Exosphäre

Die Exosphäre ist die oberste Schicht einer planetaren Atmosphäre. Sie beginnt an der sogenannten Exobase, dem oberen Rand der darunterliegenden Thermosphäre, und geht ohne scharfe Grenze in den interplanetaren Raum über. Bei der Erde liegt die Exobase je nach Sonnenaktivität in mehreren Hundert Kilometern Höhe, und die Exosphäre reicht von dort viele Tausend Kilometer hinaus. In dieser Höhe sind die Gasteilchen so weit voneinander entfernt, dass sie kaum noch zusammenstoßen. Ein Atom kann eine lange, ballistische Bahn beschreiben, ohne unterwegs auf ein anderes zu treffen.

Genau diese Eigenschaft macht die Exosphäre zum Ort des atmosphärischen Entweichens. Leichte Teilchen, vor allem Wasserstoff und etwas Helium, können hier so schnell werden, dass sie die Anziehungskraft des Planeten überwinden und dauerhaft ins All verschwinden. Bei der Erde ist dieser Verlust gering, einige Zehntausend Tonnen Wasserstoff pro Jahr, gemessen an der Gesamtmasse der Atmosphäre verschwindend wenig. Über Milliarden Jahre summiert sich solcher Schwund jedoch und prägt die langfristige Entwicklung der Lufthülle.

Für die Planetologie ist die Exosphäre der Schlüssel zur Frage, warum manche Welten ihre Atmosphäre behalten und andere nicht. Der Mars besitzt nur ein schwaches Magnetfeld und eine geringere Schwerkraft, weshalb der Sonnenwind über Äonen einen großen Teil seiner einst dichteren Atmosphäre abgetragen hat. Die NASA-Mission MAVEN untersucht genau diesen Prozess, das Entweichen der Marsatmosphäre in den Weltraum. Auch fremde Planeten anderer Sterne verlieren über ihre Exosphären Gas, und bei eng um ihren Stern kreisenden Welten kann dieser Verlust dramatisch sein und ganze Atmosphären abdampfen lassen.

In der Science Fiction ist der Atmosphärenverlust ein wiederkehrendes Motiv, oft im Zusammenhang mit dem langsamen Sterben einer Welt. Kim Stanley Robinson denkt in seiner Mars-Trilogie ausführlich darüber nach, wie man einer Welt mit schwacher Schwerkraft überhaupt eine dauerhafte Atmosphäre verschaffen könnte. Geschichten über sterbende Marskulturen, von Ray Bradbury bis zur modernen Hard SF, spielen mit der Vorstellung einer einst lebendigen Welt, deren Luft sich verflüchtigt hat.

Wer über Terraforming nachdenkt, kommt an der Exosphäre nicht vorbei. Eine künstlich aufgebaute Atmosphäre nützt wenig, wenn der Planet zu klein oder zu ungeschützt ist, um sie zu halten. Die äußerste, fast leere Schicht entscheidet damit über das Schicksal von allem, was darunter liegt.