen, nur nicht so deutlich sichtbar. Dass der Merkur trotz der Sonnenwinde seine Atmosphäre überhaupt behalten kann, liegt vor allem an seinem Magnetfeld, das einen Teil der Sonnenstrahlen ablenkt. Außerdem sorgen Vulkane auf seiner Oberfläche für einen konstanten Nachschub am Gas.

Wärme wird, wie gesagt, über Teilchen verbreitet. Verschiedene Materialien leiten Wärme verschieden gut (Luft ist übrigens ein ziemlich mieser Wärmeleiter), und ohne Teilchen kein Wärmetransport. Das bedeutet, dass Temperaturunterschiede auf dem Merkur kaum ausgeglichen werden können. Merkurs Tagseite ist mit knapp 450 Grad Celsius der reinste Schmelzofen, während seine Nachtseite mit unter -150 Grad jeden Kühlschrank in den Schatten stellt. Aber weil ihm eine richtige Atmosphäre fehlt, die die Sonnenwärme halten oder durch Treibhausgase sogar noch verstärken könnte, geht der Preis für den heißesten Planeten an die Venus – obwohl sie viel weiter von der Sonne entfernt ist als der Merkur.

Nur weil er klein ist und nicht so eine schicke, vielschichtige Atmosphäre wie die Erde hat, ist Merkur also keineswegs langweilig. Das wissen auch die Europäische Raumfahrtbehörde ESA und ihre Kollegen aus Japan bei der JAXA, denn sie haben für 2017 die gemeinsame Mission BepiColombo zum Merkur geplant, während der zwei Satelliten den Winzling neben der Sonne genau unter die Lupe nehmen werden. Unter anderem erhoffen sie sich, mehr Informationen über die Entstehung von Planeten so nah an einem Stern zu erhalten, aber auch die genaue Zusammensetzung und Dynamik der Exosphäre stehen auf dem Programm. Denn es gibt noch so viel, das wir über das Merkur-Wetter nicht wissen.
 

Judith Homann hat einen Master in Meteorologie von der Universität Innsbruck und interessiert sich insbesondere für extraterrestrische Wetteraktivitäten. Alle ihre Kolumnen finden Sie hier.