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)

Ooit blijkt het water op de maan verdampt te zijn, maar waardoor is niet duidelijk

Een grote onbeantwoorde vraag in de astronomie is “waar komt het water op Aarde vandaan?” Eerst dachten we dat het van kometen kwam, want die bestaan voor een groot deel uit waterijs. Maar de Rosetta missie liet zien (m.b.v. het deuterium gehalte) dat dat niet de bron was. Asteroïden waren de tweede kandidaat. We hebben inmiddels waterrijke asteroïden gevonden, zoals Bennu, waar NASA’s OSIRIS-REx missie om draait.

Stel dat water van asteroïden afkomstig is, kwam dat dan voor of na de vorming van de maan op Aarde? De maan is waarschijnlijk ontstaan enkele tientallen miljoenen jaren na de inslag van een protoplaneet ter grootte van Mars (Theia genaamd) op de jonge Aarde. Als het water voor deze botsing bestond, dan moet je dit in gesteente van zowel de Aarde als de maan vinden. Uit onderzoek naar kleine hoeveelheden zuurstof en stikstof in maangesteente blijkt dat dit het geval te zijn. Wat leidt naar de volgende vraag: waar is het water op de maan dan gebleven?

onstaan_maan.PNG
Een tekening hoe de maan ontstaan zou kunnen zijn.

Even voor de goede orde: we hadden geen oceanen op de maan verwacht. Door gebrek aan een atmosfeer en magnetisch veld, zou die allang verdampt zijn. Maar we hadden wel veel meer water verwacht dat ingesloten raakte in gesteente. Maar het gesteente wat door Apollo meegebracht werd, is kurkdroog te noemen.

In een Europees wetenschappelijk project genaamd PRISTINE, is met grote nauwkeurigheid gekeken naar isotopen van zwaardere elementen. Waarom? Er zit zelfs zo weinig water in maangesteente, dat er lastig nauwkeurige metingen mee gedaan kunnen worden. In plaats daarvan onderzoek gedaan hebben naar relatief vluchtige stoffen als zink en kalium, die bij voldoende verhitting (denk lava) verdampen. Wat blijkt? In maangesteente bevinden zich naar verhouding meer zwaardere isotopen van deze elementen dan in Aards gesteente. Dat wijst erop dat vluchtige stoffen, zoals water, kalium en zink, in de geschiedenis van de maan in grote mate zijn verdampt (de lichtere elementen en isotopen het eerst).

Aan de hand van de isotopen kan een inschatting gedaan worden bij welke temperatuur water op de maan verdampt is. Men komt uit op 1.200 graden Celsius. Dat is veel lager dan de temperaturen die je kunt verwachten bij grote inslagen. Dus de oorzaak moet ergens anders gezocht worden. Bovendien heeft een ander wetenschappelijk team onderzoek gedaan naar monsters van Apollo 17, specifiek de laag die ontstaan is bij meteorietinslagen. En daarbij blijkt de isotopenverhouding niet verandert te zijn. Het totale onderzoek moet nog gepubliceerd worden.

We zijn dus weer een stapje dichter bij het antwoord op de vraag waar onze oceanen vandaan komen, maar het levert weer nieuwe mysteries op.

Bron:

https://horizon-magazine.eu/article/moon-s-water-where-did-it-come-and-where-did-it-all-go.html