Had Pluto een koude of een hete start?

Pluto’s oppervlak is zo diep bevroren, dat stikstof er vloeibaar is. Maar mogelijk is Pluto ooit warm genoeg geweest dat het voor langere tijd een oceaan van vloeibaar water onder het oppervlak heeft gehad. Misschien zelfs nog vandaag.

Het hangt af van hoe Pluto ontstaan is. De gangbare theorie zegt dat Pluto een “koude start” heeft gehad. Het idee daarvan is dat rots en ijs langzaam bij elkaar kwamen en Pluto vormden. Daarbij zat ook radioactief materiaal. De warmte daarvan dat zorgde er voor dat diep onder het ijs zich een oceaan bevond. Maar na een paar miljoen jaar werd die radioactieve warmte minder. En zo bevroor Pluto helemaal, van buiten naar binnen.

Een andere theorie zegt dat Pluto een “hete start” gehad heeft. Hierbij werd Pluto gebombardeerd door ijzige meteorieten die, met hun inslag, zoveel warmte mee gaven, dat Pluto langere tijd een oceaan onder het oppervlak gehad heeft. Toen deze bombardementen stopten (en ook de radioactiveit af nam), bevroor deze oceaan. Alleen nu van binnen naar buiten.

De beelden van New Horizons, die in juli 2015 langs Pluto vloog, geven ons aanwijzingen over welke theorie de juiste is. Bij een koude start kromp het ijs binnenin Pluto en zou je sporen van inkrimping moeten zien. Denk aan breuklijnen. Bij een hete start zou ijs uitgedijd moeten zijn. En de sporen daarvan zijn kloven en troggen (slenken en fossae).

Lange kloven (fossae) die naar Sputnik Planitia lopen. (Credits: Moore, J. M., McKinnon, W. B., Spencer, J. R., Howard, A. D., Schenk, P. M., Beyer, R. A., New Horizons Science Team, et al.)

Op beelden van New Horizons zijn inderdaad kloven en troggen te zien. Een paar ervan lopen onder Sputnik Planitia. Dat zegt ons dat deze kenmerken oud zijn en dat uitdijing op Pluto al vroeg begon. Dat bevestigt modellen die een hete start van Pluto beschrijven.

Maar er is wel een voorwaarde aan dit model. Pluto moet daarbij in slechts 30.000 jaar gegroeid zijn van ongeveer 600 km tot zijn huidige omvang van 2300 km. Anders zou de warmte van de inslagen tussendoor kunnen ontsnappen en de oceaan bevriezen. Dat is dus een groei van 50 keer zijn oorspronkelijke volume in een astronomische oogwenk. Een andere mogelijkheid is dat de vorming van Pluto langer geduurd heeft, maar dat het voortdurend gebombardeerd is geweest door grote objecten, die bij de inslag ook diep onder het oppervlak sloegen. Ook dit zou een hete start opleveren.

Het zou kunnen betekenen dat meer grote objecten in de Kuiper-gordel, zoals Eris en Makemake, oceanen hebben.

Bronnen:

https://news.ucsc.edu/2020/06/pluto-ocean.html

https://www.syfy.com/syfywire/did-pluto-start-hot-or-cold

Coverfoto: NASA / JHUAPL / SwRI

ESA’s Trace Gas Orbiter ziet groene gloed van zuurstof bij Mars

ESA’s Trace Gas Orbiter heeft voor het eerst de groene gloed van zuurstof in de atmosfeer van Mars gedetecteerd. De Aardse atmosfeer heeft die groene gloed ook. Het is vrij zwak, maar op foto’s van ISS is het soms te zien tegen de achtergrond van het duister van de ruimte. Het is nu voor het eerst dat dat gevonden is bij een andere planeet dan de Aarde.

Deze gloed van zuurstof was al lang geleden bij Mars voorspeld, maar het was nog niet eerder gedetecteerd. TGO laat zien dat de gloed voorkomt in de Mars atmosfeer op een hoogte van rond de 80 km, afhankelijk van de activiteit van de zon. Het blijkt afkomstig te zijn van kooldioxide, dat door de zon afgebroken wordt in zuurstofatomen en koolmonoxide. De metingen leveren interessant vergelijkingsmateriaal op met metingen aan de Aardse atmosfeer. En het leert ons nieuwe dingen over de hogere atmosfeer van Mars en zijn interactie met zonnewind. En daar weten we nog niet zo gek veel over.

De hoogte in de atmosfeer van Mars waar de groene gloed van zuurstof gevonden is. (Credits: J.-C. Gérard et al. (2020))

De ontdekking werd gedaan met een Belgisch instrument. Op Radio 1 in België werd Karolien Lefever van het Belgisch Instituut voor Ruimte-aeronomie erover geïnterviewd:

https://radio1.be/programma/de-wereld-vandaag/radioitem/belgische-onderzoekers-zien-groene-gloed-rond-mars-na-40-jaar-eindelijk-gevonden/21196

Bronnen:

https://www.esa.int/Science_Exploration/Human_and_Robotic_Exploration/Exploration/ExoMars/ExoMars_spots_unique_green_glow_at_the_Red_Planet

https://www.aeronomie.be/en/news/2020/exomars-nomad-spots-unique-green-light-mars

Coverafbeelding: ESA

‘Oumuamua bestond mogelijk uit waterstofijs

Het eerste interstellaire object 1I/’Oumuamua heeft sinds zijn bezoek aan ons zonnestelsel in 2017 behoorlijk wat vragen opgeroepen. Het had geen coma, zoals kometen, maar wel de langwerpige vorm van een komeetkern. Vreemd was ook dat ‘Oumuamua een traject volgde, dat niet op grond van alleen zwaartekracht verklaard kon worden. Het versnelde enigszins.

Er werden allerlei suggesties gedaan voor ‘Oumuamua’s vreemde traject en voorkomen. Zo was er een wetenschappelijk artikel dat zei dat je niet kon uitsluiten dat het geen buitenaards zonnezeil was. Maar er waren ook serieuzere pogingen om het gedrag van dit interstellaire object te verklaren.

‘Oumuamua’s traject door ons zonnestelsel. (Credits: nagualdesign; Tomruen op Wikimedia, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=64505953)

Een suggestie was dat ‘Oumuamua een “splinter” is geweest van een gefragmenteerde planeet. Een ander artikel stelde voor dat ‘Oumuamua een heel lage dichtheid heeft, nog lager dan die van een sneeuwvlok. Dat zou betekenen dat je weinig uitgassende stoffen nodig hebt om het object enigszins te versnellen. Maar al deze verklaringen hebben toch hun problemen.

Een nieuw artikel bouwt voor op eerder bewijs dat ‘Oumuamua toch een komeet is. Alleen dan een komeet die voor een belangrijk deel uit moleculair waterstof (H2) bestaat. Moleculair waterstof bevriest bij -259.14 °C, ofwel 14 graden boven het absolute nulpunt. Als het sublimeert (van ijs gasvormig wordt), is de pluim daarvan heel moeilijk of niet detecteerbaar met telescopen. Dat zou betekenen dat als het waterstof sublimeerde, dit ‘Oumuamua een onzichtbaar zetje gegeven kan hebben.

Het zou ook de sigaarvorm van ‘Oumuamua kunnen verklaren. De auteurs van dit artikel denken dat het object voor zijn bezoek aan ons zonnestelsel veel groter was, maar dat het door de warmte van de zon snel slonk. En net als bij kometen bleef een langwerpiger object over na de passage. Jammer genoeg werd ‘Oumuamua pas ontdekt toen het het zonnestelsel al verliet. Dit is zeker iets om op te letten als er weer zo’n object ons zonnestelsel benadert.

Hoe de vorm van ‘Oumuamua veranderde bij passage langs ons zonnestelsel

Maar waar komen deze objecten dan vandaan? De auteurs denken dat grote moleculaire wolken in onze Melkweg koud genoeg zijn en voldoende dichtheid hebben om zulke objecten met bevroren waterstof te vormen. Het zou het meest oude materiaal zijn in onze Melkweg. Het zou zeker de moeite waard zijn om zulk materiaal van dichtbij te bekijken, bijvoorbeeld met ESA’s nog te bouwen Comet Interceptor.

Bronnen:

https://www.universetoday.com/146360/interstellar-oumuamua-was-a-dark-hydrogen-iceberg/

https://arxiv.org/pdf/2005.12932.pdf

https://www.nationalgeographic.com/science/2020/04/perplexing-interstellar-object-starts-revealing-its-secrets/

https://www.syfy.com/syfywire/no-oumuamua-is-not-an-alien-spaceship-it-might-be-even-weirder

https://skyandtelescope.org/astronomy-news/oumuamua-sped-up-as-it-left-the-inner-solar-system-this-might-be-why

Coverfoto: ESA/Hubble, NASA, ESO, M. Kornmesser

Een monster verkrijgen van Venus?

Waar Mars in de afgelopen decennia veel aandacht heeft gehad van orbiters en rovers, zijn er nauwelijks ruimtemissies naar Venus geweest. De laatste keer dat een lander neer kwam op deze hete planeet, was in 1986. In een nieuw artikel betogen twee astronomen, Richard Greenwood en Mahesh Anand, dat het nodig is om monster van Venus naar Aarde te brengen.

Dat is nogal een statement, al is dit niet de eerste keer dat het voorgesteld wordt. Een “one does not simply walk into Mordor” meme, leek me wel op zijn plaats.

one does not simply take Venus samples

 

Het bronmateriaal van de binnenplaneten

Waarom is een monster van Venus zo belangrijk? Het artikel begint uit te leggen welke vragen er zijn over het ontstaan van de binnenste, rotsachtige planeten, zoals dus Venus en Aarde. Er zijn twee bronmaterialen bekend van deze planeten: koolstof-chondrieten en gewone, of O-chondrieten. O-chondrieten bestaan voor het grootste deel uit rots, maar ook ijzer en nikkel. Veruit de meeste meteorieten zijn ook opgebouwd uit dit materiaal. Koolstof-chondrieten bestaan uit koolstofhoudende stoffen, waaronder aminozuren. Slechts 5% van de meteorieten zijn koolstof-chondrieten en gedacht wordt dat ze verder van de zon zijn gevormd.

Er bestaan nog allerlei vragen over waarom er een verschil is tussen die twee materialen en waarom ze niet al vroeg in de stofschijf rond de zon werden gemengd, voor de planeten ontstonden. Maar misschien werd dit materiaal in het binnenste deel van ons zonnestelsel wel gemengd en er buiten niet? Een monster van Venus zou dat antwoord kunnen geven.

20150305_veneracombof45
Foto’s van het oppervlak van Venus, gemaakt door verschillende Venera landers. (Credits: Russian Academy of Sciences / Ted Stryk)

 

 

Andere redenen

Dan is er de vraag waar onze maan vandaan komt. We denken dat de vroege Aarde werd geraakt door een protoplaneet, genaamd Theia. Maar waarom komen de Aarde en de maan zo dicht overeen qua samenstelling en is de maan niet deels Theia, deels Aarde? Of is er gewoon sprake van dat de samenstelling van het binnenste deel van het zonnestelsel hetzelfde was? Een monster van Venus zou de doorslag kunnen geven.

En verder zouden monsters van Venus ook andere vragen kunnen beantwoorden. Het lijkt erop dat Venus vroeger oceanen had. En de aanwijzingen worden sterker dat dit nog niet eens zo heel lang geleden niet meer het geval was. Een landing op een slimme plaats op Venus, zou zulke theoriën kunnen bevestigen of ontkrachten.

Er zijn verder ook vreemde donkere plekken te zien in Venus’ atmosfeer, als je die bekijkt in ultraviolet. Drie jaar geleden werd berekend dat die worden veroorzaakt door deeltjes “ter grootte van microben”. Wellicht dat daar ook onderzoek naar gedaan kan worden.

IDL TIFF file
Donkere banden in de atmosfeer van Venus, gefotografeerd door Venus Express in ultraviolet. (Credits: ESA/MPS/DLR/IDA)

 

Zuurstofisotopen

Een belangrijke meting daarbij, is de verhouding tussen de stabiele isotopen van zuurstof. Zuurstof vind je in allerlei molekulen, zoals kooldioxide, siliciumoxide (rots) en vele mineralen. Om een lang verhaal kort(er) te maken: de verhoudingen tussen die isotopen vertellen iets over de afkomst van het materiaal.

Die bepaling van die zuurstofisotopen kan het nauwkeurigst in het lab gedaan worden. Maar er is ook een meetmethode die gedaan kan worden op een lander of rover. Zo is de Curiosity rover op Mars in staat die meting te doen. Alleen is die meting veel minder nauwkeurig. Nou is het verschil van de ratio’s tussen die zuurstofisotopen op Aarde en Mars nogal groot, dus in geval van Curiosity was dat niet zo’n probleem. Maar de verwachting is dat de verschillen tussen Venus en Aarde heel klein zijn. En dus is een hoge nauwkeurigheid nodig om dit probleem op te lossen, iets dat alleen op Aarde gedaan kan worden.

 

Een sample return missie

Volgens het artikel is een aangeboord monster van minimaal 100 gram nodig. Het plan is om nog eens 100 gram te verkrijgen middens een soort stofzuiger. Vanwege de extreme condities op Venus, moeten deze monsters moet binnen een uur na landing verkregen worden en in een terugkeerraket gebracht zijn. Alles moet automatisch en vlot gebeuren. Vanaf Aarde kunnen we alleen maar nagelbijtend toekijken.

11214_2020_669_Fig14_HTML
Hoe een sample return missie naar Venus zou kunnen verlopen. (Afbeelding: Greenwood, R.C., Anand, M.)

Maar hoe komen we na landing op Venus in vredesnaam terug in een baan rond de planeet? We hebben te maken met een atmosfeer met op het oppervlak een gemiddelde druk van 92 bar. Wat voor enorme raket heb je nodig om daar doorheen te komen? Men heeft daar meerdere ideeën over. Een ervan is om een terugkeerraket eerst naar 66 km hoogte te brengen aan een ballon. Daar is de atmosfeer al ijler dan die op Aarde op zeeniveau. Onderweg worden ook monsters van de atmosfeer meegenomen van verschillende hoogten.

Dan nog heb je een drietraps vastebrandstofraket nodig om de monsters in een baan rond Venus te brengen. Eenmaal in een baan rond Venus wacht er een orbiter, die de monsters over neemt en naar Aarde brengt.

 

Kosten

Er zijn momenteel plannen voor een sample return missie naar Mars en die wordt complex en gaat vele miljarden kosten. Hoeveel gaat een sample return missie naar Venus kosten? Volgens de berekeningen in dit artikel, wordt zo’n missie goedkoper dan de Curiosity rover, maar dan nog steeds zou zo’n Venus “grab and go” missie rond de 1,5 miljard dollar gaan kosten. De vraag is natuurlijk of dat bedrag in deze tijden losgemaakt kan worden.

 

Bronnen:

https://link.springer.com/article/10.1007/s11214-020-00669-8

https://en.wikipedia.org/wiki/Chondrite#Ordinary_chondrites

https://www.cosmos.esa.int/documents/1866264/3219248/ValentianD_Venus+sample+return+mission+revisited_r2.pdf/51e80e8b-8ecd-44a9-8363-5525e6cb35d9?t=1565184752220

Coverafbeelding: Venus door NASA’s Magellan sonde in kaart gebracht (afbeelding: NASA)

Pekelwater op oppervlak Mars niet leefbaar

Een waterdruppel op Mars bevriest, kookt of verdampt, door de lage temperatuur en lage atmosferische druk. Maar een druppel pekelwater kan er vloeibaar zijn, omdat zout water een lager vriespunt heeft. Een team van wetenschappers heeft onderzocht waar en hoe lang pekelwater op Mars stabiel zou kunnen zijn op of vlak onder het oppervlak.

Daaruit blijkt dat rond de evenaar een paar procent van het jaar vloeibaar pekelwater kan bestaan. Maar dan niet langer dan 6 uur achter elkaar. Dat was meer dan gedacht. Omdat het gaat om temperaturen van -48 graden en lager, zal zelfs dat vloeibare pekelwater niet leefbaar zijn voor extreme microorganismen die we kennen op Aarde. Natuurlijk, leven vindt een weg, maar deze temperaturen vallen zelfs onder de theoretische ondergrens voor leven zoals we dat kennen op Aarde.

Bronnen:

https://www.swri.org/press-release/mars-climate-model-habitability-salt-water

https://www.nature.com/articles/s41550-020-1080-9

 

Video van de live stream “Hoe het zonnestelsel ontstond” is online

Mocht je de live stream vanavond gemist hebben, de video staat inmiddels online. Aanvankelijk alleen nu bij Twitch.tv, maar nu ook op Youtube.

Het onderwerp was “Hoe het zonnestelsel ontstond”. Want dat is wat astronomen al lang willen weten: waar komt ons zonnestelsel vandaan? In de afgelopen jaren zijn flink wat ruimtemissies naar planeten, kometen en asteroïden gestuurd om stukjes van de puzzel te vinden. Ik heb geprobeerd het plaatje te schetsen wat we tot nu toe verzameld hebben.

Op 28 mei is de live stream over het ontstaan van het zonnestelsel in het Engels gedaan.

Bekijk Hoe het zonnestelsel ontstond van wg_maan_en_planeten op www.twitch.tv

Interstellaire komeet 2I/Borisov bevat meer koolmonoxide dan “gewone” kometen

De interstellaire komeet 2I/Borisov leek aanvankelijk een doodgewone komeet zoals we die ook uit ons zonnestelsel kennen. Maar dat was voordat de Hubble en het ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) observatorium in Chili de komeet nader bekeken. En het blijkt dat deze komeet meer koolmonoxide bevat dan gewone kometen wanneer ze op dezelfde afstand van de zon komen (in dit geval 300 miljoen km).

stsci-h-v1953a-f-1148x952-thumb.gif
Beelden van 2I/Borisov door de Hubble Space Telescope (Beelden: NASA, ESA en J. DePasquale (STScI))

Objecten in ons zonnestelsel die zoveel koolmonoxide bevatten, vind je in dit zonnestelsel alleen bij hele lage temperaturen (-250 graden), voorbij de baan van Neptunus. Het zou kunnen zijn dat deze komeet is gevormd rond een koudere ster, zoals een rode dwerg. Dit zijn de meest voorkomende type sterren in onze melkweg. Een andere optie is dat de komeet een fragment is van een kleine, koolmonoxide-rijke planeet dat bij een inslag is vrijgekomen.

nrao20in05_ALMA_labeled_SD
De kern van 2I/Borisov in waterstofcyanide en koolmonoxide, in beeld gebracht door ALMA. Het is vrij gewoon deze stoffen in kometen te vinden, alleen niet in deze mate. (Foto: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), M. Cordiner & S. Milam; NRAO/AUI/NSF, S. Dagnello)

De wetenschappers geven toe dat dit voorlopig speculeren is. Inmiddels zijn er aanwijzingen dat 2I/Borisov eind maart in stukken gebroken is. Dat levert trouwens nieuwe mogelijkheden op om de interne samenstelling van de komeet te bepalen.

merlin
Een valse kleuren opname van de kern van 2I/Borisov. (Foto’s: Max Mutchler/STScI en Dave Jewitt/UCLA)

 

Mocht er in de toekomst (na 2028) nog eens zo’n interstellair object langs komen, dan kan ESA’s Comet Interceptor misschien nader onderzoek naar doen. Deze ruimtemissie gaat geduldig wachten tot er een interessant object langs komt, om er vervolgens van nabij onderzoek naar te doen.

Bronnen:

https://www.nasa.gov/feature/interstellar-comet-borisov-reveals-its-chemistry-and-possible-origins

https://hubblesite.org/contents/news-releases/2020/news-2020-26

https://public.nrao.edu/news/alma-reveals-unusual-composition-of-interstellar-comet-2i-borisov/

https://www.sciencealert.com/interstellar-comet-2i-borisov-is-breaking-apart

Coverafbeelding: NRAO/AUI/NSF, S. Dagnello

Video live stream “Recente ontwikkelingen in het zonnestelsel” nu online

Gisteren deed werkgroeplid Marcel-Jan Krijgsman een live stream van zijn presentatie “Recente ontwikkelingen in het zonnestelsel” op Twitch.tv. Inmiddels staat de video ervan ook op Youtube.

In de video wordt je in 2 uur meegenomen in bijna alle wetenschappelijke en technologische ontwikkelingen rond de verkenning van ons zonnestelsel.

 

Donderdag 9 april 20:00 gaan we live op Twitch.tv

In het voorjaar houdt onze werkgroep altijd een bijeenkomst met onze leden. Het is een dag, vaak op een observatorium, waar we altijd een aantal lezingen organiseren. Een vast item is altijd mijn presentatie over  “Recente ontwikkelingen in het zonnestelsel”. Het gaat over (bijna) al het wetenschappelijk nieuws in ons zonnestelsel van het afgelopen half jaar.

Je kunt natuurlijk wel raden wat er met die voorjaarsbijeenkomst is gebeurd. Een al te bekend verhaal. Iets met een virus.

Daarom doe ik mijn presentatie nu online. Niet alleen voor onze leden, maar voor iedereen. De live stream begint op donderdag 9 april om 20:00 op Twitch.tv via deze link:

https://www.twitch.tv/wg_maan_en_planeten

 

Voyager-2 vloog door elektrisch geladen gas van Uranus

Oude gegevens van ruimtemissies kunnen soms decennia later nog nieuwe inzichten opleveren. Neem de vlucht van Voyager-2 langs Uranus in 1986. Je zou zeggen dat we daarover alles nu wel uitgezocht hebben. En astronomen hebben echt nog wel vragen over deze gekantelde planeet, maar het kan nog lang duren voordat er een nieuwe missie naar Uranus gaat.

revisitingde.gif
Het tollende magnetisch veld van Uranus (animatie: NASA/Scientific Visualization Studio/Tom Bridgman)

Vooral het magnetisch veld van Uranus is zeer merkwaardig. Terwijl Uranus op zijn kant draait, draait het magnetisch veld onder een hoek van 60 graden daarvan en het tolt rond. Dat weten we van Voyager-2, maar in een hernieuwd onderzoek keken twee astronomen van NASA’s Goddard Space Flight Center nog eens heel goed naar metingen van de magnetometer.

Die magnetometer deed elke 1,92 seconden een nieuwe meting. Als je die gegevens uitzet in een grafiek, dan maakt die lijn heel even een kleine zigzag beweging. Het lijkt erop dat dit het signaal is van een plasmoïde, een fenomeen dat nog niet echt bekend was in 1986. Een plasmoïde is een wolk van geladen deeltjes. In dit geval een 204.000 km lange en 400.000 brede cylindervormige wolk van voornamelijk geioniseerde waterstof. Het vermoeden is dat dit afkomstig is van de atmosfeer van Uranus.

Bron:

https://phys.org/news/2020-03-revisiting-decades-old-voyager-scientists-secret.html