Astronoom oppert om Aarde als telescoop te gebruiken

Een jaar geleden schreef ik op Facebook over een idee om de zon te gebruiken als zwaartekrachtlens voor een reusachtige telescoop. Daarmee zou je het oppervlak van exoplaneten in beeld kunnen brengen met een resolutie van rond de 500×500 pixels.

Maar er zijn wel een paar praktische zaken die we moeten oplossen om dit te verwezenlijken. Zoals dat het brandpunt van de zwaartekrachtlens van de zon op 550 astronomische eenheden (AU), ofwel 3 lichtdagen, ligt. De verste satelliet die we tot nu toe hebben gelanceerd (Voyager 1) is, na 40 jaar reizen, slechts 146 AU ver. Dus in onze huidige pogingen komen we nog niet erg in de buurt van dat brandpunt. En dan is er nog het probleem van de energieopwekking op die afstand van de zon. Zonnepanelen gaan niet werken en de brandstof van radio isotoopgeneratoren is verschrikkelijk duur.

Dus misschien moeten we het dichter bij huis zoeken. Wat als we de Aarde nu eens als lens gebruiken? De Aarde heeft niet genoeg zwaartekracht om het als serieuze zwaartekrachtlens te dienen, maar de astronoom David Kipping denkt dat we wel de atmosfeer van de Aarde zouden kunnen gebruiken om het licht te buigen. Met een spiegel van 1 meter op ongeveer 4 keer de afstand Aarde-maan zouden we op die manier het lichtvangend vermogen krijgen als een telescoop met een spiegel van 150 meter. Je zou met zo’n “terrascoop” het oppervlak van dichtbijzijnde exoplaneten kunnen zien. En met een spectroscoop zou je biosignalen kunnen ontdekken.

Dit klinkt een stuk dichter binnen ons bereik. Maar uiteraard heeft een terrascoop een aantal uitdagingen. Wolken kunnen het zicht verstoren. We hebben geen idee wat turbulentie doet met onze terrascoop. En omdat een kant van de Aarde altijd verlicht is, voegt dit een achtergrondsignaal toe.

Kipping denkt dat licht afgebogen op 14 km hoogte wellicht bruikbaar zou kunnen zijn. Ja, daar bevinden zich wolken, maar die nemen naar schatting slechts 8% van het licht weg. Paul Gilster van de website Centauri-Dreams.org denk dat de terrascoop misschien interessant zou kunnen zijn in het radiospectrum. Radiosignalen hebben namelijk veel minder last van wolken.

Kipping zegt zelf ook dat de terrascoop als concept alles behalve rond is. Er zal onderzoek gedaan moeten worden naar de haalbaarheid van het idee. Misschien kunnen kleine satellieten, zoals cubesats ingezet worden om het eerste werk daaraan te doen.

 

Bronnen:

https://arxiv.org/abs/1908.00490 (Terrascoop artikel)

https://www.scientificamerican.com/article/earth-could-be-a-lens-for-a-revolutionary-space-telescope/

https://www.centauri-dreams.org/2019/08/13/the-terrascope-challenges-going-forward

https://arxiv.org/abs/1802.08421 (Solar Gravity Lens Mission artikel)

Coverafbeelding: James Tuttle Keane (California Institute of Technology)

 

Meer details bekend over ESA’s en NASA’s Mars monstername missie

NASA en ESA hebben meer details gegeven over het Mars Sample Return programma dat volgend decennium moet gaan plaats vinden. Het is een programma dat bestaat uit meerdere rovers, landers en satellieten die uiteindelijk bodemmonsters van Mars op Aarde moeten brengen. Vooral ESA heeft al veel werk verricht aan het ontwerpen van een orbiter (Earth-return orbiter (ERO)) en een kleine rover die de monsters ophaalt (de sample retrieval lander/fetch rover (SRL)).

Het eerste stap is het verkrijgen van bodemmonsters met de Mars 2020 rover. Deze is al voor een groot deel geassembleerd. Je kunt op de live webcam zien dat de mast met camera’s en de zes wielen al gemonteerd zijn.

pia23314-16.jpg
De Mars 2020 rover in de assemblagehal bij het Jet Propulsion Laboratory in Californië. Foto: NASA/JPL-Caltech

In juli 2026 moet een NASA lander gelanceerd worden die in de omgeving van de Mars 2020 rover gaat landen met de Europese fetch rover aan boord. Die datum is opmerkelijk. Het lanceerwindow voor vluchten naar Mars is dat jaar namelijk pas in oktober. Deze lander neemt dan ook niet de snelle route naar Mars (van pakweg 7 maanden), maar volgt een traject dat de lander pas in augustus 2028 neerzet op Mars. De reden hiervoor is dat de lander en de Europese rover voorzien zijn van zonnepanelen en op het moment van aankomst volgens de snelle route is een verhoogde kans voor stofstormen die het zonlicht tegenhouden. In augustus 2028 is de kans op stofstormen klein.

Mars_sample_returnjpl.jpg
Zo zou de lander met raket er uit kunnen zien. Al is dit ontwerp van 2012, lang voor de huidige plannen besproken zijn. Afbeelding: NASA/JPL.

NASA denkt op dit moment aan een lander vergelijkbaar met het platform dat gebruikt is op Mars InSight en Mars Phoenix. Maar ze zijn er nog niet helemaal uit of misschien toch een skycrane gebruikt moet gaan worden, zoals die van Curiosity. De Mars 2020 rover gaat monsters achterlaten op het oppervlak en de Europese fetch rover pakt die op en brengt hem bij de lander. De lander laadt de monsters in container ter grootte van een basketbal en brengt die in een kleine raket. NASA denkt aan een tweetraps raket met vaste brandstof of een eentraps raket met een combinatie van vast en vloeibaar.

Maar stel dat de fetch rover om een of andere reden kapot gaat. Kan er dan niet een of ander monster in de buurt opgepikt worden (een zogenaamd “contingency sample”)? Daar voorziet het ontwerp niet in, maar NASA heeft ander idee: ze laten dan de Mars 2020 rover langs komen rijden die dan alsnog monsters direct aanlevert.

Mars_Sample_Return_overview
De Earth-return orbiter brengt bodemmonsters van Mars naar Aarde. Afbeelding: ESA/ATG Medialab.

ESA levert de satelliet die de monsters terug brengt naar Aarde. Het wordt een grote satelliet. De zonnepanelen ervan zijn van het ene tot andere einde 40 meter lang. Deze satelliet wordt in 2026 op een Ariane 6 raket naar Mars gestuurd om daar met een chemische remraket in een elliptische baan te komen. De satelliet heeft ook ionenmotoren en door gebruik van beide voortstuwing wordt de baan in stappen verlaagd. Daarna werpt de satelliet het gedeelte met de chemische motor af, om gewicht te besparen op de terugweg.

In de lente van 2029 worden de monsters vanaf het Mars oppervlak gelanceerd in een baan. De Earth-return orbiter zal 6 maanden bezig zijn om de container met monsters op te sporen en te benaderen. NASA bouwt het mechanisme waarmee de monsters aan boord worden gehaald. Ze worden vervolgens in de terugkeermodule gebracht die de monsters uiteindelijk op Aarde brengt. Als dat gelukt is wordt het mechanisme om de container te grijpen ook overboord gegooid om nog meer gewicht te besparen.

Daarna zal de Earth-return orbiter zijn baan rond Mars met de ionemotor steeds vergroten tot het rond 2031 op weg is naar Aarde. De landing van de terugkeercapsule moet plaats vinden in 2032 in de Amerikaanse staat Utah. Dit zijn de eerste monsters uit de ruimte die een kans hebben microorganismen te bevatten. Daar zijn daarom hoge eisen aan verbonden. Zo moet de capsule gesloten blijven, zelfs als de parachutes falen.

Daar heeft NASA, dat de capsule levert, nog eens over nagedacht en ze denken er nu over om de capsule dan maar helemaal zonder parachute te laten neerkomen. Ze zijn al begonnen met tests van een mogelijk ontwerp. Ook de buizen voor de monsters aan boord van de Mars 2020 rover zijn ontworpen met dat concept in gedachte. De monsters zelf zouden dermate schokvrij blijven dat ze niet meer krachten ondervinden dan dat van een telefoon die van tafel valt.

Het Mars Sample Return programma hangt nog wel af van het verkrijgen van voldoende budget. In november beslissen Europese ministers over het budget van de Earth-return orbiter. NASA moet hopen dat zij in het volgende fiscale jaar voldoende budget krijgt om de lander te ontwerpen.

Bron:

http://www.planetary.org/blogs/guest-blogs/2019/nasa-esa-latest-msr-plan.html

Coverafbeelding: ESA–K. Oldenburg

 

Parachute voor ESA’s Mars rover loopt schade op in test

Zacht landen op Mars is nog altijd een hele uitdaging. De atmosfeer is er zo ijl, dat je een hele grote parachute nodig hebt om af te remmen. Voor een zware lading als ESA’s Rosalind Franklin (ExoMars) rover (plus een Russisch landingsplatform genaamd Kazachok), dan heb je een parachute van 35 meter doorsnede nodig. Dus een diameter van 3 autobussen op een rij. Het is de grootste parachute die ooit ingezet is voor een Mars-missie. Maar helaas zijn al twee tests op hoogte met deze parachute mislukt.

Voor de tests wordt een platform met parachutes afgeworpen vanaf een helium ballon op 29 km. Op die hoogte komt de luchtdruk aardig in de buurt van die van Mars. De parachutes (er zijn meerdere nodig) gingen wel op tijd en in de juiste volgorde open. Maar de grote parachute liep bij de test op 8 augustus schade op en dat gebeurde ook al in mei.

De rover moet volgend jaar tussen 25 juli en 13 augustus gelanceerd worden. De tijd dringt. ESA heeft nog maar een kans om de parachute succesvol te testen. Die vindt eind dit jaar plaats. Levert die test niet het gewenste resultaat op, dan moet de missie uitgesteld worden. Een volgende kans om de rover te lanceren komt dan pas in 2022.

Het is niet de eerste keer dat het ontwerp van de parachute van een Mars-lander problemen levert. Bijvoorbeeld de eerste tests van de parachutes voor Spirit en Opportunity leverde ook schade op.

 

Bron:

http://www.esa.int/Our_Activities/Human_and_Robotic_Exploration/Exploration/ExoMars/ExoMars_parachute_testing_continues

Coverafbeelding: ESA

De planeten van de Ster van Teegarden zijn de meest “aardachtigen” tot nu toe

Onlangs werden twee rotsachtige planeten gevonden rond de Ster van Teegarden. Dit is een rode M dwerg op “slechts” 12,5 lichtjaar van ons vandaan. Beide planeten hebben grofweg de massa van de Aarde. De planeten draaien hun rondjes rond deze ster in 4,9 en 11,4 dagen.

Omdat deze ster veel minder fel is dan onze zon, vallen de banen van beide planeten in de zogenaamde “bewoonbare zone” van die ster. Dat wil zeggen dat water er vloeibaar zou kunnen zijn. Een kant van beide planeten is wel altijd naar hun ster gericht, net zoals een kant van onze maan altijd naar ons gericht is.

1024px-Nearby_Stars_(14ly_Radius).svg.png
Een overzicht van de meest nabije sterren. (WikiCommons, Inductiveload)

Nieuw onderzoek van Israelische astronomen zegt dat er een goede kans is dat bereide planeten vloeibaar water is. Ze baseren dit op analytische modellen. Die zeggen dat er een kans is van 60% dat Teegarden b oppervlakte temperaturen heeft tussen 0 en 50 graden Celsius. Teegarden c is kouder, meer zoals Mars. Het zijn de meest aardachtige exoplaneten tot nu toe gevonden.

Maar wacht nog even met het opstarten van de motoren van je generatieschip. Er wordt wel veracht dat beide exoplaneten voldoende massa hebben om een atmosfeer te hebben, maar we weten niets over waar die atmosferen uit bestaan. De planeet Venus bevindt zich ook in de “leefbare zone” van onze zon, maar daar zorgt een dikke atmosfeer van kooldioxide voor temperaturen rond 460 graden.

Bron:

https://phys.org/news/2019-08-planets-orbiting-teegarden-star-earthlike.html

Hubble schiet nieuwe foto van Jupiter

Op 27 juni maakte Hubble Space Telescope een nieuwe foto van de grootste planeet in ons zonnestelsel, Jupiter. Er was een goede reden om Jupiter weer eens te bekijken: de Grote Rode Vlek, de storm die al honderden jaren is waargenomen, wordt kleiner. En amateur astronomen namen waar dat de rode storm af leek te breken. De Grote Rode Vlek is nog echter altijd niet verdwenen. Je kunt hem met een redelijke telescoop nog altijd zien.

stsci-h-p1936a-m-1999x2000.png

 

Bronnen:

https://www.nasa.gov/feature/goddard/2019/hubble-new-portrait-of-jupiter

 

Mogelijk meer ijs in poolkraters van de maan (en ernaast)

Kraters op de polen van de maan zouden misschien beduidend meer waterijs kunnen bevatten dan tot nu toe gedacht werd. Dat baseren astronomen op onderzoek naar de poolkraters van de planeet Mercurius. NASA’s MESSENGER satelliet heeft de hoogte en diepte van kraters op Mercurius in kaart gebracht. Daarbij viel op dat deze kraters ondieper waren hoe dichter bij de polen ze zich bevinden. En inmiddels weten we dat in die poolkraters van Mercurius zich waterijs bevindt. De gedachte is dat de kraters ondieper zijn door de ijslagen die zich er in gevormd hebben.

Een zelfde onderzoek is ook gedaan naar kraters bij de polen van de maan met NASA’s Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO). En ook kraters dichterbij de polen van de maan blijken ondieper te zijn. Hoewel in de poolkraters van de maan waterijs is gevonden, zijn er niet zulke dikke lagen gevonden. De onderzoekers denken echter dat er wel degelijk meer waterijs moet zijn, mogelijk onder een paar meter ander materiaal. Ze berekenen dat er twee ordes van grootte meer waterijs zou kunnen zijn dan tot nu toe gedacht: zo’n 100 miljoen ton.

Een ander onderzoek naar waterijs in de poolkraters van de maan vroeg zich af of dit waterijs echt voor bijna altijd zal blijven bestaan. Eerder onderzoek (met NASA’s in 2013 gelanceerde LADEE missie naar de ijle atmosfeer van de maan) toonde aan dat er een watercyclus bestaat op de maan. Meteorietinslagen op de maan leggen ijs in de diepere maanbodem bloot. Dat verdampt en kan terechtkomen in de permanent donkere kraters op de polen van de maan.

Maar een nieuwe studie suggereert dat dat waterijs daar niet voor altijd hoeft te blijven. Hoewel zonlicht deze kraters nooit bereikt, kunnen zonnewind en micrometeorieten er wel komen. Die deeltjes kunnen waterijs doen opspatten. En door de lage zwaartekracht van de maan kunnen kleine waterdeeltjes tot 30 km verder komen. Volgens het artikel zouden astronauten misschien niet in het donker hoeven te zoeken naar water, maar in de zonbeschenen gebieden in de buurt van de kraters.

meteoritemoonwater.gif

De interesse naar waterijs op de maan is groeiende, omdat het omgezet kan worden naar waterstof en zuurstof. Raketten kunnen met die brandstof makkelijker de rest van ons zonnestelsel bereiken. Diverse landen en organisaties willen binnenkort in de buurt van de polen van de maan landen, dus het zal niet bijzonder lang duren voor we precies weten hoe het zit.

Bronnen:

http://www.leonarddavid.com/earths-moon-research-points-to-more-water-ice-deposits/

https://www.nasa.gov/feature/goddard/2019/moon-mercury-ice

https://www.nasa.gov/feature/goddard/2019/inside-dark-polar-moon-craters-water-not-as-invincible-as-expected-scientists-argue

https://www.nasa.gov/press-release/goddard/2019/ladee-lunar-water