Ist Mars der Urheber des Zodiakallichts?

Zufallsfund torpediert Theorie: Bisher galt der Staub von Asteroiden und Kometen als Urheber des über dem Horizont schimmernden Zodiakallichts. Doch Daten der NASA-Raumsonde Juno zeichnen nun ein ganz anderes Bild. Demnach scheint der interplanetare Staub nicht aus dem Asteroidengürtel, sondern vom Mars zu stammen – in seinem Orbit registrierte die Sonde am meisten Partikel. Wie dieser Staub allerdings von der Marsoberfläche ins All gelangt, ist bislang ein Rätsel.

In der Morgen- und Abenddämmerung kann man an dunklen Standorten ein subtiles Leuchten am Himmel beobachten: einen hellen Kegel aus Licht, der meist senkrecht oder leicht schräg über dem Horizont steht. Dieses Zodiakallicht erstreckt sich entlang der Ekliptik, der Ebene, auf der die Planeten die Sonne umkreisen. Obwohl dieses Phänomen schon vor mehr als tausend Jahren beobachtet und beschrieben wurde, ist sein Ursprung heute noch strittig.

Gängiger Theorie nach entsteht das Zodiakallicht, weil das Licht der unter dem Horizont stehenden Sonne von winzigen Staubkörnchen gestreut wird. Dieser Staub schwebt jedoch nicht in der Erdatmosphäre, sondern im Weltraum – er ist als interplanetarer Staub im inneren Sonnensystem verteilt. Bislang gingen Wissenschaftler davon aus, dass Asteroiden und Kometen diesen Staub bei ihren Passagen durch das innere Sonnensystem hinterlassen.

Mysteriöse Partikelspuren

Doch dem widersprechen nun Daten, die die NASA-Raumsonde Juno auf ihrem Weg zum Planeten Jupiter gesammelt hat – durch Zufall. Denn eine der vier Navigationskameras der Sonde war so eingestellt, dass sie automatisch alle Aufnahmen speichert, auf denen unidentifizierte, in mehreren Bilder hintereinander auftretende Objekte zu sehen sind. Dadurch hofften Astronomen, noch unentdeckte Asteroiden aufzuspüren.

Statt der Asteroiden detektierte die Kamera aber etwas vollkommen Unerwartetes: tausende von winzigen Partikeln, die durch das Bild rasten. „Die Aufnahmen sahen aus, als wenn jemand ein staubiges Tischtuch am Fenster ausschüttelt“, berichtet Jørgensen. „Irgendetwas stimmte da nicht.“ Zunächst befürchtete das Team, dass ein Treibstofftank der Sonde beschädigt war und nun Wolken von Gas und gefrorenen Tröpfchen ins All entwichen.

Eine nähere Analyse der Aufnahmen gab jedoch Entwarnung: Es handelte sich nicht um Treibstoff, sondern um winzige Partikel, die bei Kollisionen mit interplanetarem Staub aus den Solarsegeln der Raumsonde herausgeschlagen wurden. „Jedes Teilchen verrät den Einschlag eines interplanetaren Staubpartikels und erlaubt uns so, dessen Verteilung entlang von Junos Flugbahn zu kartieren“, erklärt Koautor Jack Connerney vom Goddard Space Flight Center der NASA.

Staubansammlung rund um die Marsbahn

Die Kartierung enthüllte Überraschendes: Anders als erwartet nahm die Staubdichte vor und im Asteroidengürtel nicht zu, sondern ab. „Das spricht dafür, dass die Objekte im Asteroidengürtel größtenteils als Staubsenke agieren, nicht als Quelle interplanetaren Staubes“, so die Forscher. Und auch außerhalb dieses Rings aus kreisenden Brocken war die Staubdichte auffallend gering.

Stattdessen registrierte die Juno-Sonde die meisten Staubeinschläge in den Flugphasen, in denen sie die Marsbahn passierte. „In dieser Zeit schlugen rund 200 Staubteilchen pro Tag auf den Solarsegeln der Raumsonde ein“, berichten die Forscher. Das Merkwürdige daran: Normalerweise schlucken Planeten bei ihrem Umlauf um die Sonne alle kleineren Partikel, die sich auf ihrer Bahn befinden. Bei der Erde ist dies offenbar auch so: Juno detektierte bei ihren Passagen der Erdbahn deutlich weniger Staubeinschläge. Beim Mars dagegen stieg die Dichte des Staubs sogar an.

Wie kommt der Staub vom Mars ins All?

Nach Ansicht der Forscher deutet dies auf den Mars als Quelle des interplanaren Staubes hin – und damit auch als Urheber des Zodiakallichts. „Die Staubpopulation, die wir nahe der Ekliptik messen, passt zu den orbitalen Parametern des Mars“, konstatieren Jørgensen und seine Kollegen. „Es ist daher nur logisch, ihn als Staubquelle anzusehen.“ Dazu würde passen, dass es auf dem Roten Planet reichlich Staub und starke Staubstürme gibt. Einige dieser Stürme können Staubteilchen sogar bis in extreme Höhen schleudern.

Rätselhaft ist allerdings, wie es diesen Partikeln gelingt, der Schwerkraft des Planeten entkommen. „Für eine solche ‚Flucht‘ vom Mars müsste die Fluchtgeschwindigkeit von mehr als fünf Kilometern pro Sekunde überschritten werden – bisher ist aber kein Mechanismus bekannt, der dies erlaubt“, erklären die Wissenschaftler. Alternativ könnte der Staub von den Marsmonden Phobos und Daimos stammen. Aber diese könnten die großen Mengen an interplanetarem Staub nicht erzeugen.

Demnach gibt es zwar starke Indizien dafür, dass der interplanetare Staub aus dem Marsumfeld statt von Asteroiden stammt. Wie die Partikel aber ins All gelangen und wo genau ihre Quelle liegt, bleibt aber vorerst ein Mysterium. (Journal of Geophysical Research: Planets, 2021; doi: 10.1029/2020JE006509)

Quelle: NASA Jet Propulsion Laboratory