Erdatmosphäre reicht bis zum Mond

Überraschende Entdeckung: Die Atmosphäre der Erde reicht viel weiter ins All hinaus als angenommen – sie erstreckt sich 50 Erddurchmesser weit ins All hinaus, wie Forscher herausgefunden haben. Damit reicht diese Geokorona bis zum Mond und noch weit darüber hinaus. Allerdings ist dieser Gasschleier extrem dünn: Er enthält am Mond nur noch 0,2 Wasserstoffatome pro Kubikzentimeter, wie die Wissenschaftler berichten.

Unsere Erdatmosphäre ist nicht nur eine lebenswichtige Hülle für alles Leben auf unserem Planeten, sie ist auch ein komplexes, vielschichtiges System: Sie verliert Gase ans Weltall, ihre Dichte nimmt mit zunehmender Höhe ab und auch die Zusammensetzung verändert sich. So kommt in der Exosphäre, der in 400 bis 1.000 Kilometern Höhe beginnenden äußersten Schicht, nur noch das leichteste Gas Wasserstoff vor. Wie weit diese Exosphäre allerdings reicht, war bisher offen.

Blick von außen auf die Geokorona

Eine überraschende Antwort haben nun Igor Baliukin vom russischen Weltraumforschungszentrum in Moskau und sein Team gefunden. Für ihre Studie hatten sie Daten des Weltraumobservatoriums „Solar and Heliospheric Observatory“ (SOHO) aus den 1990er Jahren noch einmal neu analysiert. Der Satellit kreist am Lagrangepunkt 1, 1,5 Millionen Kilometer von der Erde entfernt in Richtung Sonne.

Aufnahme der irdischen Geokorona von Astronauten der Apollo-16-Mission. © NASA

Das Spannende daran: Auf dieser fernen Warte ist SOHO in der idealen Position, um die Exosphäre zu kartieren. Denn der dünne Wasserstoffschleier, auch Geokorona genannt, streut das UV-Licht auf spezifische Weise und erzeugt so einen charakteristischen spektralen Fingerabdruck. Dieses sogenannte Lyman-Alpha-Licht ist nur vom Weltraum aus sichtbar, weil die innere Erdatmosphäre diese Strahlung herausfiltert.

Schon die Astronauten der Mondmission Apollo 16 hatten das UV-Leuchten der Geokorona mit einer speziellen Kamera aufgenommen. „Zu diesem Zeitpunkt ahnten sie aber noch nicht, dass sie auf der lunaren Oberfläche sogar in diesen Schleier eingebettet sind“, sagt Baliukins Kollege Jean-Loup Bertaux.

Gasschleier reicht über den Mond hinaus

Denn jetzt enthüllt die Neuauswertung der SOHO-Daten: Die Geokorona reicht 630.000 Kilometer weit ins All hinaus – das entspricht etwa 50 Erddurchmessern. „Das ist eine beispiellose Distanz – und sie umfasst den gesamten Orbit des Mondes“, sagen die Forscher. Die dünne Exosphäre der Erde umhüllt demnach – unsichtbar und kaum messbar – sogar den Erdtrabanten und seine Oberfläche. „Der Mond fliegt damit im Prinzip durch die Atmosphäre der Erde“, sagt Baliukin.

Intensität der von der Geokorona abgestrahlten UV-Emission (rot viel, blau wenig). © ESA/NASA, SOHO/SWAN, I. Baliukin et al (2019)

Allerdings: Der Wasserstoffschleier unseres Planeten ist in dieser Entfernung extrem dünn. Bereits in 60.000 Kilometer Höhe finden sich nur noch rund 70 Atome pro Kubikzentimeter, wie die Forscher ermittelten. Auf Höhe des Mondes sinkt die Dichte auf nur noch 0,2 Atome pro Kubikzentimeter. „Auf der Erde würde das schon als Vakuum durchgehen“, erklärt Baliukin. „Insofern ist es nicht genug, um die Erkundung des Mondes zu beeinflussen.“

Wichtig für künftige Mondteleskope

Für künftige Mondastronauten bedeutet die Präsenz des extrem dünnen Wasserstoffschleiers demnach keinen großen Unterschied. Anders könnte dies aber für ein auf dem Mond installiertes Teleskop sein – beispielsweise auf der Mondrückseite oder auch im Mondorbit. „Teleskope, die den Himmel in ultravioletten Wellenlängen durchmustern, um die chemische Zusammensetzung von Sternen und Galaxien zu ermitteln, müssten die Geokorona künftig berücksichtigen“, erklärt Bertaux.

Spannend könnten die neuen Erkenntnisse auch für die Erforschung extrasolarer Planeten sein. Denn bei ihnen reicht die Exosphäre möglicherweise ebenfalls weiter hinaus als landläufig angenommen. „Das ist besonders interessant wenn man nach Planeten mit potenziellen Wasservorkommen jenseits unseres Sonnensystems sucht“, sagt Bertaux. (Journal of Geophysical Research: Space Physics, 2019; doi: 10.1029/2018JA026136)

Quelle: ESA