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Es gibt die Erde, und es gibt den Mond. Die Erde hat eine Atmosphäre, der Mond hat keine. Sie haben also nichts miteinander zu tun haben - außer, dass der eine um die andere kreist. Ganz so ist es wohl doch nicht: Ein internationales Team von Weltraumwissenschaftlern hat herausgefunden, dass die Atmosphäre der Erde sich viel weiter ins All ausdehnt, als bislang vermutet. Sie soll sogar noch den Mond mit einschließen.

von Guido Meyer

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April 1972: John Young ist Commander von Apollo 16 - der vorletzten Reise Amerikas zum Mond. Zum ersten Mal haben Wissenschaftler Apollo-Astronauten ein Teleskop mitgegeben. John Young macht reichlich davon Gebrauch, während er auf dem Mond steht. Es entstehen die ersten Fotos, die von der Oberfläche eines anderen Himmelskörpers aus geschossen werden. John Young fotografiert weit entfernte Sterne, Gas- und Staubnebel in den Tiefen des Alls, aber er schießt auch ein Foto der Erde - nicht im sichtbaren Licht, sondern im Ultraviolettbereich. Auf dem Bild erstrahlt die Erde in hellem Glanz, umhüllt von einer Art Heiligenschein.

Das ist also so eine ausgedünnte Hülle von hauptsächlich Wasserstoffatomen. Und wie weit die reicht, war eigentlich nicht wirklich bekannt.

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Bernhard Fleck ESA

Bernhard Fleck ist Sonnenphysiker bei der europäischen Weltraumagentur ESA. Er sagt: "Es gibt eigentlich nicht wirklich einen Rand der Atmosphäre. Was man schon länger wusste ist, dass die Atmosphäre der Erde sich viel weiter ausdehnt als nur die drei-, vierhundert Kilometer." Denn genau das zeigten die Aufnahmen vom Mond aus den 1970er-Jahren: Die Erdatmosphäre zieht sich. Was aber John Young und seine Kollegen von Apollo 16 damals nicht wussten: Auch auf dem Mond befanden sie sich selbst noch innerhalb der irdischen Atmosphäre.

The astronauts, when they were on the moon, they were in fact inside the atmosphere of the Earth, without knowing it of course.

Jean-Loup Bertaux Forschungslabor LATMOS der Universität von Versailles

Die Astronauten hätten nicht nur auf die im Ultraviolett hell leuchtende, ausgedehnte Erdatmosphäre geblickt, sondern seien selbst von ihr eingehüllt gewesen, ohne es zu merken, sagt Jean-Loup Bertaux vom Forschungslabor LATMOS der Universität von Versailles.

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Geokorona: Der lange Arm der Erde

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MDR AKTUELL Mo 04.03.2019 12:32Uhr 05:03 min

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Woher er das weiß? Der Planetologe war Chefwissenschaftler eines Experiments an Bord der europäisch-amerikanischen Raumsonde SOHO. Sie untersucht seit 1995 die Sonne. Schon Ende der 1990er-Jahre hat sie die Daten zur ausgedehnten irdischen Atmosphäre eingefangen - nur hatte sie bis vor kurzem niemand ausgewertet. Das sei wohl auch zum Teil seine Schuld gewesen, sagt Bertaux. Die irdische Atmosphäre zu untersuchen, sei nicht Hauptaufgabe der Sonnensonde gewesen. "Also hatten wir diesen Daten lange keine Bedeutung beigemessen."

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Die Größenverhältnisse in unserem Sonnensystem

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Die Größenverhältnisse in unserem Sonnensystem

Wenn die Erde so groß wäre, wie ein Fußball, dann wäre der Durchmesser des Jupiters so breit, wie ein Fußballtor hoch ist. Wie groß abwer wäre die Sonne? Antworten in unserem Film.

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Ende der 1990er-Jahre hatte sich SOHO dreimal umgedreht, weg von der Sonne, und zurückgeschaut. Und dann - mit Erde und Mond im Blickfeld - entstanden die Messungen, die belegen: Ja, der Mond wird von der irdischen Atmosphäre eingehüllt - zwar nicht vom Sauerstoff und nicht vom Stickstoff, wie wir unten auf dem Boden, sondern von einzelnen Wasserstoff- und Heliumatomen. Wissenschaftler nennen diesen alleräußersten Bereich der Atmosphäre Geokorona. Bernhard Fleck ist ebenfalls am SOHO-Projekt beteiligt.

Wir sehen's bis zum Mond oder sogar über die Distanz des Mondes können wir tatsächlich noch ein Signal dieser Geokorona messen. Mit einem noch empfindlicheren Gerät glaube ich, würde diese Geokorona noch viel weiter reichen.

Bernhard Fleck ESA
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Aber welche Kraft sorgt dafür, dass sich einzelne Atome der Erdatmosphäre so weit in den Weltraum ausdehnen können? Es ist die Geschwindigkeit der einzelnen Teilchen, die es ihnen ermöglicht, sich aus dem Schwerefeld der Erde zu lösen. Die dichteren Schichten der Atmosphäre reichen in eine Höhe von rund 400 Kilometern. Das ist in etwa die Umlaufbahn der Internationalen Raumstation. Dann beginnt die Geokorona.

Die Geokorona reicht bis zum Mond. Bildrechte: imago/Ikon Images

"Der untere Rand dieser Geokorona, liegt ungefähr bei 500 Kilometern", sagt Fleck. "Und das ist die Höhe, in der die Atmosphäre so dünn wird, dass Stöße zwischen Atomen sehr selten sind." Ein Wasserstoffatom, das sehr schnell sei, das treffe dann nicht mehr auf ein anderes Teilchen, das es ablenkt und zurückstreut, sondern es könne dann tatsächlich auf einmal die Erde verlassen. Je weiter nach oben es also geht, desto dünner wird die Atmosphäre, desto weniger Teilchen tummeln sich in ihr, desto seltener kollidieren sie miteinander - und desto leichter können sie sich auf Nimmerwiedersehen ins All davonmachen.

Wasserstoffatome verhalten sich wie Raketen, erklärt Bertaux. Wenn sie sich mit Geschwindigkeiten von mehr als elf Kilometern pro Sekunde bewegten, erreichten sie die Fluchtgeschwindigkeit. Dann können sie sich komplett aus dem Anziehungsbereich der Erde lösen, so der Wissenschaftler. Also ganz so wie eine Rakete. So sollen sie dazu beitragen, dass sich die Erdatmosphäre auf mehr als 600.000 Kilometer ausdehnt. Das ist zweimal so weit wie der Mond entfernt ist.

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Die Nasa-Sonde Osiris-Rex machte dieses Foto, auf dem zum ersten Mal die Erde und der Mond gemeinsam zu sehen sind. Bildrechte: NASA

Allerdings ist die Erdatmosphäre dort draußen extrem ausgedünnt. In der Nähe des Mondes kommt gerade einmal ein Wasserstoffatom auf fünf Kubikzentimeter leeren Weltraum. "Es ist also nicht so, dass wir dadurch noch eine wirkliche, dichte Atmosphäre haben", sagt Fleck. Und auch umgekehrt wird sich das Verschwinden von Wasserstoffatomen aus der oberen Erdatmosphäre nicht weiter bemerkbar machen - zumindest vorerst nicht, meint Bertraux: "Die Erde verliert ihre Atmosphäre in einem Tempo, das etwa dem Verlust eines einen Meter tiefen Ozeans pro eine Milliarde Jahre entspricht. Wir haben also noch etwas Zeit."

Und solange fragen sich die Forscher, was sie mit den neu gewonnenen Daten nun anfangen können. Es zeigt sich: Sie lassen sich übertragen auf andere Himmelskörper. Die Charakterisierung anderer Planetensysteme werde ein wesentlicher Fokus der Astronomie, sagt ESA-Forscher Fleck.

Und da wir glauben jetzt, dass all diese Planeten, auf denen möglicherweise Leben entsteht, dass die auch Wasser haben - ohne Wasser kann man sich kein Leben vorstellen - auch eine Geokorona haben mit Wasseratomen.

Bernhard Fleck ESA
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Und sein französischer Kollege Bertraux ergänzt: "Das von uns entdeckte Signal im ultravioletten Licht stammt von Wasserstoff. Und der wiederum entsteht bei der Spaltung von Wasserdampf." Entdeckten sie also bei anderen Planeten ein solches Signal, spräche dies für flüssiges Wasser auf der Planetenoberfläche.

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MDR AKTUELL Mo 04.03.2019 12:32Uhr 05:13 min Weiß Aktenschrank Wallu Aktenschrank Weiß Wallu Ii Ii Aktenschrank Ii Weiß Wallu WD2EH9I

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Und damit ist die Geschichte der Geokorona also noch lange nicht zu Ende erzählt - von den ersten Mondlandungen über ein Sonnenteleskop der 199er-Jahre hin zu Planeten in anderen Sonnensystemen.

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Für mich ist das vor allem ein Triumph der Technik, dass man so etwas überhaupt messen kann, und auch irgendwo ein intellektueller Triumph, dass man dieses Signal noch herauskitzeln kann aus den Daten.

Bernhard Fleck ESA
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Dieses Thema im Programm: MDR AKTUELL | 03. März 2019 | 07:22 Uhr

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